黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液穩定性的影響

蘭冬梅，周春霞*，張夢霞，洪鵬志

1(廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東 湛江，524088)　2(廣東普通高等學校水產品深加工重點實驗室，廣東 湛江，524088)　3(廣東海洋大學 食品科技學院，廣東 湛江，524088)

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黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液穩定性的影響

蘭冬梅1,2,3，周春霞1,2,3*，張夢霞3，洪鵬志3

1(廣東省水產品加工與安全重點實驗室，廣東 湛江，524088)2(廣東普通高等學校水產品深加工重點實驗室，廣東 湛江，524088)3(廣東海洋大學 食品科技學院，廣東 湛江，524088)

摘要以羅非魚和豆粕為原料，采用堿溶-等電點沉淀法制備魚分離蛋白(fish protein isolates，FPI)和大豆分離蛋白(soybean protein isolats，SPI)，固定蛋白濃度0.5%，在pH 4.0和7.0條件下，高壓均質(一級壓力30 MPa，二級壓力4 MPa)，實驗黃原膠(xanthan gum，XG)的添加對FPI、FPI-SPI(質量比2∶1)、FPI-SPI(質量比1∶1)和SPI乳濁體系粒徑分布、微觀顯微結構和乳析指數的影響。結果表明：隨著黃原膠的添加(0～0.09%)，乳濁體系平均粒徑減小(P<0.05)；在pH 4.0條件下，乳濁液液滴聚集和絮凝現象明顯減少，宏觀乳析穩定性提高(P<0.05)，添加0.06%和0.09%黃原膠的FPI-SPI混合乳濁體系4 ℃放置10 d都沒有明顯的分層，而不同比例混合蛋白體系之間的差異不明顯(P>0.05)；在pH 7.0條件下，添加0.06%的黃原膠時，FPI-SPI(質量比2∶1)和FPI-SPI(質量比1∶1)混合乳濁體系微觀絮凝現象沒有明顯改善，宏觀乳析穩定性明顯提高(P<0.05)，4℃放置10 d沒有明顯的分層現象?？傮w分析，2種蛋白物理混合對乳濁液體系穩定性的改善程度有限，而適量的黃原膠能明顯提高酸性條件下體系的乳濁液穩定性。

關鍵詞魚分離蛋白；大豆分離蛋白；魚蛋白-大豆蛋白混合體系；黃原膠；乳濁液穩定性

羅非魚(tilapia)是世界淡水漁業養殖和加工的主要魚類之一，我國是世界最大的羅非魚養殖國，2014年中國羅非魚產量155萬t[1]，占全球總產量的1/3。羅非魚蛋白是一種優質蛋白資源，但在食品工業中的應用卻受到極大限制，主要是因為其加工貯藏穩定性差，冷凍冷藏、熱處理、酸/堿處理等都會使蛋白質發生變性，導致其溶解性及相關功能特性喪失[2-3]。天然大豆蛋白具有較好乳化、起泡、凝膠等功能特性，與魚蛋白混合可以在一定程度上改善魚蛋白的乳化活性[4]?！半p蛋白”體系是目前食品行業研究的熱點，目的在于結合動物蛋白的營養優勢及植物蛋白的健康優勢，在全民健康飲食中推廣優質植物蛋白與優質動物蛋白相結合的健康型食品。近幾年，我國在開發雙蛋白產品方面主要集中在大豆蛋白肉制品凝膠特性的改善等[5-6]，而對混合體系乳化性的研究較少。蛋白質水包油型(O/W)乳濁液體系是食品中一類重要的膠體體系，同時也是一個熱力學不穩定的多相體系。乳濁液會隨著外界條件的變化(pH、離子強度、溫度、油體積分數等)或貯藏時間的延長等出現乳析、沉淀、聚結等不穩定現象[7-9]。目前，國內外關于蛋白質乳濁液穩定性的改善手段有很多，其中應用最廣的是添加多糖類物質(親水性膠體)，可以大大改善乳狀液連續相的流變特性，或形成空間網絡結構，阻止由于熱力學不兼容性引起的相分離現象或重力引起的分層[10-12]。黃原膠是一種高分子微生物陰離子多糖，以其優良的增稠特性或形成弱凝膠結構的特點而廣泛應用于提高乳狀液的穩定性[11-13]。為此，本研究選擇乳化活性較差的中性和酸性(等電點附近)pH條件[4]，探討黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液穩定性的影響。

1材料與方法

1.1材料與試劑

鮮活羅非魚，購自湛江市麻章區湖光巖東當地市場，取其背部白肉、分裝、-75 ℃儲存備用，其粗蛋白含量(16.47±0.18)%；低溫脫脂豆粕：山東萬德福植物蛋白廠生產，其粗蛋白含量(51.3±0.23)%，豆粕粉碎后過100目篩備用；金龍魚一級大豆油：食品級，益海糧油工業有限公司生產；黃原膠，Sigma試劑；其余試劑均為分析純。

1.2儀器與設備

CR22G日立高速冷凍離心機，日本Hitachi公司；T-18高速分散均質機，德國IKA公司；AH100D高壓均質機，加拿大ATS公司；Mastersizer 2000粒度分布儀，英國Malvern儀器公司；BX-51生物顯微鏡(Canon帶Powershot G 10數碼相機)，日本Olympus公司。

1.3實驗方法

1.3.1羅非魚分離蛋白(FPI)的制備

羅非魚肉→加蒸餾水[魚肉∶水=1∶9(g∶mL)]→均質2 min→調節pH值12.0→4℃攪拌提取10 min→冷凍離心(10 000 r/min，20 min，4℃)→上清液→調節pH 5.5→冷凍離心(10 000 r/min，20 min，4℃)→沉淀加少量冰水分散，調pH值7.0→冷凍干燥→羅非魚分離蛋白(FPI)→其粗蛋白含量為(92.83±1.35)%

1.3.2大豆分離蛋白(SPI)的制備

低溫脫脂豆粕粉→加蒸餾水分散[豆粕∶水=1∶10(g∶mL)]→調節pH值8.0→室溫攪拌提取2 h→離心(8 000 r/min，25 min，4℃)→上清液→調節pH 4.5→冷凍離心(10 000 r/min，15 min，4℃)→沉淀加少量水分散，調pH值7.0→冷凍干燥→大豆分離蛋白(SPI)→其粗蛋白含量為(88.26±1.22)%

1.3.3蛋白-多糖乳濁液的制備

將一定量黃原膠分散于檸檬酸-咪唑緩沖液(10 mmol/L，pH 4.0或7.0)中，室溫下低速攪拌3h，使其充分分散(加入0.01%的NaN3防止微生物繁殖)，將一定比例混合的羅非魚蛋白-大豆蛋白分散于已制備的黃原膠溶液中(最終蛋白含量0.5%)，4℃水化12 h，然后向蛋白-多糖分散液加入質量分數5%的大豆油，用高速分散均質機分散，高壓二次均質(均質前用相同pH值的緩沖液清洗均質機，均質壓力為：一級30 MPa，二級4 MPa)，制備蛋白-多糖乳濁液，4℃條件下貯藏21 d。

1.3.4粒度分布的測定

采用激光粒度分布儀測定4℃條件下放置9 d的乳濁液液滴平均粒徑(surface area mean diameter)d3,2。

1.3.5微觀顯微結構的觀察

移取1滴4℃條件下貯藏7 d后的乳濁液到載玻片上，液滴分散均勻后蓋上蓋玻片，立即在顯微鏡下以400倍率下記錄圖像。

1.3.6乳析指數的測定

取新制備的乳濁液10 mL(HT)于乳析管中，4℃靜置存放，定期觀察，記錄乳濁液分層后試管底部清液層的高度(HS)，乳液的穩定性用乳析指數(creaming index，CI)表征：

1.4統計分析

數據統計分析采用JMP 7.0程序進行方差分析，差異顯著性(P<0.05)分析使用多重比較，作圖采用origin 7.5軟件作圖。試驗所得數據結果表示為(平均值±標準差)。

2結果與分析

2.1黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液粒徑分布的影響

圖1　黃原膠的添加對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液粒度分布的影響(pH 4.0，4℃，9 d)Fig.1　Influence of xanthan gum on particle size distribution of mixture system emulsions for tilapia protein and soybean protein (pH 4.0，4℃, 9 days)

在微觀層面上，乳濁體系粒徑大小和分布狀態能夠反映體系的穩定性。根據體系粒徑分布的變化，可以推測體系穩定性趨勢。在pH 4.0和7.0條件下，高壓均質制備羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液，4℃放置9 d，探討黃原膠對混合蛋白乳濁液粒度分布和平均粒徑的影響，結果如圖1所示?？傮w分析，在試驗范圍內，黃原膠對乳濁液平均粒徑的影響明顯，且隨其添加量的增加呈現減小并逐漸趨于平穩；在pH 4.0條件下，隨著黃原膠的添加(0.06%)，試驗各乳濁體系的平均粒徑迅速減小(P<0.05)，粒徑分布范圍變窄(結果未顯示)，且SPI乳濁液的變化最為明顯；在pH 7.0條件下，與對照樣相比，添加0.03%的黃原膠，各試驗蛋白體系的d3,2值迅速減小(P<0.05)，之后隨著黃原膠添加量的增大，液滴粒徑變化不明顯(P>0.05)，4種蛋白體系比較而言，SPI體系的平均粒徑最小，添加0.03%的黃原膠其d3,2值約為1.08 μm;比較而言，pH 7.0時，魚蛋白和大豆蛋白混合體系乳濁液平均粒徑均比在pH 4.0時大，加入黃原膠(0.06%)，混合體系的粒徑減小(P<0.05)。分析黃原膠改善體系乳濁液穩定性的關系很可能與蛋白質和多糖分子間復雜的相互作用有關：(1)蛋白質與黃原膠的熱力學不相容性，一定濃度的多糖可以促進蛋白質在油-水界面上的吸附，降低界面張力，提高乳液的穩定性[14]；(2)黃原膠是一種陰離子多糖[13]，pH 4.0時，魚蛋白分子表面帶正電荷，兩者發生靜電吸附，體系的穩定性增加；而對大豆蛋白而言，在蛋白質等電點pH值附近，蛋白質分子表面凈電荷幾乎為零，黃原膠的負電基團增加蛋白質分子與油-水界面的接觸[12]，提高了蛋白質的溶解度和乳化性；(3)pH 7.0時，蛋白質表面帶凈負電荷，但蛋白質某些區域或分子片段上仍存在部分正電荷，帶正電荷的區域與陰離子多糖相互作用形成可溶絡合物，提高蛋白質的乳化性[15]。此外，黃原膠還可以通過其增稠作用提高乳液黏度，阻礙乳化液滴的運動，提高體系的穩定性[10]。

2.2黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液微觀結構的影響

微觀結構能夠反映乳濁體系的絮凝穩定性。羅非魚蛋白-大豆蛋白高壓均質乳濁液，4℃放置7 d，探討黃原膠對混合體系乳濁液微觀顯微結構的影響，結果如圖2和圖3所示。

由圖2、圖3可知，(1)在試驗范圍內，黃原膠對乳濁體系微觀結構的影響趨勢不完全一致；(2)在pH 4.0條件下，未添加黃原膠的蛋白乳濁體系放置7 d后，出現了明顯的顆粒聚集現象，液滴顆粒較大，由此表明蛋白質溶解性和乳化性較差，體系中存在大量未被吸附的蛋白質，乳粒周圍滲透壓降低，從而促使液滴之間相互吸引發生聚集[16]；添加黃原膠(0.03%)后可以增加蛋白吸附到油-水界面的機會，增加乳濁液的厚度，從而保持乳濁液的穩定性，顯微鏡下觀察到乳液顆粒明顯減小，局部出現輕微的聚集和絮凝；當黃原膠添加量達到0.09%時，沒有明顯的聚集現象，乳液分布均勻；比較而言，FPI-SPI(質量比2∶1)混合體系受到黃原膠的影響特別顯著，液滴分散非常均勻；(3)在中性條件下，未添加黃原膠的混合體系乳液4℃下存放7 d后也發生了明顯的聚集和絮凝現象(大豆蛋白除外)，且隨著黃原膠的添加微觀絮凝現象越來越明顯，此現象很可能與乳濁體系中陰離子增多誘發的排斥絮凝有關[9, 17]。當乳液被稀釋時，絮凝會被破壞，這也是乳液中存在大量絮凝體而粒徑較小的原因[18]，因此，隨著黃原膠的添加，體系的平均粒徑減小(見圖1)。

(a)、(b)、(c)、(d)分別表示FPI、FPI∶SPI質量比=2∶1、FPI∶SPI質量比=1∶1和SPI圖2　黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液微觀結構的影響(pH 4.0，4℃，×400，7 d)Fig.2　Influence of xanthan gum on emulsion microstructures of mixture system for tilapia protein and soybean protein (pH 4.0, 4℃, ×400, 7 d)

(a)、(b)、(c)、(d)分別表示FPI、FPI∶SPI質量比=2∶1、FPI∶SPI質量比=1∶1和SPI圖3　黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液微觀結構的影響(pH 7.0，4℃，×400，7 d)Fig.3　Influence of xanthan gum on emulsion microstructures of mixture system for tilapia protein and soybean protein (pH 7.0, 4℃, ×400, 7 d)

2.3黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁體系乳析指數的影響

乳析現象是指乳濁液在放置一段時間后，體系由于重力場的作用，導致油水分離，油滴聚集上浮。而乳析指數能夠說明發生乳析現象的程度。在pH 4.0和7.0條件下，探討黃原膠對混合蛋白乳濁體系乳析指數的影響，結果見圖4和圖5。(1)pH 4.0，未添加黃原膠的試驗蛋白乳濁體系的乳析指數均大于80%，放置1 d即出現明顯的沉淀和油滴上浮，而黃原膠的添加使體系乳析現象改善；在試驗范圍內，當黃原膠添加量增加到0.06%時，各試驗蛋白乳濁體系放置9 d沒有明顯的分層現象，表明一定濃度的黃原膠能增加乳濁液連續相的黏度，抑制相分離及重力引起的分層[11-12]；提高體系的宏觀穩定性，且魚蛋白體系的乳析穩定性最好，4℃放置21 d沒有出現明顯的沉淀和上浮現象；(2)大豆蛋白以及混合體系在10 d后出現油析，可能原因是此pH值接近大豆蛋白的等電點，蛋白溶解性和乳化性較差，經高壓均質使蛋白吸附于油滴表面，但隨時間的延長蛋白發生了解吸，由于物質密度較差，油滴上浮，蛋白沉淀；(3)pH 7.0時，在試驗范圍內，黃原膠的添加能加速大豆蛋白乳濁液失穩，再次表明一定濃度的黃原膠可誘發乳狀液液滴的排斥絮凝，反而加快體系相分離[9, 17]。

圖4　黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液乳析指數的影響(pH 4.0)Fig.4　Influence of xanthan gum on creaming index of mixture system for tilapia protein and soybean protein at pH 4.0

圖5　黃原膠對羅非魚蛋白-大豆蛋白混合體系乳濁液乳析指數的影響(pH 7.0)Fig.5　Influence of xanthan gum on creaming index of mixture system for tilapia protein and soybean protein at pH 7.0

3結論

綜合分析黃原膠對FPI、SPI和FPI-SPI(質量比2∶1)和(1∶1)混合體系乳濁液粒度分布、微觀顯微結構和乳析指數的影響可知，黃原膠添加量為0.06%～0.09%時，乳濁體系平均粒徑較??；在pH 4.0時，隨黃原膠(0～0.09%)的添加，試驗蛋白體系乳濁液的平均粒徑減小(P<0.05)，且SPI體系最明顯；液滴聚集和絮凝現象明顯減弱，乳析穩定性提高(油析除外)(P<0.05)；添加0.06%和0.09%黃原膠的FPI-SPI混合乳濁體系4℃放置10 d都沒有明顯的分層，液滴分布均勻；在pH 7.0時，隨著黃原膠的添加，體系粒徑減小(P<0.05)，且羅非魚蛋白體系粒徑變化最明顯；試驗蛋白體系乳濁液絮凝穩定性沒有得到改善，乳析穩定性提高(大豆蛋白體系除外)。綜合分析，pH 4.0和7.0條件下，兩種蛋白物理混合對乳濁液體系穩定性的改善程度有限，而適量的黃原膠能明顯提高酸性條件下混合體系乳濁液的微觀結構性質和宏觀穩定性，為探討“雙蛋白”體系的形成和穩定提供了理論依據。

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Effect of xanthan gum on emulsion stability on tilapia and soybean protein mixture

LAN Dong-mei1,2,3, ZHOU Chun-xia1,2,3*, ZHANG Meng-xia3, HONG Peng-zhi3

1(Guangdong Provincial Key Laboratory of Aquatic Product Processing and Safety, Zhanjiang 5240888,China)2(Key Laboratory of Advance Processing of Aquatic Products of Guangdong Higher Education Institution, Zhanjiang 5240888,China)3(College of Food Science and Technology, Guangdong Ocean University, Zhanjiang 5240888,China)

ABSTRACTFish protein isolates (FPI) and soy protein isolates (SPI) were prepared by alkaline solution and isoelectic precipitation. At fixed protein concentration of 0.5%, pH 4.0 and 7.0, the protein emulsion was prepared by high-pressure double-stage homogenization (30MPa and 4MPa). Xanthan gum amount on the effect for FPI, SPI, FPI-SPI (2∶1) and FPI-SPI (1∶1) mixed system as well as the particle size distribution, microstructure and flocculation stability of emulsion was studied. Results showed that the mean particle size of protein emulsion system decreased (P<0.05) with increasing addition of xanthan gum (0～0.09%). At pH 4.0, droplet aggregation and flocculation of emulsion decreased, and stability increased (P<0.05). No obvious separation was observed for FPI-SPI (2∶1) and FPI-SPI (1∶1) mixture emulsions with0.06% and 0.09% xanthan gum after 10 days stored at 4℃, and as no significant difference between two different ratios of mixture system (P>0.05). At pH 7.0, 0.06% of xanthan gum had little improvement on FPI-SPI (2∶1) and FPI-SPI (1∶1) mixture emulsions, while the stability was increased significantly (P<0.05), and no obvious separation was found after 10 days at 4 ℃. Results indicated that two proteins FPI SPI mixture had limited improvement on the emulsion stability, while xanthan gum can improve significantly of the emulsion stability at acidic conditions.

Key wordsfish protein isolates; soybean protein isolates; fish protein - soybean protein mixture; xanthan gum; emulsion stability

收稿日期：2015-07-13，改回日期：2015-07-29

基金項目：國家高技術研究發展計劃(863計劃)項目(2013AA102201)；廣東海洋大學創新強校工程項目(GDOU2013050204)

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201602020

第一作者：碩士研究生(周春霞副教授為通訊作者)。