文章信息
- 冯美琴, 孙健, 杨勇胜, 王海燕, 颜玉华
- FENG Meiqin, SUN Jian, YANG Yongsheng, WANG Haiyan, YAN Yuhua
- 亚麻籽胶对玉米油乳状液乳化特性的影响
- Effect of flaxseed gum on the emulsifying properties of corn oil emulsions
- 南京农业大学学报, 2019, 42(6): 1167-1172
- Journal of Nanjing Agricultural University, 2019, 42(6): 1167-1172.
- http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201906015
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文章历史
- 收稿日期: 2019-06-13
2. 南京农业大学食品科学技术学院, 江苏 南京 210095
2. College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
玉米油是从玉米胚芽中提炼出来的植物油脂, 也称为玉米胚芽油。玉米油富含油酸、亚油酸、棕榈酸等不饱和脂肪酸[1], 且不含有胆固醇, 被誉为营养健康油。玉米油中同时也存在丰富的天然抗氧化剂——生育酚[2], 所以不易被氧化而降低产品的储藏稳定性。因此, 玉米油是降低肉制品脂肪含量和改善肉制品脂肪酸构成的良好动物脂肪替代品之一。
由于直接添加植物油容易发生肉制品出油现象, 从而影响肉制品的加工特性及品质, 因此用来改善植物油加工稳定性的预乳化植物油引起了研究者们的广泛关注[3]。预乳化植物油即用乳化剂将植物油进行乳化, 形成稳定的植物油乳化液。其中乳化剂的类型和用量是影响乳化液稳定性的重要因素之一。
亚麻籽胶是从亚麻籽中提取的一种由中性多糖、酸性多糖和蛋白质构成的天然亲水胶体[4]。亚麻籽胶具有很好的保水性、增稠性、流变性及胶凝性[5], 其中所含有的4%~20%的结合蛋白具有亚麻籽胶独特的乳化性能[6]。此外, 亚麻籽胶含有的鼠李糖C6位置上的—CH3使其具有良好的亲脂性[7]。因此, 亚麻籽胶常被作为功能性食品乳化剂和稳定剂应用于食品工业中。
关于亚麻籽胶乳化作用的研究已有相关报道[6]。Khalloufi等[8-9]先后研究了不同pH条件下亚麻籽胶对乳清分离蛋白稳定的大豆油乳状液的稳定性影响, 结果均表明亚麻籽胶的添加量低于1 g · L-1时可使该乳状液保持稳定。Zhao等[10]研究发现添加0.1%的亚麻籽胶可以显著提高玉米油乳状液(用1%酪蛋白酸钠稳定)的稳定性。Wang等[11]和Liu等[12]发现随着亚麻籽胶添加量的增加, 液化猪油乳状液的乳化稳定性明显增强。Sun等[13]的研究也证实了一定含量(0.1%~0.5%)的亚麻籽胶可以改善橄榄油乳状液的稳定性。然而, 有关亚麻籽胶含量对玉米油乳状液乳化稳定性影响的研究还未见报道。因此, 本研究通过对添加不同质量分数亚麻籽胶的玉米油乳状液的粒径、光学显微结构、乳化活性、乳状液的储藏稳定性、流变特性以及高场1H和13C核磁共振等指标进行测定, 以期阐明亚麻籽胶的添加量对玉米油乳状液稳定性的影响, 为亚麻籽胶和玉米油在低脂肉制品生产中的应用提供一定的参考依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料供试材料为西王玉米胚芽油, 购自苏果超市。亚麻籽胶(纯度99.8%, 含16.09%蛋白质、5.10%水、4.35%灰分)购自新疆绿旗企业(集团)生物科技有限公司, 十二烷基硫酸钠(SDS, 分析纯, 纯度99.0%)购自GFCO CHEMICSL公司。
1.2 试验方法 1.2.1 乳状液的制备采用Sun等[13]的方法并略作修改。室温下准确称取一定质量的亚麻籽胶溶于蒸馏水中, 高速匀浆机8 000 r · min-1匀浆1 min, 常温放置12 h, 使亚麻籽胶充分水合。将配制好的亚麻籽胶溶液与玉米油、蒸馏水混合配制成粗乳液, 匀浆机12 500 r · min-1匀浆1 min, 高压均质机均质(一级均质压力20 MPa, 二级均质压力5 MPa)2次, 配制成不同亚麻籽胶含量(0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%, 质量分数)和相同玉米油含量(10%, 质量分数)的5种乳状液备用。
1.2.2 乳状液粒径的测定和显微结构观察采用Ahmed等[14]的方法并作修改。采用Mastersizer 3000型激光粒度分析仪(Malvern公司)进行测定, 其中颗粒折射率为1.520, 分散折射率为1.458, 颗粒吸收率为0.001, 分析模式为球形。结果采用体积分数平均粒径D4, 3表示。
取1滴乳状液置于载玻片上, 采用正置荧光显微镜在40×下观察乳状液液滴的粒径及聚集情况, 并拍照。
1.2.3 流变特性的测定采用Liu等[12]的方法并略作修改。用MCR 301流变仪(AntonPaar公司)进行流变性质测定:温度25 ℃, 在0.01~100 s-1剪切速率下测定乳状液的剪切流变特性; 温度25 ℃, 角频率1~100 rad · s-1的范围内以2%应力进行测试, 记录样品的储能模量(G′)和消耗模量(G″)的变化。
1.2.4 乳化活性(EA)的测定采用陈海华等[15]的方法。将制备好的乳状液在室温下静置, 分别在0和1 h时取样, 用1 mg · mL-1的十二烷基硫酸钠(SDS)溶液稀释250倍, 500 nm处测定吸光值A500, 以SDS溶液作空白对照。以浊度(T)表示乳化剂的乳化活性(EA), 定义为:T=EA=2.303×A500/L, 式中:L为光路长度, 此处为1 cm。
1.2.5 乳状液的储藏稳定性采用Zhao等[10]的方法并略作修改。将待测样品置于10 mL离心管中, 在常温下放置3 d记录乳析界面的高度。利用乳析指数(CI)反映稳定性, CI=Hs/Ht×100%, 式中:Hs为析出水层的高度(cm), Ht为乳状液的初始高度(cm)。
1.2.6 高场1H和13C核磁共振测定配置5 mL不同亚麻籽胶含量的溶液(以ddH2O为溶剂), 加入玉米油后混匀, 根据Sun等[13]和Day等[16]的方法在400 MHz条件下进行高场1H和13C核磁共振测定。
1.3 数据处理与分析采用SPSS 20.0软件进行ANOVA差异显著性分析, 所有试验数据均重复3次。采用Origin 9.1软件进行绘图。
2 结果与分析 2.1 亚麻籽胶对玉米油乳状液液滴粒径分布和大小的影响由图 1可知:不同含量亚麻籽胶(FG)的玉米油乳状液均呈单峰分布, 随着FG含量的增加, 粒径分布峰向左移动, 液滴粒径变小。其中, FG含量为0.1%时乳状液的液滴粒径明显大于其他处理组, 且随着FG含量的增加, 峰形逐渐变宽, 表明FG含量(0.1%~0.5%)的增加可使液滴的粒径减小, 粒径均一性稍有降低。
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图 1 不同亚麻籽胶(FG)含量对乳状液粒径分布的影响 Fig. 1 Effects of different flaxseed gum(FG)contents on particle size distribution of emulsions |
由图 2可知:随着FG含量的增加, 液滴的平均粒径尺寸(D4, 3)显著减小(P < 0.05)。表明增加FG含量(0.1%~0.5%)可以显著减小玉米油乳状液液滴的平均粒径。
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图 2 不同FG含量对乳状液平均粒径的影响 Fig. 2 Effects of different FG contents on the average particle size of emulsions 不同字母表示差异显著(P < 0.05)。 Different letters indicate significant difference at 0.05 level. |
由图 3可见:随着FG含量的增加, 乳状液液滴的粒径尺寸明显减小, 其中FG含量为0.1%时的乳液粒径明显大于其他FG含量的粒径, 这与粒径测量的结果一致。当FG含量为0.1%~0.4%时, 液滴的聚集程度呈逐渐降低趋势; 当FG含量为0.5%时, 液滴的聚集程度又呈上升趋势, 聚集程度最明显。表明FG的添加可以明显减小玉米油乳状液的粒径尺寸, 但是FG含量过高时会造成液滴聚集现象。
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图 3 不同FG含量玉米油乳状液的显微结构观察图 Fig. 3 Light micrographs of corn oil emulsions with different FG contents |
由图 4可知:随着剪切速率的增加, 添加不同含量FG的玉米油乳状液的表观黏度均呈下降趋势, 并且FG含量越高, 乳状液的表观黏度下降越明显。在相同剪切速率下, 乳液黏度随着FG含量的增加而增加, 且这种现象在低剪切速率下尤为明显。表明FG的添加可以增加玉米油乳状液的表观黏度。
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图 4 不同FG含量对玉米油乳状液表观黏度的影响 Fig. 4 Effects of different FG contents on the apparent viscosity of corn oil emulsions |
由图 5可知:随着FG含量的增加, 乳状液的储能模量(G′)和消耗模量(G″)均呈增加趋势。起初G″先大于G′, 但一定的角频率后G′大于G″。另外, FG含量越大, G′与G″上升越快。表明FG含量的增加可以明显增加玉米油乳状液的G′与G″值。
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图 5 不同FG含量对玉米油乳状液的储能模量(G′)和消耗模量(G″)的影响 Fig. 5 Effects of different FG contents on the storage modulus(G′)and loss modulus(G″)of corn oil emulsions |
由图 6可知:0 h时, 随着FG含量的增加, 乳状液的乳化活性呈先下降后上升趋势, FG含量为0.5%时乳化活性达到最大值。静置1 h后, 随着FG含量的增加, 乳状液的乳化活性显著升高。表明FG含量增加显著增强了玉米油乳状液的乳化活性。
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图 6 不同FG含量对玉米油乳状液乳化活性和乳析指数的影响 Fig. 6 Effects of different FG contents on the emulsify activity and creaming index of corn oil emulsions 不同字母表示相同处理时间不同含量FG处理间差异显著(P < 0.05)。 Different small letters indicate significant difference at 0.05 level among treatments with the same treatment time and different contents of FG. |
当FG含量为0.1%时, 玉米油乳状液的乳析指数在24和72 h变化不明显; 当FG含量为0.2%~0.5%时, 随着储藏时间的延长乳状液乳析指数均明显增加, 尤其FG为0.3%时乳析指数增幅最大。另外, 同一时间下, 随着FG含量的增加乳状液的乳析指数均呈显著下降趋势(P < 0.05)。表明乳状液的储藏稳定性均随着储藏时间的延长而下降, 而FG含量的增加可以显著增加玉米油乳状液的储藏稳定性。
2.5 不同亚麻籽胶含量玉米油乳状液的高场1H和13C核磁共振分析对FG含量为0.3%、0.4%和0.5%的乳状液进行了高场1H和13C核磁共振的分析。由表 1和图 7可知:不同FG含量玉米油乳状液的高场1H核磁共振图谱表现出相同的共振模式, 具有相同的特征性化学位移, 但是随着FG含量的增加同一化学位移处的线宽增加, 即归一化积分面积增加。
| 信号Signal | 化学位移/10-6Chemical shift | 官能团Functional group |
| 1 | 1.033 | —CH3(acyl group) |
| 2 | 1.452 | —(CH2)n—(acyl group) |
| 3 | 1.723 | —OCO—CH2—CH2—(acyl group) |
| 4 | 2.182 | —CH2—CH＝CH—(acyl group) |
| 5 | 2.381 | —OCO—CH2—(acyl group) |
| 6 | 2.898 | —CH＝CH—CH2—CH＝CH—(acyl group) |
| 7 | 4.227 | —CH2OCOR(glyceryl group) |
| 8 | 4.416 | —CH2OCOR(glyceryl group) |
| 9 | 4.710 | H2O |
| 10 | 5.462 | —CH＝CH—(acyl group) |
由图 8可知:高场13C核磁共振图谱与1H的结果相似, 即FG含量的增加使同一化学位移处的线宽增加, 同时, 随着FG含量的增加核磁共振谱基线平滑性也增加。表明FG的添加不会改变玉米油的油分子酰基基团性质, 但FG含量的增加会增加高场核磁共振信号的线宽, 使玉米油乳状液的乳化稳定性增加。
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图 8 不同FG含量玉米油乳状液的高场13C核磁共振图谱 Fig. 8 High-field 13C NMR spectra of corn oil emulsions with different FG contents |
粒径大小及分布状态是衡量乳化剂乳化性能优劣的指标之一[17]。本研究表明, FG含量增加使液滴粒径尺寸显著减小, 当FG含量低于0.4%时乳状液分散性较好, 而FG含量为0.5%时出现液滴聚集现象。FG含量较低(0.1%)时, 由于乳化剂含量不足, 易产生桥联絮凝而使乳滴粒径变大; FG含量增加时, 强静电斥力和空间位阻使乳状液得以维持更小的粒径状态; FG含量过高(0.5%)时则易通过耗尽絮凝使乳状液液滴出现聚集现象[16, 18]。
流变特性与乳状液的稳定性密切相关。本研究表明, 玉米油乳状液的表观黏度随着剪切速率增加而下降, 说明该乳状液具有假塑性流体特性[19]。FG的添加可以明显增加玉米油乳状液的表观黏度、储能模量(G′)和消耗模量(G″)。乳状液的黏度增大时, 液滴的运动速度减缓, 有利于乳状液的稳定[20]。G′和G″随着FG含量的增加而增加反映了黏弹性能的提高, 说明FG有助于乳状液形成更好的网络结构, 防止絮凝的发生[13]。角频率增加到一定程度时, G′大于G″被认为是由于振荡速率超过了分子重排的时间极限, 同时也证实了FG的弱凝胶特性[21-22]。
乳化活性和储藏稳定性可以进一步反映乳化剂的乳化能力。本研究表明FG含量增加可以显著增加玉米油乳状液的乳化活性(浊度), 说明FG含量增加可以提高该乳状液的稳定性。此外, 随着FG含量增加, 乳析指数降低, 说明乳状液更加稳定。FG含量较低时不能将所有的油滴吸附在界面上, 自由的油滴间容易合并而破坏乳状液的稳定性[10]; FG含量增加时则可以促进油水界面上界面膜的形成从而提高乳状液的稳定性。
高场核磁共振可以显示不同官能团的特征性化学位移的信号。食用油和脂肪主要由甘油三酯组成, 甘油三酯1H信号的化学位移已有报道[16, 23], 13C信号则可进一步提供甘油三酯酰基的位置分布信息。另外, FG 13C信号的特征性化学位移也已有报道[22]。本研究表明, 不同FG含量玉米油乳状液具有相同的共振模式, 但是FG含量增加会增加高场核磁共振信号的线宽。相同的共振模式说明FG的添加不会改变油分子的基团性质, 而线宽增加则说明油分子和FG的相互作用增强。此外, FG含量的增加使基线平滑性增加, 也标志着高含量FG下玉米油乳状液的均一性、稳定性更好。
综上所述, FG的添加可以显著提高玉米油乳状液的乳化稳定性, FG为0.4%时制得的含10%玉米油的乳状液最稳定。
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