2024年4月21日发(作者：潘清宁)

pH,Na+和Ca2+对大豆种皮果胶类多糖乳化稳定性的影响

赵玲玲;刘贺;张红运;范宏亮;杨艳萍;王胜男;杨立娜;李君;何余堂;朱丹实

【摘 要】探讨pH值和金属离子对大豆种皮果胶类多糖制备水包油乳液的物理稳定

性影响.利用草酸铵法制备大豆种皮果胶类多糖(Soybean Hull Pectic

Polysaccharide,SHPP),确定平均粒径、动态流变性质及显微形态以获得关于稳定机制的

更多信息.结果 表明,pH值和金属离子对SHPP的乳化稳定性均有显著影响.pH值由3.0

至7.0,SHPP的乳化稳定性先升高后降低.在pH值为4.0时,乳化颗粒粒径及脂肪上浮率最

小,分别为15.67 μm、31％,乳液表观黏度及乳化稳定性最好.添加Na+和Ca2+均可降低

乳液乳化稳定性,0.2 mol/L Na+对乳液乳化稳定性影响较大,而0.05 mol/L Ca2+次之.

【期刊名称】《中国粮油学报》

【年(卷),期】2019(034)001

【总页数】7页(P30-36)

【关键词】大豆种皮果胶类多糖;乳化稳定性;金属离子;平均粒径;pH

【作 者】赵玲玲;刘贺;张红运;范宏亮;杨艳萍;王胜男;杨立娜;李君;何余堂;朱丹实

【作者单位】渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;吉林大学食品科学与工程学院,长春130000;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013

【正文语种】中 文

【中图分类】TS214.2

大豆种皮是大豆深加工中最大的副产物，占整个大豆总质量的8%，具有价格低廉、

贮存容易、果胶含量较高等特点[1]。与工业化生产的大豆水溶性多糖相比，大豆种皮果

胶类多糖具有优良的凝胶、乳化、增稠等特性[2]。

大豆种皮果胶类多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、多聚半乳糖醛酸等

组成[3]，果胶类多糖结构中含有疏水基团，可与蛋白质在油-水界面结合形成空间位阻，

具有较好的乳化稳定性[4]。在乳化过程中，疏水性的多糖在油-水界面具有强烈的吸附能

力或直接与蛋白质络合[5]，同时通过增加乳液的黏性以防止乳液液滴重力分离从而形成

稳定乳液[6]。赵丽[7]采用不同方法提取大豆皮多糖并分析多糖性质，发现微波辅助草酸

铵提取大豆皮多糖制成乳液黏度大，粒度分布均匀，稳定性好。但乳液稳定性不仅与多糖

本身(酯化度、分子量等)及浓度有关，还受pH、离子强度等外源性因素影响[8]。调节

pH及添加金属离子可中和多糖自身电荷或改变其分子形态。Akihiro等[9]研究发现不同

pH值提取可溶性大豆多糖的乳化性能差异显著。Makoto 等[10]通过对比甜菜果胶(SBP)，

大豆可溶性多糖(SSPS)和树胶(GA)的乳化性能，发现SSPS在较高pH及盐浓度范围下，

乳液稳定性降低。目前关于大豆种皮果胶类多糖乳化稳定性研究较少，更缺乏关于

pH,Na+和Ca2+对SHPP稳定乳液能力影响的信息，所以本研究探索pH和盐浓度对用

SHPP制备乳液稳定性的影响，从而进一步推动SHPP在食品工业中的应用及饮料产品开

发。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆种皮；大豆色拉油；草酸铵、乙醇、HCl、NaOH：分析纯。

1.2 仪器与设备

PHS-3C pH计；Discovery DHR-1 TA流变仪；尼康80I光学显微镜；HYL-108激

光粒度仪；RE3000旋转蒸发器；DHG-9055A电热鼓风干燥箱；SL-250A高速多功能粉

碎机。

1.3 方法

1.3.1 SHPP制作工艺流程

将大豆种皮除杂，粉碎后过60目筛。称取大豆种皮100 g，按料液比1∶20加入1%

的乙醇溶液，室温搅拌30 min，过滤，放置65 ℃恒温干燥箱中烘干。称取烘干后的大

豆皮残渣，按料液比1∶20加入0.6%的草酸铵，在微波功率320 W作用20 min，取上

清液。将上清液4 000 r/min条件下离心10 min，将离心后的液体浓缩至原体积的1/3，

调节pH至4。加入无水乙醇使乙醇含量达到70%，于4 ℃下放置2 h后，在25 ℃，4

000 r/min条件下离心30 min。将获得的沉淀于65 ℃恒温干燥箱中烘干[11]。

1.3.2 乳液的制备

配制100 mL乳液，首先用大豆分离蛋白溶液与大豆油混合，利用高速剪切机在10

000 r/min下剪切2 min，制成初级溶液。配制SHPP水溶液，继续利用高速剪切机在

10 000 r/min下剪切2 min，与初级溶液完全混合，最终使乳液包含20%油，3%大豆分

离蛋白和2% SHPP，向最终乳液中添加0.02%叠氮化钠来抑制微生物生长，制成的乳液

4 ℃下储存，备用[12]。

1.3.3 环境因素对SHPP乳化性质的影响

1.3.3.1 pH对乳液稳定性的影响

调节乳液的pH值(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0)，以未对溶液进行pH调节的溶液作为

空白对照并对其稳定性进行分析，探讨pH值对乳液稳定性的影响。

1.3.3.2 阳离子存在对乳液稳定性的影响

Dario等[13]研究大豆皮可溶性多糖(HSPS)的乳化性能时，发现乳液含有0.2 mol/L

Na+和0.05 mol/L Ca2+时液滴粒径最小，乳化稳定性最好。本实验借鉴Dario

s的实验结果，将0.2 mol/L的氯化钠溶液和0.05 mol/L的氯化钙溶液与

SHPP水溶液混合，制成乳液后对其进行分析，重点讨论0.2 mol/L Na+、0.05 mol/L

Ca2+存在对乳液稳定性的影响。

1.3.4 总糖及蛋白质含量测定

总糖含量采用苯酚-硫酸法[14]，以葡萄糖为标准，在490 nm波长处测定。蛋白含

量根据 GB/T 50095-2010 食品安全国家标准—食品中蛋白质的测定。

1.3.5 粒径分布的测定

采用激光粒度分布仪测定乳液粒径[15]，取200 μL乳液加入激光粒度分布仪进行分

析，参数设定为：激光波长633 nm，散射角度90°，温度25 ℃，颗粒吸收率0.001，

颗粒折射率1.52；遮光率范围为5～20，折射率1.333。

1.3.6 流变分析

稳态流变分析：采用DHR-1旋转流变仪测定，取1 mL乳液加在测试台上，于25 ℃

条件下采用40 mm平行板夹具，狭缝距离设置为0.5 mm，剪切速率0～200 s-1，检测

样品流变特性[16]。

振荡流变分析：将1.5 mL乳液加在测试台上后，进行动态频率扫描，扫描频率范围

设定为0.01～3 Hz，检测整个过程的模量变化。40 mm平行板夹具，狭缝距离为0.5

mm，应力为1.0 Pa，所有的测量均在25 ℃下进行，实验过程中加盖密封圈以避免水分

过度蒸发[17]。

1.3.7 光学显微观察

将乳液稀释10倍后，滴于载玻片上，待液滴均匀铺展，为避免气泡产生，将盖玻片

轻轻覆盖于乳液液滴表面，置于(10倍、100倍)光学显微镜下观察液滴的形态[18]。

1.3.8 脂肪上浮率

脂肪上浮率的测试参照 Karimi 等[19]的方法，略有改动。吸取 10 mL 刚制备的乳液

样品于玻璃管中(直径1.5 cm，高度12 cm)，并用塑料盖密封，防止乳液挥发。同时记

录不同条件下乳液的清液层高度(Hs，下层)和总高度(Ht)。

脂肪上浮率(CI)定义为：CI=(Hs/Ht)×100%

1.4 数据处理

每个实验均重复3次，结果表示为平均数±标准差，用SPSS19.0 统计软件进行方差

分析，以P<0.05为显著性检验标准。用origin8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 总糖及蛋白质含量

测定SHPP总糖含量约为52.09%，蛋白含量约为6.93%。

2.2 pH对乳液稳定性的影响

2.2.1 pH对乳液粒径的影响

如表1所示，pH值对乳液的粒径有显著影响(P<0.05)。随着pH值升高，乳液D3,2

和D4,3逐渐减小，当pH值达到4.0时最小。当pH>4.0，乳液的D3,2和D4,3逐渐升

高。当pH<4.0，乳液pH

面与蛋白发生静电吸附，使乳液粒径减小，但乳液pH值越小，SHPP中半乳糖醛酸电离

受到抑制，吸附在液滴上的SHPP带电量减少，使蛋白与多糖静电吸附作用减弱，随着

pH值升高，半乳糖醛酸逐渐发生电离，pH值达到4.0时，SHPP中半乳糖醛酸达到电离

平衡，此时液滴间静电斥力最强[20]。继续升高pH，乳液的pH=pI或pH>pI，蛋白质

自身带静电或负电，与阴离子多糖形成较弱的可逆复合物，两者间从静吸引到静排斥[21]，

油滴表面吸附层结构不致密，颗粒粒径增大，乳液稳定性减弱。

表1 不同pH对乳液平均粒径的影响pH值中位径D50/μm体积平均径D4,3/μm面

积平均径

D3,2/μm3.017.85±0.09d23.73±0.60e5.64±0.03d4.015.67±0.02e22.88±0.04e4.67±

0.04f5.017.73±0.08d41.11±0.32d5.29±0.07e6.039.54±1.03b62.56±1.11b8.36±0.04

b754.76±1.10a70.58±0.43a11.30±0.04a

注：每列标注不同小写字母表示存在显著差异 P<0.05。

2.2.2 pH对乳液流动特性的影响

图1 不同pH对乳液黏度和剪切应力的影响

液滴粒径大小、连续相的黏度及组成成分等都可影响乳液流变学性质[22]。如图1所

示，乳液的表观黏度均随着剪切速率增大而显著降低，即出现剪切稀化现象。当乳液pH

值为4.0时，乳液黏度及剪切应力值最高。图2中的储能模量及损耗模量分别反映材料的

弹性及黏性大小，其中pH值为6.0，7.0时弹性及黏性较差。反之，pH值为4.0时弹性

及黏性最好有利于乳化稳定性增强。在pH值为4.0时，由于大豆蛋白的等电点在4.5左

右[23]，SHPP可吸附在蛋白表面形成厚厚的界面膜，致使过剩带相反电荷的SHPP游离

在水相中，且水中游离大量H+，导致-COO-数目减少，SHPP彼此间排斥力减小而团聚，

乳液的黏度增大[24]。随着pH逐渐增大，乳液中OH-增加，一方面OH-与SHPP相互

吸引，使多糖分子形态发生改变，另一方面多糖分子自身水解，与H+结合，导致乳液黏

度减小，稳定性降低[25]。

图2 不同pH对乳液储能模量和损耗模量的影响

2.2.3 pH对乳液微观结构的影响

从图2可直观看出，当pH值为3.0、4.0时乳化颗粒均呈较为规则的圆形，此时，

乳液稳定性较好，pH值为5.0时乳化颗粒呈大小不均一的圆形，pH值为6.0、7.0时乳

化颗粒呈现较不规则的椭圆形，当pH值为4.0时，如图2所示，此时乳液的黏弹性最好，

在均质过程中，由于增加连续相的黏度，同时增加剪切应力，可以让液滴碰撞频率降低，

乳液粒径减小且不易聚集，形成较规则的圆形[26]，在pH高于5.0时，SHPP与界面上

的蛋白不发生静电吸附而彼此排斥，SHPP离开界面而游离在水相中，SHPP无法为蛋白

提供足够的静电及空间位阻屏障，所以蛋白可发生部分疏水聚集，从而导致液滴间相互聚

集，乳化颗粒变大，影响乳液的乳化稳定性[27]。Li[28]利用壳聚糖包埋β-乳球蛋白质稳

定的乳液在pH 3.0～6.0范围内均能够维持良好的乳化稳定性，而pH高于6.0时相对不

稳定，与本研究结果相似。

注：a-e分别表示pH为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0时油镜100倍下观察得到的微观

图，照片标尺为10 μm；A-E分别表示同等操作物镜10倍下得到的微观图，照片标尺为

100 μm。图3 不同pH对乳液微观结构的影响

2.2.4 pH对乳液分层稳定性的影响

从图4可知，乳液 pH值为4.0时脂肪上浮率最小。在pH值3.0～4.0范围内，随

着溶液pH值升高，乳液的分油率随之降低，pH<4.0时，低于多糖的侧链基团的解离常

数pKa，—COO-基团部分质子化，导致液滴间静电斥力减小，油滴发生团聚，上浮[29]。

随着 pH 升高接近蛋白等电点，蛋白质分子本身聚集的趋势增加，但由于SHPP可与蛋白

产生空间排阻及SHPP彼此间会产生静电排斥，抑制油滴聚集[30]。在pH值4.0～7.0范

围内，随着pH值升高，乳液的脂肪上浮率逐渐增大，乳液的稳定性逐渐下降，pH值达

到6.0时趋于平缓。

2.3 阳离子存在对乳液稳定性的影响

2.3.1 阳离子存在对乳液粒径的影响

从表2可知，与未加阳离子的乳液相比，不同阳离子对乳液粒径有显著影响(P<0.05)。

向乳液中添加0.2 mol/L Na+，乳液D4,3和D50分别为74.52 μm和47.62 μm，大于

未加阳离子的乳液，说明添加高浓度的Na+可促进液滴的絮凝和聚集，可能是高浓度阳

离子游离在水相，带相反电荷的离子在SHPP和蛋白表面积累，通过屏蔽蛋白和SHPP自

身带电量，降低了彼此间的静电吸引力，同时，大量的盐离子加入到体系中蛋白会发生盐

析而沉淀[31]，导致粒子变大。乳液中添加0.05 mol/L Ca2+，乳液的平均粒径略大，

Ca2+的存在，一方面可降低蛋白的溶解度，另一方面可与SHPP分子局部交联，增加了

SHPP分子的刚性，液滴之间更容易发生沉淀聚集。但是，由于添加Ca2+的浓度过低，

可能只是屏蔽蛋白与SHPP的部分带电量，蛋白与多糖之间会继续发生静电吸附作用，同

时液滴之间也会产生静电排斥，阻碍颗粒的进一步聚集，所以液滴粒径略有增大。

表2 阳离子对乳液平均粒径的影响阳离子中位径D50/μm体积平均径D4,3/μm面

积平均径D3,2/μm空白

19.51±0.02b53.55±0.04b6.27±0.04bNa+47.63±0.07a74.56±0.07a7.64±0.03aCa2+

17.85±0.02c56.29±0.14c5.55±0.08c

注：(1)每列标注不同小写字母表示存在显著差异P<0.05。(2)空白样为未添加阳离子

的样品。

2.3.2 阳离子存在对乳液流变特性的影响

由图5可知，空白及含阳离子的乳液表观黏度均随着剪切速率增加而降低，表现出剪

切变稀的流体特性，未添加阳离子时，乳液的黏度及剪切应力高于含Na+和Ca2+的乳液，

含Ca2+的乳液起始黏度最低为0.56 Pa·s。图6反映出不含阳离子的乳液弹性及黏性相

对较大。其原因可能在于Na+和Ca2+对SHPP的黏度行为具有很大影响，多糖的特性

黏度受多糖分子间的静电相互作用而降低，Na+、Ca2+作为反离子与SHPP分子中的羧

基相互作用，改变了多糖分子的构象，受到盐桥作用，使分子链由舒展到紧缩[32]。因此

Na+和Ca2+存在会降低SHPP的黏度，从而降低其乳化稳定性。

图4 不同pH对乳液分层稳定性的影响

图5 阳离子存在对乳液黏度和剪切应力的影响

图6 阳离子存在对乳液储能模量和损耗模量的影响

2.3.3 阳离子存在对乳液微观结构的影响

由图7可知，未添加阳离子乳液的乳化颗粒均呈较为规则的圆形，而添加Na+和

Ca2+乳液的乳化颗粒呈现较不规则的椭圆形，乳化颗粒大小：B>C>A，与表2结果一致。

因为Na+和Ca2+带正电荷，而SHPP自身带负电荷，随着乳液中带相反电荷的离子增

加，屏蔽多糖自身的带电量，从而减小分子与分子间的静电斥力，液滴间发生聚合，同时，

盐的相互作用会促进产生絮凝，有效的降低蛋白质的溶解度，由于形成一个三维的聚合液

滴网络进而阻碍乳化过程[33]，因此，阳离子存在可降低乳液乳化稳定性。

注：a-c分别表示乳液中未添加阳离子、添加Na+、Ca2+时油镜100倍下观察得到

的微观图，照片标尺为10 μm；A-C分别表示同等操作物镜10倍下得到的微观图，照片

标尺为100 μm。图7 阳离子存在对乳液微观结构的影响

2.3.4 阳离子存在对乳液分层稳定性的影响

如图6所示，未添加阳离子时，乳液的脂肪上浮率最低为37%，向其中添加Na+，

脂肪上浮率最高为56%，此时由于大量盐离子存在，使水的活度降低，蛋白表面的疏水

残基充分暴露，蛋白与蛋白发生聚而沉淀[34]，同时油滴界面电荷减少，油滴与油滴聚集，

由于重力作用，油脂上浮析出。向其中添加Ca2+时脂肪上浮率为38%，说明0.05

mol/L Ca2+的存在对乳液乳化稳定性影响不显著，可能由于Ca2+是高价离子，屏蔽蛋

白和SHPP的部分电荷，使蛋白与多糖之间静电斥力减弱，但粒子与粒子间仍然存在静电

互斥作用，所以有效缓解了油滴的上浮。

图8 阳离子存在对乳液分层稳定性的影响

3 结论

大豆种皮果胶类多糖具有良好的乳化性质，其乳化稳定性随pH值和阳离子存在的变

化差异显著。pH 4.0时，乳化颗粒粒径最小，黏度及剪切应力最大，脂肪上浮率最低，

乳化性最佳。添加0.2 mol/L Na+可促使乳液乳化稳定性降低，而添加0.05 mol/L

Ca2+对降低乳液乳化稳定性作用较小。本研究结果表明，SHPP在酸性介质中可吸附在

油-水界面形成黏弹性膜，因此可用作酸性O/W乳液中有效的乳化剂，同时，应避免添

加金属离子屏蔽SHPP自身带电量。

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2024年4月21日发(作者：潘清宁)

pH,Na+和Ca2+对大豆种皮果胶类多糖乳化稳定性的影响

赵玲玲;刘贺;张红运;范宏亮;杨艳萍;王胜男;杨立娜;李君;何余堂;朱丹实

【摘 要】探讨pH值和金属离子对大豆种皮果胶类多糖制备水包油乳液的物理稳定

性影响.利用草酸铵法制备大豆种皮果胶类多糖(Soybean Hull Pectic

Polysaccharide,SHPP),确定平均粒径、动态流变性质及显微形态以获得关于稳定机制的

更多信息.结果 表明,pH值和金属离子对SHPP的乳化稳定性均有显著影响.pH值由3.0

至7.0,SHPP的乳化稳定性先升高后降低.在pH值为4.0时,乳化颗粒粒径及脂肪上浮率最

小,分别为15.67 μm、31％,乳液表观黏度及乳化稳定性最好.添加Na+和Ca2+均可降低

乳液乳化稳定性,0.2 mol/L Na+对乳液乳化稳定性影响较大,而0.05 mol/L Ca2+次之.

【期刊名称】《中国粮油学报》

【年(卷),期】2019(034)001

【总页数】7页(P30-36)

【关键词】大豆种皮果胶类多糖;乳化稳定性;金属离子;平均粒径;pH

【作 者】赵玲玲;刘贺;张红运;范宏亮;杨艳萍;王胜男;杨立娜;李君;何余堂;朱丹实

【作者单位】渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;吉林大学食品科学与工程学院,长春130000;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程学院,锦州 121013;渤海大学食品科学与工程

学院,锦州 121013

【正文语种】中 文

【中图分类】TS214.2

大豆种皮是大豆深加工中最大的副产物，占整个大豆总质量的8%，具有价格低廉、

贮存容易、果胶含量较高等特点[1]。与工业化生产的大豆水溶性多糖相比，大豆种皮果

胶类多糖具有优良的凝胶、乳化、增稠等特性[2]。

大豆种皮果胶类多糖主要由鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、多聚半乳糖醛酸等

组成[3]，果胶类多糖结构中含有疏水基团，可与蛋白质在油-水界面结合形成空间位阻，

具有较好的乳化稳定性[4]。在乳化过程中，疏水性的多糖在油-水界面具有强烈的吸附能

力或直接与蛋白质络合[5]，同时通过增加乳液的黏性以防止乳液液滴重力分离从而形成

稳定乳液[6]。赵丽[7]采用不同方法提取大豆皮多糖并分析多糖性质，发现微波辅助草酸

铵提取大豆皮多糖制成乳液黏度大，粒度分布均匀，稳定性好。但乳液稳定性不仅与多糖

本身(酯化度、分子量等)及浓度有关，还受pH、离子强度等外源性因素影响[8]。调节

pH及添加金属离子可中和多糖自身电荷或改变其分子形态。Akihiro等[9]研究发现不同

pH值提取可溶性大豆多糖的乳化性能差异显著。Makoto 等[10]通过对比甜菜果胶(SBP)，

大豆可溶性多糖(SSPS)和树胶(GA)的乳化性能，发现SSPS在较高pH及盐浓度范围下，

乳液稳定性降低。目前关于大豆种皮果胶类多糖乳化稳定性研究较少，更缺乏关于

pH,Na+和Ca2+对SHPP稳定乳液能力影响的信息，所以本研究探索pH和盐浓度对用

SHPP制备乳液稳定性的影响，从而进一步推动SHPP在食品工业中的应用及饮料产品开

发。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆种皮；大豆色拉油；草酸铵、乙醇、HCl、NaOH：分析纯。

1.2 仪器与设备

PHS-3C pH计；Discovery DHR-1 TA流变仪；尼康80I光学显微镜；HYL-108激

光粒度仪；RE3000旋转蒸发器；DHG-9055A电热鼓风干燥箱；SL-250A高速多功能粉

碎机。

1.3 方法

1.3.1 SHPP制作工艺流程

将大豆种皮除杂，粉碎后过60目筛。称取大豆种皮100 g，按料液比1∶20加入1%

的乙醇溶液，室温搅拌30 min，过滤，放置65 ℃恒温干燥箱中烘干。称取烘干后的大

豆皮残渣，按料液比1∶20加入0.6%的草酸铵，在微波功率320 W作用20 min，取上

清液。将上清液4 000 r/min条件下离心10 min，将离心后的液体浓缩至原体积的1/3，

调节pH至4。加入无水乙醇使乙醇含量达到70%，于4 ℃下放置2 h后，在25 ℃，4

000 r/min条件下离心30 min。将获得的沉淀于65 ℃恒温干燥箱中烘干[11]。

1.3.2 乳液的制备

配制100 mL乳液，首先用大豆分离蛋白溶液与大豆油混合，利用高速剪切机在10

000 r/min下剪切2 min，制成初级溶液。配制SHPP水溶液，继续利用高速剪切机在

10 000 r/min下剪切2 min，与初级溶液完全混合，最终使乳液包含20%油，3%大豆分

离蛋白和2% SHPP，向最终乳液中添加0.02%叠氮化钠来抑制微生物生长，制成的乳液

4 ℃下储存，备用[12]。

1.3.3 环境因素对SHPP乳化性质的影响

1.3.3.1 pH对乳液稳定性的影响

调节乳液的pH值(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0)，以未对溶液进行pH调节的溶液作为

空白对照并对其稳定性进行分析，探讨pH值对乳液稳定性的影响。

1.3.3.2 阳离子存在对乳液稳定性的影响

Dario等[13]研究大豆皮可溶性多糖(HSPS)的乳化性能时，发现乳液含有0.2 mol/L

Na+和0.05 mol/L Ca2+时液滴粒径最小，乳化稳定性最好。本实验借鉴Dario

s的实验结果，将0.2 mol/L的氯化钠溶液和0.05 mol/L的氯化钙溶液与

SHPP水溶液混合，制成乳液后对其进行分析，重点讨论0.2 mol/L Na+、0.05 mol/L

Ca2+存在对乳液稳定性的影响。

1.3.4 总糖及蛋白质含量测定

总糖含量采用苯酚-硫酸法[14]，以葡萄糖为标准，在490 nm波长处测定。蛋白含

量根据 GB/T 50095-2010 食品安全国家标准—食品中蛋白质的测定。

1.3.5 粒径分布的测定

采用激光粒度分布仪测定乳液粒径[15]，取200 μL乳液加入激光粒度分布仪进行分

析，参数设定为：激光波长633 nm，散射角度90°，温度25 ℃，颗粒吸收率0.001，

颗粒折射率1.52；遮光率范围为5～20，折射率1.333。

1.3.6 流变分析

稳态流变分析：采用DHR-1旋转流变仪测定，取1 mL乳液加在测试台上，于25 ℃

条件下采用40 mm平行板夹具，狭缝距离设置为0.5 mm，剪切速率0～200 s-1，检测

样品流变特性[16]。

振荡流变分析：将1.5 mL乳液加在测试台上后，进行动态频率扫描，扫描频率范围

设定为0.01～3 Hz，检测整个过程的模量变化。40 mm平行板夹具，狭缝距离为0.5

mm，应力为1.0 Pa，所有的测量均在25 ℃下进行，实验过程中加盖密封圈以避免水分

过度蒸发[17]。

1.3.7 光学显微观察

将乳液稀释10倍后，滴于载玻片上，待液滴均匀铺展，为避免气泡产生，将盖玻片

轻轻覆盖于乳液液滴表面，置于(10倍、100倍)光学显微镜下观察液滴的形态[18]。

1.3.8 脂肪上浮率

脂肪上浮率的测试参照 Karimi 等[19]的方法，略有改动。吸取 10 mL 刚制备的乳液

样品于玻璃管中(直径1.5 cm，高度12 cm)，并用塑料盖密封，防止乳液挥发。同时记

录不同条件下乳液的清液层高度(Hs，下层)和总高度(Ht)。

脂肪上浮率(CI)定义为：CI=(Hs/Ht)×100%

1.4 数据处理

每个实验均重复3次，结果表示为平均数±标准差，用SPSS19.0 统计软件进行方差

分析，以P<0.05为显著性检验标准。用origin8.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 总糖及蛋白质含量

测定SHPP总糖含量约为52.09%，蛋白含量约为6.93%。

2.2 pH对乳液稳定性的影响

2.2.1 pH对乳液粒径的影响

如表1所示，pH值对乳液的粒径有显著影响(P<0.05)。随着pH值升高，乳液D3,2

和D4,3逐渐减小，当pH值达到4.0时最小。当pH>4.0，乳液的D3,2和D4,3逐渐升

高。当pH<4.0，乳液pH

面与蛋白发生静电吸附，使乳液粒径减小，但乳液pH值越小，SHPP中半乳糖醛酸电离

受到抑制，吸附在液滴上的SHPP带电量减少，使蛋白与多糖静电吸附作用减弱，随着

pH值升高，半乳糖醛酸逐渐发生电离，pH值达到4.0时，SHPP中半乳糖醛酸达到电离

平衡，此时液滴间静电斥力最强[20]。继续升高pH，乳液的pH=pI或pH>pI，蛋白质

自身带静电或负电，与阴离子多糖形成较弱的可逆复合物，两者间从静吸引到静排斥[21]，

油滴表面吸附层结构不致密，颗粒粒径增大，乳液稳定性减弱。

表1 不同pH对乳液平均粒径的影响pH值中位径D50/μm体积平均径D4,3/μm面

积平均径

D3,2/μm3.017.85±0.09d23.73±0.60e5.64±0.03d4.015.67±0.02e22.88±0.04e4.67±

0.04f5.017.73±0.08d41.11±0.32d5.29±0.07e6.039.54±1.03b62.56±1.11b8.36±0.04

b754.76±1.10a70.58±0.43a11.30±0.04a

注：每列标注不同小写字母表示存在显著差异 P<0.05。

2.2.2 pH对乳液流动特性的影响

图1 不同pH对乳液黏度和剪切应力的影响

液滴粒径大小、连续相的黏度及组成成分等都可影响乳液流变学性质[22]。如图1所

示，乳液的表观黏度均随着剪切速率增大而显著降低，即出现剪切稀化现象。当乳液pH

值为4.0时，乳液黏度及剪切应力值最高。图2中的储能模量及损耗模量分别反映材料的

弹性及黏性大小，其中pH值为6.0，7.0时弹性及黏性较差。反之，pH值为4.0时弹性

及黏性最好有利于乳化稳定性增强。在pH值为4.0时，由于大豆蛋白的等电点在4.5左

右[23]，SHPP可吸附在蛋白表面形成厚厚的界面膜，致使过剩带相反电荷的SHPP游离

在水相中，且水中游离大量H+，导致-COO-数目减少，SHPP彼此间排斥力减小而团聚，

乳液的黏度增大[24]。随着pH逐渐增大，乳液中OH-增加，一方面OH-与SHPP相互

吸引，使多糖分子形态发生改变，另一方面多糖分子自身水解，与H+结合，导致乳液黏

度减小，稳定性降低[25]。

图2 不同pH对乳液储能模量和损耗模量的影响

2.2.3 pH对乳液微观结构的影响

从图2可直观看出，当pH值为3.0、4.0时乳化颗粒均呈较为规则的圆形，此时，

乳液稳定性较好，pH值为5.0时乳化颗粒呈大小不均一的圆形，pH值为6.0、7.0时乳

化颗粒呈现较不规则的椭圆形，当pH值为4.0时，如图2所示，此时乳液的黏弹性最好，

在均质过程中，由于增加连续相的黏度，同时增加剪切应力，可以让液滴碰撞频率降低，

乳液粒径减小且不易聚集，形成较规则的圆形[26]，在pH高于5.0时，SHPP与界面上

的蛋白不发生静电吸附而彼此排斥，SHPP离开界面而游离在水相中，SHPP无法为蛋白

提供足够的静电及空间位阻屏障，所以蛋白可发生部分疏水聚集，从而导致液滴间相互聚

集，乳化颗粒变大，影响乳液的乳化稳定性[27]。Li[28]利用壳聚糖包埋β-乳球蛋白质稳

定的乳液在pH 3.0～6.0范围内均能够维持良好的乳化稳定性，而pH高于6.0时相对不

稳定，与本研究结果相似。

注：a-e分别表示pH为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0时油镜100倍下观察得到的微观

图，照片标尺为10 μm；A-E分别表示同等操作物镜10倍下得到的微观图，照片标尺为

100 μm。图3 不同pH对乳液微观结构的影响

2.2.4 pH对乳液分层稳定性的影响

从图4可知，乳液 pH值为4.0时脂肪上浮率最小。在pH值3.0～4.0范围内，随

着溶液pH值升高，乳液的分油率随之降低，pH<4.0时，低于多糖的侧链基团的解离常

数pKa，—COO-基团部分质子化，导致液滴间静电斥力减小，油滴发生团聚，上浮[29]。

随着 pH 升高接近蛋白等电点，蛋白质分子本身聚集的趋势增加，但由于SHPP可与蛋白

产生空间排阻及SHPP彼此间会产生静电排斥，抑制油滴聚集[30]。在pH值4.0～7.0范

围内，随着pH值升高，乳液的脂肪上浮率逐渐增大，乳液的稳定性逐渐下降，pH值达

到6.0时趋于平缓。

2.3 阳离子存在对乳液稳定性的影响

2.3.1 阳离子存在对乳液粒径的影响

从表2可知，与未加阳离子的乳液相比，不同阳离子对乳液粒径有显著影响(P<0.05)。

向乳液中添加0.2 mol/L Na+，乳液D4,3和D50分别为74.52 μm和47.62 μm，大于

未加阳离子的乳液，说明添加高浓度的Na+可促进液滴的絮凝和聚集，可能是高浓度阳

离子游离在水相，带相反电荷的离子在SHPP和蛋白表面积累，通过屏蔽蛋白和SHPP自

身带电量，降低了彼此间的静电吸引力，同时，大量的盐离子加入到体系中蛋白会发生盐

析而沉淀[31]，导致粒子变大。乳液中添加0.05 mol/L Ca2+，乳液的平均粒径略大，

Ca2+的存在，一方面可降低蛋白的溶解度，另一方面可与SHPP分子局部交联，增加了

SHPP分子的刚性，液滴之间更容易发生沉淀聚集。但是，由于添加Ca2+的浓度过低，

可能只是屏蔽蛋白与SHPP的部分带电量，蛋白与多糖之间会继续发生静电吸附作用，同

时液滴之间也会产生静电排斥，阻碍颗粒的进一步聚集，所以液滴粒径略有增大。

表2 阳离子对乳液平均粒径的影响阳离子中位径D50/μm体积平均径D4,3/μm面

积平均径D3,2/μm空白

19.51±0.02b53.55±0.04b6.27±0.04bNa+47.63±0.07a74.56±0.07a7.64±0.03aCa2+

17.85±0.02c56.29±0.14c5.55±0.08c

注：(1)每列标注不同小写字母表示存在显著差异P<0.05。(2)空白样为未添加阳离子

的样品。

2.3.2 阳离子存在对乳液流变特性的影响

由图5可知，空白及含阳离子的乳液表观黏度均随着剪切速率增加而降低，表现出剪

切变稀的流体特性，未添加阳离子时，乳液的黏度及剪切应力高于含Na+和Ca2+的乳液，

含Ca2+的乳液起始黏度最低为0.56 Pa·s。图6反映出不含阳离子的乳液弹性及黏性相

对较大。其原因可能在于Na+和Ca2+对SHPP的黏度行为具有很大影响，多糖的特性

黏度受多糖分子间的静电相互作用而降低，Na+、Ca2+作为反离子与SHPP分子中的羧

基相互作用，改变了多糖分子的构象，受到盐桥作用，使分子链由舒展到紧缩[32]。因此

Na+和Ca2+存在会降低SHPP的黏度，从而降低其乳化稳定性。

图4 不同pH对乳液分层稳定性的影响

图5 阳离子存在对乳液黏度和剪切应力的影响

图6 阳离子存在对乳液储能模量和损耗模量的影响

2.3.3 阳离子存在对乳液微观结构的影响

由图7可知，未添加阳离子乳液的乳化颗粒均呈较为规则的圆形，而添加Na+和

Ca2+乳液的乳化颗粒呈现较不规则的椭圆形，乳化颗粒大小：B>C>A，与表2结果一致。

因为Na+和Ca2+带正电荷，而SHPP自身带负电荷，随着乳液中带相反电荷的离子增

加，屏蔽多糖自身的带电量，从而减小分子与分子间的静电斥力，液滴间发生聚合，同时，

盐的相互作用会促进产生絮凝，有效的降低蛋白质的溶解度，由于形成一个三维的聚合液

滴网络进而阻碍乳化过程[33]，因此，阳离子存在可降低乳液乳化稳定性。

注：a-c分别表示乳液中未添加阳离子、添加Na+、Ca2+时油镜100倍下观察得到

的微观图，照片标尺为10 μm；A-C分别表示同等操作物镜10倍下得到的微观图，照片

标尺为100 μm。图7 阳离子存在对乳液微观结构的影响

2.3.4 阳离子存在对乳液分层稳定性的影响

如图6所示，未添加阳离子时，乳液的脂肪上浮率最低为37%，向其中添加Na+，

脂肪上浮率最高为56%，此时由于大量盐离子存在，使水的活度降低，蛋白表面的疏水

残基充分暴露，蛋白与蛋白发生聚而沉淀[34]，同时油滴界面电荷减少，油滴与油滴聚集，

由于重力作用，油脂上浮析出。向其中添加Ca2+时脂肪上浮率为38%，说明0.05

mol/L Ca2+的存在对乳液乳化稳定性影响不显著，可能由于Ca2+是高价离子，屏蔽蛋

白和SHPP的部分电荷，使蛋白与多糖之间静电斥力减弱，但粒子与粒子间仍然存在静电

互斥作用，所以有效缓解了油滴的上浮。

图8 阳离子存在对乳液分层稳定性的影响

3 结论

大豆种皮果胶类多糖具有良好的乳化性质，其乳化稳定性随pH值和阳离子存在的变

化差异显著。pH 4.0时，乳化颗粒粒径最小，黏度及剪切应力最大，脂肪上浮率最低，

乳化性最佳。添加0.2 mol/L Na+可促使乳液乳化稳定性降低，而添加0.05 mol/L

Ca2+对降低乳液乳化稳定性作用较小。本研究结果表明，SHPP在酸性介质中可吸附在

油-水界面形成黏弹性膜，因此可用作酸性O/W乳液中有效的乳化剂，同时，应避免添

加金属离子屏蔽SHPP自身带电量。

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