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植物油體的提取及其乳化體系研究進展

2021-06-19 06:02:22胡經緯周裔彬
食品工業(yè)科技 2021年12期
關鍵詞:油質磷脂乳液

劉 靜,胡經緯,周裔彬,

(1.安徽農業(yè)大學茶與食品科技學院,安徽合肥 230031;2.安徽糧食工程職業(yè)學院,安徽合肥 230001)

植物油體(oil body)是植物種子、花粉等組織中貯存油脂的特殊細胞器,又稱為油質體(oleosome)或脂質體(lipid body)。根據油體在植物組織中的分布,可分為兩種—油質蛋白基脂質體(oleosin-based lipid body)和非油質蛋白基脂質體(non-oleosinbased lipid body)。植物種子中的脂質體主要是油質蛋白基脂質體(oleosin-based lipid body),占油料種子質量的40%~45%[1]。油體外層包裹著由磷脂單分子層和油質蛋白組成的磷脂-蛋白質單層膜,賦予油體良好的物理和化學穩(wěn)定性,以抵抗干燥、高溫等外界不利條件。

關于植物油體的研究主要集中在油體中脂肪的提取。比較成熟的植物油提取技術主要有物理壓榨法和溶劑浸出法。物理壓榨法包括熱榨工藝和冷榨工藝,工藝簡單,是最傳統(tǒng)的制油方法。熱榨工藝可以促進風味物質的形成,但是對熱敏成分破壞大;冷榨工藝可以有效保護熱敏成分,但出油率低,粕中殘油量高[2?3]。溶劑浸出法的出油率高達95%以上,且生產成本低,但油品風味較差,存在有機殘留,精煉工序繁瑣,高溫脫溶易造成濕粕中蛋白質等成分變性,不利于回收[4]。因此,近年來,水代法和在此基礎上發(fā)展的水酶法由于綠色、環(huán)保、油品風味好、有效保留活性成分(如角鯊烯、生育酚[5]及多酚[6])等優(yōu)點,成為研究的熱點。但是水(酶)法制油工藝中,油料中的蛋白質、磷脂、糖及皂素等天然乳化成分吸附于油水界面發(fā)生乳化,降低了清油的得率,成為制約水(酶)法應用和推廣的制約條件。本文對植物油體的組成和結構、油體提取技術和油體乳化體系的研究進展進行綜述,以期為水(酶)法提油的有效破乳和油體產品的開發(fā)應用提供參考。

1 植物油體的組成和結構

1.1 植物油體的組成

植物油體主要由中性脂(三酰甘油酯,tri-acylglycerol,TAG)、磷脂、蛋白質和其他微量組分組成,如鈣離子、固醇類物質和輔酶等。三酰甘油酯構成油體的疏水性內核,而磷脂和鑲嵌其中的油質蛋白,構成了油體外層的磷脂-蛋白質單層膜結構。因油料來源不同,中性脂約占油體質量的94.0%~98.0%,磷脂占0.6%~2.0%,而蛋白占0.6%~3.0 %[7?9](見表1)。蛋白質含量雖然較低,卻是油體表面化學性質的主要貢獻者。油質蛋白(oleosin)是油體膜蛋白中的主要組成部分,占油體膜蛋白含量的75%~80%。它是一個堿性小分子蛋白,分子量一般為14~17 kDa。除了油質蛋白,在油體膜中還存在著少量的油質鈣蛋白(caleosin)和油質固醇蛋白(steroleosin),分子量分別為24~28 kDa 和35~60 kDa[9]。由于提取和洗滌方法不同,油體表面還有可能殘留部分外源蛋白。堿性pH 提取[10]和連續(xù)多次洗滌[4]可以有效去除油體表面的外源蛋白,從而提高油體中TAG 的相對含量。磷脂中含量最高的是磷脂酰膽堿(PC),其次是磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰乙醇胺(PE)等[8]。

1.2 植物油體的結構和形態(tài)

油料籽粒中的油體是種子進行新陳代謝的能量來源,占種子體積的75%以上[9]。目前,研究者普遍認可Tzen 等[11]關于油體的三維結構模型(如圖1),即三酰甘油酯(TAG)構成了油體的疏水性內核,其表面由磷脂單分子層和嵌在其中的油質蛋白構成。每個磷脂分子的疏水性尾部向內與疏水性的三酰甘油相互作用,而親水性頭部朝外定向于親水環(huán)境。油體單層膜結構的磷脂中飽和脂肪酸含量遠遠高于不飽和脂肪酸,延長的?;鶠橛唾|蛋白提供了足夠的錨點[8]。油質蛋白由三個結構域組成:中心的疏水性結構域,由72 個殘基組成;N -末端的兩親性結構域,由50~70 個殘基組成;C-末端的兩親性結構域,長度可變,在靠近中心疏水性結構域方向的約33 個殘基可以形成兩親性α-螺旋結構,與帶電磷酸鹽和膽堿基團相互作用[12]。油質蛋白分子中疏水性的中心結構域形成一個11 nm 的柄狀結構,向內伸入三酰甘油內部和磷脂的疏水性?;鶅炔?,具有兩親性的N-末端結構域和C-末端結構域向外覆蓋于油體表面,提供空間位阻和靜電斥力,來維持油體結構穩(wěn)定[11]。C-末端的α-螺旋結構還可能增加油質蛋白的疏水性,通過疏水相互作用增加油體結構的穩(wěn)定性[13]。油質鈣蛋白(caleosin)的結構與油質蛋白(oleosin)相似,也有三個結構域,不同的是在其N-末端親水性結構域含有一個鈣離子結合區(qū),中心疏水性結構域含有一個高度保守的脯氨酸-結(pro-knot),C-末端含有蛋白激酶磷酸化位點,中心疏水結構域所占比例較小,而親水性的N-末端和C-末端所占比例較大[14]。油質固醇蛋白(steroleosin)包括2 個結構域:N-末端油體錨定區(qū)域和緊接其后的固醇結合脫氫酶區(qū)域,通過N-末端的疏水性片段將可溶性的固醇結合脫氫酶區(qū)域錨定在油體表面[15]。

受外界環(huán)境影響,植物油體形狀和大小各不相同。在高水分含量的葵花籽中,油體呈規(guī)則的球形,而在水分含量較低的玉米胚芽中,由于組織收縮,空間受限,油體呈不規(guī)則形狀[16]。膜蛋白約占油體膜表面積的20%,其含量往往決定了油體粒徑的大小。一般,油質蛋白與三酰甘油的比值越大,油體粒徑越小。在水溶液中,由于相鄰油體分子之間的空間位阻和靜電斥力,油體形成粒徑0.5~2.5 μm 的球狀微滴,不易聚集和融合,具有較好的穩(wěn)定性[11]。有研究表明,油體表面除了磷脂和油質蛋白外,還可能有外源蛋白(extraneous protein)吸附于油體表面,形成第二層膜,增加了油體的穩(wěn)定性[17?21]。

表1 不同來源油體的主要化學組成[7?9]Table 1 Main chemical composition of oil bodies from different sources[7?9]

圖1 植物油體的結構模型[11]Fig.1 Structural model of oil bodies[11]

2 植物油體的水法提取

由于油體表面具有親水性,在水溶液中,油體可分散于水相形成均勻的乳液。利用這一特性,通常通過機械破碎(如磨漿)破壞植物細胞壁結構,并實現油體與蛋白體、淀粉粒的分離,同時,形成的細小顆粒,大大增加了油體與水的接觸面積,有利于油體在水溶液中的分散;然后利用油體與蛋白質、淀粉、多糖等其他成分的溶解性和比重差異,借助離心實現油體的上浮,得到粗油體;采用堿溶液、蔗糖溶液、鹽溶液及尿素等洗滌,去除油體表面粘附的其他雜質,提高油體純度[7,11,22?26]。

根據油體的純度和結構完整程度可將其分為純油體、粗油體和修飾油體[7]。為了研究油體的結構、組成和性質,需要純的油體。Tzen 等[7,11]將冷水浸泡的種子(玉米胚芽、大豆、葵花籽、荷荷巴籽等)在0.6 mol/L 蔗糖水溶液(內含EDTA、氯化鎂、氯化鉀、DTT,pH=7.5)中磨漿,過濾得到油體提取物,經蔗糖溶液連續(xù)離心浮選得到油體,采用0.1%吐溫-20、2 mol/L 氯化鈉和9 mol/L 尿素多次洗滌,得到高純度的完整油體[22],提出了油體結構的經典模型,并對不同來源的油體結構和組成進行了分析。該方法在油體及油質蛋白的研究中被廣泛采用[23?25]。Chen[26]將浸泡過的大豆在去離子水中磨漿,并采用含蔗糖的堿性溶液(pH=11.0)提取大豆油體,經多次堿洗和水洗去除外源性蛋白,研究了油質蛋白和磷脂在維持植物油體結構穩(wěn)定中的關鍵作用。后來又提出了采用100 mmol/L Tris-HCl 緩沖溶液(含3 mmol/L MgCl2,pH=8.6)作為浸提劑的兩步提取法,使油體得率提高至65%,通過熱處理鈍化水解酶,以保持油體的長期穩(wěn)定[27]。Zaaboul 等[28]將花生經蒸餾水浸泡和研磨得到花生漿,并經過濾和蔗糖溶液離心浮選,得到粗油體,采用10 mmol/L 磷酸緩沖溶液對油體進行回收,并分離出兩種花生油質蛋白亞型(分子量分別為14 和16 kDa)。因此,提高油體純度和完整度的關鍵是:a.控制研磨的程度,以保證油體結構的完整;b.控制提取條件(溫度、鹽離子強度、pH 值等),從而促進油體的釋放,抑制內源性水解酶的活力;c.控制洗滌條件(鹽離子強度、pH、尿素等去污劑)及洗滌次數,以提高油體的純度。

在油體結構研究中,為了得到高純度油體,通常采用復雜的緩沖溶液(其中往往含有有機溶劑)和高速離心(離心力往往大于10000 g),工序繁瑣,提取率低,存在有機殘留風險。為了實現油體在食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)的應用和推廣,首先應考慮的是油體的得率和理化性質。Nikiforid 等[17]對磨碎的玉米胚芽(粒徑0.8 mm)進行三次連續(xù)堿提及兩次低速離心(3800 g,30 min),制得玉米胚芽粗油體,油體得率高達95%,該油體可以長時間保持穩(wěn)定而不絮凝。Kapchie 等[29]提出了復合酶解(多功能果膠酶FE,纖維素酶A 和多功能cx13l)結合三次0.05 mol/L Tris -HCl 緩沖溶液(pH 7.2,含0.5 mol/L NaCl,0.4 mol/L蔗糖)連續(xù)提取,可以顯著提高油體得率,所得油體中的油脂含量高達84.65%。Chirico[30?31]采用碳酸氫鈉溶液(pH 9.5,0.1 mol/L)對油菜籽進行浸泡、磨漿(固液比1:7),高速離心得到粗油體,然后采用碳酸氫鈉溶液對粗油體進行洗滌,保證了油體結構的完整,而且油體純度與9 mol/L 尿素洗滌所得油體純度相同。因此,提高油體得率的關鍵是:a.油料的預處理(充分的機械破碎、高溫、高壓處理或適度酶解,充分破壞細胞壁);b.提取條件的控制(連續(xù)提取和離心的次數、pH、鹽離子濃度等)。

3 植物油體乳化體系研究

在油體提取的過程中,由于表面油質蛋白和磷脂的雙親性及油料組織中天然乳化成分(如:外源性蛋白、碳水化合物及皂素)的存在,油體提取物往往呈乳液狀(emulsion)或奶油狀(cream)。關于油體乳化體系的研究主要涉及提取、貯藏和加工過程中油體或油體乳液的穩(wěn)定性及其乳化機理等方面。油體或油體乳液的穩(wěn)定性主要與油體表面化學有關,油體的表面化學主要體現在油體表面電荷的多少、疏水相互作用的強弱及溶解性的好壞。而油體乳液的pH、鹽離子強度、乳液濃度、乳化組分(如磷脂、油質蛋白、外源性蛋白、碳水化合物及皂素、外加表面活性劑等)、內源或外源水解酶、熱處理等都會影響到油體的表面化學,從而改變油體之間相互作用力,最終影響油體乳液的穩(wěn)定性。

3.1 維持油體及其乳液穩(wěn)定的物質基礎

油體的穩(wěn)定性與其結構密切相關。油體表面的磷脂和蛋白質是具有兩親性的生物大分子,對于油體結構的穩(wěn)定發(fā)揮著最基礎的作用。磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂兩類。植物中的磷脂主要以甘油磷脂為主。甘油磷脂分子中sn-1 和sn-2 位上的羥基與脂肪酸酯化,呈非極性;sn-3 位的羥基與磷酸基團酯化,磷酸基進一步被高極性或帶電荷的醇酯化,呈極性。因此磷脂具有一個極性頭部和兩個非極性尾部[32]。在O/W 型乳狀液中,磷脂和蛋白質形成復合物,用作乳化劑或乳化穩(wěn)定劑[33]。陰離子磷脂的極性頭部和油質蛋白之間發(fā)生強烈的靜電相互作用,可以抵抗熱變性;含長鏈飽和脂肪酸的陰離子磷脂與蛋白質之間的疏水相互作用有利于油質蛋白在油水界面形成更穩(wěn)定的構象,為O/W 型乳狀液提供更好的物理化學穩(wěn)定性[34]。植物油體中,磷脂的非極性尾部向內與三酰甘油結合,極性頭部定向于胞質,形成磷脂聚合物,即磷脂單分子層,其結構特性不僅與磷脂的化學組成有關,而且受表面電荷分布、環(huán)境溫度、鹽離子強度等因素的影響[35]。

磷脂酰膽堿和磷脂酰絲氨酸是油體磷脂的主要成分[36]。由于磷脂酰膽堿可以與油體膜蛋白形成更強的疏水相互作用,因此,形成的油體乳液更穩(wěn)定[37]。磷脂分子占到油體表面積的80%以上,構成油體表面膜結構的骨架[7]。油體表面膜蛋白雖然只占油體表面積的20%,但其疏水性中心結構域向內嵌于三酰甘油內部和磷脂的疏水性?;鶅炔?,具有兩親性質的N-末端結構域和C-末端結構域向外伸展,帶正電荷的殘基與磷酸分子的負電荷相互作用,帶負電荷的殘基伸向油體表面,使油體表面整體帶負電荷,彼此之間產生靜電斥力。油質蛋白分子C-末端的α-螺旋結構使油體表面之間產生疏水相互作用和空間位阻,對維持油體的相對穩(wěn)定發(fā)揮著主要作用[13]。油質蛋白的水解會使油體發(fā)生聚合,原因是油質蛋白的水解導致磷脂分子的暴露,此時油體表面化學發(fā)生改變,靜電斥力和空間位阻減弱,導致油滴聚集[31]。由于油料來源[38]和提取方法[25]的差異,油質蛋白的含量、組成和分子量也不同,因此,表面電荷和疏水相互作用也存在差異,表現為油體粒徑的大小不同,而油體粒徑大小間接反映了油體乳液的穩(wěn)定性。油體粒徑越小,往往乳化液穩(wěn)定性越好[39]。大豆純油體的油質蛋白含量較高,油體粒徑較小,因此,具有良好的穩(wěn)定性。和大豆純油體相比,采用同樣提取和洗滌方法獲得的花生、芝麻、油菜純油體粒徑相對較大,在等電點附近更易聚集,在中性pH 條件下更易發(fā)生乳析現象[38]。

3.2 外源性蛋白對油體及其乳液穩(wěn)定性的影響

油體表面油質蛋白分子和磷脂構成了油體表面的第一層膜結構,而外源性蛋白(主要是貯藏蛋白)構成了第二層膜,通過改變了油體表面的電荷特性,對油體的長期穩(wěn)定發(fā)揮著舉足輕重的作用[17?18,20]。一般認為,蛋白質穩(wěn)定乳液的機理涉及到蛋白質向兩相界面的遷移、分散及重排,使它的疏水分子朝向非極性相,而它的親水分子朝向極性相;然后通過蛋白-蛋白分子聚合,形成具有粘彈性的界面膜,包裹在油滴上,并通過靜電斥力和/或空間位阻來穩(wěn)定乳液。蛋白質具有良好的乳化性,需要滿足以下三個條件:高電荷性,使其能與界面結合,并在油滴被包裹后提供電荷斥力;良好的溶解性,使其更容易擴散到界面上,并在重排過程中表現出構象的靈活性;具有適度高疏水性,可形成具有一定強度的界面膜[39]。植物貯藏蛋白的等電點一般偏酸性,因此在中性至堿性溶液中一般帶負電荷,在油體提取或貯藏過程中,貯藏蛋白會與油質蛋白之間形成蛋白質-蛋白質相互作用,在油體表面形成穩(wěn)固的第二層膜,從而提高油體的穩(wěn)定性。Yan 等[40]發(fā)現大豆在浸泡和研磨過程中,外源性蛋白通過非共價鍵(大豆球蛋白和β-大豆伴球蛋白))和共價鍵(P34?24 kDa 油質蛋白和β-伴大豆球蛋白 (α’/α)?SS?P34?24 kDa 油質蛋白)與油體相連,其機理是:油體和外源性蛋白之間相互碰撞,將外源性蛋白的疏水鏈包裹進油體的三酰甘油基質,形成被外源蛋白修飾的油體;相鄰油體之間的碰撞形成粒度不一的乳滴(其中可能嵌入了部分外源性蛋白)。當嵌入蛋白質的量達到臨界值時,油體和油滴表面完全嵌入了油質蛋白、磷脂和外源性蛋白,將抑制外源性蛋白與油體乳滴的進一步結合。

3.3 內源性水解酶類對油體及其乳液穩(wěn)定性的影響

在油體提取過程中,種子中的內源性蛋白酶會部分殘留在油體中,導致油質蛋白的水解,破壞了油體表面的膜結構完整性,從而影響油體的貯藏穩(wěn)定性。通常提取pH 越低,油體表面的外源性蛋白含量越高,其中的水解酶活性越強。pH6.5 弱酸性溶液提取的油體中除了油質蛋白外,還含有許多外源性蛋白(包括球蛋白、2S 清蛋白和水解酶),該油體的油質蛋白被迅速水解,而且大分子油質蛋白比小分子油質蛋白更易被水解,說明pH=6.5 弱酸性溶液提取的油體中水解蛋白酶活性較強;pH=8.0 的堿溶液可以洗去球蛋白,pH=11 的堿溶液可以去除包括2S 清蛋白在內的外源性蛋白,得到高純度油體(其中油質蛋白含量分別為豆薯79%,芝麻71%、花生81%、葵花籽91%),但是蓖麻籽油體中仍殘留有15%的脂肪酶,菜籽油體中仍殘留8%的水解酶(β-葡萄糖苷酶、過氧化物酶和乙醇脫氫酶)[40],說明外源性蛋白含量與水解酶活性之間并不存在絕對的對應關系。采用尿素和堿溶液(如pH9.5 碳酸氫鈉溶液)多次連續(xù)洗滌可以有效去除外源性蛋白,但酶活性仍然存在,導致油體在貯藏過程中出現聚集和分層。熱處理是鈍化酶活,提高乳狀液穩(wěn)定性的有效手段。短時間熱處理(小于1 min)使得脂肪酶從油體表面向連續(xù)相中轉移,導致連續(xù)相中酶活增加,可借助離心去除乳化層的大部分水解酶。長時間的熱處理(大于1 min)可以使酶蛋白發(fā)生變性而失活,提高油體乳液的穩(wěn)定性[31]。

3.4 pH 和離子強度對油體及其乳液穩(wěn)定性的影響

pH 對油體及其乳液穩(wěn)定性的影響主要由油體表面電荷分布決定。而油體表面電荷分布與油體表面蛋白質的電荷和構象密切相關。Qi 等[41]對大豆油體表面蛋白的二級結構進行分析,發(fā)現大豆表面油質蛋白的疏水區(qū)域以α-螺旋結構為主,親水區(qū)域由無規(guī)卷曲和β-折疊結構為主。在不同的酸堿(pH=2~11)溶液中,油質蛋白的α-螺旋結構幾乎沒有變化,而堿性環(huán)境導致β-折疊結構增加,無規(guī)卷曲結構減少,說明高度保守的疏水核心是相當穩(wěn)定的,而酸堿處理通過影響N-端和C-端親水部分的二級結構,從而影響疏水區(qū)域的暴露程度,最終影響表面蛋白與電荷的結合能力以及表面凈電荷的分布。

蛋白質是一種親水膠體,在溶液中,蛋白質分子表面的親水基團可與水分子形成水化層,因此,相互間不易靠攏而聚集。在低濃度的中性鹽溶液中,蛋白質分子吸附鹽離子,導致蛋白質與水的相互作用增強,溶解度增加;然而,大量中性鹽的加入會降低水的活度,溶液中的自由水轉化為鹽離子的水化水,導致蛋白質水化層脫水,疏水性基團暴露,蛋白質分子之間的疏水相互作用增強,引起蛋白質聚集沉淀[42]。Hou 等[25]研究了氯化鈉對三種油體(大豆、花生、葵花籽)熱穩(wěn)定性、表面疏水性和氧化穩(wěn)定性的影響,當鹽離子濃度為0 mmoL/L 時,油體粒徑最小。低鹽離子濃度下,加入的離子通過靜電屏蔽效應降低了油體表面電荷,改變了油體表面蛋白的結構,使表面疏水作用減弱,溶解性增加;隨著鹽離子濃度增加(從50 mmoL/L 升高至200 mmoL/L),油體電位降低,粒徑增加,可能是高離子濃度減弱了油質蛋白N-和C-端與磷脂的相互作用,從而暴露出更多的疏水作用殘基,導致油體之間疏水相互作用增強,從而出現聚集。由于蛋白質結構和氨基酸含量的不同,鹽對不同種類油體粒徑的影響不同,其中,大豆油體粒徑最小,這可能是大豆油體中膜蛋白和三酰甘油比例最大,油體表面所帶負電荷更高,彼此之間靜電相互作用和空間位阻更大,因此穩(wěn)定性更好??ㄗ延腕w乳化穩(wěn)定性最好,可能是其中的蛋白質含量和疏水性氨基酸總量更高,增加了油體的界面膜厚度,提高了界面強度,從而增強了葵花籽油體的乳化能力。Juliana 等[43]采用含一價陽離子(Na+、K+)或二價陽離子(Ca2+、Mg2+)的中性水溶液提取菜籽油體,發(fā)現含0.2 moL/L K+的中性溶液油體得率更高,與pH 9.5 堿溶液(含0.1 moL/L 碳酸氫鈉)的得率相當,原因可能是陽離子與油體表面蛋白(也可能與磷脂分子)相互作用,改變了蛋白表面電荷特性及表面疏水性,從而影響其溶解性。因為Na+與磷脂分子的結合能力比K+更強[44],增加鹽離子濃度,抵消了與磷脂分子結合的鹽離子濃度,可以破壞蛋白質之間鹽橋,提高膜蛋白與鹽離子的結合,從而提高油體得率。但是,鹽溶液提取的油體更容易聚集,油體粒徑更大,可能是靜電斥力減小,油體之間以及油體與被外源性蛋白修飾的油體之間疏水相互作用增強。二價陽離子與油質鈣蛋白 N-端的鈣離子結合位點結合,導致膜蛋白結構重排,抑制了膜蛋白之間的疏水相互作用,對油體的穩(wěn)定不利[45]。

3.5 改善油體及其乳液穩(wěn)定性的方法及其機理

為了改善油體在貯藏和加工中的穩(wěn)定性,可以通過堿洗和(或)熱處理降低或鈍化內源水解酶的活性,或者外加乳化劑,如陰離子多糖或小分子表面活性劑,以抵抗極端pH 和高離子強度對油體穩(wěn)定性的不利影響。

陰離子多糖(如黃原膠、果膠、卡拉膠、海藻酸鈉等)是天然的表面活性劑,通常用于O/W 型乳液的穩(wěn)定劑。多糖對乳化液的穩(wěn)定受濃度影響。低濃度時,帶負電荷的多糖可以與乳液中帶相反電荷的蛋白質分子之間通過靜電相互作用而吸附,形成弱的多層結構,增加液滴之間的靜電斥力和空間位阻,降低了液滴之間的范德華力,從而提高乳化液穩(wěn)定性;高濃度時,多糖往往通過黏度效應提高其乳化穩(wěn)定性。添加0.1%的黃原膠可以顯著提高低濃度玉米胚芽油體乳液的乳化穩(wěn)定性,特別是對于富含外源性蛋白的油體乳液[18],可能是黃原膠分子與油體表面蛋白(特別是外源性蛋白)之間通過靜電相互作用形成穩(wěn)定的界面膜,降低了界面張力。低濃度的海藻酸鈉與油體表面蛋白發(fā)生靜電相互作用,提高油體在等電點附近的穩(wěn)定性,從而延緩乳滴絮凝;高濃度的海藻酸鈉通過增加乳化體系的粘度而延緩乳析現象的發(fā)生[38]。由于不同種類多糖表面電荷和結構的差異,穩(wěn)定乳液的能力也不同[46]。Wu[47]分析了三種卡拉膠對不同pH 大豆油體乳液的穩(wěn)定效果,發(fā)現pH3~5 時,卡拉膠和油體表面發(fā)生靜電吸附,當卡拉膠添加量超過0.06 %時可以有效穩(wěn)定乳化液。但是,λ-卡拉膠的加入使得液滴之間由于橋連而出現乳析現象。當pH7 時,加入ι-卡拉膠的油體乳液更穩(wěn)定,這可能要歸功于ι-卡拉膠分子中的螺旋結構帶有大量電荷,更易與油體表面發(fā)生相互作用[48]。另外,多糖對乳液的穩(wěn)定效果受鹽離子強度和pH 值的影響。ι-卡拉膠可以增強高鹽離子大豆油體乳液的穩(wěn)定性[47],黃原膠可以提高小麥蛋白基O/W 乳化液在高鹽離子強度時的穩(wěn)定性,而果膠可以提高其在酸性條件下的穩(wěn)定性,卻不能抵抗離子強度的影響[49]??赡苁躯}離子強度較大時,破壞了多糖和蛋白乳滴之間的相互作用力,多糖即從蛋白表面解吸,導致液滴聚集和絮凝。蔗糖和ι-卡拉膠[48]或果膠[49?50]共同使用,還可以改善乳化液的凍融穩(wěn)定性,原因可能是蔗糖可以增加體系粘度,限制了水的移動,降低了油滴被迫接近的程度,而多糖通過改變油體表面的化學性質增加了乳化體系的穩(wěn)定性。

吐溫?80 是一種典型的非離子型表面活性劑,可競爭性置換油體表面的蛋白質(主要是油質鈣蛋白和油質固醇蛋白),使得磷脂分子重排,形成更為緊密的表面活性劑-磷脂單分子層結構,相鄰油體靠近時會形成一層薄的液體膜。一方面,由于部分油質蛋白被置換,油體表面的負電荷減少,靜電斥力減?。涣硪环矫?,親水性表面活性劑的嵌入使得油體表面親水性增強,相鄰油體之間的空間斥力增加。兩種作用相互平衡,最終朝著有利于薄膜形成的方向發(fā)展,從而提高乳化液的穩(wěn)定性[9,19],如圖2 示。

皂素是一種天然的小分子表面活性劑,由三萜類或甾類疏水性配基和寡糖鏈(親水性)通過酯或醚鍵相連而成??梢栽谟退缑嫘纬烧硰椥缘哪?,在剪切變形中具有較高的絮凝穩(wěn)定性[51]。皂樹苷(68.21%皂素,1.6%蛋白,4.52%多酚)具有良好的表面活性,是一種常用的天然表面活性劑,可用于脂溶性分子的膠束化,從而提高脂溶性生物活性成分的水溶性[52]。有研究報道,多種植物皂素提取物,如甜菜提取物(0.50%皂素,4.00%蛋白,0.07% 多酚)、絲蘭樹提取物(9.50% 皂素,1.39% 蛋白,22.44% 糖)具有與皂樹苷相當的乳化穩(wěn)定性[53?54]。在水法提取茶籽油過程中,茶皂素和多糖、蛋白質等一起參與形成乳化液[55]。摩洛哥堅果殼的皂素粗提物(23.53%皂素,7.44%蛋白,22.64%碳水化合物)[56]具有優(yōu)良的乳化穩(wěn)定性。雖然皂素提取物的皂素含量差別較大,但均具有良好的乳化穩(wěn)定性,其機理可能是體相中的表面活性化合物的協(xié)同作用,蛋白質-皂素吸附至兩相界面,增大液滴之間的靜電斥力和空間位阻。由皂素粗提物穩(wěn)定的乳液在pH5~8 水溶液中大部分能保持穩(wěn)定,但是熱穩(wěn)定性較差,可能是皂苷或皂苷-蛋白復合物的某些特定部分被降解導致兩親性的降低或消失,從而導致穩(wěn)定性下降,也可能是其中的蛋白受熱變性和皂苷聚合形成大分子復合物,導致穩(wěn)定性下降[52?54,56]。

4 總結及展望

植物油體表面特殊的磷脂-蛋白質單層膜維持了油體的結構穩(wěn)定,可以抵抗干燥、高溫等外界不利條件,在種子的成熟和萌發(fā)過程中發(fā)揮重要作用。植物油體富含中性脂,可以利用其與其他組分的比重和溶解性差異采用水法提取。在植物油體的水法提取過程中,溶液的pH、鹽離子強度、去污劑等環(huán)境條件以及研磨方法、提取和洗滌次數等因素會影響油體的純度和得率,因此,可根據需要通過控制提取和洗滌條件得到純油體,提高油體的得率。關于油體乳化機理的研究較少。油體乳液中的乳化組分,如磷脂、蛋白質、多糖及外加表面活性劑通過改變油體表面電荷分布和蛋白質的空間構象,影響油體之間的相互作用力和空間位阻,改變油體乳液的粘度等從而影響油體乳液的穩(wěn)定性。由于原料來源、提取和洗滌條件的差異,油體乳液乳化體系組成千差萬別,乳化機理尚不清晰,因此應加大對不同油體乳液乳化體系的乳化機理研究,有望改進油體乳液的破乳效果,提高植物油水(酶)法的油脂得率,提高經濟效益,同時對于天然預乳化油產品的開發(fā)和應用將產生巨大的推動效果,極大地拓寬植物油體的應用領域。

圖2 吐溫?80 競爭性取代油質蛋白的過程示意圖[19]Fig.2 Schematic representation of the potential changes in oil body surface structure resulting from Tween-80 addition[19]

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