乙?；扇苄源蠖苟嗵堑闹苽浼捌淙榛阅苎芯?/h1>
2021-11-17 09:24徐潔茹童群義
食品與發(fā)酵工業(yè) 2021年21期
徐潔茹，童群義
(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122)
可溶性大豆多糖(soybean soluble polysaccharide，SSPS)是從豆渣中提取出來的一種酸性多糖，結構類似果膠，由半乳糖醛酸主鏈和同型半乳糖基和阿拉伯糖基組成的中性側鏈構成，主要由半乳糖、半乳糖醛酸、鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖、巖藻糖和木糖等單糖組成，分子質量在5 k～1 000 kDa[1-2]。SSPS中膳食纖維的含量超過70%，不僅具有促進腸道蠕動、降血糖、降血壓等常見的膳食纖維具有的功能特性，還具有乳化性、泡沫穩(wěn)定性、成膜性等功能性質，且易溶于水、耐酸、黏度較低，常作為食品添加劑或膜材料應用于食品行業(yè)[3-4]。從世界市場的需求來看，SSPS發(fā)展前景良好。
多糖的結構與其理化性質和生物活性密切相關，利用化學方法可對多糖的結構進行修飾，從而改變其性質和活性。天然多糖是一種多羥基化合物，在適當條件下，這些羥基可發(fā)生親核取代生成相應的多糖酯[5-6]。多糖的乙?；且环N常用的多糖結構化學修飾方法，研究發(fā)現(xiàn)乙?；揎椖苁苟嗵潜憩F(xiàn)出顯著的抗氧化性、抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)等活性[7]。乙?；揎棇Χ嗵抢砘再|的影響主要體現(xiàn)在疏水性和硬度等方面，疏水的乙酰基團取代親水的羥基從而改變多糖的親水性[8]。研究表明，低度乙?；哪揪厶怯幸欢ǖ挠H水性，而高度乙?；哪揪厶侵荒苋苡谟袡C溶劑[9]；乙?；揎椇蟮墓z構象發(fā)生變化，由于引入乙酰基造成的空間位阻影響了果膠和Ca2+的結合，使其硬度降低[10]。目前國內(nèi)外對可溶性大豆多糖的改性研究主要集中在羧甲基化和磷酸化改性[11-12]，對于乙?；揎椏扇苄源蠖苟嗵堑难芯可形匆妶蟮?。
為進一步研究可溶性大豆多糖乙?；揎椉捌淙榛再|，本文以SSPS為原料，通過乙酸酐法制備乙?；扇苄源蠖苟嗵?acetylated soybean soluble polysaccharide，Ac-SSPS)，將疏水的乙酰基接入SSPS，使其具有兩親性，并對其進行超濾分離，得到高分子質量區(qū)間的Ac-SSPS(H)和低分子質量區(qū)間的Ac-SSPS(L)2種多糖組分，考察并研究超濾分離對Ac-SSPS乳化性質的影響，系統(tǒng)分析以Ac-SSPS作為乳化劑制備的O/W型納米乳液穩(wěn)定性，探討溫度和pH對乳液穩(wěn)定性的影響并研究貯藏過程中相應乳液的流變特性、粒徑分布、Zeta電位和微觀形貌的變化，旨在為Ac-SSPS的生產(chǎn)制備及開發(fā)一種新型食品添加劑提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
可溶性大豆多糖，福建省泉州市味博食品有限公司；玉米油，金太陽糧油股份有限公司；乙酸酐、NaOH、HCl、乙醇、SDS(均為分析純)，國藥集團化學試劑有限公司。
1.2 儀器與設備
AB104-N電子分析天平、FE28型pH計，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司；HH.S21-6恒溫水浴鍋，上海精密儀器廠；SJM-FHM-02陶瓷復合膜設備，合肥世杰膜工程有限公司；Scientz-18 N冷凍干燥機，新芝生物科技股份有限公司；ULTRA TURRAX T18數(shù)顯型分散劑套裝，廣州儀科實驗室技術有限公司；AMH-3高壓微射流均質機，安拓思納米技術(蘇州)有限公司；1100高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司；DHR-3流變儀，美國沃特世公司；UV-2800A紫外可見光分光光度計，麥儀科學儀器(上海)有限公司；IS10傅里葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；Avance Ⅲ 400 MHZ全數(shù)字化核磁共振波譜儀，德國布魯克公司；Nano Brook Omni多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀，美國布魯克海文儀器公司；LSM710型激光共聚焦顯微鏡，德國蔡司公司。
1.3 試驗方法
1.3.1 Ac-SSPS的制備
將SSPS用去離子水充分溶解，制備質量濃度為20 mg/mL的SSPS溶液。用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為8.0，在40 ℃下向溶液中交替加入0.5 mol/L NaOH溶液和乙酸酐，控制體系pH在8.0～10.0，按料液比1∶15(g∶mL)添加乙酸酐，直至加完。保持體系溫度為40 ℃，攪拌反應1.5 h后，用0.1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)體系pH為7.0以終止反應。將反應液用截留分子質量為3 500 Da的透析袋蒸餾水透析48 h，透析液用旋轉蒸發(fā)儀在真空度為0.08 M～0.095 MPa、60 ℃下減壓濃縮至原體積的1/4，加入4倍體積的無水乙醇于4 ℃醇沉過夜，冷凍干燥后即得Ac-SSPS。
1.3.2 Ac-SSPS的超濾分離
將1.3.1中所述透析之后的反應液加入超濾裝置的料桶中進行超濾，超濾膜為孔徑為20 nm的陶瓷復合膜，工作壓力為0.1 M～0.15 MPa。透過超濾膜的低分子質量Ac-SSPS在出料口被收集，而未被濾出的溶液則回到料桶中。當料桶中溶液降為初始溶液體積的25 %時，向料桶中加入去離子水使溶液體積為初始體積的50 %，重復3次后，當料桶中溶液降至初始溶液體積的25 %時結束超濾。將濾出液和未濾出液分別減壓濃縮后48 h冷凍干燥，即得Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)。
1.3.3 乙酰化和超濾分離前后大豆多糖的結構表征
1.3.3.1 分子質量和均方旋轉半徑的測定
用高效凝膠滲透色譜儀(high performance gel permeation chromatography，HPSEC)與多角度激光散射和折射率檢測器對樣品進行分子質量和均方旋轉半徑的測定[13]，使用Shodex OHpak SB-805 HQ色譜柱。分別將25 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)樣品溶于5 mL超純水中，溶液用0.45 μm過濾器過濾后上柱，進樣體積為150 μL，流動相為0.1 mol/L的NaNO3溶液，流速為0.5 mL/min，柱溫50 ℃。
1.3.3.2 傅里葉紅外光譜檢測(Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)T-IR)
分別精確稱取1 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)樣品，加入100 mg KBr于瑪瑙研缽中在干燥燈照射下輕輕研磨均勻，經(jīng)壓片機壓成透明薄片，在4 000～400 cm-1下掃描，扣除空氣空白背景后得到樣品多糖的紅外掃描圖譜。
1.3.3.3 核磁共振氫譜檢測(1H nuclear magnetic resonance spectra，1H NMR)
分別稱取10 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)粉末于0.5 mL重水中完全溶解、凍干，重復3次完成氫氘交換后將樣品溶于以四甲基硅烷(tetramethylsilane, TMS)作內(nèi)標的重水中，將樣品溶液裝入核磁管放入核磁共振波譜儀中測量核磁共振光譜，化學位移為0，樣本測定溫度設為25 ℃。每分鐘掃描64次。
1.3.4 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖溶液靜態(tài)流變學特性的測定
分別將SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)充分溶于去離子水中，配制質量分數(shù)為2%的多糖溶液，用DHR-3流變儀測定其靜態(tài)學流變特性。實驗夾具為40 mm的平板，測試間距為1 000 μm，設定剪切速率為0.1～1 000 s-1。測試溫度為25 ℃。
1.3.5 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖溶解性的測定
分別將0.5 g SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)，加入49.5 g pH為2、4、6、8、10、12的緩沖溶液中，室溫下記錄多糖完全溶解所需的時間。
1.3.6 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖乳化性能的測定
1.3.6.1 乳化活性(emulsifying activities，EAI)和乳化穩(wěn)定性(emulsifying stabilities，ES)的測定
參照TANG等[14]的方法稍作修改，稱取0.15 g的多糖樣品，充分溶于15 mL去離子水中，加入5 mL玉米油，以15 000 r/min的速度高速分散5 min后，分別取100 μL靜置0和10 min的乳液底層樣品加入到10 mL的0.1% SDS溶液中，振蕩直至混均，以0.1% SDS溶液為空白對照，在500 nm處測其吸光度。乳化活性及乳化穩(wěn)定性計算如公式(1)(2)所示：
(1)
(2)
式中：EAI，單位質量多糖的乳化表面積，m2/g；A，500 nm波長處的吸光度值；DF，乳液在0.1% SDS溶液中的稀釋倍數(shù)，100；ρ，樣品溶液中多糖的質量濃度，10 000 g/m3；φ，油相在乳液中所占比例，0.25；L，比色皿的光徑，0.01 m；ES，乳液靜置10 min后的穩(wěn)定值。
1.3.6.2 納米乳液的制備
分別稱取2.0 g SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)多糖樣品，充分溶于80 mL去離子水中，再向多糖溶液中加入20.0 g玉米油，用T18型高速分散均質機以15 000 r/min高速剪切2 min，得到O/W型初乳液。將初乳液經(jīng)高壓微射流均質機50 MPa均質2次，得到相應納米乳液，4 ℃儲存。
1.3.6.3 靜態(tài)流變學特性的測定
參照1.3.4的方法測定4種納米乳液的靜態(tài)流變學特性。
1.3.6.4 乳析指數(shù)(creaming index，CI)的測定
參照LU等[15]的方法稍作修改，利用CI表示乳液的貯藏穩(wěn)定性。取25 mL新鮮乳液置于透明帶蓋玻璃瓶中，在4 ℃下靜態(tài)儲存。用游標卡尺測量乳液初始高度和貯藏過程中下層清液的高度。CI計算如公式(3)所示：
(3)
式中：Hc，下層清液高度，cm；Ht，乳液總高度，cm。
1.3.6.5 動態(tài)光散射(dynamic light scattering，DLS)粒度的測定
將乳液稀釋100倍，利用多角度納米粒度儀在90°散射角處測粒徑分布，測量溫度設為25 ℃,單次測量時間為120 s。
1.3.6.6 Zeta電位的測定
將乳液稀釋100倍，利用多角度粒度與高靈敏Zeta電位分析儀測定體系的Zeta電位，設定平衡時間為30 s，測量溫度為25 ℃。
1.3.6.7 激光共聚焦顯微鏡(confocal laser scanning microscope，CLSM)觀察
將乳液中的油脂用尼羅紅(無水丙酮，0.5%)標記，取適量染色后的乳液置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用激光共聚焦顯微鏡觀察乳液的微觀狀態(tài)，激發(fā)波長為543 nm[16]。使用LSM 710 ZEN軟件處理圖像。
1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
每組實驗數(shù)據(jù)至少重復測定3次，利用Excel 2016軟件初步處理數(shù)據(jù)，用Origin 2018軟件根據(jù)數(shù)據(jù)作圖，用SPSS 16軟件進行方差分析和顯著性分析，并以P<0.05為標準進行顯著性分析。
2 結果與分析
2.1 乙酰化和超濾分離對可溶性大豆多糖結構的影響
2.1.1 分子質量和均方回轉半徑分析
SSPS和Ac-SSPS的HPSEC多角度激光散射信號色譜圖如圖1所示，其出峰時間分別為15.35和15.21 min，且Ac-SSPS的峰分布更寬。由表1可知，乙?；男院骃SPS的分子質量增大，且孔徑為20 nm的陶瓷復合膜可成功將Ac-SSPS分離為Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)，其重均分子質量分別為868.6 k和56.8 kDa。均方回轉半徑表示高分子鏈在空間的伸展程度，Ac-SSPS的均方回轉半徑明顯比SSPS大，這可能是相鄰鏈的取代基之間的靜電排斥作用導致的。超濾分離之后所得的Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的多分散指數(shù)顯著減小，可見超濾分離使得乙?；蟮拇蠖苟嗵欠肿淤|量分布更均勻[17]。
a-SSPS；b-Ac-SSPS圖1 SSPS和Ac-SSPS的HPSEC色譜圖Fig.1 HPSEC of SSPS and Ac-SSPS
表1 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的分子質量及均方回轉半徑Table 1 Molecular weight and z-average radius of gyration of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.1.2 FT-IR分析
圖2 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 紅外光譜圖Fig.2 FT-IR of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.1.31H NMR分析
SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)4種多糖的1H NMR如圖3所示，與SSPS相比，Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)均在δ1.2～2.2處檢出乙?；卣鞣錥18-19]。δ=2.15處對應糖環(huán)上的羥基質子被乙?；〈蟮馁|子吸收峰，Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的峰面積比為1∶3.10∶0.24,δ=1.92處對應糖環(huán)側鏈脂肪族醋酸鹽的質子吸收峰，三者的峰面積比為1∶1.13∶0.92。以上結果表明SSPS和乙酸酐在本實驗條件下成功地發(fā)生了乙?；磻?，與上述紅外圖譜解析結果一致，且進一步表明乙?；男愿嗟匕l(fā)生在高分子質量的可溶性大豆多糖中。
圖3 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 核磁共振氫譜圖Fig.3 1H NMR of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.2 乙酰化和超濾分離對可溶性大豆多糖靜態(tài)學流變特性的影響
質量分數(shù)為2%的SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液黏度隨剪切速率變化如圖4所示，其黏度大小順序為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS>Ac-SPPS(L)>SSPS。SSPS溶液黏度不隨剪切速率變化，表現(xiàn)出牛頓流體特性，而Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液均表現(xiàn)出剪切變稀的非牛頓流體特性。這是因為SSPS經(jīng)乙?；男院螅鋫孺溄尤胍阴；沟梅肿咏Y構更為舒展，在水溶液中呈相互纏結的網(wǎng)狀結構，該結構隨著剪切速率的增大而逐步被破壞，導致黏度逐漸降低。
圖4 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液的 靜態(tài)流變學變化Fig.4 Static rheological changes of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) solutions
一般多糖分子質量越大黏度越大，而Ac-SSPS(L)溶液黏度卻高于SSPS且接近Ac-SSPS，這是因為Ac-SSPS(L)雖然分子質量小，但相互靠近的分子間仍能發(fā)生分子鏈的纏結，同時，SSPS在改性時發(fā)生副反應生成的小分子糖留在Ac-SSPS(L)中，使得其黏度較大。
2.3 乙?；统瑸V分離對可溶性大豆多糖溶解性的影響
將SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)分別溶于不同pH的水溶液中，對比其完全溶解所需時間，結果如圖5所示?？梢奡SPS經(jīng)乙?；男院?，雖仍能完全溶解在不同pH的水溶液中，但其所需溶解時間更多，且超濾分離對Ac-SSPS所需的溶解時間影響不大。結合2.2中流變學特性分析可知，Ac-SSPS能完全溶解于水溶液中是因為其分子結構更為舒展，同時，乙?；昂蟮腟SPS結構中都存在大量的半乳糖醛酸，獨特的結構使其在溶于水時產(chǎn)生凈結構形成效應，在水中呈網(wǎng)狀結構，形成疏水腔將部分水分子包裹其中[20]，仍表現(xiàn)出良好的溶解性。Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)在pH為6～8時所需的溶解時間較少，這可能與其偏堿性的制備環(huán)境有關。
圖5 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 在不同pH水溶液中的溶解時間Fig.5 Dissolution time of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) in different pH aqueous solutions
2.4 乙?；统瑸V分離對可溶性大豆多糖乳化性能的影響
2.4.1 EAI和ES分析
SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)4種多糖的EAI和 ES如表2所示，可以看出兩者成正相關關系，其強弱順序均表現(xiàn)為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS>Ac-SPPS(L)>SSPS。SSPS經(jīng)乙?；男院螅銭AI和 ES都明顯提高，其乳化性的改善可能是因為可溶性大豆多糖上接入疏水的乙?；岣吡似鋬捎H性，而Ac-SSPS(H)具有高分子質量和高乙酰度，表現(xiàn)出更高的EAI和ES。
表2 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 乳化活性和乳化穩(wěn)定性Table 2 Emulsifying activities and emulsifying stabilities of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.4.2 納米乳液的靜態(tài)流變特性
通過對乳液的靜態(tài)流變學特性進行比較，探討可溶性大豆多糖乙?；男院统瑸V分離對所得乳液黏度的影響。如圖6所示，貯藏1和14 d時，SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)所穩(wěn)定的乳液黏度都隨著剪切速率的增大而略有降低，均出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象，具有非牛頓流體特性，說明乳液體系中的網(wǎng)絡結構逐步被破壞。
a-貯藏1 d時的黏度變化；b-貯藏14 d時的黏度變化圖6 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 納米乳液在貯藏過程中靜態(tài)流變學變化Fig.6 Static rheological changes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
表3為4種乳液分別在貯藏1和14 d時的黏度與剪切速率的冪律函數(shù)擬合參數(shù)，R2均>0.96，說明該方程適用于實驗乳液的擬合，乳液的流體指數(shù)n均<1，證實乳液為非牛頓流體。黏稠系數(shù)K反應乳液黏度的大小，在相同濃度下，4種乳液的黏度大小順序均為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS(L)>Ac-SPPS>SSPS，說明乙酰基的接入使得SSPS具有兩親性，增強了多糖在油-水界面的乳化作用，同時多糖的分子鏈之間發(fā)生纏結，體系的網(wǎng)絡結構增強。Ac-SSPS(H)的分子質量最大，高分子鏈較多，故其乳化作用較強，結合其自身在水相較高的黏度，使得Ac-SSPS(H)所穩(wěn)定的乳液的黏度最大。Ac-SSPS(L)溶液的黏度較Ac-SSPS低，但其所穩(wěn)定的乳液黏度卻更高，這可能是因為Ac-SSPS(L)的分子大小分布較為集中，使得其在乳化過程中能更好地吸附在油滴上，同時，在堿性環(huán)境中改性時，部分SSPS水解生成的小分子糖經(jīng)超濾分離留在Ac-SSPS(L)中，這部分小分子糖存在于乳液的連續(xù)相中，貢獻了較高的黏度[21-22]。乳液貯藏14 d時，黏度均較貯藏1 d時有所增加，這是由于乳液中的油滴在貯藏過程中發(fā)生聚集[23-24]，而Ac-SSPS(H)乳液的黏度變化最小，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。
表3 貯藏1、14 d時SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的納米乳液流變參數(shù)Table 3 Rheological parameters of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) when stored for 1 day and 14 days
2.4.3 溫度對納米乳液穩(wěn)定性的影響
為探究溫度對納米乳液穩(wěn)定性的影響，分別測定了由SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的O/W型新鮮乳液經(jīng)20、40、60、80 ℃保溫1 h并靜置24 h后的CI和粒徑變化，結果如圖7所示。SSPS經(jīng)不同溫度的熱處理后，CI隨著溫度的升高顯著增加，粒徑也隨之增加，這是因為隨著溫度的升高，乳滴之間的碰撞加劇，乳滴發(fā)生不同程度的聚集。而SSPS經(jīng)乙?；男院笃淙橐悍€(wěn)定性受溫度影響較小，乳液粒徑仍能維持在納米級，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液經(jīng)80 ℃熱處理后，未出現(xiàn)明顯乳析現(xiàn)象且粒徑仍在500 nm以內(nèi)。在不同溫度的熱處理下，乳液CI和粒徑的大小順序均為SSPS>Ac-SSPS(L)>Ac-SSPS>Ac-SSPS(H)，這是因為SSPS依靠結構中蛋白質的疏水作用起到乳化和穩(wěn)定乳液的作用，蛋白質易受溫度影響而變性，從而影響了SSPS的乳化性。而SSPS經(jīng)乙酰化改性后，主要依靠接入的乙?；鶠槭杷鶊F與親水的糖鏈共同作用來穩(wěn)定油-水界面，乙?；軠囟扔绊懶。式?jīng)乙?；男院蟮腟SPS所穩(wěn)定的乳液耐熱性更好。Ac-SSPS(L)中主要是小分子糖，糖鏈較短，經(jīng)熱處理后體系分子間碰撞加劇，連續(xù)相中的水分子較易從其穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構中析出，出現(xiàn)了明顯的乳析現(xiàn)象，乳液中油滴逐漸聚集，乳滴粒徑隨之增大。而Ac-SSPS(H)分子質量大、高分子長鏈較多，且乙?；枯^多故其受溫度影響小，表現(xiàn)出出色的耐熱穩(wěn)定性。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖7 溫度對SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 納米乳液的乳析指數(shù)和粒徑影響Fig.7 Effect of temperature on the CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)注：同一圖例下不同小寫字母表示差異性顯著(下同)
2.4.4 pH對納米乳液穩(wěn)定性的影響
為探究pH對乳液穩(wěn)定性的影響，分別將由SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的新鮮納米乳液調(diào)至不同pH并靜置24 h后測定CI和粒徑變化，結果如圖8所示?？梢奡SPS穩(wěn)定的乳液在pH為4～5的偏酸性環(huán)境中穩(wěn)定性較好，這可能與SSPS是陰離子多糖有關。但其受pH變化的影響較大，因為SSPS主要依靠結構中的蛋白質發(fā)揮疏水作用吸附在油滴表面，而蛋白質受pH影響較大，故pH值的變化影響了蛋白對油滴的吸附作用，破壞了SSPS在油-水界面的平衡，使得油滴聚集。相比之下，經(jīng)乙?；男院骃SPS的乳液穩(wěn)定性受pH的影響較小，其CI和粒徑大小在不同pH條件下均表現(xiàn)為Ac-SSPS(L)>Ac-SSPS>Ac-SSPS(H)，且均在pH 6～7的中性環(huán)境中穩(wěn)定效果更好。pH的變化會導致體系中游離的半乳糖醛酸發(fā)生解離或質子化，使得乳滴間的靜電作用力發(fā)生變化，而Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液受pH變化的影響較小，說明其高分子鏈在油-水界面舒展產(chǎn)生的空間位阻作用足以達到阻止油滴聚集從而穩(wěn)定乳液的作用，對多糖的靜電作用力依賴性較小。而Ac-SSPS(L)由于分子質量小、糖鏈較短，故其主要依靠糖鏈的空間位阻效應和靜電作用力協(xié)同作用來穩(wěn)定乳液，當體系pH值過酸或過堿時，其靜電作用力被破壞，僅靠空間位阻作用難以維持乳液的穩(wěn)定，所以出現(xiàn)了一定程度的乳析現(xiàn)象和粒徑的增大。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖8 pH對SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 納米乳液的乳析指數(shù)和粒徑影響Fig.8 Effect of pH on the CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.4.5 納米乳液的貯藏穩(wěn)定性分析
由圖9可知，在28 d的貯藏時間中，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液未出現(xiàn)明顯的乳析現(xiàn)象，粒徑也未出現(xiàn)顯著變化，表現(xiàn)出較好的貯藏穩(wěn)定性。由SSPS穩(wěn)定的乳液在貯藏7 d時出現(xiàn)乳析現(xiàn)象，粒徑也顯著增大到微米級，且在整個貯藏過程中CI和粒徑都明顯高于乙?；男远嗵撬纬傻娜橐?。對于乙?；男院蟮拇蠖苟嗵牵銫I和粒徑呈現(xiàn)隨著分子質量的增大而減小的趨勢。其原因在于乙酰基團的接入增大了SSPS的兩親性，與結構中蛋白質共同作用于油滴表面，而多糖的親水基團則存在于水相中，在水-油界面形成水化層，Ac-SSPS(H)分子質量大，乙酰基含量高、側鏈較長，使得其在水-油界面的吸附更為穩(wěn)定，且乳液較高的黏度也能更好地阻止體系內(nèi)油滴的聚集而失穩(wěn)。以上多種因素的協(xié)同作用，使得由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液表現(xiàn)出更好的貯藏穩(wěn)定性。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖9 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 納米乳液在貯藏過程中乳析指數(shù)變化Fig.9 CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
2.4.6 納米乳液的Zeta電位分析
圖10為4種乳液體系在28 d貯藏期內(nèi)的電位值變化，在不同貯藏時間，SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液Zeta電位絕對值均>30 mV，可知靜電斥力對穩(wěn)定乳液有一定作用[23]。4種乳液體系的電位絕對值在貯藏過程中均逐漸增大，主要是因為乳液中的多糖分子在貯藏過程中負電荷逐步裸露，使體系負電荷增加[25]。SSPS穩(wěn)定的乳液電位絕對值最大，且在貯藏過程中增長最明顯，但其穩(wěn)定效果最差，在貯藏過程中出現(xiàn)明顯的黃色油層上浮，可能是SSPS分子間的靜電作用力太強，破壞油水界面的平衡，油滴發(fā)生聚集而上浮，且Zeta電位的大小表示保持個體膠束的穩(wěn)定程度，無法表示體系內(nèi)較大的油滴的上浮情況[26]。
Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液的電位值較小，且在貯藏過程中變化小，說明較低的靜電斥力有利于多糖分子在油水界面的有序排列，且Ac-SSPS(H)乙酰化度高、分子質量大，大部分乙?；嬖谟谟拖?。
2.4.7 CLSM分析
用CLSM技術觀察乳液中油滴的分布狀態(tài)，如圖11所示，由SSPS穩(wěn)定的乳液中油滴尺寸大、均勻度低，且在貯藏1 d時就出現(xiàn)油滴聚集狀態(tài)，在貯藏14 d時聚集更明顯，出現(xiàn)更大顆粒的油滴。相比之下，乙?；男灾蟮亩嗵撬€(wěn)定的乳液在貯藏過程中，油滴尺寸小、體系均一性較高，說明乙?；男阅苡行岣逽SPS的乳化穩(wěn)定性。三者中，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液液滴尺寸最小，體系均勻度最高，Ac-SSPS次之，而Ac-SSPS(L)由于其分子質量小、鏈長較短，難以較好地包裹住油滴，阻止其聚集，故由Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的乳液穩(wěn)定性欠佳。
a-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；b-Ac-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；c-Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d； d-Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；e-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d；f-Ac-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d； g-Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d；h-Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d圖11 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的納米乳液在貯藏過程中激光共聚焦圖像Fig.11 The CLSM images of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
3 結論
利用乙酸酐和SSPS在堿性水溶液中反應制備乙酰化可溶性大豆多糖，并將其進行超濾分離，得到2種分子質量范圍的改性多糖。通過FT-IR和1H NMR光譜表征超濾分離前后乙?；扇苄源蠖苟嗵堑慕Y構，表明SSPS成功引入乙?；鶊F，且不同分子質量范圍內(nèi)均有乙?；鶊F的接入。與未改性的大豆多糖相比，乙?；扇苄源蠖苟嗵潜憩F(xiàn)出更好的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，其穩(wěn)定的納米乳液穩(wěn)定性受溫度和pH影響較小，且在貯藏過程中黏度、CI、粒徑、Zeta電位和乳滴聚集程度變化較小，表現(xiàn)出更好的貯藏穩(wěn)定性。相對而言，經(jīng)超濾分離得到的大分子質量乙?；扇苄源蠖苟嗵潜憩F(xiàn)出最為出色的乳化性能。因此，乙?；扇苄源蠖苟嗵亲鳛槿榛瘎?、乳液穩(wěn)定劑或活性成分的載體應用于食品生產(chǎn)中有良好的發(fā)展前景。
猜你喜歡
抑癌蛋白p53乙?；揎椀恼{(diào)控網(wǎng)絡中國生物化學與分子生物學報(2022年8期)2022-09-08 遼寧化工(2021年9期)2021-10-08 藜麥蛋白Pickering乳液在新型果蔬醬料中的應用研究食品安全導刊(2021年21期)2021-08-30 復合改性瀝青乳液制備及冷拌冷鋪混合料性能研究石油瀝青(2021年6期)2021-02-10 瓦克推出新的聚合物改性水泥防水涂料用VAE乳液上海建材(2021年1期)2021-01-12 乙?；揎棇μ烊幻庖哒{(diào)節(jié)機制研究取得進展醫(yī)藥前沿(2020年29期)2020-12-04 組蛋白乙?；谙到y(tǒng)腫瘤中的研究進展中國醫(yī)藥科學(2020年24期)2020-01-11 簡析一種新型乳化瀝青的生產(chǎn)工藝中國公路(2017年17期)2017-11-09 每天你只涂兩次乳液？優(yōu)雅(2016年2期)2016-06-03 絞股藍總皂苷自微乳化給藥系統(tǒng)的制備藥學研究(2015年11期)2015-12-19
徐潔茹，童群義
(江南大學 食品學院，江蘇 無錫，214122)
可溶性大豆多糖(soybean soluble polysaccharide，SSPS)是從豆渣中提取出來的一種酸性多糖，結構類似果膠，由半乳糖醛酸主鏈和同型半乳糖基和阿拉伯糖基組成的中性側鏈構成，主要由半乳糖、半乳糖醛酸、鼠李糖、阿拉伯糖、葡萄糖、巖藻糖和木糖等單糖組成，分子質量在5 k～1 000 kDa[1-2]。SSPS中膳食纖維的含量超過70%，不僅具有促進腸道蠕動、降血糖、降血壓等常見的膳食纖維具有的功能特性，還具有乳化性、泡沫穩(wěn)定性、成膜性等功能性質，且易溶于水、耐酸、黏度較低，常作為食品添加劑或膜材料應用于食品行業(yè)[3-4]。從世界市場的需求來看，SSPS發(fā)展前景良好。
多糖的結構與其理化性質和生物活性密切相關，利用化學方法可對多糖的結構進行修飾，從而改變其性質和活性。天然多糖是一種多羥基化合物，在適當條件下，這些羥基可發(fā)生親核取代生成相應的多糖酯[5-6]。多糖的乙?；且环N常用的多糖結構化學修飾方法，研究發(fā)現(xiàn)乙?；揎椖苁苟嗵潜憩F(xiàn)出顯著的抗氧化性、抗腫瘤及免疫調(diào)節(jié)等活性[7]。乙?；揎棇Χ嗵抢砘再|的影響主要體現(xiàn)在疏水性和硬度等方面，疏水的乙酰基團取代親水的羥基從而改變多糖的親水性[8]。研究表明，低度乙?；哪揪厶怯幸欢ǖ挠H水性，而高度乙?；哪揪厶侵荒苋苡谟袡C溶劑[9]；乙?；揎椇蟮墓z構象發(fā)生變化，由于引入乙酰基造成的空間位阻影響了果膠和Ca2+的結合，使其硬度降低[10]。目前國內(nèi)外對可溶性大豆多糖的改性研究主要集中在羧甲基化和磷酸化改性[11-12]，對于乙?；揎椏扇苄源蠖苟嗵堑难芯可形匆妶蟮?。
為進一步研究可溶性大豆多糖乙?；揎椉捌淙榛再|，本文以SSPS為原料，通過乙酸酐法制備乙?；扇苄源蠖苟嗵?acetylated soybean soluble polysaccharide，Ac-SSPS)，將疏水的乙酰基接入SSPS，使其具有兩親性，并對其進行超濾分離，得到高分子質量區(qū)間的Ac-SSPS(H)和低分子質量區(qū)間的Ac-SSPS(L)2種多糖組分，考察并研究超濾分離對Ac-SSPS乳化性質的影響，系統(tǒng)分析以Ac-SSPS作為乳化劑制備的O/W型納米乳液穩(wěn)定性，探討溫度和pH對乳液穩(wěn)定性的影響并研究貯藏過程中相應乳液的流變特性、粒徑分布、Zeta電位和微觀形貌的變化，旨在為Ac-SSPS的生產(chǎn)制備及開發(fā)一種新型食品添加劑提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
可溶性大豆多糖，福建省泉州市味博食品有限公司；玉米油，金太陽糧油股份有限公司；乙酸酐、NaOH、HCl、乙醇、SDS(均為分析純)，國藥集團化學試劑有限公司。
1.2 儀器與設備
AB104-N電子分析天平、FE28型pH計，梅特勒-托利多國際貿(mào)易(上海)有限公司；HH.S21-6恒溫水浴鍋，上海精密儀器廠；SJM-FHM-02陶瓷復合膜設備，合肥世杰膜工程有限公司；Scientz-18 N冷凍干燥機，新芝生物科技股份有限公司；ULTRA TURRAX T18數(shù)顯型分散劑套裝，廣州儀科實驗室技術有限公司；AMH-3高壓微射流均質機，安拓思納米技術(蘇州)有限公司；1100高效液相色譜儀，美國安捷倫科技有限公司；DHR-3流變儀，美國沃特世公司；UV-2800A紫外可見光分光光度計，麥儀科學儀器(上海)有限公司；IS10傅里葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；Avance Ⅲ 400 MHZ全數(shù)字化核磁共振波譜儀，德國布魯克公司；Nano Brook Omni多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀，美國布魯克海文儀器公司；LSM710型激光共聚焦顯微鏡，德國蔡司公司。
1.3 試驗方法
1.3.1 Ac-SSPS的制備
將SSPS用去離子水充分溶解，制備質量濃度為20 mg/mL的SSPS溶液。用0.1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH為8.0，在40 ℃下向溶液中交替加入0.5 mol/L NaOH溶液和乙酸酐，控制體系pH在8.0～10.0，按料液比1∶15(g∶mL)添加乙酸酐，直至加完。保持體系溫度為40 ℃，攪拌反應1.5 h后，用0.1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)體系pH為7.0以終止反應。將反應液用截留分子質量為3 500 Da的透析袋蒸餾水透析48 h，透析液用旋轉蒸發(fā)儀在真空度為0.08 M～0.095 MPa、60 ℃下減壓濃縮至原體積的1/4，加入4倍體積的無水乙醇于4 ℃醇沉過夜，冷凍干燥后即得Ac-SSPS。
1.3.2 Ac-SSPS的超濾分離
將1.3.1中所述透析之后的反應液加入超濾裝置的料桶中進行超濾，超濾膜為孔徑為20 nm的陶瓷復合膜，工作壓力為0.1 M～0.15 MPa。透過超濾膜的低分子質量Ac-SSPS在出料口被收集，而未被濾出的溶液則回到料桶中。當料桶中溶液降為初始溶液體積的25 %時，向料桶中加入去離子水使溶液體積為初始體積的50 %，重復3次后，當料桶中溶液降至初始溶液體積的25 %時結束超濾。將濾出液和未濾出液分別減壓濃縮后48 h冷凍干燥，即得Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)。
1.3.3 乙酰化和超濾分離前后大豆多糖的結構表征
1.3.3.1 分子質量和均方旋轉半徑的測定
用高效凝膠滲透色譜儀(high performance gel permeation chromatography，HPSEC)與多角度激光散射和折射率檢測器對樣品進行分子質量和均方旋轉半徑的測定[13]，使用Shodex OHpak SB-805 HQ色譜柱。分別將25 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)樣品溶于5 mL超純水中，溶液用0.45 μm過濾器過濾后上柱，進樣體積為150 μL，流動相為0.1 mol/L的NaNO3溶液，流速為0.5 mL/min，柱溫50 ℃。
1.3.3.2 傅里葉紅外光譜檢測(Fourier transform infrared spectrometer，F(xiàn)T-IR)
分別精確稱取1 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)樣品，加入100 mg KBr于瑪瑙研缽中在干燥燈照射下輕輕研磨均勻，經(jīng)壓片機壓成透明薄片，在4 000～400 cm-1下掃描，扣除空氣空白背景后得到樣品多糖的紅外掃描圖譜。
1.3.3.3 核磁共振氫譜檢測(1H nuclear magnetic resonance spectra，1H NMR)
分別稱取10 mg SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)粉末于0.5 mL重水中完全溶解、凍干，重復3次完成氫氘交換后將樣品溶于以四甲基硅烷(tetramethylsilane, TMS)作內(nèi)標的重水中，將樣品溶液裝入核磁管放入核磁共振波譜儀中測量核磁共振光譜，化學位移為0，樣本測定溫度設為25 ℃。每分鐘掃描64次。
1.3.4 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖溶液靜態(tài)流變學特性的測定
分別將SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)充分溶于去離子水中，配制質量分數(shù)為2%的多糖溶液，用DHR-3流變儀測定其靜態(tài)學流變特性。實驗夾具為40 mm的平板，測試間距為1 000 μm，設定剪切速率為0.1～1 000 s-1。測試溫度為25 ℃。
1.3.5 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖溶解性的測定
分別將0.5 g SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)，加入49.5 g pH為2、4、6、8、10、12的緩沖溶液中，室溫下記錄多糖完全溶解所需的時間。
1.3.6 乙?；统瑸V分離前后大豆多糖乳化性能的測定
1.3.6.1 乳化活性(emulsifying activities，EAI)和乳化穩(wěn)定性(emulsifying stabilities，ES)的測定
參照TANG等[14]的方法稍作修改，稱取0.15 g的多糖樣品，充分溶于15 mL去離子水中，加入5 mL玉米油，以15 000 r/min的速度高速分散5 min后，分別取100 μL靜置0和10 min的乳液底層樣品加入到10 mL的0.1% SDS溶液中，振蕩直至混均，以0.1% SDS溶液為空白對照，在500 nm處測其吸光度。乳化活性及乳化穩(wěn)定性計算如公式(1)(2)所示：
(1)
(2)
式中：EAI，單位質量多糖的乳化表面積，m2/g；A，500 nm波長處的吸光度值；DF，乳液在0.1% SDS溶液中的稀釋倍數(shù)，100；ρ，樣品溶液中多糖的質量濃度，10 000 g/m3；φ，油相在乳液中所占比例，0.25；L，比色皿的光徑，0.01 m；ES，乳液靜置10 min后的穩(wěn)定值。
1.3.6.2 納米乳液的制備
分別稱取2.0 g SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)多糖樣品，充分溶于80 mL去離子水中，再向多糖溶液中加入20.0 g玉米油，用T18型高速分散均質機以15 000 r/min高速剪切2 min，得到O/W型初乳液。將初乳液經(jīng)高壓微射流均質機50 MPa均質2次，得到相應納米乳液，4 ℃儲存。
1.3.6.3 靜態(tài)流變學特性的測定
參照1.3.4的方法測定4種納米乳液的靜態(tài)流變學特性。
1.3.6.4 乳析指數(shù)(creaming index，CI)的測定
參照LU等[15]的方法稍作修改，利用CI表示乳液的貯藏穩(wěn)定性。取25 mL新鮮乳液置于透明帶蓋玻璃瓶中，在4 ℃下靜態(tài)儲存。用游標卡尺測量乳液初始高度和貯藏過程中下層清液的高度。CI計算如公式(3)所示：
(3)
式中：Hc，下層清液高度，cm；Ht，乳液總高度，cm。
1.3.6.5 動態(tài)光散射(dynamic light scattering，DLS)粒度的測定
將乳液稀釋100倍，利用多角度納米粒度儀在90°散射角處測粒徑分布，測量溫度設為25 ℃,單次測量時間為120 s。
1.3.6.6 Zeta電位的測定
將乳液稀釋100倍，利用多角度粒度與高靈敏Zeta電位分析儀測定體系的Zeta電位，設定平衡時間為30 s，測量溫度為25 ℃。
1.3.6.7 激光共聚焦顯微鏡(confocal laser scanning microscope，CLSM)觀察
將乳液中的油脂用尼羅紅(無水丙酮，0.5%)標記，取適量染色后的乳液置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用激光共聚焦顯微鏡觀察乳液的微觀狀態(tài)，激發(fā)波長為543 nm[16]。使用LSM 710 ZEN軟件處理圖像。
1.3.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析
每組實驗數(shù)據(jù)至少重復測定3次，利用Excel 2016軟件初步處理數(shù)據(jù)，用Origin 2018軟件根據(jù)數(shù)據(jù)作圖，用SPSS 16軟件進行方差分析和顯著性分析，并以P<0.05為標準進行顯著性分析。
2 結果與分析
2.1 乙酰化和超濾分離對可溶性大豆多糖結構的影響
2.1.1 分子質量和均方回轉半徑分析
SSPS和Ac-SSPS的HPSEC多角度激光散射信號色譜圖如圖1所示，其出峰時間分別為15.35和15.21 min，且Ac-SSPS的峰分布更寬。由表1可知，乙?；男院骃SPS的分子質量增大，且孔徑為20 nm的陶瓷復合膜可成功將Ac-SSPS分離為Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)，其重均分子質量分別為868.6 k和56.8 kDa。均方回轉半徑表示高分子鏈在空間的伸展程度，Ac-SSPS的均方回轉半徑明顯比SSPS大，這可能是相鄰鏈的取代基之間的靜電排斥作用導致的。超濾分離之后所得的Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的多分散指數(shù)顯著減小，可見超濾分離使得乙?；蟮拇蠖苟嗵欠肿淤|量分布更均勻[17]。
a-SSPS；b-Ac-SSPS圖1 SSPS和Ac-SSPS的HPSEC色譜圖Fig.1 HPSEC of SSPS and Ac-SSPS
表1 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的分子質量及均方回轉半徑Table 1 Molecular weight and z-average radius of gyration of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.1.2 FT-IR分析
圖2 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 紅外光譜圖Fig.2 FT-IR of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.1.31H NMR分析
SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)4種多糖的1H NMR如圖3所示，與SSPS相比，Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)均在δ1.2～2.2處檢出乙?；卣鞣錥18-19]。δ=2.15處對應糖環(huán)上的羥基質子被乙?；〈蟮馁|子吸收峰，Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的峰面積比為1∶3.10∶0.24,δ=1.92處對應糖環(huán)側鏈脂肪族醋酸鹽的質子吸收峰，三者的峰面積比為1∶1.13∶0.92。以上結果表明SSPS和乙酸酐在本實驗條件下成功地發(fā)生了乙?；磻?，與上述紅外圖譜解析結果一致，且進一步表明乙?；男愿嗟匕l(fā)生在高分子質量的可溶性大豆多糖中。
圖3 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 核磁共振氫譜圖Fig.3 1H NMR of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.2 乙酰化和超濾分離對可溶性大豆多糖靜態(tài)學流變特性的影響
質量分數(shù)為2%的SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液黏度隨剪切速率變化如圖4所示，其黏度大小順序為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS>Ac-SPPS(L)>SSPS。SSPS溶液黏度不隨剪切速率變化，表現(xiàn)出牛頓流體特性，而Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液均表現(xiàn)出剪切變稀的非牛頓流體特性。這是因為SSPS經(jīng)乙?；男院螅鋫孺溄尤胍阴；沟梅肿咏Y構更為舒展，在水溶液中呈相互纏結的網(wǎng)狀結構，該結構隨著剪切速率的增大而逐步被破壞，導致黏度逐漸降低。
圖4 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)溶液的 靜態(tài)流變學變化Fig.4 Static rheological changes of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) solutions
一般多糖分子質量越大黏度越大，而Ac-SSPS(L)溶液黏度卻高于SSPS且接近Ac-SSPS，這是因為Ac-SSPS(L)雖然分子質量小，但相互靠近的分子間仍能發(fā)生分子鏈的纏結，同時，SSPS在改性時發(fā)生副反應生成的小分子糖留在Ac-SSPS(L)中，使得其黏度較大。
2.3 乙?；统瑸V分離對可溶性大豆多糖溶解性的影響
將SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)分別溶于不同pH的水溶液中，對比其完全溶解所需時間，結果如圖5所示?？梢奡SPS經(jīng)乙?；男院?，雖仍能完全溶解在不同pH的水溶液中，但其所需溶解時間更多，且超濾分離對Ac-SSPS所需的溶解時間影響不大。結合2.2中流變學特性分析可知，Ac-SSPS能完全溶解于水溶液中是因為其分子結構更為舒展，同時，乙?；昂蟮腟SPS結構中都存在大量的半乳糖醛酸，獨特的結構使其在溶于水時產(chǎn)生凈結構形成效應，在水中呈網(wǎng)狀結構，形成疏水腔將部分水分子包裹其中[20]，仍表現(xiàn)出良好的溶解性。Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)在pH為6～8時所需的溶解時間較少，這可能與其偏堿性的制備環(huán)境有關。
圖5 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 在不同pH水溶液中的溶解時間Fig.5 Dissolution time of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) in different pH aqueous solutions
2.4 乙?；统瑸V分離對可溶性大豆多糖乳化性能的影響
2.4.1 EAI和ES分析
SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)4種多糖的EAI和 ES如表2所示，可以看出兩者成正相關關系，其強弱順序均表現(xiàn)為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS>Ac-SPPS(L)>SSPS。SSPS經(jīng)乙?；男院螅銭AI和 ES都明顯提高，其乳化性的改善可能是因為可溶性大豆多糖上接入疏水的乙?；岣吡似鋬捎H性，而Ac-SSPS(H)具有高分子質量和高乙酰度，表現(xiàn)出更高的EAI和ES。
表2 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 乳化活性和乳化穩(wěn)定性Table 2 Emulsifying activities and emulsifying stabilities of SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.4.2 納米乳液的靜態(tài)流變特性
通過對乳液的靜態(tài)流變學特性進行比較，探討可溶性大豆多糖乙?；男院统瑸V分離對所得乳液黏度的影響。如圖6所示，貯藏1和14 d時，SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)所穩(wěn)定的乳液黏度都隨著剪切速率的增大而略有降低，均出現(xiàn)剪切變稀現(xiàn)象，具有非牛頓流體特性，說明乳液體系中的網(wǎng)絡結構逐步被破壞。
a-貯藏1 d時的黏度變化；b-貯藏14 d時的黏度變化圖6 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 納米乳液在貯藏過程中靜態(tài)流變學變化Fig.6 Static rheological changes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
表3為4種乳液分別在貯藏1和14 d時的黏度與剪切速率的冪律函數(shù)擬合參數(shù)，R2均>0.96，說明該方程適用于實驗乳液的擬合，乳液的流體指數(shù)n均<1，證實乳液為非牛頓流體。黏稠系數(shù)K反應乳液黏度的大小，在相同濃度下，4種乳液的黏度大小順序均為Ac-SSPS(H)>Ac-SSPS(L)>Ac-SPPS>SSPS，說明乙酰基的接入使得SSPS具有兩親性，增強了多糖在油-水界面的乳化作用，同時多糖的分子鏈之間發(fā)生纏結，體系的網(wǎng)絡結構增強。Ac-SSPS(H)的分子質量最大，高分子鏈較多，故其乳化作用較強，結合其自身在水相較高的黏度，使得Ac-SSPS(H)所穩(wěn)定的乳液的黏度最大。Ac-SSPS(L)溶液的黏度較Ac-SSPS低，但其所穩(wěn)定的乳液黏度卻更高，這可能是因為Ac-SSPS(L)的分子大小分布較為集中，使得其在乳化過程中能更好地吸附在油滴上，同時，在堿性環(huán)境中改性時，部分SSPS水解生成的小分子糖經(jīng)超濾分離留在Ac-SSPS(L)中，這部分小分子糖存在于乳液的連續(xù)相中，貢獻了較高的黏度[21-22]。乳液貯藏14 d時，黏度均較貯藏1 d時有所增加，這是由于乳液中的油滴在貯藏過程中發(fā)生聚集[23-24]，而Ac-SSPS(H)乳液的黏度變化最小，表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。
表3 貯藏1、14 d時SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的納米乳液流變參數(shù)Table 3 Rheological parameters of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) when stored for 1 day and 14 days
2.4.3 溫度對納米乳液穩(wěn)定性的影響
為探究溫度對納米乳液穩(wěn)定性的影響，分別測定了由SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的O/W型新鮮乳液經(jīng)20、40、60、80 ℃保溫1 h并靜置24 h后的CI和粒徑變化，結果如圖7所示。SSPS經(jīng)不同溫度的熱處理后，CI隨著溫度的升高顯著增加，粒徑也隨之增加，這是因為隨著溫度的升高，乳滴之間的碰撞加劇，乳滴發(fā)生不同程度的聚集。而SSPS經(jīng)乙?；男院笃淙橐悍€(wěn)定性受溫度影響較小，乳液粒徑仍能維持在納米級，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液經(jīng)80 ℃熱處理后，未出現(xiàn)明顯乳析現(xiàn)象且粒徑仍在500 nm以內(nèi)。在不同溫度的熱處理下，乳液CI和粒徑的大小順序均為SSPS>Ac-SSPS(L)>Ac-SSPS>Ac-SSPS(H)，這是因為SSPS依靠結構中蛋白質的疏水作用起到乳化和穩(wěn)定乳液的作用，蛋白質易受溫度影響而變性，從而影響了SSPS的乳化性。而SSPS經(jīng)乙酰化改性后，主要依靠接入的乙?；鶠槭杷鶊F與親水的糖鏈共同作用來穩(wěn)定油-水界面，乙?；軠囟扔绊懶。式?jīng)乙?；男院蟮腟SPS所穩(wěn)定的乳液耐熱性更好。Ac-SSPS(L)中主要是小分子糖，糖鏈較短，經(jīng)熱處理后體系分子間碰撞加劇，連續(xù)相中的水分子較易從其穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構中析出，出現(xiàn)了明顯的乳析現(xiàn)象，乳液中油滴逐漸聚集，乳滴粒徑隨之增大。而Ac-SSPS(H)分子質量大、高分子長鏈較多，且乙?；枯^多故其受溫度影響小，表現(xiàn)出出色的耐熱穩(wěn)定性。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖7 溫度對SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 納米乳液的乳析指數(shù)和粒徑影響Fig.7 Effect of temperature on the CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)注：同一圖例下不同小寫字母表示差異性顯著(下同)
2.4.4 pH對納米乳液穩(wěn)定性的影響
為探究pH對乳液穩(wěn)定性的影響，分別將由SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的新鮮納米乳液調(diào)至不同pH并靜置24 h后測定CI和粒徑變化，結果如圖8所示?？梢奡SPS穩(wěn)定的乳液在pH為4～5的偏酸性環(huán)境中穩(wěn)定性較好，這可能與SSPS是陰離子多糖有關。但其受pH變化的影響較大，因為SSPS主要依靠結構中的蛋白質發(fā)揮疏水作用吸附在油滴表面，而蛋白質受pH影響較大，故pH值的變化影響了蛋白對油滴的吸附作用，破壞了SSPS在油-水界面的平衡，使得油滴聚集。相比之下，經(jīng)乙?；男院骃SPS的乳液穩(wěn)定性受pH的影響較小，其CI和粒徑大小在不同pH條件下均表現(xiàn)為Ac-SSPS(L)>Ac-SSPS>Ac-SSPS(H)，且均在pH 6～7的中性環(huán)境中穩(wěn)定效果更好。pH的變化會導致體系中游離的半乳糖醛酸發(fā)生解離或質子化，使得乳滴間的靜電作用力發(fā)生變化，而Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液受pH變化的影響較小，說明其高分子鏈在油-水界面舒展產(chǎn)生的空間位阻作用足以達到阻止油滴聚集從而穩(wěn)定乳液的作用，對多糖的靜電作用力依賴性較小。而Ac-SSPS(L)由于分子質量小、糖鏈較短，故其主要依靠糖鏈的空間位阻效應和靜電作用力協(xié)同作用來穩(wěn)定乳液，當體系pH值過酸或過堿時，其靜電作用力被破壞，僅靠空間位阻作用難以維持乳液的穩(wěn)定，所以出現(xiàn)了一定程度的乳析現(xiàn)象和粒徑的增大。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖8 pH對SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L) 納米乳液的乳析指數(shù)和粒徑影響Fig.8 Effect of pH on the CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L)
2.4.5 納米乳液的貯藏穩(wěn)定性分析
由圖9可知，在28 d的貯藏時間中，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液未出現(xiàn)明顯的乳析現(xiàn)象，粒徑也未出現(xiàn)顯著變化，表現(xiàn)出較好的貯藏穩(wěn)定性。由SSPS穩(wěn)定的乳液在貯藏7 d時出現(xiàn)乳析現(xiàn)象，粒徑也顯著增大到微米級，且在整個貯藏過程中CI和粒徑都明顯高于乙?；男远嗵撬纬傻娜橐?。對于乙?；男院蟮拇蠖苟嗵牵銫I和粒徑呈現(xiàn)隨著分子質量的增大而減小的趨勢。其原因在于乙酰基團的接入增大了SSPS的兩親性，與結構中蛋白質共同作用于油滴表面，而多糖的親水基團則存在于水相中，在水-油界面形成水化層，Ac-SSPS(H)分子質量大，乙酰基含量高、側鏈較長，使得其在水-油界面的吸附更為穩(wěn)定，且乳液較高的黏度也能更好地阻止體系內(nèi)油滴的聚集而失穩(wěn)。以上多種因素的協(xié)同作用，使得由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液表現(xiàn)出更好的貯藏穩(wěn)定性。
a-乳析指數(shù)變化；b-粒徑變化圖9 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的 納米乳液在貯藏過程中乳析指數(shù)變化Fig.9 CI and particle sizes of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
2.4.6 納米乳液的Zeta電位分析
圖10為4種乳液體系在28 d貯藏期內(nèi)的電位值變化，在不同貯藏時間，SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液Zeta電位絕對值均>30 mV，可知靜電斥力對穩(wěn)定乳液有一定作用[23]。4種乳液體系的電位絕對值在貯藏過程中均逐漸增大，主要是因為乳液中的多糖分子在貯藏過程中負電荷逐步裸露，使體系負電荷增加[25]。SSPS穩(wěn)定的乳液電位絕對值最大，且在貯藏過程中增長最明顯，但其穩(wěn)定效果最差，在貯藏過程中出現(xiàn)明顯的黃色油層上浮，可能是SSPS分子間的靜電作用力太強，破壞油水界面的平衡，油滴發(fā)生聚集而上浮，且Zeta電位的大小表示保持個體膠束的穩(wěn)定程度，無法表示體系內(nèi)較大的油滴的上浮情況[26]。
Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液的電位值較小，且在貯藏過程中變化小，說明較低的靜電斥力有利于多糖分子在油水界面的有序排列，且Ac-SSPS(H)乙酰化度高、分子質量大，大部分乙?；嬖谟谟拖?。
2.4.7 CLSM分析
用CLSM技術觀察乳液中油滴的分布狀態(tài)，如圖11所示，由SSPS穩(wěn)定的乳液中油滴尺寸大、均勻度低，且在貯藏1 d時就出現(xiàn)油滴聚集狀態(tài)，在貯藏14 d時聚集更明顯，出現(xiàn)更大顆粒的油滴。相比之下，乙?；男灾蟮亩嗵撬€(wěn)定的乳液在貯藏過程中，油滴尺寸小、體系均一性較高，說明乙?；男阅苡行岣逽SPS的乳化穩(wěn)定性。三者中，由Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的乳液液滴尺寸最小，體系均勻度最高，Ac-SSPS次之，而Ac-SSPS(L)由于其分子質量小、鏈長較短，難以較好地包裹住油滴，阻止其聚集，故由Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的乳液穩(wěn)定性欠佳。
a-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；b-Ac-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；c-Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d； d-Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液貯藏1 d；e-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d；f-Ac-SSPS穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d； g-Ac-SSPS(H)穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d；h-Ac-SSPS(L)穩(wěn)定的納米乳液貯藏14 d圖11 SSPS、Ac-SSPS、Ac-SSPS(H)和Ac-SSPS(L)的納米乳液在貯藏過程中激光共聚焦圖像Fig.11 The CLSM images of nano-emulsions stabilized by SSPS, Ac-SSPS, Ac-SSPS(H) and Ac-SSPS(L) during storage
3 結論
利用乙酸酐和SSPS在堿性水溶液中反應制備乙酰化可溶性大豆多糖，并將其進行超濾分離，得到2種分子質量范圍的改性多糖。通過FT-IR和1H NMR光譜表征超濾分離前后乙?；扇苄源蠖苟嗵堑慕Y構，表明SSPS成功引入乙?；鶊F，且不同分子質量范圍內(nèi)均有乙?；鶊F的接入。與未改性的大豆多糖相比，乙?；扇苄源蠖苟嗵潜憩F(xiàn)出更好的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，其穩(wěn)定的納米乳液穩(wěn)定性受溫度和pH影響較小，且在貯藏過程中黏度、CI、粒徑、Zeta電位和乳滴聚集程度變化較小，表現(xiàn)出更好的貯藏穩(wěn)定性。相對而言，經(jīng)超濾分離得到的大分子質量乙?；扇苄源蠖苟嗵潜憩F(xiàn)出最為出色的乳化性能。因此，乙?；扇苄源蠖苟嗵亲鳛槿榛瘎?、乳液穩(wěn)定劑或活性成分的載體應用于食品生產(chǎn)中有良好的發(fā)展前景。
猜你喜歡
中國生物化學與分子生物學報(2022年8期)2022-09-08
食品安全導刊(2021年21期)2021-08-30
石油瀝青(2021年6期)2021-02-10
上海建材(2021年1期)2021-01-12
醫(yī)藥前沿(2020年29期)2020-12-04
中國醫(yī)藥科學(2020年24期)2020-01-11
中國公路(2017年17期)2017-11-09
優(yōu)雅(2016年2期)2016-06-03
藥學研究(2015年11期)2015-12-19
