宏量营养素和pH值对乳剂型特医食品基质品质的影响

奥鹏网院作业

宏量营养素和pH值对乳剂型特医食品基质品质的影响
刘 媛1,2，叶盛英1，魏振承2，张 雁2，邓媛元2，唐小俊2，张名位2，刘 光2,*
（1.华南农业大学食品学院，广东 广州 510642；2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，农业农村部功能食品重点实验室，广东省农产品加工重点实验室，广东 广州 510610）
摘 要：通过测定乳剂色度、浊度、流变特性和离心沉淀率等指标，探究不同食用油脂、蛋白质和葡萄糖当量（dextrose equivalents，DE）麦芽糊精对乳剂外观接受度和稳定性的影响，在获得制备乳剂最佳宏量营养素基础上，进一步探讨pH值对乳剂的影响。结果表明：所选5 种油脂对乳剂的色度影响较小，大豆油组乳剂的浊度和SRI值（A800 nm/A400 nm）要高于其他组，但其较低的离心沉淀率和高的黏度值说明其更适合作为乳剂的油脂选择；乳清蛋白组较酪蛋白钠组乳剂具有更好的色度，但其浊度、黏度和离心沉淀率等乳剂稳定性指标显著差于酪蛋白钠组，在所选酪蛋白钠原料中，CN-EM7酪蛋白钠组乳剂表现出了最小浊度和离心沉淀率以及最大的乳液黏度；不同DE值麦芽糊精对乳剂品质影响不一，DE15麦芽糊精组乳剂具有最好的外观接受度和稳定性。酸碱度对乳剂品质影响明显，pH 6.50～7.00范围适合本研究体系乳剂的制备，在pH 7.00时，以上述最佳原料制得的乳剂具有最高的黏度和最小的离心沉淀率。本研究获得了乳剂制备的最佳三大宏量营养素类型以及最适加工pH值，为乳剂型特医食品的产业化开发提供了理论指导。
关键词：宏量营养素；pH值；乳剂；特医食品；稳定性
营养不良是多种疾病的常见并发症，其中危重病人存在重度营养不良风险[1]。营养疗法是维持或改善这类患者生活质量和生理健康的最直接有效方法，因此，营养疗法在国内外临床上应用广泛[2]。特殊医学用途配方食品（简称特医食品）是专门为满足营养疗法需要，针对进食受限、消化吸收障碍、代谢紊乱或特定疾病状态人群加工而成的一类配方食品[3]，其在提高患者免疫力、减少并发症等方面效果显著[4-5]。我国特医食品的消费市场潜力巨大，但由于国内特医食品产业起步较晚，目前临床使用的特医食品大部分被国外产品所垄断[6]。近年来，针对特医食品产业发展基础薄弱现状，国家颁布了一系列与特医食品生产和注册相关的法律法规，推动了我国特医食品产业的发展。
特医食品基质可以分为粉剂和乳剂，相比于粉剂，乳剂使用简单，但开发难度大，目前国内尚未有注册的乳剂型特医食品。由于特医食品主要用于临床患者的营养支持，因此其原料中一般都包含人体所需的营养素，包括蛋白质、碳水化合物、油脂、矿物质和维生素。以此为原料开发的特医食品基质需要将油相液滴分散在水相中，制成稳定的均相分散乳剂体系，但该O/W（水包油）型乳剂易受到组成成分、物理作用以及外界环境影响而发生分层、沉降、絮凝、聚结和相转化等失稳现象[7]。因此，目前为止，临床所使用的乳剂产品基本被国外企业所垄断。
作为乳剂型特医食品的三大宏量营养素，蛋白质、油脂和碳水化合物通过各种类型的化学和物理键作用对乳剂的构成和稳定发挥了重要影响。蛋白质和碳水化合物能够吸附在油水界面上，保护乳化液滴不被聚集，使液滴粒径减小从而提高体系稳定性[8]。孙哲浩等[9]研究蛋白质和碳水化合物交联，证实了碳水化合物与蛋白质交互作用对食品乳状液稳定性产生重要影响。目前，对于乳剂型特医食品基质的研究日益增多，但多聚焦在婴儿乳剂配方的优化[10]、临床营养乳剂对病人的营养支持[11-12]以及乳化剂对乳液稳定性影响[13-15]等方面，而在对乳剂型特医食品基质基础原料的筛选方面缺乏研究。
鉴于三大宏量营养素对乳剂型特医食品基质的影响，本研究拟从色度、浊度、流变特性和离心沉淀率等方面探究不同宏量营养素对乳剂型特医食品基质感官特性和稳定性的影响，在此基础上，进一步探究pH值对乳剂的影响，以期为我国乳剂型特医食品开发提供一定的理论参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
玉米油、花生油、葵花籽油、大豆油、米糠油市售；CN-EM7酪蛋白钠（滚筒干燥制得，蛋白质90%、脂肪0.8%、水分5.0%）、CN-S酪蛋白钠（喷雾干燥制得，蛋白质91%、脂肪0.8%、水分4.9%） 戴维林国际贸易（上海）有限公司；CN-G酪蛋白钠（喷雾干燥制得，蛋白质90.8%、脂肪1.5%、水分5.2%） 特克斯县科瑞乳品开发有限公司；乳清蛋白（whey protein，WP）（蛋白质80%） 新西兰恒天然集团；葡萄糖当量（dextrose equivalents，DE）10麦芽糊精 秦皇岛骊骅淀粉股份有限公司；DE15、DE20麦芽糊精 山东西王淀粉有限责任公司。
1.2 仪器与设备
LE438 pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；UV-1800紫外-可见分光光度计 岛津仪器有限公司；T25高速匀浆机 德国IKA公司；SHP-60高压均质机 上海科司大均质机电设备有限公司；LS-50LD立式压力蒸汽灭菌锅 江阴滨江医疗设备有限公司；UltraScan VIS色度仪 美国Hunter Lab仪器有限公司；AR1500EX流变仪 美国TA仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 乳剂的制备
乳剂主要以蛋白质、碳水化合物和油脂三大宏量营养素组成，其制备具体过程为：称取40 g蛋白质和150 g麦芽糊精混匀，加入已预热至65 ℃的1 L去离子水中溶解。随后，将混合液置于10 000 r/min的高速匀浆机中搅拌，搅拌过程中缓慢倒入30 g油脂，持续搅拌至充分乳化。搅拌5 min后，对乳化液使用高压均质处理，均质条件为25 MPa压力下循环2 次。将均质后的乳剂分装到玻璃瓶中，压盖密封后置于121 ℃高压灭菌锅中处理20 min即得本研究所需乳剂。
1.3.2 原料对乳剂的影响
1.3.2.1 食用油脂的影响
选择5 种不同食用油脂，包括大豆油、花生油、葵花籽油、玉米油和米糠油，考察食用油脂对乳剂感官特性和稳定性的影响。乳剂的制备按照1.3.1节方法，其中蛋白质选择CN-EM7酪蛋白钠，碳水化合物选择DE15麦芽糊精，不调节乳剂pH值，制得的乳剂在4 ℃条件下放置24 h后进行乳剂各指标测定。
1.3.2.2 蛋白质的影响
选择4 种蛋白质CN-EM7酪蛋白钠、CN-S酪蛋白钠、CN-G酪蛋白钠和WP（CN-EM7组、CN-S组、CN-G组和WP组），考察蛋白质对乳剂感官特性和稳定性的影响。乳剂的制备按照1.3.1节方法，其中油脂选择大豆油，碳水化合物选择DE15麦芽糊精，不调节乳剂pH值，制得的乳剂在4 ℃条件下放置24 h后进行指标测定。
1.3.2.3 麦芽糊精的影响
选择3 种麦芽糊精DE10、DE15和DE20，考察不同DE值麦芽糊精对乳剂感官特性和稳定性的影响。乳剂的制备按照1.3.1节方法处理，其中油脂选择大豆油，蛋白质选择CN-EM7酪蛋白钠，不调节乳剂pH值，制得的乳剂在4 ℃条件下放置24 h后进行指标测定。
1.3.2.4 pH值的影响
分别调节乳剂pH 6.25、6.5、6.75、7.00、7.25、7.5和7.75，考察pH值对乳剂感官特性和稳定性的影响。乳剂的制备按照1.3.1节方法处理，其中油脂选择大豆油，碳水化合物选择DE15麦芽糊精，蛋白质选择CN-EM7酪蛋白钠，制得的乳剂在4 ℃条件下放置24 h后进行乳剂各指标测定。
1.3.3 检测指标分析
1.3.3.1 乳剂的色度测定
使用UltraScan VIS色度仪测量乳剂的颜色，具体方法为将乳剂装载到比色皿，置于样品架上测定，其中光圈的直径为19 mm（0.75 英寸）。使用国际照明委员会颜色色度L*、a*和b*标度（L*=暗/光，a*=红/绿，b*=黄/蓝）。乳剂颜色L*值越高，表明颜色越亮，a*值越高表示乳剂颜色越红，b*值越高表示颜色越黄，并通过式（1）计算样品总色度E*值：

1.3.3.2 乳剂的浊度和SRI测定
根据Dłuzewska等[16]报道的方法测量乳剂浊度并作适当修改。取一定量的乳剂用蒸馏水稀释500 倍，室温条件下，使用紫外-可见分光光度计分别测定稀释液在400、660 nm和800 nm波长处的吸光度。A660 nm可用于表征乳剂的浊度，而吸光比SRI（A800 nm/A400 nm）值可用于表征乳剂的稳定性。
1.3.3.3 乳剂的流变特性测定
准确移取1 mL乳液样品于流变仪样品台上，使用直径60 mm的夹具进行测定，具体测定参数如下：测量温度（25f1）℃，板间距1 mm，剪切速率由0升至100 s-1，线性取30 个数据点考察样品黏度和剪切应力随剪切速率的变化规律。
1.3.3.4 乳剂的离心沉淀率测定
准确称取混匀的20 g（m0）乳剂样品置于50 mL离心管中，用台式离心机于6 000 r/min离心15 min，弃去上层清液，称量沉淀的质量（m1）。离心沉淀率计算见式（2）：

1.4 数据统计与处理
所有实验均重复3 次，采用Origin 8.6和SPSS 22.0软件进行数据处理，用单因素方差分析Duncan法进行组间差异比较，P＜0.05，差异显著。
2 结果与分析
2.1 食用油脂对乳剂的影响
油脂赋予了乳剂较好的口感和营养特性，但由于油脂与水之间的密度和疏水性差异，乳剂中油脂易发生脂肪上浮现象，从而影响其感官和稳定性品质[17]。本研究选择大豆油、花生油、葵花籽油、玉米油和米糠油5 种常用食用油脂，通过监测乳剂色度、浊度、流变特性和离心沉淀率等指标探究不同食用油脂对乳剂的影响。
2.1.1 食用油脂乳剂的色度分析
乳剂的色度影响其感官特性，一般而言，颜色较浅的乳剂更容易被消费者所接受。如表1所示，尽管L*、a*、b*值大小略微有差异，但不同食用油脂制备的乳剂L*值较大即亮度较高，且a*、b*值都为正数，都呈偏浅黄红色泽。
为综合评价乳剂色度，采用E*值进行表征，其值越高，表明乳剂的外观接受度相对较好[18]。由表1可得，使用米糠油制备的乳剂E*值最高，其次为葵花籽油、大豆油和玉米油，色度值最低的为花生油组，即米糠油组乳剂具有最好的外观接受度。虽然不同食用油制备的乳剂E*值存在一些差异，但就感官而言，这5 种乳剂都能够被接受。
表1 不同食用油脂制备的乳剂色度分析
Table 1 Chromaticity analysis of emulsions prepared with different edible oils

注：同列不同字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
2.1.2 食用油脂乳剂的浊度以及SRI分析
乳剂浊度指体系悬浮颗粒对入射光线的散射、吸收导致透射光线的衰减程度，乳剂的A660 nm越大，表明乳剂体系大粒径的颗粒分布越多，则更趋向不稳定。而SRI则在一定程度上反映了乳剂的稳定性[19]。

图1 食用油脂对乳剂浊度和SRI的影响
Fig. 1 Effect of edible oils on turbidity and SRI of emulsion
如图1所示，不同食用油脂对乳剂浊度和SRI的影响具有相类似的变化趋势。由浊度曲线可以看出，米糠油组的浊度值最低，其次为葵花籽油组、花生油和玉米油组，大豆油组最高，但从统计学意义上分析，米糠油组与葵花籽油组和花生油组乳剂的浊度并无显著差异。因此，该结果表明米糠油、葵花籽油和花生油组乳剂颗粒粒径大小相似，且小于大豆油和玉米油组。
另外，从SRI值看，5 组乳剂的SRI值都低于0.3，表明各组乳剂在较高波长处吸光度小，即粒径相对较小乳剂相对稳定[20]，其中，葵花籽油组和米糠油组乳剂具有较低的SRI值，即这两组乳剂的稳定性在一定程度上又要优于其他组，该结果与浊度测定结果相符。综合浊度和SRI结果可得，米糠油和葵花籽油组乳剂体系较其他组相对稳定。
2.1.3 食用油脂乳剂的流变学特性分析

图2 食用油脂对乳剂流变性质的影响
Fig. 2 Effect of edible oils on rheological properties of emulsion
除颗粒粒径外，乳剂的黏度也是影响其稳定的重要因素，乳剂的黏度大，会减少粒子之间的碰撞几率，乳剂相对稳定。由图2A可得，随着剪切速率的增加，各组乳剂黏度都呈现先降低后平稳的趋势。乳剂黏度急剧下降是因为在剪切力的作用下，体系中的脂肪球聚集体发生形变乃至破碎，液滴定向排布阻力减小导致[21-23]。另外，当各组黏度达到稳定状态后可以看出，大豆油和米糠油组乳剂具有最较高的黏度，其次是花生油和玉米油组，葵花籽油组的黏度最小。根据Stokes公式，乳剂颗粒的沉降速度与连续相的黏度呈反比。连续相黏度增加，颗粒在连续相中运动所受黏滞力增加，分散相液滴运动速度下降，因而乳状液分层、絮凝和聚结速度均下降，稳定性相对增加[24]。黏度测定结果表明，大豆油和米糠油组乳剂较其他组具有相对较高的稳定性。
另外，乳剂流动性好坏是影响其临床使用关键因素，因此，进一步探究乳剂流体状态，结果如图2B所示，5 组乳剂的剪切应力与剪切速率之间呈线性关系，表明各组乳剂都为低黏性、易形变的牛顿流体，无剪切稀化或增稠性质[25]，这种特性赋予乳剂更好的输送特性，便于临床使用。各组斜率的差异一定程度反映其黏度，该结果与黏度测定结果一致。
2.1.4 食用油脂乳剂的离心沉淀率分析
使用离心沉淀率进一步表征乳剂稳定性，由于受到离心力的作用，该指标能够综合评价颗粒大小和乳剂黏度对乳剂体系稳定性的影响，其值越低代表乳剂稳定性越好[26]。

图3 食用油脂对乳剂离心沉淀率的影响
Fig. 3 Effect of edible oils on centrifugal precipitation rate of emulsion
如图3所示，大豆油组乳剂的离心沉淀率最低，其次是葵花籽油组，而另外3 组离心沉淀率则较高，表明大豆油组乳剂是稳定性最高的乳剂组。该结果与黏度结果相符，而与浊度测定结果有出入，说明黏度对乳剂稳定性的影响要大于颗粒粒径。此外，不同食用油脂乳剂的离心沉淀率存在差异，原因可能与油脂脂肪酸组成有关。刘阳等[27]研究了7 种食用植物油的物性以及氧化稳定性，表明大豆油和葵花籽油中多不饱和脂肪酸含量较高，并且大豆油的氧化稳定性较好。姚艳玉等[28]研究长链甘油三酯与中链甘油三酯为油相的纳米乳剂稳定性，结果表明不同油脂脂肪酸组成对乳剂稳定性有一定的影响。因此，本研究大豆油组乳剂表现更好稳定性可能与其具有较高多不饱和脂肪酸含量有关。
综合以上研究结果表明，在本研究所选乳剂体系下，大豆油脂可作为乳剂型特医食品基质制备的较适油相，以其为油相的乳剂具有较易接受的色度，较高的黏度以及较好的稳定性。
2.2 蛋白质对乳剂的影响
蛋白质的结构差异会影响其乳化能力，乳化能力差则易引起蛋白质与油脂形成的O/W乳化体系失稳，影响乳剂品质[29]。特医食品开发常用的蛋白质源为牛奶蛋白，包括WP和酪蛋白钠，而酪蛋白钠除了营养价值极高外，还兼具增稠、乳化和高热稳定特性，因此常用于乳剂型特医食品的开发。本研究选择3 种不同来源的酪蛋白钠（CN-EM7、CN-S和CN-G）和1 种WP探究不同蛋白质种类对乳剂的影响。
2.2.1 蛋白质乳剂的色度分析
表2 不同蛋白质制备的乳剂色度分析
Table 2 Chromaticity analysis of emulsions prepared with different proteins

如表2所示，酪蛋白钠组与WP组乳剂色度差别较大，相比于酪蛋白钠组，WP组乳剂具有更高的L*值和E*值，也即具有更好的外观接受度，其原因应与WP的颜色浅于酪蛋白钠有关。另外，不同类型酪蛋白钠组的L*值无显著差异，但a*、b*、E*值存在不同，其中CN-EM7组乳剂的E*值最高，表明该酪蛋白钠组乳剂相对其他组更易被接受。
2.2.2 蛋白质乳剂的浊度和SRI分析

图4 蛋白质对乳剂浊度和SRI的影响
Fig. 4 Effect of proteins on turbidity and SRI of emulsion
如图4所示，各组乳剂SRI值低于0.3，表明4 组乳剂都具有较好的稳定性。相比于WP组，酪蛋白钠组乳剂表现出了更小的浊度和SRI值，即酪蛋白钠组乳剂的稳定性要强于WP组，其原因与酪蛋白钠的热稳定性强有关，它在120 ℃高压灭菌条件下仍能不变性，利于形成较小粒径的乳剂颗粒，而WP是球状结构在高温处理下易变性[30-31]。此外，比较不同酪蛋白钠组乳剂吸光度可以得到，酪蛋白钠CN-EM7和CN-G组乳剂具有较小的浊度和SRI，表明以其为蛋白质来源制备的乳剂颗粒粒径较小、稳定性较好。
2.2.3 蛋白质乳剂的流变特性分析
剪切流变可用于分析不同种类蛋白质吸附层内分子间相互作用的差异[32-34]。如图5A所示，各组乳剂黏度随着剪切速率的增加都呈现先降低后平稳的状态，且酪蛋白钠组乳剂的黏度强于WP。而比较不同酪蛋白钠组乳剂黏度发现，以CN-EM7为蛋白质来源制备的乳剂显示了最高的黏度。CN-EM7使用滚筒干燥制备，而另外两种酪蛋白钠为喷雾干燥制得，不同生产工艺对酪蛋白钠的含量以及基本成分影响较小，但对其颗粒形态影响显著。相比于喷雾干燥，滚筒干燥制备的酪蛋白钠颗粒表面粗糙且无颗粒感[35]，这可能是导致本研究中不同酪蛋白钠乳剂流变特性存在差异的原因。
另外，从剪切应力和剪切速率之间的线性关系可以得出（图5B），不同蛋白质制备的乳剂也为牛顿流体，也即具有较好的临床输送特性。而各组斜率的差异结果与黏度测定结果相符，斜率最大的CN-EM7组乳剂具有最大的黏度值。

图5 蛋白质对乳剂流变性质的影响
Fig. 5 Effect of proteins on rheological properties of emulsion
2.2.4 蛋白质乳剂的离心沉淀率分析

图6 蛋白质对乳剂离心沉淀率的影响
Fig. 6 Effect of proteins on centrifugal precipitation rate of emulsion
如图6所示，蛋白质乳剂的离心沉淀率曲线趋势与其浊度（图4）一致，酪蛋白钠组乳剂的离心沉淀率显著低于WP组，其原因应与后者制备的乳剂具有较大颗粒粒径和较小黏度有关。另外，WP的主要成分是球形蛋白，加热可使这些蛋白质非极性端暴露于水相，引起蛋白质之间疏水聚合现象，导致以其为原料制备乳剂的稳定性较差。与WP比，酪蛋白钠是极其无序和疏水的蛋白质，这种特性帮助它们可以快速吸附于两相界面，降低了因聚集而形成大颗粒的机率[36]。Hu Min等[37]研究了酪蛋白钠、WP分离物和大豆分离蛋白制备的玉米水包油乳剂的物理性质和氧化稳定性的差异，发现酪蛋白钠的稳定性最好，与本实验所得研究结果相符。
此外，比较不同酪蛋白钠组乳剂离心沉淀率可以得到，CN-EM7和CN-G组乳剂具有较低的离心沉淀率，表明使用这两种酪蛋白钠制备的乳剂具有较好的稳定性。综合色度、浊度和黏度等指标分析，在本研究所选乳剂体系下，酪蛋白钠CN-EM7可作为乳剂型特医食品基质的最佳蛋白质来源。
2.3 麦芽糊精DE值对乳剂的影响
麦芽糊精是DE值不大于20的淀粉水解产物，研究表明，不同DE值麦芽糊精具有不同的增稠、乳化效果[38]。因此，筛选不同DE值麦芽糊精对制备稳定性良好的乳剂的影响。
2.3.1 不同DE值麦芽糊精乳剂的色度分析
如表3所示，在所选的3 种麦芽糊精中，以DE15麦芽糊精制备的乳剂具有最高的亮度和E*值，表明以其为原料的乳剂具有更好的外观接受度。
表3 不同DE值麦芽糊精乳剂色度分析
Table 3 Chromaticity analysis of emulsions prepared with maltodextrins with different DE values

2.3.2 不同DE值麦芽糊精乳剂的浊度以及SRI分析

图7 不同DE值麦芽糊精对乳剂浊度和SRI的影响
Fig. 7 Effect of maltodextrin with different DE values on turbidity and SRI of emulsion
如图7所示，不同麦芽糊精乳剂的浊度与其DE值不呈线性关系，DE15麦芽糊精组乳剂浊度值要显著低于其他两组，且该结果与SRI分析结果相一致，表明该DE值麦芽糊精制备的乳剂颗粒粒径较小。Dokic-Baucal等[39]研究了不同DE值麦芽糊精对O/W乳剂乳化动力学、分散特性和流变特性的影响，发现随着麦芽糊精的添加，乳化强度高，且在较高DE值时更明显。本研究结果表明，乳剂的稳定性并不随麦芽糊精DE值的提高而变好，在本研究所选的体系中，两者并无线性关系。
2.3.3 不同DE值麦芽糊精乳剂的流变特性分析
不同DE值麦芽糊精影响其黏度值（图8A），但不影响乳剂的流体状态，3 组乳剂都表现为牛顿流体（图8B），DE15麦芽糊精乳剂的黏度相对于其他组高，说明以其为原料的乳剂具备更好的稳定性。DE值较小的麦芽糊精由于其水解程度较低，分子组成与淀粉类似，仍以大分子的长链聚合物为主，而DE值较大的麦芽糊精由于其水解程度较高，分子中的长链被水解为短链，这对于乳剂黏度有一定影响[40]。

图8 不同DE值麦芽糊精对乳剂流变性质的影响
Fig. 8 Effect of maltodextrins with different DE values on rheological properties of emulsion
2.3.4 不同DE值麦芽糊精乳剂的离心沉淀率分析

图9 麦芽糊精DE值对乳剂离心沉淀率的影响
Fig. 9 Effect of maltodextrins with different DE values on centrifugal precipitation rate of emulsion
由图9可以看出，DE15麦芽糊精乳剂表现出了比其他两组乳剂更低的离心沉淀率，所得乳剂更稳定，该结果与浊度和黏度测定结果相一致。因此，综合以上研究表明，在本研究所选乳剂体系下，DE15麦芽糊精可作为制备具有良好稳定性乳剂型特医食品基质的最佳麦芽糊精原料。
2.4 pH值对基础乳剂感官特性和稳定性的影响
酸碱度对乳剂的感官和稳定性影响明显，不同pH值条件下，乳剂带电液滴间排斥力与范德华力不同，引起乳剂稳定性差异。因此，本研究在获得最优三大宏量营养素基础上，进一步探究不同pH值（6.25～7.75）对乳剂的影响。
2.4.1 不同pH值乳剂的色度分析
如表4所示，pH值对乳剂的色度影响明显，随pH值的升高，其a*、b*值逐渐提高，而L*、E*值则逐渐降低，即乳剂的外观接受度随pH值的升高而降低。pH值对乳剂色度影响的原因与美拉德反应有关，本研究制备的乳剂中含有美拉德反应所需的蛋白质和碳水化合物原料，当溶液pH值提高时，尤其是当pH值大于7.00，有助于美拉德反应的发生，并生成类黑精等大分子物质，引起乳剂颜色的加深。相比其他条件，中性或弱酸性条件制备的乳剂具有更好的可接受性。
表4 不同pH值乳剂色度分析
Table 4 Chromaticity analysis of emulsions prepared at different pH values

2.4.2 pH值对乳剂浊度和SRI的影响

图10 pH值对乳剂浊度和SRI的影响
Fig. 10 Effect of pH values on turbidity and SRI of emulsion
如图10所示，当pH值在6.50～7.00范围内，乳剂具有较低的浊度和SRI值，而过高或过低pH值下乳剂浊度和SRI都较高。当pH值小于6.50时，由于接近酪蛋白钠的等电点，易引起蛋白质的聚集，从而提高乳液颗粒粒径，导致了过高的浊度和SRI值。当pH值大于7.00时，虽然远离蛋白质等电点，但碱性条件易引起美拉德反应，产生分子质量较大的物质，同样导致体系颗粒粒径的增加。因此，pH值在6.50～7.00范围内是本研究体系乳剂生产的较适pH值，且接近中性的酸碱度也更适合人体的服用。
2.4.3 pH值对乳剂流变特性的影响
由图11A可见，当pH值在6.50～7.00范围内，乳剂黏度要高于其他pH值，说明该条件下乳剂具有较好的稳定性，与浊度测定结果相一致。另外，pH 7.00的乳剂黏度要略高于pH 6.50和pH 6.75，说明中性条件下最有利于本研究体系乳剂的稳定。如图11B所示，pH值不改变乳剂流体状态，且对乳剂黏度的影响要低于其他原料的影响。

图11 pH值对乳剂流变性质的影响
Fig. 11 Effect of pH values on rheological properties of emulsion
2.4.4 pH值对乳剂离心沉淀率的影响

图12 pH值对乳剂离心沉淀率的影响
Fig. 12 Effect of pH values on centrifugal precipitation rate of emulsion
由图12可知，随着pH 6.25～7.75的增加，离心沉淀率呈现先下降后上升的趋势，pH 7.00时的乳剂离心沉淀率最低，表明该条件下乳剂聚结速度慢。该pH值条件下，带电液滴间排斥力大于相互吸引的范德华力，液滴不会相互凝聚，乳状液具有高度的稳定性[41]。Owens等[42]研究pH值对含有鲱鱼水包油乳剂的物理化学性质的影响，发现在pH 7.00条件下，乳剂最稳定，与本实验所获结果相符。综上，在本研究所选体系下，pH 7.00是制备良好稳定性乳剂的最适酸碱度。
3 结 论
本实验系统研究乳剂中三大宏量营养素（蛋白质、脂肪、碳水化合物）和pH值对乳剂色度、浊度、流变性质和离心沉淀率的影响，获得本研究所选乳剂体系下最佳乳剂开发的基础原料和最适加工pH值。结果表明：大豆食用油脂、CN-EM7酪蛋白钠和DE15麦芽糊精是所选原料中最适的乳剂制备三大基础宏量营养素，以其为原料的乳剂具有较低的浊度和离心沉淀率及较高的乳液黏度，表现出了较好的稳定性。pH 6.50～7.00是本研究体系适合的乳剂加工条件，其中pH 7.00时所得乳剂具有最佳稳定性指标。研究结果为乳剂型特医食品的工业化开发提供了一定的理论依据。
参考文献：
[1] KONDRUP J. Nutritional risk screening (NRS 2002): a new method based on an analysis of controlled clinical trials[J]. Clinical Nutrition,2003, 22(3): 321-336. DOI:10.1016/S0261-5614(02)00214-5.
[2] 张双燕, 闫刘慧, 陈娟娟, 等. 特医食品及特医食品全营养粉技术要点简介[J]. 食品安全导刊, 2017(28): 28-29.
[3] 国家卫生和计划生育委员会. 特殊医学用途配方食品通则: GB 29922ü2013[S]. 北京: 中国标准出版社, 2013.
[4] 李青, 史琳娜, 杨顺玉, 等. 不同比例肠内营养支持对重型颅脑损伤病人临床结局的影响[J]. 肠外与肠内营养, 2018(3): 161-165.DOI:10.16151/j.1007-810x.2018.03.009.
[5] KORONOWICZ A A, DROZDOWSKA M, WIELGOS B, et al. The effect of “NutramilTM Complex,” food for special medical purpose,on breast and prostate carcinoma cells[J]. PLoS ONE, 2018, 13(2):e192860. DOI:10.1371/journal.pone.0192860.
[6] SCHÜTZ T, HERBST B, KOLLER M. Methodology for the development of the ESPEN guidelines on enteral nutrition[J]. Clinical Nutrition, 2006, 25(2): 203-209. DOI:10.1016/j.clnu.2006.01.008.
[7] MCCLEMENTS D J. Food emulsions: principles, practices, and techniques[M]. Boca Raton: CRC Press, 2016: 6-8.
[8] JIANG S, ZHAO X. Transglutaminase-induced cross-linking and glucosamine conjugation of casein and some functional properties of the modified product[J]. International Dairy Journal, 2011, 21(4): 198-205. DOI:10.1016/j.idairyj.2010.12.004.
[9] 孙哲浩, 赵谋明, 彭志英. 蛋白质与多糖类交互作用对食品乳状液稳定性的影响[J]. 食品与发酵工业, 2000(2): 61-65. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2000.02.016.
[10] DRAPALA K P, AUTY M A E, MULVIHILL D M, et al. Improving thermal stability of hydrolysed whey protein-based infant formula emulsions by protein-carbohydrate conjugation[J]. Food Research International, 2016, 88: 42-51. DOI:10.1016/j.foodres.2016.01.028.
[11] KLEK S, SZCZEPANEK K, SCISLO L, et al. Intravenous lipid emulsions and liver function in adult patients with chronic intestinal failure: results from a randomized clinical trial[J]. Nutrition, 2018,55/56: 45-50. DOI:10.1016/j.nut.2018.03.008.
[12] FENG Y, LI C, ZHANG T, et al. Parenteral nutrition including an omega-3 fatty-acid-containing lipid emulsion for intensive care patients in China: a pharmacoeconomic analysis[J]. Clinico Economics and Outcomes Research, 2017, 9: 547-555. DOI:10.2147/CEOR.S139902.
[13] 马永轩, 张名位, 魏振承, 等. 不同乳化稳定剂对全谷物糙米营养乳稳定性的影响及其配比优化[J]. 食品科学技术学报, 2017, 35(6): 55-61.
[14] WEIGEL F, WEISS J, DECKER E A, et al. Lutein-enriched emulsionbased delivery systems: inf l uence of emulsifiers and antioxidants on physical and chemical stability[J]. Food Chemistry, 2018, 242: 395-403. DOI:10.1016/j.foodchem.2017.09.060.
[15] MCCLEMENTS D J, BAI L, CHUNG C. Recent advances in the utilization of natural emulsifiers to form and stabilize emulsions[J].Annual Review of Food Science and Technology, 2017, 8: 205-236.DOI:10.1146/annurev-food-030216-030154.
[16] DŁUZEWSKA E, STOBIECKA A, MASZEWSKA M, et al. Effect of oil phase concentration on rheological properties and stability of beverage emulsions[J]. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria, 2006, 5(2): 147-156.
[17] 时浩. 食品油脂O/W乳状液稳定性的研究[D]. 南昌: 南昌大学,2010.
[18] 徐佳. 野生和栽培防风颜色气味与质量的相关性研究[D]. 北京:北京中医药大学, 2014.
[19] 朱㻉瑶, 吴佩强, 林培湘, 等. 分光浊度法测定乳状液粒子大小[J].安徽大学学报(自然科学版), 1987(增刊1): 52-59.
[20] 卢锦丽. 食品级纯胶O/W乳液稳定性及流变特性研究[D]. 杭州:浙江工商大学, 2013.
[21] DICKINSON E, GOLLER M I, WEDLOCK D J. Osmotic pressure, creaming, and rheology of emulsions containing nonionic polysaccharide[J]. Journal of Colloid and Interface Science, 1995,172(1): 192-202. DOI:10.1006/jcis.1995.1242.
[22] 龙肇. 蛋白质-多糖交互作用对高乳脂乳浊液稳定性的影响及作用机理研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2014.
[23] QUEMADA D. Rheology of eoncentrated disperse systems II. A model for non-newtonian shear viscosity in steady fl ows[J]. Rheologica Acta,1978, 17(6): 632-642.
[24] SINGH H, YE A, HORNE D. Structuring food emulsions in the gastrointestinal tract to modify lipid digestion[J]. Progress in Lipid Research, 2009, 48(2): 92-100. DOI:10.1016/j.plipres.2008.12.001.
[25] LOI C C, EYRES G T, BIRCH E J. Effect of mono- and diglycerides on physical properties and stability of a protein-stabilised oil-inwater emulsion[J]. Journal of Food Engineering, 2019, 240: 56-64.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2018.07.016.
[26] 陈海光, 黄俊武, 梁丽思, 等. 可溶性大豆多糖在花生蛋白奶中的应用研究[J]. 现代食品科技, 2009(3): 309-311. DOI:10.3969/j.issn.1673-9078.2009.03.024.
[27] 刘阳, 王春立, 曹培让, 等. 7 种食用植物油物性及氧化稳定性评价[J].中国油脂, 2017(10): 63-68.
[28] 姚艳玉, 马培华, 曾庆晗, 等. 油相种类对姜黄素纳米乳液稳定性的影响[J]. 食品科技, 2017, 32(9): 238-242. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2017.09.046.
[29] 梁晗妮. 豆类蛋白质的乳化性质及其结构: 功能相关性研究[D].广州: 华南理工大学, 2014.
[30] 张芳, 徐学万. 酪朊酸钠在食品工业中的应用[J]. 肉类工业, 2001(6):31-33. DOI:10.3969/j.issn.1008-5467.2001.06.013.
[31] 徐志宏, 魏振承, 张雁, 等. 几种蛋白质功能性质的比较研究[J].食品科学, 2006, 27(12): 249-252.
[32] DICKINSON E, ROLFE S E, DALGLEISH D G. Surface shear viscometry as a probe of protein-protein interactions in mixed milk protein films adsorbed at the oil-water interface[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 1990, 12(3): 189-194.DOI:10.1016/0141-8130(90)90031-5.
[33] DICKINSON E. Milk protein interfacial layers and the relationship to emulsion stability and rheology[J]. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces,2001, 20(3): 197-210. DOI:10.1016/S0927-7765(00)00204-6.
[34] BENJARNINS J, VAN VOORST VADER F. The determination of the surface shear properties of adsorbed protein layers[J]. Colloids and Surfaces, 1992, 65(2/3): 161-174. DOI:10.1016/0166-6622(92)80271-3.
[35] NUZZO M, SLOTH OVERGAARD J, BERGENSTÅHL B, et al. The morphology and internal composition of dried particles from whole milk: from single droplet to full scale drying[J]. Food Structure, 2017,13: 35-44. DOI:10.1016/j.foostr.2017.02.001.
[36] 孙颖. 酪蛋白与乳清蛋白比例对乳蛋白结构的影响[D]. 哈尔滨:东北农业大学, 2009.
[37] HU M, MCCLEMENTS D J, DECKER E A. Lipid oxidation in corn oil-in-water emulsions stabilized by casein, whey protein isolate, and soy protein isolate[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2003, 51(6): 1696-1700. DOI:10.1021/jf020952j.
[38] 郝新蕾, 张连富. 低DE值麦芽糊精凝胶特性研究[J]. 中国粮油学报,2010(3): 29-33.
[39] DOKIC-BAUCAL L, DOKIC P, JAKOVLJEVIC J. Influence of different maltodextrins on properties of O/W emulsions[J].Food Hydrocolloids, 2004, 18(2): 233-239. DOI:10.1016/S0268-005X(03)00068-7.
[40] 熊汉国, 张家年, 谭军, 等. 葛根淀粉的酶法水解及其水解产物的流变学特性研究[J]. 食品科学, 2002, 23(2): 46-49.
[41] 张洋兰, 管爱国, 吴国章. pH对复合乳液体系胶体稳定性的影响[C]//2012年全国高分子材料科学与工程研讨会议论文集. 武汉: 中国化学会、中国机械工程学会、中国材料研究学会, 2012: 736-737.
[42] OWENS C, GRIFFIN K, KHOURYIEH H, et al. Creaming and oxidative stability of fish oil-in-water emulsions stabilized by whey protein-xanthan-locust bean complexes: impact of pH[J]. Food Chemistry, 2018, 239: 314-322. DOI:10.1016/j.foodchem.2017.06.096.
Effects of Macronutrients and pH on Matrix Quality of Emulsion-Type Foods for Special Medical Purposes
LIU Yuan1,2, YE Shengying1, WEI Zhencheng2, ZHANG Yan2, DENG Yuanyuan2, TANG Xiaojun2, ZHANG Mingwei2, LIU Guang2,*
(1. College of Food Science, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China;2. Sericultural & Agri-Food Research Institute, Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510610, China)
Abstract: The effects of different edible oils, proteins and maltodextrins with different dextrose equivalents (DE) on the appearance and stability of an emulsion which can be used in foods for special medical purposes were investigated by measuring the color, turbidity, rheological properties and centrifugal sedimentation rate of the emulsion. The effect of pH on the properties of the emulsion with optimized levels of three macronutrients was further explored. The results showed that all fi ve oils had little effect on the chromaticity of emulsions. The turbidity and solar ref l ectance index (SRI) (A800 nm/A400 nm) of soybean oil emulsion were higher than those of the other oil emulsions, but soybean oil emulsion showed lower centrifugal precipitation rate and higher viscosity value, indicating that it was the best choice for the preparation of an emulsion. Whey protein-stabilized emulsion had better color but significantly poorer turbidity, viscosity and centrifugal precipitation rate than sodium caseinate-stabilized emulsion. Among the sodium caseinates tested, CN-EM7-stabilized emulsion showed minimum turbidity and centrifugal sedimentation rate and maximum emulsion viscosity. Additionally, maltodextrins with different DE values exhibited different effects on the quality of emulsions, and maltodextrin DE15-containing emulsion displayed the best appearance acceptance and stability. Furthermore, pH showed a significant effect on the quality of the emulsion. pH in the range of 6.50–7.00 was suitable for the preparation of the emulsion in the present research. The emulsion prepared at pH 7.00 had the highest viscosity and the minimum centrifugal precipitation rate. The most suitable types of three macronutrients and the optimum processing pH were obtained for emulsion preparation, which will provide a theoretical guidance for the industrial development of emulsion-type foods for special medical purposes (FSMP).
Keywords: macronutrient; pH; emulsion; foods for special medical purposes; stability
收稿日期：2018-10-26
基金项目：“十三五”国家重点研发计划重点专项（2017YFC1601002；2017YFD0400502；2018YFD0401003）；广东省重点领域研发计划项目（2019B020213002）；省级农业科技创新及推广项目（2018LM2154）；广东省现代农业产业技术体系创新团队项目（2018LM1089）；广东省省级科技计划项目（2017B090907022）；广州市科技计划项目（201803020014）
第一作者简介：刘媛（1995ü）（ORCID: 0000-0002-1416-8651），女，硕士研究生，研究方向为食品科学。E-mail: 860346602@qq.com
*通信作者简介：刘光（1988ü）（ORCID: 0000-0002-7830-8908），男，助理研究员，博士，研究方向为特医食品品质控制研究及新产品开发。E-mail: liuguang@gdaas.cn
DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181026-315
中图分类号：TS201.4
文献标志码：A
文章编号：1002-6630（2020）04-0023-09
引文格式：刘媛, 叶盛英, 魏振承, 等. 宏量营养素和pH值对乳剂型特医食品基质品质的影响[J]. 食品科学, 2020, 41(4): 23-31.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181026-315. http://www.spkx.net.cn
LIU Yuan, YE Shengying, WEI Zhencheng, et al. Effects of macronutrients and pH on matrix quality of emulsion-type foods for special medical purposes[J]. Food Science, 2020, 41(4): 23-31. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181026-315. http://www.spkx.net.cn