复合乳化剂对椰奶稳定性的影响

蒋佩佩，向 东*

（海南大学 食品学院，海南 海口 570228）

椰子是棕榈科单子叶植物，种植广泛，是热带地区主要的食品能源及经济作物。亚洲是世界上椰子最大的生产地区。据统计世界上椰子总量的百分之九十种植在印度尼西亚、菲律宾、印度、斯里兰卡和泰国[1-2]。而在中国，椰子主要生长在海南地区。椰子可以通过椰子水、椰子糖、椰奶及椰子油等几种方式消费。椰奶是从生长大概十二个月，肉质很厚很硬的成熟的椰子中压榨出来的。椰奶是一种天然的水包油乳液，其主要组成成分为水（54.1%）、脂肪（32.2%）、蛋白质（4.4%）和碳水化合物（8.3%）[3-5]。在乳液中，椰油油滴在连续的水相中分散开来形成椰奶。由于椰奶独特的风味和可观的感官特性，在亚洲以及其他国家，椰奶已经作为一种重要的烹饪原料被利用。据统计，全球有25%的椰子是以椰奶的形式加工出口的[6-7]。

椰奶是由椰蛋白（如球蛋白和清蛋白）和磷脂稳定的乳液，在椰奶乳液中，椰蛋白像乳化剂一样附着在椰油表面，阻止椰油絮凝、合并[8]。但由于天然椰奶中的椰蛋白的乳化性、热稳定性差，表面活性较低，导致椰奶在加工过程中极不稳定并且容易分层。加工1 h左右，椰奶就开始分层，5～10 h后，椰奶就会彻底分成奶油层和乳清层[9-10]。为了延长椰奶的货架期，在椰奶的加工过程中，各种蛋白质以及小分子表面活性剂被加入椰奶中提高其稳定性[11-14]。

食品乳化剂可以通过不同的机制提高乳液的稳定性，如使脂肪滴之间产生斥力，不会相互靠近发生聚集；在油滴周围生成界面膜，维持界面膜的完整性等[15]。单硬酯酸甘油酯简称单甘酯（glyceryl monostearate，GMS），其亲水亲油平衡值（hydrophile lipophile balance，HLB）为3.8，是多元醇型非离子型表面活性剂，可以作为油包水（W/O）和水包油（O/W）型乳化剂，以α-晶型的水合物存在于分散相中，α-晶型对于提高乳化活性极为有利；蔗糖脂肪酸酯简称蔗糖酯（sucrose ester，SE），其HLB为15，是一种多元醇脂肪酸酯，从分子结构上看，亲水部分蔗糖基占优势，因此其具有水包油型乳化剂性能。而更多研究表明复配乳化剂的乳化稳定效果要优于单一的乳化剂，当把低、高HLB值的乳化剂混合使用时，在界面上吸附形成“复合物”，走向排列紧密，具有较高的强度，从而能很好的防止聚结，增加乳状液稳定性[16-17]。由于单甘酯与其他乳化剂的兼容性好，蔗糖酯虽然没有多晶型性，但可以稳定单甘酯的α-晶型[18-19]，因此本实验通过测定椰奶的粒径、ζ-电位以及乳析指数等指标，研究了复合乳化剂（单苷酯-蔗糖酯）的质量分数对椰奶表面特性及稳定性的影响，从而对乳化剂的作用机理进行分析，为椰奶稳定性的控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

成熟椰子：当地市场购买；单硬脂酸甘油酯（单甘酯）、蔗糖脂肪酸酯（蔗糖酯）：广州嘉德乐生化科技有限公司。

1.2 仪器与设备

Zetasizer Nano S90激光粒度仪（ζ-电位也用此仪器测量）：英国马尔文仪器有限公司；KL-GJJ高压均质机：上海科劳机械设备有限公司；JYZ-S6九阳榨汁机、FW177粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；HH4数显恒温水浴锅：常州澳华仪器有限公司；LS-B50L高压灭菌锅：上海华线医用核子仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备

赵强忠等[20-21]研究发现，单苷酯与蔗糖酯的复配比例为2∶1时，乳化效果最好。因此，本实验选取的复配乳化剂的HLB值为7，分别配制质量分数为0、0.05%、0.15%、0.25%、0.35%、0.45%的复合乳化剂溶液，放入75 ℃水浴锅中加热溶解，备用。将成熟的椰子用专用刀去壳，削皮，保留白色新鲜的椰肉，常温椰肉现取现用，用粉碎机将不同方式处理后的椰肉粉碎成椰蓉，用榨汁机压榨取汁，两层纱布过滤，获得椰奶样品。将榨取的椰奶倒入以上各组溶液中，使得每组样品中椰奶含量为10%。在50 ℃水浴锅中搅拌10 min，然后将每组样品经过高压均质机（30 MPa、50 ℃）均质1 min，再进行高温高压（121 ℃、0.1 MPa）灭菌15 min，冷却待测。每个质量分数的样品做3个平行。复合乳化剂添加量按以下公式计算：

式中：HLBAB为复合乳化剂的亲水亲油值，本实验中HLBAB=7；HLBA为单甘脂（GMS）的亲水亲油值，本实验中HLBA=4.3；HLBB为蔗糖酯（SE）的亲水亲油值，本实验中HLBB=15。WA为乳液中单甘酯的质量分数，%；WB为乳液中蔗糖酯的质量分数，%。WAB为乳液中复配乳化剂的质量分数，%。

1.3.2 粒径及分散指数的测量

椰奶乳液中油滴粒径及分散指数用激光粒度仪进行测定，使用聚丙乙烯样品池，加入样品的高度约10 mm，并盖上隔热帽，根据样品的性质特征将样品折射率设为1.09，分散剂水的折射率设为1.33，测量温度设为25 ℃，平衡时间为120 s。测量粒径前样品被稀释到0.05%，脂肪质量分数约为0.01%，以减少多重散射效应。平均粒径公式为：

式中：d43是椰奶油滴的平均粒径，nm；ni是粒径为di的油滴的个数，个。

分散指数（polydisper dispersion index，PDI）的计算公式如下：

式中：PDI是油滴粒径的分散指数；Mw是质均分子质量；Mn是数均分子质量。

1.3.3ζ-电位的测量

待测样品中油滴带的电荷用激光粒度仪测量，使用聚丙乙烯样品池，加入样品的高度约10 mm，并插入电极，根据样品的性质特征将样品折射率设为1.09，分散剂水的折射率设为1.33，测量温度设为25 ℃，平衡时间为120 s。

1.3.4 乳析指数的测量

将每组经过均质（30 MPa、50 ℃）1 min的样品称取25 mL放入具盖的玻璃试管中，放入高温高压（121 ℃、0.1 MPa）灭菌锅中灭菌15 min。静置72 h，测量上浮高度，每组样品做3个平行，按下式计算乳析指数：

式中：H0为椰奶下清液的高度，mm；H为椰奶总高度，mm。

1.3.5 统计分析

所有的数据均做3个平行，并用Minitab统计软件进行显著性分析，Origin 软件作图。

2 结果与分析

2.1 复合乳化剂的不同质量分数对椰奶粒径及分散指数的影响

如图1 所示，随着复合乳化剂质量分数的增加，椰奶油滴的平均粒径成减小趋势，当未加入复合乳化剂时，椰奶的油滴平均粒径约为1 800 nm，加入的复合乳化剂质量分数为0.05%时，油滴的平均粒径降为约600 nm。当复合乳化剂质量分数在0.15%～0.45%时，椰奶油滴的平均粒径分别为为334 nm、327 nm、332 nm、313 nm，当复合乳化剂的质量分数≥0.15%时，随着复合乳化剂质量分数的升高，椰奶的粒径总体呈下降趋势，但并无显著性差异。

图1 复合乳化剂质量分数对椰奶粒径及分散指数的影响Fig.1 Effect of compound emulsifier concentration on the droplet size and PDI of coconut milk

粒径的分散指数是衡量油滴分散程度的指标，分散指数越大，证明乳液中油滴的粒径大小越不均匀，分散指数越小，证明油滴的粒径大小分布越均匀。

由图1可知，粒径的分散指数随着复合乳化剂质量分数的增加先呈下降趋势，且未加入复合乳化剂及加入0.05%复合乳化剂与加入0.15%～0.45%复合乳化剂的椰奶油滴的分散指数差异显著，质量分数为0.15%～0.45%复合乳化剂的椰奶油滴的分散指数没有显著性差异。当未加入复合乳化剂时，粒径的分散指数约等于1，证明椰奶中椰油的大小分布很不均匀。复合乳化剂的质量分数为0.05%时，椰奶粒径的分散指数降到0.6左右，证明椰奶油滴的粒径分布较均匀。当复合乳化剂质量分数到达0.15%时，分散指数已经降低到0.4以下。复合乳化剂质量分数＞0.15%，粒径的分散指数虽然有所波动，但均在0.2～0.4，这说明椰奶粒径的分布比较均匀。结果表明，当复合乳化剂的添加量为0.15%时，椰奶油滴的粒径及其分散指数已经达到理想的状态。

在高压均质过程中，乳化剂快速的附着在油滴表面，形成一层厚的界面膜，会在油滴间形成较强的斥力，降低表面张力，防止油滴相互靠近，但当乳化剂加入不足或形成的界面层较薄，液滴间产生絮凝或聚结，并最终导致油脂析出[15]；又由于椰蛋白的乳化性差且对温度及其敏感，在80～90 ℃就变性，很难阻止油滴之间相互吸引、聚合、絮凝或者合并[9]。因此乳化剂有助于减小椰奶的粒径及其分散指数，并且随着质量分数的增大，椰奶的粒径及分散指数成减小趋势，但当复合乳化剂质量分数≥0.15%时，椰奶的粒径没有明显的变化，而且分布比较均匀。

2.2 不同乳化剂质量分数对椰奶ζ-电位的影响

ζ-电位是椰奶油滴表面所带的电荷，带电量越大，油滴之间的排斥力就越大，油滴就越不容易絮凝、合并等，ζ-电位对保持椰奶的稳定性起到积极的作用。表1为ζ-电位与体系稳定性之间的关系[22-23]。由于椰蛋白中氨基酸的组成，以及椰油对电荷的吸附作用，使得纯椰奶中椰油本身带有负电荷，所带电荷约为-16 mV左右[21]。

表1 ζ-电位与体系稳定性之间的关系Table 1 The relationship between ζ-potential and system stability

如图2所示，ζ-电位与复合乳化剂质量分数成正比例的关系，当乳化剂的质量分数为0、0.05%时，椰奶的ζ-电位分别为-14.3 mV、-22.3 mV，且差异显著，对照表1，证明椰奶处于不稳定的状态，因为油滴之间的排斥作用不足以抵抗油滴之间的吸引作用。当复合乳化剂质量分数为0.15%时，ζ-电位为36.8 mV，对照表1，椰奶的稳定性一般。而当复合乳化剂的质量分数为0.25%、0.35%、0.45%时，ζ-电位分别为-40 mV、-40.07 mV、-41.53 mV，ζ-电位略有上升，但没有显著性差异，对照表1，椰奶的稳定性较好。

图2 复合乳化剂质量分数对椰奶ζ-电位的影响Fig.2 Effect of compound emulsifier concentration on the ζ-potential of coconut milk

产生这种现象可能有以下几种原因：第一，高压均质过程中乳化剂快速的附着在油水界面，并且形成一层厚的界面膜，降低了表面张力，从而阻止油滴聚合，减小油滴粒径，随着乳化剂的增加，油滴的粒径变小，椰油的比表面积增大，吸附的电荷更多，因此椰奶的ζ-电位的绝对值变大。第二，由于蔗糖中存在一定量的阴离子物质，如脂肪酸，致使蔗糖酯溶液带有一定量的负电荷[24]，因此，加入乳化剂之后，椰奶的ζ-电位有所变化。ζ-电位越大，油滴之间的排斥力就越大，椰奶就越稳定。结果表明，当复合乳化剂的添加量达到0.25%时，椰奶的ζ-电位达到-40 mV以上，椰奶的稳定性较好。因此乳化剂的添加量为0.25%时为宜。

2.3 乳化剂质量分数对椰奶乳析指数的影响

椰奶是一种天然的水包油乳液，很容易分层，而椰奶的乳析指数可以直观的表述椰奶的稳定性，椰奶的乳析指数为椰奶下清液高度与总高度的比值，椰奶的乳析指数越大，表示椰奶的分层越明显，椰奶的稳定性越差，反之，椰奶的乳析指数越小，椰奶越稳定。

乳化剂可以替换椰蛋白吸附在椰油表面，形成厚的界面膜，从而降低表面张力，阻止油滴聚合，提高稳定性[11]。比较加入不同含量的复合乳化剂的椰奶静置72 h后的乳析指数的大小，结果见图3。

图3 乳化剂质量分数对椰奶乳析指数的影响Fig.3 Effect of the compound emulsifier concentration on the creaming index of coconut milk

如图3所示，当椰奶中加入的乳化剂的质量分数为0、0.05%时，椰奶非常不稳定，几乎全部上浮，其乳析指数分别为84.44%和83.33%；而当乳化剂质量分数为0.15%、0.25%时，乳析指数分别为15.79%、8.89%，显著降低；当乳化剂质量分数上升到0.35%、0.45%时，椰奶的乳析指数非常低，分别为3.33%、2.22%，且没有显著性差异，这表明当复合乳化剂的质量分数≥0.35%后，椰奶上浮不明显，稳定性较好。结果表明，随着复合乳化剂添加量的升高，椰奶的乳析指数降低，稳定性提高，且在乳化剂的质量分数为0.35%时，椰奶的乳析指数较小，椰奶稳定性较好。

2.4 椰奶乳析指数与粒径、ζ-电位的相关性讨论

本研究结果发现，随着乳化剂质量分数的提高，乳析指数随之减小，乳化稳定性随着增强。但值得注意的是，在椰奶体系中，当乳化剂质量分数达到0.05%时，经高压均质后，椰奶乳液油滴粒径可以减小至600 nm左右，但椰奶的乳析指数达到83%，稳定性很差；当乳化剂质量分数≥0.15%时，其粒径均为320 nm左右，且随着质量分数的增加，粒径无显著变化，这表明粒径大小不是影响椰奶稳定性的唯一因素。通过测定椰奶乳液体系的ζ-电位发现，随着乳化剂质量分数的增大，ζ-电位随之增大，表明椰奶体系中的油滴所带电荷随着乳化剂质量分数的增大而增大，当乳化剂质量分数≥0.25%，ζ-电位≥-40 mV时，乳析指数降低为10%以下，此时椰奶乳液体系可以获得较好的稳定性，这与文献[22-23]所述基本一致。

由椰奶的油滴粒径及ζ-电位的测量结果得出，当椰奶中加入的乳化剂的质量分数越大，高压均质过程中，附着在椰油表面的乳化剂越多，越能有效的阻止油滴聚合，因此椰油的粒径越小，吸附的电荷较多，ζ-电位越大，油滴之间的排斥力增大，椰奶就会处于一种比较稳定的乳化状态。

通过对粒径和乳析指数、ζ-电位和乳析指数这两组数据分别进行相关性分析，得到的结果为，粒径和乳析指数的相关系数为0.766 0，ζ-电位和乳析指数的相关系数为0.975 7，高于粒径和乳析指数的相关系数，这表明ζ-电位对乳析指数即椰奶的稳定性影响可能更大。

3 结论

单纯的采用乳析指数对椰奶乳液的稳定性进行研究虽然较直观，但费时费力，本实验通过研究复合乳化剂（单苷酯-蔗糖酯2∶1）质量分数对椰奶的油滴粒径、ζ-电位以及乳析指数影响的研究，得出当椰奶中加入的乳化剂质量分数在0.15%～0.45%时，椰奶的粒径为300～400 nm，且分散指数为0.2～0.4，说明粒径较小，且分布均匀；当乳化剂质量分数为0.25%～0.45%时，ζ-电位在-40～-42 mV，油滴之间的排斥力较大，椰奶的稳定性较好。而根据乳析指数，乳化剂的质量分数在0.35%～0.45%的乳析指数较小，且上浮很少，稳定性较好。综合GB 2760—2014《食品添加剂使用标准》中的规定，单甘酯通常在饮料中可以按生产需要量添加，蔗糖酯在饮料中的使用量≤0.15%，考虑经济效益，复合乳化剂的最适添加量为0.25%[25]。

综上所述，加入乳化剂不仅可以减小椰奶乳液均质后的粒径，同时能够提高椰奶乳液油滴所带电荷，这对于椰奶的稳定性至关重要。椰奶的粒径以及ζ-电位决定椰奶的稳定性，粒径越小，ζ-电位越大，乳析指数越小，椰奶越稳定，当复合乳化剂的质量分数达到0.25%时，椰奶的稳定性较好。本研究也分析了椰奶乳析指数与粒径、ζ-电位的相关性，结果表明，在高压均质条件下处理椰奶，ζ-电位对椰奶乳液的稳定性影响可能更大，这为工厂的加工生产提供了较有价值的参考。

[1]DEBMANDAL M.Coconut (Cocos nuciferaL.:Arecaceae):In health promotion and disease prevention[J].Asian Pac J Trop Med,2011,4(3):241-247.

[2]SANTANA I A,RIBEIRO E P,IGUTI A M.Evaluation of green coconut(Cocos nuciferaL.)pulp for use as milk,fat and emulsifier replacer in ice cream[J].Procedia Food Sci,2011(1):1447-1453.

[3]ZHU X Y,ZHAO Z M,WANG L X,et al.A new method to measure fat content in coconut milk based on Y-type optic fiber system[J].J Test Eval,2014,125(20):6172-6178.

[4]SAIKHWAN P,THONGCHAN S,JUMWAN N,et al.Cleaning studies of coconut milk foulants formed during heat treatment process[J].Food Bioprod Process,2015,93:166-175.

[5]NG C Y,MOHAMMAD A W,NG L Y,et al.Membrane fouling mechanisms during ultrafiltration of skimmed coconut milk[J].J Food Eng,2014,142:190-200.

[6]TIPVARAKARNKOON T,EINHORN-STOLL U,SENGE B.Effect of modified Acacia gum (SUPER GUMTM) on the stabilization of coconut o/w emulsions[J].Food Hydrocolloid,2010,24(6-7):595-601.

[7]MARINA A M,CHE MAN Y B,AMIN I.Virgin coconut oil:emerging functional food oil[J].Trends Food Sci Technol,2009,20(10):481-487.

[8]RAGHAVENDRA S N,RAGHAVARAO K S M S.Effect of different treatments for the destabilization of coconut milk emulsion[J].J Food Eng,2010,97(3):341-347.

[9]CHAMBAL B,BERGENSTÅHL B,DEJMEK P.Edible proteins from coconut milk press cake,one step alkaline extraction and characterization by electrophoresis and mass spectrometry[J].Food Res Int,2012,47(2):146-151.

[10]NG S P,LAI O M,ABAS F,et al.Stability of a concentrated oil-in-water emulsion model prepared using palm olein-based diacylglycerol/virgin coconut oil blends:Effects of the rheological properties,droplet size distribution and microstructure[J].Food Res Int,2014,64:919-930.

[11]TANGSUPHOOM N,COUPLAND J N.Effect of surface-active stabilizers on the surface properties of coconut milk emulsions[J].Food Hydrocolloid,2009,23(7):1801-1809.

[12]TANGSUPHOOM N,COUPLAND J N.Effect of thermal treatments on the properties of coconut milk emulsions prepared with surface-activestabilizers[J].Food Hydrocolloid,2009,23(7):1792-1800.

[13]NETA N D A S,SANTOS J C S D,SANCHO S D O,et al.Enzymatic synthesis of sugar esters and their potential as surface-active stabilizers of coconut milk emulsions[J].Food Hydrocolloid,2012,27(2):324-331.

[14]ARIYAPRAKAI S,LIMPACHOTI T,PRADIPASENA P.Interfacial and emulsifying properties of sucrose ester in coconut milk emulsions in comparison with Tween[J].Food Hydrocolloid,2013,30(1):358-367.

[15]袁 芳，简俊丽，毛丽娟，等.食品乳状液冻融稳定性的研究进展[J].食品与发酵工业，2015，41（4）：236-241.

[16]高喜凤，翟爱华.核桃乳理化稳定指标的回归相关性分析[J].中国酿造，2015，34（3）：87-89.

[17]郭明月，王琼波，王 凯.黑豆乳复合乳化增稠剂的研究[J].中国酿造，2015，34（3）：80-82.

[18]赵强忠，邝婉湄，赵谋明.单甘酯对酪蛋白乳浊液稳定性的影响[J].食品工业科技，2012，33（16）：131-135.

[19]余 权，赵强忠，赵谋明.乳化剂的复配比例和用量对花生乳稳定性影响的研究[J].现代食品科技，2009，25（8）：903-906.

[20]龙 肇，赵强忠，赵谋明.单甘酯和蔗糖酯复配比例对核桃乳稳定性的影响[J].食品与发酵工业，2009，35（5）：181-185.

[21]白新鹏，刘小琴，郭志勇，等.人工合成椰奶的研制及其稳定性研究[J].现代食品科技，2011，27（2）：181-185.

[22]徐明进，李明远，彭 勃，等.Zeta 电位和界面膜强度对水包油乳状液稳定性影响[J].应用化学，2007，24（6）：623-627.

[23]汪 锰，安全福，吴礼光，等.膜Zeta 电位测试技术研究进展[J].分析化学，2007，35（4）：605-610.

[24]赵强忠，谷 月，刘道林.NaCl 浓度对蔗糖酯黄原胶乳浊液稳定性的影响[J].食品工业科技，2015，36（5）：113-119.

[25]国家标准化管理委员会.GB 2760—2014 食品添加剂使用标准[S].北京：中国标准出版社，2014.