常用食品乳化剂对复合骨汤乳化稳定效果的影响

张立彦 杜晓婷 杨杨 张挺

摘要：以稳定系数R值、平均粒径D[4，3]及粒径分布系数PDI、Zeta电位和乳液黏度为指标，探究了不同食品乳化剂（蔗糖酯、单甘酯、吐温80、大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠）及其添加量对复合骨汤乳化稳定效果的影响。研究结果表明，与原复合骨汤相比，添加乳化剂后复合骨汤乳液的稳定性都得到显著提高（P<0.05）；5种乳化剂的最佳乳化效果添加浓度分别为蔗糖酯2.5%、单甘酯2.5%、吐温80 0.5%、大豆卵磷脂2.5%、酪蛋白酸钠2.0%；不同乳化剂对复合骨汤乳液的乳化、稳定效果和机制不同，优劣次序为吐温80>大豆卵磷脂>蔗糖酯>单甘酯>酪蛋白酸钠；结合乳液稳定性及感官评价结果，复合骨汤中分别添加2.5%蔗糖酯和1.5%大豆卵磷脂时稳定性和感官品质最好。

关键词：复合骨汤；乳液；乳化剂；乳化稳定性

中图分类号：TS202.3      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）08-0001-05

Effect of Commonly Used Food Emulsifiers on Emulsification Stability of Compound Bone Soup

ZHANG Li-yan1， DU Xiao-ting1， YANG Yang1， ZHANG Ting2*

（1.School of Food Science and Engineering， South China University of Technology， Guangzhou 510640，

China; 2.School of Public Administration， Guangzhou City Polytechnic， Guangzhou 510405， China）

Abstract： With stability coefficient R value， average particle size D[4，3] and particle size distribution coefficient PDI， Zeta potential and emulsion viscosity as the indexes， the effects of different food emulsifiers （sucrose ester， monoglyceride， Tween 80， soybean lecithin and sodium caseinate） and their addition amounts on emulsification stability of compound bone soup are investigated. The research results show that compared with the original compound bone soup， the stability of compound bone soup emulsion is significantly improved after adding emulsifiers （P<0.05）. The five emulsifiers have the optimal emulsification effect with the addition concentrations of sucrose ester 2.5%， monoglyceride 2.5%， Tween 80 0.5%， soybean lecithin 2.5% and sodium caseinate 2.0%; the emulsifying and stabilizing effects and mechanism of different emulsifiers on compound bone soup emulsion are different， and the order is Tween 80>soybean lecithin>sucrose ester>monoglyceride>sodium caseinate. Combining the emulsion stability with sensory evaluation results， the compound bone soup with 2.5% sucrose ester and 1.5% soybean lecithin has the best stability and sensory quality.

Key words： compound bone soup; emulsion; emulsifier; emulsification stability

收稿日期：2023-02-26

基金项目：广州市科技计划项目（202206010178）

作者简介：张立彦（1974－），女，教授，博士，研究方向：食品加工与保藏。

通信作者：张挺（1979－），男，副教授，硕士，研究方向：食品分析与安全检测。

我国自古就有利用畜禽骨熬煮高汤用于菜肴提味的习惯，但骨类高汤制作需要提前备菜并且熬煮耗时长，制备条件不统一，骨汤汤色及风味的品质一致性差，应用困难[1]。将高汤加工成标准化汤料产品，可以方便家庭及餐饮业长期、稳定使用。

在骨汤熬煮过程中，畜禽骨中的蛋白质、油脂及其他呈味物质、金属离子逐步渗出，经轻度乳化、自组装后形成微納米胶粒体系[2]，使汤汁浓白黏稠。但该乳化体系并不稳定，容易受熬煮条件的影响而遭到破坏，也极易在后续处理及贮存过程中发生水-油分层现象[3]。因此，如何促进骨汤中各渗出物质之间的相互作用，促进水-油乳化，有效提高骨汤的稳定性，是骨汤制品生产中亟待解决的技术难题。

加入乳化剂是提高骨汤稳定性的有效途径。目前食品中常用的乳化剂主要有合成乳化剂——蔗糖酯、分子蒸馏单甘酯（简称单甘酯）、吐温和司盘系列等，以及天然乳化剂——大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠等[4]。不同乳化剂由于结构和性质的差异而具有不同的乳化效果。此外，乳化剂浓度也会影响乳化效果：浓度太低，在乳液中乳滴界面达不到饱和吸附，不能形成紧密的界面膜，导致较小乳滴聚合[5]；浓度太高，乳液液滴之间可能由于距离过近而发生碰撞、聚集，也不利于乳液稳定[6]。

本研究选用5种常用食品乳化剂——蔗糖酯、单甘酯、吐温80、大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠，研究不同乳化剂及浓度条件对猪胫骨-鸡骨架复合骨汤乳化稳定性的影响，探究这些乳化剂发挥乳化稳定作用的机制，以期为提高骨汤产品的稳定性提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

冷冻猪胫骨、鸡骨架：购于广州市泰东食品商行；金龙鱼玉米油：购于广州市华南理工大学西亚兴安超市；食品级蔗糖酯、分子蒸馏单甘酯、大豆卵磷脂、酪蛋白酸钠、吐温80：购于广东华盛食品有限公司。

1.2 主要仪器与设备

RE-52B型旋转蒸发仪 上海青浦沪西仪器厂；T18型高速分散机 德国IKA公司；BSA224S型精密电子天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；752型紫外分光光度计 上海现科分光仪器有限公司；H2050R型台式高速冷冻离心机 湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；Malvern Zetasizer Nano ZS型纳米粒度及Zeta电位分析仪、Malvern 2000型激光粒度分析仪 英国Malvern公司；NDJ-5S型数显旋转黏度计 河北慧采科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 复合骨汤乳液的制备

复合骨汤经真空蒸发浓缩至可溶性固形物含量为25%，得到复合骨汤浓缩液。按一定比例将乳化剂分別溶解于少量骨汤浓缩液或玉米油中，混合分散后加入到骨汤浓缩液中，再加入总量为20%的玉米油，通过高速分散机以20 000 r/min的速度剪切3 min，每剪切1 min后停止间隔30 s，得到浓缩骨汤乳液。在测定指标前，将浓缩骨汤乳液冲调稀释50倍，得到复合骨汤乳液。

1.3.2 复合骨汤乳液稳定系数R值的测定

参考曾清清[7]的方法并稍作修改：将浓缩骨汤乳液稀释50倍，使用高速离心机在5 000 r/min条件下将稀释乳液离心10 min，其他步骤不变，测得乳液的R值（稳定系数）。R值大的乳液稳定性好，表明所使用的乳化剂乳化性能较好。平行测定3次并取平均值。

1.3.3 复合骨汤乳液乳滴粒径和Zeta电位的测定

用超纯水将浓缩骨汤乳液稀释50倍，使用Malvern Zetasizer Nano ZS型动态光散射仪和Malvern 2000型激光粒度散射仪分别测定复合骨汤乳液中乳滴粒子的平均粒径D[4，3]及粒径分布系数、Zeta电位，使遮蔽度小于15%以避免多重衍射效应。平行测定3次并取平均值。

1.3.4 复合骨汤乳液黏度的测定

将1.3.1中制备的复合骨汤乳液置于NDJ-5S型数显旋转黏度计下，根据黏度大小选择不同的转子大小和转速，得到准确的黏度数值。平行测定3次并取平均值。

1.3.5 复合骨汤乳液感官评定方法

邀请15名来自不同地区的食品专业人员，经过培训后对稀释50倍后的复合骨汤产品的可接受度、滋味、稠度、香气、色泽进行评定，并按照表1中的感官评分标准进行评分，汇总后取总分。采用双盲法对样品进行密码编号，样品与顺序随机。

1.4 数据处理及统计分析

采用Excel 10计算不同指标数据，以平均值±标准差形式表示；采用SPSS 12.0对测定指标进行方差分析，应用最小显著差异法（LSD）进行多重比较，分析不同处理组间的差异显著性，取95%置信度（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液稳定系数R值的影响

本研究选用的蔗糖酯的HLB值为13，是一种高亲水、非离子、水包油（O/W）型乳化剂。由图1可知，当蔗糖酯添加量在1.5%以内时，复合骨汤乳液的R值随着蔗糖酯添加量的增加而显著增加（P<0.05）。这是因为蔗糖酯能够在水和油之间迅速形成稳定的界面，降低界面张力，从而形成稳定的分散体系。但当蔗糖酯添加量超过1.5%后，乳液的R值虽有增加但趋势缓慢，在蔗糖酯添加量为2.5%时R值达到最大（0.84），而后R值又略微下降。这可能是由于蔗糖酯浓度超过了其临界胶束浓度，自身聚集形成胶束，导致乳液逐渐不稳定[8]。

吐温80也是一种亲水性的非离子型表面活性剂，其HLB值为15。与空白样相比，吐温80少量添加（<0.5%）就可使复合骨汤乳液的R值显著增大至0.84（P<0.05），当吐温80添加量超过0.5%后，乳液的R值随着吐温80添加量的增加先缓慢上升后逐渐下降，但仍保持在0.8以上，且均显著大于空白样（P<0.05）。吐温80加入到乳液中后，能够迅速扩散到乳液的界面处，将游离的油脂包围并形成完整的界面膜，限制油脂的运动碰撞范围，从而减少油脂的聚集上浮，以此来维持乳液的稳定性[9]。此外，由于吐温80的临界胶束浓度较低，增溶能力较强，吐温80在较低浓度下即可维持乳液的稳定[10]。

单甘酯也是非离子型表面活性剂，表现出亲油性且HLB值约为3.8，属于油包水（W/O） 型乳化剂。由图1可知，复合骨汤乳液的R值随着单甘酯添加量的增加呈现先上升后下降的趋势，在添加量为2.5%时R值最大（0.67），表明此时乳液的稳定性最好。

大豆卵磷脂的磷脂分子分别含有亲油（脂肪酸链）及亲水部分（磷酸基、胆碱式乙醇胺或肌醇等），具有良好的乳化性能，同时它还是一种两性离子型表面活性剂，具有特殊的表面活性[11]。由图1可知，大豆卵磷脂添加量为0.5%时，复合骨汤乳液的R值（0.79）显著高于空白样（0.48）（P<0.05），之后随着大豆卵磷脂添加量的增加，乳液的R值缓慢上升，在添加量2.5%后又显著下降（P<0.05）。总的来说，复合骨汤乳液的R值都在0.8以上，均显著高于空白样（P<0.05）。

酪蛋白酸钠是一种离子型乳化剂，含有亲油和亲水基团，因此具有一定的乳化性能[12]。加入到复合骨汤乳液中后，乳液的R值随着酪蛋白酸钠添加量的增加呈现先缓慢增大后逐渐减小的趋势，在酪蛋白酸钠添加量2.0%时乳液的R值最大（0.57），与空白样存在显著差异（P<0.05），说明乳液的稳定性显著升高。当酪蛋白酸钠的添加量超过2.0%后，乳液的稳定性下降，可通过排斥絮凝理论进行解释：当酪蛋白酸钠的浓度超过乳液稳定临界值时，乳液中没有参与乳化作用的酪蛋白酸钠会因为渗透作用造成乳液液滴絮凝，使酪蛋白酸钠从乳滴表面析出，导致乳液不稳定[13]。

2.2 乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液中乳滴粒径及粒径分布的影响

乳液中乳滴粒径及PDI值大小可以反映乳化剂的乳化效果及乳液稳定性。在乳液体系中，乳滴越小、大小越均勻（PDI值小），乳滴之间运动碰撞的概率越小，则体系的能量越低，乳液越容易保持稳定。不同乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液乳滴粒径和PDI的影响见表2和表3。

由表2可知，随着蔗糖酯、大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠添加量的增加，乳液中乳滴的平均粒径D[4，3]先显著减小而后明显增大（P<0.05），在蔗糖酯、大豆卵磷脂和酪蛋白酸钠添加量分别为2.5%、2.5%、2.0%时最小，分别为887.7，1 004.3，3 157.1 nm；吐温80添加量在0.5%时，复合骨汤乳液乳滴的粒径最小（1 271.3 nm），之后随着吐温80添加量的增加而增大；乳液中乳滴的平均粒径D[4，3]随着单甘酯添加量的增加呈现波动变化，在单甘酯添加量为2.5%时具有最小乳滴平均粒径D[4，3]（2 368.5 nm）。

由表3可知，复合骨汤乳液中分别添加蔗糖酯及大豆卵磷脂时，乳滴的PDI值随着添加量的增加变化趋势与粒径变化一致。随着吐温80添加量的增加，复合骨汤乳液乳滴的PDI值呈阶梯式提高，乳滴粒径的均匀性逐渐下降。在单甘酯添加量较高（>2.0%）时，乳液中乳滴的粒径分布较宽，PDI较大（>0.83）。而在乳液中添加酪蛋白酸钠时，乳液中乳滴的粒径分散非常不均匀，粒径大小不均一，无法测得具体的粒径分散系数。

2.3 乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液Zeta电位的影响

原骨汤中含有由蛋白质、多糖、核苷酸及多价金属离子组成的带电胶粒，Zeta电位为－25 mV左右。加入油脂以及乳化均质过程会改变胶粒和乳滴表面电荷大小[14]。由图2可知，复合骨汤乳液的Zeta电位绝对值随着蔗糖酯添加量的增加先上升后稍有下降，在2.5%时有最大值（38.2 mV），说明此添加量下乳液中乳滴相互之间的静电斥力最大，乳滴不易聚集[15]。而乳液的Zeta电位绝对值随着吐温80添加量的增加没有表现出明显的规律性，但在0.5%时有最大值（45.6 mV）。添加单甘酯的乳液Zeta电位绝对值均较大，其中在添加量2.5%时达到最大值（41.2 mV）。这可能是由于单甘酯为小分子乳化剂，可以置换出吸附在乳滴表面的蛋白质[16]，致使乳滴乳化层外表面蛋白质增多，从而使乳滴表面有较大的Zeta电位。

随着大豆卵磷脂添加量的增加，复合骨汤乳液的Zeta电位绝对值不断增大。这是因为磷脂具有两亲性且能解离而带电荷，被吸附到乳滴表面后能显著增加表面的电荷量[17]。酪蛋白酸钠具有高负电性质，但在低添加量范围内（<1.0%）却使骨汤乳液的Zeta电位绝对值显著减小（P<0.05），在何蕾关于猪骨汤的研究中也发现类似规律[14]，可能是带正电的Na+优先吸附到带负电的乳滴表面，降低了Zeta电位绝对值，之后随着Na+吸附达到上限，带负电的酪蛋白基团才逐渐吸附在乳滴表面[18]，在添加量为2.5%时乳液有最大的Zeta电位绝对值（39.7 mV）。

2.4 乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液黏度的影响

在乳液体系中，乳液介质黏度系数增大，可以降低油滴的运动和扩散速率，有利于提高乳液体系的稳定性[19]。由图3可知，随着蔗糖酯添加量的增加，乳液的黏度随之增大，在添加量为2.5%时达到最大值，之后随着蔗糖酯添加量的增加而下降。这可能是由于高添加量（3.0%）条件下，多余的蔗糖酯形成聚集体，乳滴的粒径变大，乳液的黏度下降。乳液的黏度随着吐温80添加量的增加没有表现出明显的规律性。单甘酯加入到复合骨汤中可以提高乳液的黏度，且随着添加量的增加，黏度不断提高。高浩源等研究发现添加0.4%～1.0%的单甘酯提高了牛骨汤的表观黏度[3]。复合骨汤乳液的黏度随着酪蛋白酸钠添加量的增加逐渐增大，在添加量为2.0%时有较大的黏度。

2.5 乳化剂对复合骨汤感官评价的影响

从色泽、香气、滋味、稠度和可接受度5个方面对不同乳化剂在最优添加量条件下制备的复合骨汤乳液进行感官评价，结果见图4。

由图4可知，分别添加2.5%蔗糖酯、0.5%吐温80和2.5%大豆卵磷脂的复合骨汤乳液色泽评分相对较高，而2.5%单甘酯、2.0%酪蛋白酸钠参与乳化的复合骨汤乳液色泽相对较低，这与乳液的稳定性、乳滴粒径的大小及分布等因素有关：当复合骨汤乳液液滴颗粒小且分布均匀时，由于光散射现象，骨汤形成均匀的乳白色液体，骨汤的色泽评分较高。复合骨汤乳液的稠度主要与其黏度相关。分别添加2.5%蔗糖酯和2.0%大豆卵磷脂的复合骨汤乳液稠度评分较高，与乳液黏度结果基本一致。

乳化剂本身的性质对复合骨汤乳液的气味和滋味有一定的影响。吐温80有臭味且味微苦，它的添加降低了骨汤乳液的感官评分。大豆卵磷脂呈坚果味并稍有豆腥味，在2.5%添加量下骨汤乳液稍带豆腥味，香气和滋味评分稍低；酪蛋白酸钠添加量过高时，会使骨汤乳液稍带不良味道，滋味评分下降。单甘酯稍带脂肪味，而蔗糖酯无明显气味，骨汤的特征香味和滋味较强，感官评分较高。

综合来说，骨汤乳液的可接受度评分排序为2.5%蔗糖酯>2.5%单甘酯>2.5%大豆卵磷脂>2.0%酪蛋白酸钠>0.5%吐温80。但所有复合骨汤乳液的可接受度评分都高于12，均在可接受范围内。

3 讨论

乳化剂种类及用量对复合骨汤乳液的稳定效果有显著影响，使用不同乳化剂，乳液的稳定性差别较大，且各乳化剂发挥最佳乳化作用的添加量并不一致。吐温80在较低添加量（0.5%）下就能发挥良好的乳化作用，乳液乳滴粒径较小且大小分布较均匀，在乳滴表面带有强负电荷而不易聚集，使乳液很稳定。蔗糖酯和卵磷脂在添加量较高（2.5%）时才表现出较优的乳化效果，其中蔗糖酯可以显著降低乳液中乳滴的粒径，乳化分散能力突出，且能显著增大乳液的黏度；大豆卵磷脂则可以有效提高乳液的Zeta电位，增大乳滴间的静电斥力，乳滴粒径较小且分布均匀，使乳液的黏度增大。

单甘酯和酪蛋白酸钠对复合骨汤乳液的稳定作用较差，稳定系数分别低于0.7和0.6。究其原因可能是稀释后骨汤含水量较高，单甘酯作为油包水型乳化剂，虽然能以水合物的形式分散在乳液中，起到一定水包油的作用[20]，但乳化稳定作用有限。而酪蛋白酸钠作为一种蛋白类乳化剂，分子较大，且与骨汤中原有蛋白质分子在油滴表面存在競争，因而乳化效果相对较差，乳液乳滴粒径在3 000～5 800 nm之间，且粒径大小非常不均匀，总体乳化效果及稳定效果都较差。

4 结论

分别添加5种乳化剂后复合骨汤乳液的稳定性都得到显著提高（P<0.05），乳化剂最佳添加量分别为蔗糖酯2.5%、单甘酯2.5%、吐温80 0.5%、大豆卵磷脂2.5%和酪蛋白酸钠2.0%。

5种乳化剂对复合骨汤乳液的乳化稳定作用机制各不相同，其效果优劣次序为吐温80>大豆卵磷脂>蔗糖酯>单甘酯>酪蛋白酸钠。

复合骨汤乳液感官可接受度顺序为2.5%蔗糖酯>2.5%单甘酯>2.5%大豆卵磷脂>2.0%酪蛋白酸钠>0.5%吐温80。总体而言，分别添加2.5%蔗糖酯和1.5%大豆卵磷脂，骨汤乳液的稳定性和综合感官品质最好。

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