微流化大豆副产物稳定的乳液的物理化学性质及其稳定机制

《Food Structure》：Physicochemical Attributes and Stabilization Mechanism of Emulsions Stabilized by Microfluidized Soybean By-Products

大豆副产品经挤压成粒后采用动态高压微流化处理，制备出结构更粗糙多孔的微流化粒子（MESBP），其乳化性能随处理强度增加显著提升，形成更稳定的凝胶网络结构。

　　

贾刘|王巧梅|史璐瑶|卢涵|郑在飞|王鹏|艾哈迈德·S·M·萨利赫|邓道子|肖志刚|刘贺|马春芳

渤海大学食品科学与技术学院，中国锦州121013

摘要

有效利用大豆副产品（如大豆皮和湿豆渣）在提高其食品工业经济价值方面具有巨大潜力。本研究通过动态高压微流化（DHPM）技术处理挤压大豆副产品（ESBP）颗粒，制备出了微流化ESBP（MESBP）颗粒，并对其物理化学性质和结构特征进行了全面评估。结果表明，DHPM处理并未改变MESBP颗粒的化学键和晶体结构，但使其微观结构变得更加粗糙和多孔。虽然单独使用ESBP颗粒无法形成稳定的乳液，但随着DHPM处理强度的增加，MESBP颗粒的乳化性能得到显著提升，表现为颗粒尺寸减小、绝对ζ电位值升高以及接触角增大。相应地，由MESBP颗粒稳定的乳液液滴尺寸减小，而其绝对ζ电位、表观粘度、粘弹性（G'）和粘性（G''）模量也随之增加。在高DHPM处理强度下稳定的乳液表现出更好的储存稳定性和物理稳定性，这归因于油水界面处形成了类似凝胶的网络结构。这些发现为将大豆副产品作为有效的颗粒乳化剂加以利用提供了有前景的策略，从而拓宽了其在食品领域的应用范围。

引言

近年来，食品级乳液因其在替代脂肪以及输送营养保健品或药物方面的潜在优势而受到越来越多的关注（Xu等人，2025年；Yang等人，2019年）。乳液的稳定性和功能性高度依赖于所使用的乳化剂类型及其乳化能力（Kan等人，2023年）。生物相容性的食品级乳化剂主要分为三类：蛋白质、多糖以及由蛋白质和多糖组成的复合颗粒（Han等人，2025年；Yang等人，2019年）。然而，大多数基于蛋白质或多糖的乳化剂在单独使用时存在局限性。基于蛋白质的乳化剂通常对高温、高离子强度、强烈的加工条件及极端pH值敏感，而基于多糖的乳化剂则普遍存在表面活性低和亲水性强的问题（Kan, Chen, Zhou & Zeng，2021年）。目前，通过非共价或共价相互作用结合蛋白质和多糖的功能特性已被证明可以增强复合颗粒的乳化能力。这类复合颗粒具有优异的两亲性，使其成为理想的乳液稳定剂（Hashemi等人，2025年；Yang等人，2019年）。

一般来说，由蛋白质和多糖组成的复合颗粒可分为两类：天然型和合成型。合成型复合颗粒通过复合作用或糖基化策略制备，旨在克服单一成分的功能局限并提升整体性能。例如，乳清蛋白分离物的功能特性通过与可溶性大豆多糖的复合作用得到显著增强，由此形成的纳米颗粒能够稳定乳液并提高其冻融稳定性（Cabezas, Pascual, Wagner & Palazolo，2019年）。相比之下，许多天然复合颗粒无需人工合成即可获得，例如卵白蛋白和大豆β-伴大豆球蛋白，它们已被证明是稳定的乳液优良乳化剂（Yang等人，2020年；Yang等人，2019年）。乳液的形成和稳定性受液滴尺寸、界面层厚度和包覆程度以及乳化剂的技术功能特性（如颗粒尺寸、ζ电位和接触角）的强烈影响（Cui等人，2021年；Yang等人，2020年）。已有多种技术用于减小颗粒尺寸，包括湿法研磨（Yang, Yan & Tang，2021年）、高速剪切（Zhao等人，2024年）和高压（Lv等人，2020年）。其中，动态高压微流化（DHPM）因产生的强烈剪切力、高压和高频振动而成为一种有前景的技术（Kang等人，2024年；Li等人，2024年）。近年来，采用DHPM制备的乳液显示出比传统方法制备的乳液更优异的稳定性（Huang等人，2023年）。这主要归因于DHPM的压力和循环次数的增加能有效减小颗粒和液滴尺寸。因此，深入研究压力和循环次数对天然复合颗粒的技术功能特性和结构特征以及乳液稳定过程中的界面吸附行为的影响，将有助于开发出更稳定的乳液。

湿豆渣和大豆皮是生产大豆制品过程中产生的副产品，富含碳水化合物（包括纤维素、半纤维素和木质素）、蛋白质、异黄酮、矿物质、皂苷及其他营养成分（Jankowiak等人，2014年；Liu等人，2021年）。作为典型的天然多糖-蛋白质复合体，这两种材料均展现出优异的乳化性能，超过了单一多糖或分离蛋白质的性能（Yang等人，2020年；Yuan等人，2023b年）。据我们所知，以往的研究大多集中在直接对大豆皮悬浮液进行高压均质化以增强其乳化性能，或分别修改纯大豆残渣或蛋白质（Diana Kerezsi等人，2024年；Hu等人，2022年）。因此，同时将湿豆渣和大豆皮转化为天然蛋白质-多糖复合颗粒在作为有效乳化剂的应用上具有重要的实际价值。为此，可以采用挤压技术将湿豆渣和大豆皮整合成天然蛋白质-多糖复合颗粒（即挤压大豆副产品复合体ESBP）。随后通过DHPM进一步优化，可以丰富颗粒乳化剂的制备方法。这种结合挤压与高压均质化的双重改性方法，比以往主要针对单一纤维或分离蛋白质的研究更能有效提升其结构和功能特性。

本研究旨在利用挤压工艺从湿豆渣和大豆皮的混合物中制备挤压大豆副产品复合体，并评估其经过DHPM处理后的乳化效果。具体而言，系统研究了不同DHPM压力（60–120 MPa）和循环次数（1、3和5次）对所得微流化ESBP（MESBP）颗粒的技术功能特性和结构特征的影响。通过ζ电位、液滴尺寸分布、外观观察、光学和共聚焦激光扫描显微镜以及动态振荡测量等方法，表征了在不同DHPM条件下由MESBP颗粒稳定的乳液的形成、微观结构、储存稳定性和流变性能。此外，还评估了乳液在不同pH值、离子强度和温度条件下的物理稳定性。本研究的结果为将大豆副产品作为高效颗粒乳化剂在食品中的应用提供了新颖且可持续的策略。

材料

湿豆渣由辽宁 Douhuatianbao 食品技术有限公司提供。大豆皮来自中国山东的 Yuwang 工业有限公司。玉米胚芽油购自中国锦州的当地超市。所有其他化学品均为分析纯。

挤压大豆副产品（ESBP）颗粒的制备

将大豆皮和湿豆渣按5:1（w/w）的比例使用搅拌机混合15分钟，确保混合均匀。然后使用同轴双螺杆挤出机（型号未提及）对混合物进行加工。

MESBP颗粒的FTIR光谱

对未经处理的ESBP颗粒和部分MESBP颗粒进行了傅里叶变换红外（FTIR）光谱分析，分析范围为400–4000 cm^-1

（见图1A）。由于ESBP颗粒是由湿豆渣和大豆皮混合制成的，其FTIR光谱显示出典型的多糖和蛋白质混合物的特征吸收带。

结论

动态高压微流化（DHPM）技术被应用于由大豆皮和湿豆渣制成的挤压大豆副产品（ESBP）颗粒。随着DHPM处理强度的增加，所得微流化ESBP（MESBP）颗粒的尺寸减小，而其绝对ζ电位值和接触角增大。结构分析表明，DHPM处理使MESBP颗粒的微观结构变得更松散、更粗糙和多孔，但未改变其化学键。

CRediT作者贡献声明

王鹏：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集。 艾哈迈德·S·M·萨利赫：撰写 – 审稿与编辑。 卢涵：数据整理。 郑在飞：软件处理。 刘贺：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理、资金筹集。 马春芳：数据可视化。 邓道子：数据整理。 肖志刚：监督、项目管理。 王巧梅：数据可视化、验证。 史璐瑶：软件处理、数据整理。 贾刘：原始撰写。

利益冲突声明

作者声明本文所述工作中不存在任何可能影响研究的利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家重点研发计划（2024YFD2100204, 2024YFD2100201）、辽宁省应用基础研究计划（2025JH2/101300091, 2025JH2/101900002）、辽宁省自然科学基金博士研究启动项目（2024-BS-232）以及辽宁省教育厅科研项目（JYTMS20231611）的支持。