南昌大学食品营养与健康创新团队最新研究：水法提取茶油过程中茶皂素-糖-蛋白复合物可能是形成乳化液的一个关键乳化成分

近日，南昌大学食品营养与健康创新团队在国际期刊European Journal of Lipid Science and Technology发表了题为“A Tea Saponin-Carbohydrate-Protein Complex Could be One Key Emulsifiable Eompound in the Emulsion Formed during Aqueous Extraction of Camellia Oil”的文章。本研究主要从水法提取茶油过程中形成的乳化液中分离纯化到一个关键的乳化成分——茶皂素-糖-蛋白复合物，并对其相关结构及乳化特征进行了系列研究。 文章第一作者为南昌大学食品学院博士研究生、九江学院药学与生命科学学院杨建远副教授，通讯作者为邓泽元教授和李静教授。

Introduction

乳化剂是可以自发地分布于油水界面上的双亲性分子，从而在油滴表面形成一层保护层，起到防止油滴聚集和稳定油滴的作用。目前，含油种籽或其他食用材料中存在的天然乳化剂主要为蛋白质、多糖、皂苷及磷脂。

天然乳化剂的结构、理化和功能特性对乳化液在抵御环境条件（如：pH、离子强度和温度）变化上各有优缺点。一般情况，静电排斥和空间位阻是乳化剂维持乳化液稳定的两种主要机制。蛋白乳化液稳定的主要机制为静电排斥，其很大程度上依赖于乳化液粒子净电荷的正负、大小及周围溶液的离子强度。由于电荷屏蔽作用导致蛋白乳化液粒子容易在蛋白的等电点或较高离子强度下发生聚集，在高温条件下可以导致蛋白质的变性，从而使乳化液粒子失去稳定性。多糖乳化液稳定的主要机制是空间位阻，一般情况下，多糖稳定的乳化液在更为广泛的pH、离子强度和温度条件下能保持相对稳定，而且，多数多糖分子本身存在的一些带电基团能够通过与其他乳化物质带电基团的交互而改变它们的乳化性和乳化稳定性。因此，很多蛋白的乳化性及其乳化液抵御环境压力的稳定性都能够通过蛋白与多糖的交联作用得以提高或增强，如乳清分离蛋白、燕麦分离蛋白、小麦胚芽蛋白和大豆分离蛋白等。

另外，皂苷是一种具有优良乳化性能的低分子量植物次生代谢产物。乳化时皂苷分子能较快速地分布于油水界面，形成粒径较小的乳化液，乳化液粒子表面带有较强的静电排斥力，并促使皂苷形成的乳化液能在一定的环境条件下保持稳定。由于皂苷与蛋白质之间的化学交互作用容易导致皂苷-蛋白复合物的形成，所以皂苷-蛋白复合物通常存在于天然皂苷植物提取物中（如：燕麦麸提取物）。而且，皂苷和白质之间的交互作用可以有效协同促进形成泡沫的稳定性。

油茶为山茶属的食用油料木本植物，广泛分布于中国中南部地区，年产量约1亿吨。由于其油酸含量较高(75%以上)，含有多种天然生物活性成分，具有丰富的营养价值及药理功能，山茶油被称为“东方橄榄油”。目前，水法认为是一种“营养、安全、经济”的提油新技术。然而，水提取茶油过程中不可避免出现乳化现象，茶籽粉中加少量的水进行研磨后的浆体中会形成大量的乳化油，使油难以分离。研究表明，水法提油过程中形成的乳状液稳定性高，难以消除，酶解是一种有效的破乳化方法，但用中性蛋白酶处理对茶油的提取效率并不高(43%-54%)，此外，水酶法(AEE)处量过程中需大量酶的耗量，从而限制了其应用。

我们预先的研究表明，在水提油茶过程中，通过研磨可完全使茶油形成稳定的乳化油。因此，我们想知道的是什么天然化合物作为乳化剂能形成如此稳定的油/水乳化液以及它是如何形成的？为阐明水提茶油过程中乳化液的形成机理，我们从脱脂乳化液中分离出主要乳化成分。之前的研究中，报道了脱脂乳化物醇不溶性组分中的两个乳化性蛋白组分，本研究从脱脂乳化物的醇溶性组分中分离纯化到了另一个具有很强的乳化能力的乳化性成分，并对其理化特性和乳化特征进行了探讨。

Results and Discussion

研究结果表明，从水法提取茶油过程中形成的乳化液制备的冻干脱脂乳化物中，分离纯化得到的醇溶性主要乳化性成分可能是一种茶皂素、糖和蛋白的复合物（TCPC）。TCPC具有优秀的乳化特性，TCPC乳化液可抵抗较广泛范围的pH值（5～11）、离子强度（0～200 mmol/L NaCl）和温度条件（室温或60～90 ℃）；然而，冻融循环处理时TCPC乳化液表现为非常不稳定，TCPC可能是冻融法解决破乳问题的潜在靶点。研究结果为解决水法提取茶油过程中的乳化现象提供了理论依据。

01

茶皂素、糖和蛋白的复合物（TCPC）

冻干脱脂乳化物经90%的乙醇溶液分离及AB-8大孔树脂纯化，从Sephadex G-200凝胶色谱柱洗脱的茶皂素、糖和蛋白质重叠洗脱峰可初步表明，洗脱到的醇溶性主要乳化成分是一种茶皂素、糖和蛋白的复合物（TCPC）。同时，TCPC的复合结构在FTIR、DTG和SEM测定结果中得以证实。从FTIR分析结果看，测得TS的红外光谱与文献报道一致，包含三萜皂苷和糖基结构，TCPC的红外光谱图虽然与TS的红外光谱图显示较大的相似性，但在1650 cm-1处观察到TCPC的特征吸收峰，代表了蛋白质的酰胺I区（1600～1700 cm-1）带上的C＝O和C—N伸缩振动，在1507 cm-1处观察到的特征吸收峰可归于蛋白质的酰胺II（1500～1600 cm-1）区带，在1450 cm-1处的弱吸收峰归因于TCPC中蛋白质CH3基团的变形振动。因此，TCPC的基本组成中包含三萜皂苷、糖基和蛋白质；DTG分析结果在大约430 ℃的温度下，TCPC呈现氧元子与其他含碳残基的明显失重峰，也表明TCPC可能伴随糖基、蛋白及共价键的复合结构；SEM也表明TCPC呈均一性较好，且表面较光滑的片状结构。

02

TCPC的乳化稳定性

TCPC具有很强的乳化性，其乳化液在较广泛的环境条件下能保持相对稳定，总体看来，TCPC符合皂苷、多糖和蛋白的复合结构特点。

由于多糖稳定的乳化液主要通过空间位阻而不是静电排斥力阻止乳化液的乳析或聚集，所以，多数多糖稳定的乳化液可以在一个较宽的pH值范围内保持相对稳定。因于皂苷中游离羧酸基团特有的pKa值，皂苷（Quillaja皂苷）稳定的乳化液在pH 2.0条件下可见发生明显的絮凝和聚集现象。而蛋白质稳定的乳化液通常在其蛋白等电点（pI）附近的pH值条件下易发生乳化液的聚集而导致乳化体系的不稳定，例如番茄籽分离蛋白、乳清分离蛋白、豌豆分离蛋白及椰子蛋白，当乳化液pH值接近蛋白质的pI时，由于乳化液体系中存在相等的正电荷（酸性基团所带电荷）和负电荷（碱性基团所带电荷），蛋白乳化液表面因净电荷为零而导致发生聚集现象。我们前期研究可知，从脱脂乳化物中提取的乳化性粗蛋白质pI为pH 4.0，然而，TCPC乳化液在pH 3.0时才发生不稳定聚的集，而且乳化液底部没有出现蛋白沉淀现象，这可能是由于在蛋白质的参与下引起TCPC复合物形成了新电荷平衡。另外，在pH 5～11条件下TCPC乳化液的粒径大小与分布均保持相对稳定，主要是因为乳化液中吸附于油水界面的乳化剂薄膜的静电排斥作用力较大，能够抵抗乳化液粒子间的聚集或絮凝作用。

不同的天然乳化剂稳定的乳化液对溶液中盐离子浓度的抵抗能力不同。不同蛋白质乳化液抵抗离子浓度的能力也表现出较大的差异，例如，Anges 等（2016）报道，乳清分离蛋白稳定的乳化液在500 mmol/L NaCl的盐离子条件下表现出良好的稳定性；Cheng等（2012）报道，β-乳球蛋白稳定的乳化液在大于200 mmol/L NaCl的盐离子浓度下可观察到乳化液粒子的聚集现象；Shao等（2014）报道，大豆分离蛋白稳定的乳化液在300 mmol/L NaCl浓度下出现乳化液的乳析和絮凝现象；Sarkar等（2016）研究表明，在pH 6～8时，番茄种子蛋白稳定的乳化液在250 mmol/L NaCl离子强度下出现乳析现象。此外，皂苷乳化液抵抗离子浓度的能力同样也有不同，例如，Yang等（2013）报道，皂苷稳定的乳化液在高于300 mmol/L NaCl浓度下出现乳化液聚集、漂浮的不稳定现象，但乳化液不发生油滴的合并。Ozturk等（2014）观察到皂苷（Quillaja saponin）稳定的乳化液在高离子浓度（ ≥ 400 mmol/L NaCl）时才出现不稳定现象。同时，由于高分子多糖具有较好的亲水性，大多数多糖作为乳化稳定剂的连续相中易于形成了一个延伸的网络结构，并提供了更多的空间和静电排斥而抵抗粒子的聚集，从而在较宽的环境压力范围条件下保持相对稳定。TCPC乳化液在盐浓度 ≥ 300 mmol/L NaCl时，贮存14 天才出现乳化液的不稳定现象，符合皂苷、多糖和蛋白复合物结构特点。

皂苷（Quillaja saponin）天然乳化剂能形成平均粒径相对较小的油/水乳化液，并能够经受一定范围的热处理（20～90 ℃）。Lee 等（2011）报道，由于强烈的静电排斥作用，乳清蛋白乳化液在30～90 ℃下加热处理后表现非常稳定。此外，大多数多糖可以增加连续相的黏度，并提供空间位阻和静电作用促使油/水乳化液稳定，蛋白质与多糖交联可提高其乳化能力，形成更稳定的结构，并改善其热稳定性。TCPC乳化液在不同温度下的短期热处理（室温或60～90 ℃处理30 min）过程中保持相当地稳定，这种良好的热稳定性也符合皂苷、糖和蛋白复合物结构特点。

作者简介

清凉一夏

邓泽元，二级教授，博士生导师。现任南昌大学食品科学与技术国家重点实验室副主任。享受国务院特殊津贴，赣鄱英才555工程人才、江西省新世纪百千万人才工程人选，江西省高校中青年学科带头人，首届江西省优秀硕士指导教师，江西省高等学校教学名师，获得教育部优秀中青年教师（支助），江西省主要学科学术与技术带头人，“食品科学”与“营养与食品卫生学”重点学科带头人。现任中国农学会微量元素与食物链分会副理事长，中国粮油学会营养分会副会长，中国营养学会营养转化医学分会副主任委员，江西省微量元素与健康研究会名誉理事长，江西省营养学会理事长；美国化学学会（ACS）会员、国际食品学会（IFT）会员，《食品科学》、《农产品加工学刊》、《食品安全质量检测学报》、《乳业科学与技术》、《南昌大学学报》（理科版）、J of Agri. Food Chem.和J of Food Biochem.编委，中国保健食品评审专家。

李静，博士，教授，博士生导师。江西省杰出人才，南昌大学215人才。中国注册营养师，江西省营养学会常务理事兼副秘书长，江西省营养学会科普分会副主任委员，南昌市营养学会副会长兼秘书长，江西省食品科学技术学会理事，江西省微量元素与健康研究会常务理事，江西省营养学会营养转化分会委员，教育部学位中心学位论文评审专家。主持10余项国家自然基金、教育部基金、省科技厅基金、省教育厅基金，食品科学与技术国家重点实验室基金。主持、参与并完成伊利、澳优、益海嘉里、无限极等企业横向课题10余项。在Scientific Report、Journal of Agricultural and Food chemistry、Food&Function等杂志上发表论文40余篇。申请专利24 项，授权专利10 项。参编著作4 部。

清凉一夏

杨建远，博士，副教授，毕业于南昌大学食品科学与工程专业，获工学博士学位，江西省营养学会理事，九江市营养学会监事长。主要从事农产品绿色加工技术及生物大分子功能活性、食品微生物资源发掘与利用方面的研究。主持或参与完成国家自然科学基金项目2项、江西省科技厅科技项目3 项、江西省教育厅项目2项、江西省研究生创新专项1项及校级科研项目3 项；在Food Hydrocolloids、European Journal of Lipid Science and Technology、食品科学等国内外科技期刊发表论文20余篇；授权专利7 项。

编辑/责编：张睿梅

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