范佳璐，江連洲，*，田娟娟，，婁 巍，高 珊，王 哲

（1.東北農業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省雙河松嫩大豆生物工程有限責任公司，黑龍江哈爾濱150008）

應用黃金分割法確定冰淇淋專用大豆蛋白粉中乳化劑的添加量

范佳璐1，江連洲1，*，田娟娟1，2，婁 巍1，高 珊1，王 哲2

（1.東北農業(yè)大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省雙河松嫩大豆生物工程有限責任公司，黑龍江哈爾濱150008）

采用紫外分光光度計法測定生產冰淇淋的專用大豆蛋白粉中乳化劑的乳化能力，從6種不同乳化劑中看出單甘酯、蔗糖酯的乳化能力較高，分別為52.05和49.34。用黃金分割法確定單一使用單甘酯的最佳添加量為0.1854%，乳化能力為48.95；單一使用蔗糖酯的最佳添加量為0.0972%，乳化能力為47.13。兩者復配之后的最佳配比為10.6∶9.4，此時乳化效果最好，乳化能力可達52.67。研究結果表明，黃金分割法適用于乳化劑添加量的優(yōu)選，可使實驗簡化，數據更具有準確性和代表性，拓寬了其應用的范圍。

黃金分割法，乳化劑，添加量，大豆蛋白粉

隨著社會不斷進步，消費者對冰淇淋的要求不斷提升，正向營養(yǎng)學家提出的“三低一高”方案（即低糖、低鹽、低脂肪、高蛋白）的方向發(fā)展，同時也是冰淇淋行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。為滿足高蛋白的需求，在生產時需添加一定量的大豆分離蛋白，一是可增加大豆蛋白的含量；二是賦予冰淇淋新的賣點，屬低脂高蛋白保健型冰淇淋。利用脫脂豆粉添加適量的乳化劑的方法，可顯著提高其功能性，使其可應用于冰淇淋中。本文主要研究了利用黃金分割法確定乳化劑的添加量，旨在為冰淇淋行業(yè)提供有價值的參考，具有較高的學術價值。目前，在冰淇淋產品的技術改進和新產品開發(fā)中，大多采用正交實驗法，而在單因素優(yōu)選問題上，多采用逐漸改變添加量［1］的方法，這兩種方法都具有實驗次數多，周期長，投入大的缺點。在生產實踐和科學實驗中，應用黃金分割法可以有效減少實驗次數，快速逼近真實值，并得到更為精準的實驗數據。黃金分割法是指把一條線段分成兩部分，使其中一部分與全長的比例等于0.618，我們把這個分割點叫黃金分割點，這種分割方法就叫黃金分割［2］。黃金分割優(yōu)選法是指在實驗范圍0.618處作一次實驗，再在其對稱點（即0.382處）作第二次實驗，比較兩點實驗結果，去掉“劣”點部分，保留“優(yōu)”點部分。然后在留下部分繼續(xù)取已試點的對稱點進行實驗，再舍“劣”取“優(yōu)”，逐步縮小實驗范圍，直至取得滿意的結果。應用0.618法，每次可以去掉實驗范圍0.382。因此，可以用較少的實驗次數迅速找到最佳點［3］。目前，此方法較少應用于食品領域的科研開發(fā)中，在飲料［4］，香精研發(fā)［5］和焙烤［2］等領域有少量報道，但應用黃金分割法確定乳化劑添加量方面的研究，尚未見有相關報道，具有深遠的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂豆粉 河南安陽漫天雪蛋白有限公司；單甘酯 上海山浦化工有限公司；蔗糖酯SE－11 柳州齊志達食品添加劑股份有限公司；司盤60、聚甘油單硬酯、三聚甘油單酯 河南正通化工有限公司；酪蛋白酸鈉 寧夏億美乳業(yè)化工有限公司；十二烷基磺酸鈉（SDS） Sigma公司；大豆色拉油 中糧福臨門食用油公司。

電動均質機AM－77s NIHOHSEIKI KAISHA LID ACE HOMOGENIZER；紫外分光光度計UV－2550

日本島津有限公司；pH計 上海偉業(yè)儀器廠；KQ－100超聲波清洗機 昆山市超聲儀器有限公司；電子分析天平YP202N 上海精密科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳化能力測定 參照Pearce和Kinsella［6］的方法及參考文獻［7］改進。取15mL 0.1%的樣品溶液（樣品溶于0.2mol/L pH7.0磷酸緩沖液中），加入5mL大豆色拉油，用電動均質機以10000r/min均質1min后，立即于容器底部取樣50μL，用0.1%的SDS溶液稀釋100倍，混勻后500nm處測定吸光值A0，以SDS溶液作為空白，室溫放置10min后再次取樣測定吸光值A10。重復測定三次，取平均值。

式中：C：樣品濃度，g/mL；Φ：乳化液中油相的比例0.25；L：比色杯光徑1cm；N：稀釋倍數；A0：0min時乳化液的吸光值；A10：靜置10min后乳化液的吸光值。

1.2.2 黃金分割法的基本步驟

1.2.2.1 實驗點的確定 按黃金分割法安排實驗，先在含優(yōu)區(qū)間［a，b］的0.618處取值，做第一實驗點，其公式為［9］

式中：P：分割點；b：含優(yōu)區(qū)間上限；a：含優(yōu)區(qū)間下限。

1.2.2.2 第二實驗點的確定 以后各實驗點（即對稱點）的公式為［9］：

使用公式（4）時注意：隨著實驗范圍的縮小，a，b及P的取值也是變化的，即a為所留下含優(yōu)區(qū)域的下限，b為所留下含優(yōu)區(qū)間的上限，P為所留下含優(yōu)區(qū)間的分割點（對稱點）。

1.2.2.3 第三實驗點的確定 比較P1，P2兩次實驗效果，若P1好于P2，則舍去不包括P2點的以外部分，在留下部分再找出P1的對稱點P3做第三次實驗［9］。

1.2.2.4 第四實驗點的確定 比較第三次和第一次實驗的結果，如果仍是第一次的實驗效果好，則去掉P3以外的部分，在留下的P2至P3區(qū)間內繼續(xù)找出P1的對稱點P4，作為第四實驗點。

1.2.2.5 第五實驗點的確定 如果P4點比P1點的實驗效果好，則舍去P1到P3這一段，在留下的部分內繼續(xù)找出P4的對稱點P5，為第五實驗點，按同樣的方法繼續(xù)下去，直到找到最優(yōu)點為止。

2 結果與討論

2.1 乳化劑的篩選

測定單甘酯、蔗糖酯、酪蛋白酸鈉、司盤60、聚甘油單硬酯、三聚甘油單酯的乳化能力（EAI）及乳化穩(wěn)定性（ESI）。

從表1中可以看出，乳化性從高到低依次是：單甘酯＞蔗糖酯＞司盤60＞三聚甘油單酯＞聚甘油單硬酯＞酪蛋白酸鈉，乳化穩(wěn)定性從高到低依次是：單甘酯＞司盤60＞聚甘油單硬酯＞三聚甘油單酯＞蔗糖酯＞酪蛋白酸鈉。

表1 不同乳化劑的乳化能力比較

因此，選擇單甘酯進行最佳添加量的實驗，雖然蔗糖酯乳化穩(wěn)定性較差，但乳化性比較突出，同時做對比實驗。

2.2 利用黃金分割法確定單一乳化劑的添加量

2.2.1 利用黃金分割法確定單甘酯的最佳添加量 根據單甘酯的含優(yōu)區(qū)間是［0.1%，0.2%］，按上述所講，在［0.1%，0.2%］的0.618處取值，即第一實驗點為：

P1=（0.2%－0.1%）×0.618+0.1%=0.1618%

第二實驗點為：

P2=0.2%+0.1%－0.1618%=0.1382%

測得P1的乳化能力值高于P2，則舍棄不包括P2點的以外部分，在留下部分再找出P1的對稱點P3。第三實驗點為：

P3=0.2%+P2－P1=0.2%+0.1382%－0.1618% =0.1764%

測得P3的乳化能力好于P1，則舍棄不包括P1點的以外部分，再留下的部分中找到P3的對稱點P4。第四實驗點為：

P4=0.2%+P1－P3=0.2%+0.1618%－0.1764% =0.1854%

測得P4的乳化能力好于P3，則舍棄不包括P3點的以外部分，在剩余區(qū)間內找到P4的對稱P5。第五實驗點為：

P5=0.2%+P3－P4=0.2%+0.1764%－0.1854% =0.1910%

測得P5的乳化能力明顯低于P4，則舍不包括P5點的以外的部分，在P3至P5的區(qū)間內找到P4的對稱點P6。第六實驗點為：

P6=P3+P5－P4=0.1764%+0.1910%－0.1854% =0.1820%

P6的乳化能力高于P5，但仍低于P4，則可以確定P4是單甘酯的最佳添加量，為0.1854%。對照圖1可看到單甘酯對乳化能力的影響趨勢圖。

圖1 不同添加量的單甘酯和蔗糖酯的乳化能力比較

2.2.2 利用黃金分割法確定蔗糖酯的最佳添加量蔗糖酯的含優(yōu)區(qū)間是［0.05%，0.15%］，先在［0.05%，0.15%］的0.618處取值，即第一實驗點為：

P1=（0.15% －0.05%） ×0.618 +0.05% =0.1118%

第二實驗點為：

P2=0.05%+0.15%－0.1118%=0.0882%

P2的乳化能力明顯好于P1，則舍掉不包含P1點的以外部分，在留下的部分里找到P2的對稱點P3。第三實驗點：

P3=0.05% +P1－P2=0.1118% +0.05%－0.0882%=0.0736%

P2的乳化能力仍然好于P3，則舍棄不包括P3點的以外部分，在留下的P1到P3區(qū)間內繼續(xù)找出P2的對稱點P4。第四實驗點為：

P4=P1+P3－P2=0.0736%+0.1118%－0.0882% =0.0972%

P4的乳化能力明顯好于P2，繼續(xù)舍棄不包括P2點的以外部分，在留下的P1到P2區(qū)間之內找到P4的對稱點P5。第五實驗點為：

P5=P1+P2－P4=0.0882%+0.1118%－0.0972% =0.1028%

P4是蔗糖酯的最佳添加量，為0.0972%。對照圖1可看到蔗糖酯對乳化能力的影響趨勢圖。

2.3 利用黃金分割法確定復合乳化劑的添加量

由于單甘酯是一種油包水（W/O）型乳化劑，但它在分散相中卻起水包油（O/W）型乳化劑的作用，其原因是單甘酯以α－晶型的水合物存在于分散相中，α－晶型對于提高乳化活性極為有利；蔗糖酯是一種多元醇脂肪酸酯，從分子結構上看，親水部分蔗糖基占優(yōu)勢，因此其具有水包油型乳化劑性能［8］，提高了乳化活性。為了考察其復合使用效果，應用黃金分割法確定兩者復配使用時的最佳添加量。

選取單甘酯和蔗糖酯兩種乳化劑總添加量為0.2%。設實驗總量為1，取區(qū)間［0.5，1.0］實驗確定這兩種乳化劑的最佳配比。由于單甘酯的價格要低于蔗糖酯的價格，所以從生產成本出發(fā)，選A為單甘酯，B為蔗糖酯。

第一次實驗點配比為：

X1=0.5+0.618×（1.0－0.5）=0.806

A1=0.2% ×0.806=0.1612%

B1=0.2% ×（1.0－0.806）=0.0388%

第二次實驗點配比為：

X2=0.50+1.0－0.806=0.694

A2=0.2% ×0.694=0.1388%

B2=0.2% ×（1.0－0.694）=0.0612%

從表2中看出，X2的乳化能力明顯優(yōu)于X1，舍棄不包括X1的以外部分，找到X2的對稱點X3，則第三實驗點配比為：

X3=0.5+X1－X2=0.5+0.806－0.694=0.612

A3=0.2% ×0.612=0.1224%

B3=0.2% ×（1.0－0.612）=0.0776%

由表2可見，X3的乳化能力好于X2，舍棄不包含X2的以外部分，找到X3的對稱點X4，則第四實驗配比為：

X4=0.5+X2－X3=0.5+0.694－0.612=0.582

A4=0.2% ×0.582=0.1164%

B4=0.2% ×（1.0－0.582）=0.0836%

由表2可見，X4的乳化能力優(yōu)于X3，則可舍掉除X3點的以外部分，找到X4的對稱點X5。第五實驗配比為：

X5=0.5+X3－X4=0.5+0.612－0.582=0.530

A5=0.2% ×0.530=0.1060%

B5=0.2% ×（1.0－0.530）=0.0940%

從表2可看出，X5的乳化能力比X4乳化能力好，故舍棄X4點的以外部分，找到X5的對稱點X6。第六實驗配比為：

X6=0.5+X4－X5=0.5+0.582－0.530=0.552

此時，X6值高于X5，所以實驗結果不具有代表性，故舍棄，實驗結束。確定X5為最佳配比。

表2 不同配比的復合乳化劑乳化能力比較

2.4 驗證實驗

為了驗證復配乳化劑使用效果優(yōu)于單一乳化劑使用效果，故做驗證實驗。實驗結果如圖2所示。

圖2 單一乳化劑與復合乳化劑的乳化能力比較

從圖2可以看出，單甘酯與蔗糖酯復配之后的乳化性要遠遠高于單一使用時的乳化性，其最佳配比為10.6∶9.4，此時親水基團構象互補達到最佳，乳狀液乳化能力也最高。乳化劑的分子內通常具有親水基（羥基）和親油基（烷基），易在水與油的界面形成吸附層［10］。蔗糖酯的親水基團為環(huán)狀的蔗糖基，單甘酯的親水基團為線性的甘油基，將這2種乳化劑同時混合使用時，環(huán)狀和線性的親水基團與水相互作用時產生構象互補，當復配比例在一定范圍時，互補效應增大，降低界面張力的作用增強［11］，它們在界面上吸附形成“復合物”，定向排列緊密，從而能很好地防止聚結，增加穩(wěn)定性［12］，使其形成均勻的乳化體，乳化效果大大提高。

3 結論

利用黃金分割法確定冰淇淋專用大豆蛋白粉中乳化劑的添加量，有效地減少了實驗次數，使實驗結果更具有代表性與精確性，并最接近真實值。應用此方法確定了單一使用單甘酯和蔗糖酯對配粉的乳化能力的影響，該方法確定單甘酯的最佳添加量為0.1854%，乳化能力為48.95。蔗糖酯的最佳添加量為0.0972%，乳化能力為47.13。兩者復配之后的最佳配比為10.6∶9.4，此時乳化效果最好，乳化能力可達52.67。實驗證明應用此方法確定某一物料的添加量方面是可行的，并可推廣到食品行業(yè)的其它領域，為食品科學的研究引入了一種新的科學研究方法。

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Application of the golden section in choosing the dose of the emulsifiers for soybean protein flour in ice cream

FAN Jia－lu1，JIANG Lian－zhou1，*，TIAN Juan－juan1，2，LOU Wei1，GAO Shan1，WANG Zhe2
（1.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；2.Heilongjiang Shuanghe Songnen Soybean Bio－engineering Co.，Ltd.，Harbin 150008，China）

Emulsification capacities of different emulsifiers for soybean protein flour in ice cream were measured by ultraviolet spectrophotometer.The results indicated that the emulsifying capacities of monoglyceride and sucrose ester were higher than others in six different emulsifiers，were 52.05 and 49.34 respectively.Then the golden section method was used to determine the optimal dosage of single emulsifier：the optimal dosage of monoglyceride was 0.1854%，the emulsifying capacity was 48.95.The optimal dosage of sucrose ester was 0.0972%，and the emulsifying capacity was 47.13.About mixed emulsifiers，the optimal mix ratio of monoglyceride and sucrose ester was 10.6∶9.4，the emulsifying capacity was up to 52.67.The study verified that the golden section method suited for the optimization of dosage of emulsifiers，simplified the test and made the data more accurate and representative，also broaden the application scope.

golden section method；emulsifier；dosage；soybean protein flour

TS202.3

A

1002－0306（2010）12－0294－04

2009－12－25 *通訊聯系人

范佳璐（1984－），女，碩士研究生，研究方向：植物（大豆）蛋白工程。

農業(yè)部大豆產業(yè)技術體系資助項目（nycytx－004）。