pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液穩定性及流變學性質的影響

2019-04-29 01:08:02張會，任健

中國油脂 2019年3期

張會，任健

(1.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江齊齊哈爾 161006； 2.農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江齊齊哈爾 161006)

現代食品工業越來越注重食品對人類營養及健康改善的功能，大量生物活性成分被廣泛應用于各類食品體系。但這類物質中的大多數生物可利用度均較低。特別是各種疏水性生物活性物質，包括脂溶性維生素、多不飽和脂肪酸、類胡蘿卜素和疏水性植物多酚，如何在食品中有效添加并保持其穩定性是目前食品工業的一大技術難題。構建食物蛋白膠體粒子是功能因子穩定性及生物效價的一個重要途徑[1]。

我國是玉米生產消費大國，玉米胚芽資源豐富。目前主要以玉米胚芽為原料制備玉米胚芽油，而脫脂后含有優質天然植物蛋白的玉米胚芽粕大多被用作飼料，消化吸收率較低，造成了一定的環境污染和資源浪費，并沒有發揮其潛在的經濟價值[2]。因此，可將玉米胚芽粕作為原料提取玉米胚芽蛋白，實現資源再利用。玉米胚芽蛋白具有良好的功能性質，既含有親水性基團又含有疏水性基團，具有兩親性質，為其作為Pickering乳液穩定劑奠定基礎。目前國內外關于Pickering乳液的研究主要集中在醇溶蛋白[3]，而關于玉米胚芽蛋白Pickering乳液的研究較少。

本文以玉米胚芽蛋白為原料，利用高壓均質法制備玉米胚芽蛋白Pickering乳液，主要研究了pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液粒徑、電位、穩定性及流變性的影響，為開發新型活性載體物質提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

玉米胚芽餅：黑龍江龍鳳玉米開發有限公司；大豆油：益海嘉里食品營銷有限公司；尼羅藍、尼羅紅。

GYB40-10S型高壓均質機；T25型乳化分散機；Kinexus pro+型高級旋轉流變儀：英國Malvern公司；TCS SP8激光共聚焦顯微鏡。

1.2 實驗方法

1.2.1 玉米胚芽蛋白的提取

用粉碎機將玉米胚芽餅粉碎，過100目篩，得到較細顆粒玉米胚芽粉，采用石油醚浸提方法將玉米胚芽粉脫脂，采用堿提酸沉法提取玉米胚芽蛋白，NaOH濃度為0.08 mol/L，酸沉pH 為4.7，然后對其進行水洗、中和、冷凍干燥，得玉米胚芽蛋白[4]。

1.2.2 玉米胚芽蛋白Pickering乳液的制備

配制玉米胚芽蛋白分散液。將3 g玉米胚芽蛋白溶于240 mL蒸餾水中，磁力攪拌2 h，充分溶脹后，次日分別逐滴加入60 mL 的大豆油，經乳化分散機(20 000 r/min)分散2 min，用1 mol/L的HCl或NaOH調其pH，得到pH分別為3、5、7、9、11的粗乳液。用高壓均質機將此粗乳液均質處理3次，壓力設定為40 MPa[5]。

1.2.3 乳液的微結構表征

取1 mL乳液樣品，加入20 μL 0.02%的尼羅紅、20 μL 0.1%的尼羅藍，混合均勻，染色1 min，用膠頭滴管取1滴在20 mm的玻底培養皿中，利用激光共聚焦顯微鏡觀察乳液微結構，激發波長為488 nm和633 nm[6]。

1.2.4 乳液粒徑電位的測定

采用 Zetasizer Nano ZS測定新制備的玉米胚芽蛋白Pickering乳液的Zeta電位和粒徑。取適量乳液，用去離子水稀釋，然后進行Zeta電位和粒徑測定[7]。

1.2.5 乳液離心穩定性及貯藏穩定性的測定

分別取不同pH的玉米胚芽蛋白Pickering乳液4 mL裝入5 mL離心管中，10 000 r/min下離心2 min，測定其乳析指數的變化。分別取不同pH的玉米胚芽蛋白Pickering乳液5 mL裝入10 mL透明玻璃瓶中，觀察剛均質后的乳液及貯藏1、3、7 d時乳液乳析指數的變化，分析貯藏時間對Pickering乳液穩定性的影響，實驗做3次平行。

1.2.6 表觀黏度的測定

乳液表觀黏度通過馬爾文流變儀進行測定。將乳液樣品分別置于平行板之間，選用PU60 mm的模具平板，設置間距為1 mm，剪切速率0.1～100 s-1，25℃下平衡5 min，然后開始測定玉米胚芽蛋白Pickering乳液表觀黏度的變化。

2 結果與討論

2.1 乳液的微結構

利用激光共聚焦顯微鏡(CLSM)觀察乳液液滴的微結構，1%蛋白乳液，油相比例為20%，pH為5，采用尼羅紅和尼羅藍分別對蛋白與油相進行染色，染色后油相為綠色，蛋白為紅色，測定結果如圖1所示。

圖1 玉米胚芽蛋白Pickering乳液CLSM圖像

由圖1可以看到，紅色的玉米胚芽蛋白包裹著綠色的油滴，說明該乳液是蛋白顆粒穩定的水包油型 Pickering乳液[8]。

2.2 乳液粒徑

pH對乳液粒徑的影響如圖2所示。

圖2 pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液粒徑的影響

由圖2可知，pH為3、5、7、9、11時乳液的平均粒徑分別為1.689、71.05、1.422、0.955 3、0.943 1 nm，隨著pH的增加，乳液的粒徑先增大后減小，pH為5時乳液粒徑最大，pH 5接近玉米胚芽蛋白等電點，等電點時液滴表面的靜電荷幾乎為0，液滴之間的靜電斥力小，易于發生聚集[9]，導致玉米胚芽蛋白Pickering乳液的平均粒徑增大，乳液不穩定。隨著pH繼續增大，蛋白包裹的液滴表面靜電荷量增大，液滴之間的靜電斥力增大，能使液滴之間保持平衡而不發生聚集，所以pH為11時乳液粒徑最小，乳液的穩定性好。

2.3 乳液電位

pH對乳液電位的影響如圖3所示。

圖3 pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液電位的影響

由圖3可知，pH為3、5、7、9、11時乳液的電位分別為-33.3、-26.6、-38.6、-39.5、-41.7 mV，隨著pH的增大，乳液電位絕對值呈現先減小后增大的趨勢。pH 5時乳液電位絕對值最小，因為pH 5接近玉米胚芽蛋白等電點，顆粒表面電荷達到最小，乳液電位絕對值變小。顆粒的帶電變化與玉米胚芽蛋白中氨基和羧基之間的電離平衡有關，溶液整體帶電性影響乳液的穩定性，乳液中顆粒間電荷的相互排斥作用小，易發生聚集，難以維持穩定的結構，乳液不穩定[10]。反之，pH 11時乳液電位絕對值最大，為乳液中的顆粒間提供了相對較強的電荷排斥作用，顆粒不易聚集，乳液較為穩定[11]。

2.4 乳液的表觀黏度

pH對乳液表觀黏度的影響如圖4所示。

圖4 pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液表觀黏度的影響

由圖4可知，在剪切速率0.1～100 s-1的范圍內玉米胚芽蛋白Pickering乳液的表觀黏度隨剪切速率的增大而下降，即發生了剪切稀釋現象，分析原因可能是由于絮凝態的油滴在剪切過程中互相分離的緣故[12]。隨著pH的增加，表觀黏度先增大后減小，pH 5時表觀黏度最大，這可能是因為粒徑較大的緣故，根據托克斯定律[13]，pH 5時在蛋白質等電點附近，蛋白質分子表面電荷幾乎為0，分子間的相互排斥力減弱，顆粒極易碰撞、凝聚，聚合物溶液中的聚合物分子具有纏繞著的環狀和長分子鏈，所有這些物質在靜止時將保持內部的不規則次序，因為具有相當高的內部阻力阻礙流動，表現出較高的黏度，反之，pH 11時蛋白溶解度高，顆粒間靜電斥力大，乳液粒徑小，分散性好，則表觀黏度較小[14]。

2.5 乳液穩定性

2.5.1 離心穩定性

pH對乳液離心穩定性的影響如圖5所示。

圖5 pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液

由于離心時所產生的離心力，使乳液液滴匯聚，從而加快乳液的乳析分層過程。離心后，下層為水層，上層為顆粒包裹的致密乳化層，乳析指數能反映乳液的穩定性。由圖5可知，pH 5時乳液乳析指數在75%左右，并出現破乳現象[15]，pH 3時乳液發生輕微分層，但無破乳現象，其他pH下的乳液沒有明顯的分層現象，乳液離心穩定性較好。

2.5.2 貯藏穩定性

pH對玉米胚芽蛋白Pickering乳液貯藏穩定性的影響如圖6所示。通過觀察乳化層在貯藏過程中發生的變化，判斷乳液的貯藏穩定性，如果乳液不分層，不出現乳析現象，則說明乳液穩定性良好，如果乳液層不斷變化，并伴有溢油、破乳等現象，則乳液的穩定性不佳[15]。在貯藏過程中由于重力的作用，乳液中的水層在下方，富含油脂的乳液在上方。

由圖6a可知：新鮮制備的5種乳液均未出現分層現象，pH 5的乳液貯藏1 d(見圖6b)后出現分層，乳析指數在15%左右，貯藏3 d(見圖6c)后乳液中的水層界面高度增加并且變清晰，其他pH的乳液3 d內均未出現分層，乳液較穩定；貯藏7 d時pH 5的乳液乳析指數達到約20%，pH為7和9的乳液出現分層現象，且乳析指數為pH 5>pH 7>pH 9，pH為3的乳液底部也出現不明顯的分層現象，由此可見pH為11時，乳液貯藏穩定性最好。分析原因可能是pH 5的乳液接近蛋白質等電點，顆粒表面電荷幾乎為0，電荷排斥力小，液滴聚集，乳液絮凝分層，pH越大，粒子間電荷排斥力越大，分散性越好，乳液越穩定[16]。