超声构建花生分离蛋白-果胶复合乳液及其稳定性研究

李滢溪,陈复生,张丽芬,赖少娟*

(河南工业大学 粮油食品学院,河南 郑州,450001)

摘 要 为构建稳定花生蛋白-多糖乳液并了解其稳定机制,以花生分离蛋白(peanut protein isolate,PPI)-高甲氧基果胶(high methoxy pectin,HMP)的不同静电复合状态为切入点,分别研究了超声参量对PPI-HMP混合体系乳化活性和稳定性,复合乳液的粒径、电位、微观结构及储藏稳定性的影响。浊度和最大散射光强I90结果表明,pH 5.0、7.0和9.0时,PPI-HMP混合物分别呈可溶性复合、无相互作用和共溶状态。3种pH下,超声的引入均显著提高了PPI-HMP混合体系的乳化活性和稳定性,降低了复合乳液均径;超声制备PPI-HMP复合乳液的最适时间分别为4、8、10 min,功率密度均为6.0 W/cm3。复合乳液的微观结构结果表明,pH 5.0时超声促进PPI-HMP复合物的形成及界面分布维持乳液稳定,而pH 7.0和9.0时则通过破坏生物大分子自聚集体、促进二者在体系中的分布维持稳定。储藏研究结果显示,超声可显著提高复合乳液的长期稳定性。研究结果为构建不同pH环境下稳定的PPI-HMP复合乳液提供参考,但对于吸附过程中PPI结构的具体变化仍需深入探究。

关键词 花生分离蛋白;果胶;超声;复合乳液;稳定性

花生蛋白具有较高的消化性,富含必需氨基酸,是极具营养价值的天然蛋白资源[1]。由于花生蛋白的两亲性,可在油-水界面上形成具有一定黏弹性的膜来抵抗各种机械压力,并提供静电及位阻稳定,保持乳液储存过程中的稳定性,是一种优质的天然乳化剂。果胶是一种广泛存在于陆生植物细胞壁中的多糖大分子。作为植物源果胶的主要成分,高甲氧基果胶常作为增稠剂、凝胶剂和质构改善剂添加至食品中。除形成凝胶结构赋予食品特殊口感外,高甲氧基果胶还能够以增强连续相黏度,阻止乳化层的形成[2]。但由于果胶本身并不具备表面活性,导致单一多糖基稳定乳液在实际应用中的乳化性、稳定性较差,因此花生分离蛋白-高甲氧基果胶复合基质的使用不仅为制备安全、健康、稳定的乳液体系提供了条件,同时满足了消费者对健康的追求[3]

蛋白和多糖之间存在氢键、疏水相互作用、范德华力、静电引力等多种分子间作用力,作用力的变化会影响蛋白和多糖在体系中的存在状态,从而造成蛋白-多糖复合乳液乳化特性的差异。蛋白-多糖的相互作用对环境因素较为敏感,尤其是pH值。pH的变化会影响蛋白-多糖的体系存在状态和吸附情况,进而改变乳液液滴的絮凝速率,导致乳液特性的变化[4-5]。因此,通过改变pH,研究不同相互作用状态下蛋白-多糖复合乳液的系列特性,可将蛋白-多糖作用方式与乳液维稳机制相关联,为构建特定pH的乳液提供参考依据,满足工业生产中递送pH敏感成分的需要。

此外,乳液的稳定性也与其制备方式密切相关。超声作为清洁、高效的乳液生产辅助技术,常用于乳化剂颗粒的均质化过程和/或预处理。超声处理的过程中,瞬态气泡会在振动周期内迅速形成,并于达到临界尺寸时剧烈坍塌,使局部压力增强,产生高剪切力[6]。在这种高能作用力下,可以有效降低乳液液滴尺寸和界面张力,提高乳液整体稳定性[7]

综上所述,本文以花生分离蛋白和高甲氧基果胶为原料,根据对花生分离蛋白和高甲氧基果胶在不同pH下存在状态的判定为基础,研究不同存在方式下超声对混合体系乳化特性、复合乳液粒径、电位、微观结构及储藏稳定性的影响,以期阐明超声场中花生分离蛋白-高甲氧基果胶复合乳液的稳定机制。研究结果为花生分离蛋白-高甲氧基果胶复合乳液的制备和应用提供相应参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷榨花生饼(蛋白含量51.23%),青岛长寿公司;高甲氧基果胶(酯化度55%~65%),上海麦克林生化科技有限公司;精炼一级大豆油,金龙鱼粮油食品股份有限公司;尼罗红、异硫氰酸荧光素(fuorescein isothiocyanate, FITC)、荧光增白剂,美国Sigma公司;其他试剂均为分析纯,天津市天力化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

FE28 pH计,美国Mettler Toledo公司;GL224-1SCN电子分析天平,赛多利斯科学仪器有限公司;FM200高剪切分散乳化机,上海FLUKO流体机械制造有限公司;722s可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司;JY92-IIDN超声波细胞粉碎机、DC-2006 节能型智能恒温槽,宁波新芝生物科技股份有限公司;BeNano 90 Zeta纳米粒度仪,丹东百特仪器有限公司;ML31生物显微镜,广州市明美光电技术有限公司;FV3000 激光扫描共聚焦显微镜,日本Olympus公司。

1.3 实验方法

1.3.1 花生分离蛋白的制备

花生分离蛋白(peanut protein isolate, PPI)的制备参考FENG等[8]并稍作修改。室温下将冷榨花生饼与一定量双蒸水混合(1∶10,g∶mL),用1 mol/L NaOH溶液将混合溶液pH调至9.0,使用电动搅拌器150 r/min低速搅拌2 h,以确保充分溶解。随后4 000×g离心15 min收集上清液;用1 mol/L HCl溶液将上清液pH调至4.5,室温静置1 h后,4 000×g离心15 min。收集沉淀,加双蒸水4 000×g离心15 min水洗沉淀3次。最后将沉淀与适量双蒸水混匀,-20 ℃预冻过夜。冷冻干燥获得PPI粉末,4 ℃下保存备用。凯氏定氮法测得制备得到的PPI蛋白含量为82.70%。

1.3.2 PPI-HMP复合乳液的制备及储藏

将制备得到的PPI和高甲氧基果胶(high methoxy pectin, HMP)按8∶1 (质量比)的比例溶于双蒸水中,保持HMP含量为5 g/L。过夜搅拌,同时加入0.2 g/L叠氮钠抑制微生物生长。用1 mol/L NaOH溶液和1 mol/L HCl溶液将混合溶液pH分别调节至5.0、7.0和9.0,并继续搅拌2 h确保反应充分进行。定量移取混合溶液和20%(体积分数)的大豆油,13 000 r/min下剪切1 min进行预处理,获得PPI-HMP粗乳液。

使用超声波细胞破碎仪对PPI-HMP粗乳液进行处理,分别设置处理时间为2、4、6、8、10 min;功率密度为1.5、3.0、4.5、6.0、7.5 W/cm3;处理温度设为20 ℃,工作时间和间歇时间均设置为2 s,通过循环水槽调节工作温度。制备好的乳液于4 ℃下储存30 d,供后续观察使用。

1.3.3 PPI-HMP混合体系浊度及散射光强的测定

浊度及散射光强的测定参考LI等[9]并稍作修改。用1 mol/L HCl溶液和1 mol/L NaOH溶液将1.3.2节中过夜搅拌的PPI-HMP复合溶液pH值调节至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0后,继续搅拌2 h确保充分反应。将样品放置于玻璃比色皿中,671 nm处测定复合溶液吸光值。同时,使用动态光散射装置测量相同波长下样品的90°散射光强,记为I90

浊度τ的计算如公式(1)所示:

τ/(cm-1)=(1/L)ln(I0/It)

(1)

式中:L,光程长度(通常取1 cm);I0,入射光强;It,透射光强。

1.3.4 乳化特性的测定

乳化活性(emulsification activity index, EAI) 与乳化稳定性(emulsification stability index, ESI)的测定参考郑建樟等[10]的方法并稍作修改。定量吸取新鲜制备的乳液,用1 g/L的SDS溶液稀释一定倍数后,立即使用分光光度计于500 nm处测定吸光度值。

EAI、ESI的计算如公式(2)、公式(3)所示:

(2)

(3)

式中:A0,刚制备好时乳液在500 nm下的吸光度;N,稀释倍数;θ,油相体积占比;L,比色皿中光路长度(通常取1 cm);c,乳化前水相蛋白质质量浓度,g/mL;AT,放置T min后乳液在500 nm下的吸光度;T,放置时间,min。

1.3.5 PPI-HMP复合乳液粒径及Zeta-电位的测定

参考LYU等[11]的方法并稍作修改。PPI-HMP复合乳液用双蒸水稀释100倍后置于样品槽中,于25 ℃下进行粒径(以均径表示)和Zeta-电位的测定。水相和油相的折射率分别设定为1.33和1.59。平衡时间60 s,样品平行测定3次。

1.3.6 PPI-HMP复合乳液光学显微成像

在PPI-HMP复合乳液4 ℃储藏0和30 d时分别进行光学显微镜观察。取1滴样品滴在载玻片上,加盖盖玻片后置于载物台上,放大100倍进行观察,利用仪器配套软件进行拍照,得到不同储藏天数时复合乳液的光学显微成像。

1.3.7 PPI-HMP复合乳液激光共聚焦观察

参考MATSUYAMA等[12]方法,并稍做修改。取1.0 mL乳液,向其中加入尼罗红、FITC、荧光增白剂(1 g/L)各20 μL进行染色,混合均匀。黑暗孵育30 min后,吸取10 μL染色样品,滴加在带有盖玻片的平面显微镜载玻片上。放于置物台上选用10×物镜,在激发波长分别为560、470、460 nm下观察。

1.4 数据分析

所有实验重复测定3次,结果以平均值±标准差表示。使用Origin 2021进行图像绘制,SPSS 20.0软件对样本进行统计分析。均值间的显著性差异(P<0.05)采用Duncan多重范围检验。

2 结果与讨论

2.1 pH对PPI-HMP存在状态的影响

比浊法是监测蛋白-多糖分子作用变化的常用方法。pH对PPI-HMP混合体系浊度和90°散射光强的影响如图1所示。当pH从3.0变化至5.0时,I90逐渐增大并在pH 5.0附近达到最高,同时浊度呈现下降趋势,表明PPI-HMP可溶性复合物的形成。此时pH虽然略高于PPI等电点(pH 4.5),PPI和HMP均带负电,但由于表面电荷分布的不均匀性,PPI表面可产生阳性微区域,HMP与这种正电斑块间发生静电吸引力,从而形成PPI-HMP可溶性复合物[9]。同时,根据瑞利散射公式可知,散射光强度与微粒大小呈正相关(I90d6),pH 7.0时,混合体系浊度和I90持续下降,表明复合物开始解离,有分散成为单体并溶解的趋势,意味着PPI和HMP间相互作用的减弱。LI等[13]指出,pH 7.0时,蛋白-多糖不发生复合,在制备乳液时二者出现竞争性吸附。pH增加至9.0时,远高于果胶电离常数的pH使果胶不再通过电离保持电中性,PPI和HMP均带大量负电,二者之间由于强静电斥力不再发生相互作用,而是单独同水分子保持稳定,呈共溶状态,因此pH 9.0时混合体系浊度和I90较低。存在状态的不同会导致PPI和HMP在形成乳液过程中的吸附方式有所不同,从而表现出不同的维稳机制,对其分类研究有利于对蛋白-果胶复合乳液形成机理的深入了解,因此选择存在状态差异较大的pH 5.0、7.0和9.0时的PPI-HMP混合体系进行后续研究。

图1 pH对PPI-HMP混合体系浊度和90°散射光强的影响
Fig.1 Effect of pH on turbidity and 90° scattered light intensity of PPI-HMP mixture system

2.2 超声对PPI-HMP复合乳液特性的影响

2.2.1 超声对PPI-HMP混合体系乳化活性和乳化稳定性的影响

超声时间对PPI-HMP混合体系EAI和ESI的影响如图2-a~图2-c所示。超声处理后,不同pH下,PPI-HMP混合体系的EAI和ESI均显著提高(P<0.05),且在一定时间范围内,EAI和ESI随着超声时间的延长逐渐增加,表明超声的引入有助于稳定乳液的构建。pH 5.0、7.0和9.0时,PPI-HMP混合体系ESI分别在超声4、8、10 min时达到最大值(1 578.08±41.47)、(2 925.63±155.63)和(2 029.03±90.97) min,此时EAI也较高,意味着稳定复合乳液的形成。这是由于超声的空化效应能引发瞬态气泡的产生,气泡的剧烈塌陷在液体周围造成了高剪切力,从而促进油滴的破碎和PPI-HMP的均匀分散,使油-水界面面积及乳化基质的界面接触频率增加;同时,在外界能量的驱动下,PPI-HMP快速吸附至油-水界面,二者共同影响使混合体系EAI与ESI得到提高。此外,超声还可以促进蛋白-多糖的分子相互作用[14],这对pH 5.0时PPI-HMP可溶性复合物的形成及其油-水界面吸附是有利的。从图2-a、图2-b发现,超过最适时间后,超声时间的延长反而使PPI-HMP混合体系的ESI显著降低(P<0.05)。pH 5.0时超声时间大于4 min后ESI降低至(1 048.63±42.86) min;pH 7.0、10 min后ESI降低至(1 913.16±195.38) min,这是因为过长的超声时间会使蛋白质发生重聚,导致液滴的聚集,不利于乳液稳定[15]

a-超声时间,pH 5.0;b-超声时间,pH 7.0;c-超声时间,pH 9.0;d-功率密度,pH 5.0;e-功率密度,pH 7.0;f-功率密度,pH 9.0
图2 超声参量对PPI-HMP混合体系乳化活性和稳定性的影响
Fig.2 Effect of ultrasound parameters on emulsification activity and stability of PPI-HMP mixture systems
注:不同大写、小写字母分别代表EAI和ESI在P<0.05水平上具有显著性差异。

超声功率密度对PPI-HMP混合体系乳化特性的影响如图2-d~图2-f所示。随着超声功率密度的增加,pH 5.0 PPI-HMP混合体系的EAI和ESI在6.0 W/cm3达到最大,随后EAI不再发生显著性变化(P>0.05)而ESI显著降低(P<0.05);pH 7.0和9.0时,混合体系的EAI和ESI随功率密度的变化呈现先增加后减小的趋势,且均在6.0 W/cm3时达到最大。与粗乳液相比,经6.0 W/cm3 处理后,pH 5.0、7.0和9.0时PPI-HMP的乳化活性分别由(2.35±0.24)、(3.17±0.14)和(4.00±0.29) m2/g升高至(22.09±0.24)、(40.42±0.63)和(49.23±1.78) m2/g。这可能由于适当的超声功率密度能有效解聚集蛋白质、果胶等大分子的自聚集或共聚集产物,从而促进其界面运动。此外,研究发现,超声提供的空化效应还可以改变蛋白和多糖的结构,促进两者之间的静电相互作用,改善复合物的乳化性能[16]。而过大的功率密度使蛋白质结构高度伸展,原本包埋在分子内部的疏水基团大量暴露,蛋白质间易通过疏水相互作用发生聚集,导致体系EAI与ESI下降,乳液的稳定性也随之降低[17]。综上,超声功率密度也是影响蛋白-多糖混合体系乳化特性的重要因素,且在3种pH下,最适超声功率密度均为6.0 W/cm3

2.2.2 超声对PPI-HMP复合乳液液滴均径和Zeta-电位的影响

如表1所示,与未超声PPI-HMP粗乳液均径相比,超声后复合乳液液滴尺寸显著降低(P<0.05),表明超声对乳液液滴的有效破碎。pH 5.0、7.0和9.0时,复合乳液液滴均径分别在4、8、10 min的最适超声处理时间下降低至2 651、1 041、1 054 nm,超过最适时间后,液滴均径增加至3 000 nm以上(pH 5.0)或不再发生显著性变化(pH 7.0和9.0)。在合适的范围内,随着超声时间的延长,空化作用产生的物理力强度不断提高,油滴被逐渐破碎,液滴平均粒径也随之减小,油-水界面相对表面积增加;此外,超声能够有效分解生物大分子聚集体,减小颗粒尺寸[18],较小的颗粒能在油水界面上快速定位,上述原因使单位质量蛋白所能稳定的界面面积增加,因此混合体系EAI得到提高。同时,均径的减小减缓了液滴的位移速率和碰撞频率,提高了PPI-HMP复合乳液的稳定性,证实了2.2.1中的结论。液滴均径随功率密度的变化情况与超声时间类似。在一定范围内,随着超声功率密度的增加,乳液液滴粒径显著减小(P<0.05)。在6.0 W/cm3的最适超声功率密度处理后,pH 5.0、7.0和9.0时复合乳液液滴均径由3 800~1 900 nm降低至<1 000 nm并达到最小,此后液滴尺寸不再随功率密度的升高而显著降低(P>0.05)。这可能是因为过大的超声功率密度诱发PPI出现聚集倾向,液滴尺寸由于界面膜上PPI的相互作用而趋于增长。

表1 不同超声参量制备得到的乳液均径及Zeta-电位
Table 1 Average particle size and Zeta-potential of emulsions produced by different ultrasound parameters

pH超声时间/min均径/nmZeta-电位/mV功率密度/(W·cm-3)均径/nmZeta-电位/mV5.003 774±154c-32.43±1.15ab0.03 774±154e-32.43±1.15b22 499±375a-32.39±0.47ab1.52 790±67d-30.75±1.46ab42 651±202a-31.06±0.67a3.01 384±16c-30.62±0.30a63 326±130b-32.05±0.17ab4.51 041±46b-30.40±0.92a83 203±12b-31.47±1.07ab6.0931±34a-29.75±0.62a103 035±130b-32.65±0.94b7.5938±3a-31.00±0.65ab7.002 572±137d-41.29±1.24a0.02 572±137e-41.29±1.24ab21 093±110b-47.57±2.65b1.51 032±189c-35.41±1.75a41 542±30c-48.56±1.76b3.01 365±306d-40.97±1.76b6758±67a-51.87±2.03cb4.5805.50±26ab-42.00±0.90bc81 041±118b-48.50±0.91b6.0697±156a-41.70±1.21bc10959±71b-53.45±1.74c7.51 010±46bc-43.63±0.89c9.001 976±287b-34.38±1.18a0.01 976±287c-34.38±1.18a21 187±210a-48.66±0.80c1.51 342±273b-39.81±0.81b4984±136a-45.57±1.42b3.0856±31a-39.68±1.73b61 092±125a-45.10±0.34b4.5904±35a-37.94±0.65b8991±78a-46.48±1.66b6.0765±13a-38.33±2.68b101 054±129a-49.07±1.00c7.5833±24a-38.23±1.77b

注:同组不同小写字母代表在P<0.05水平上有显著性差异。

Zeta-电位反映了乳液液滴相互作用的强度,Zeta-电位绝对值越高,表明液滴越不容易发生聚结[19]。pH 7.0和9.0时,与未经超声处理的PPI-HMP粗乳液相比,超声后的复合乳液Zeta-电位绝对值均显著提高(P<0.05),说明超声的引入可以有效改变PPI结构,使带电基团暴露,从而增强液滴间的静电斥力,提高乳液体系稳定性[20]。pH 5.0时,超声对复合乳液Zeta-电位绝对值影响不大。可能因为在pH 5.0的环境中,PPI-HMP以可溶性复合物的形式存在,此时超声通过分散聚集体增加了PPI和HMP的接触面积,带电基团则由于小尺寸复合物的形成而被重新掩埋,因此对Zeta-电位的改变并不明显。

综合对PPI-HMP存在状态、体系乳化特性、液滴均径及电位的研究结果判断,在PPI-HMP可溶性复合、无相互作用及共溶状态下,超声均能通过提高混合体系EAI、ESI及减小乳液液滴尺寸维持乳液稳定,然而其在构建乳液时对PPI-HMP的驱动效果可能存在差异,因此后文将对PPI-HMP复合乳液的微观结构进行探究。

2.2.3 超声对PPI-HMP复合乳液微观结构的影响

如图3所示,未经超声的PPI-HMP复合乳液油滴尺寸较大(图3-a~图3-c),超声作用后PPI-HMP复合乳液油滴尺寸显著减小,且分布更为均匀(图3-a0~图3-c0)。3种pH下,PPI-HMP在体系中的存在状态有很大不同。pH 5.0时,单相染色图(图3-a1、图3-a2)中发现二者荧光染色区域重叠,说明此时PPI和HMP以复合物的形式存在;对比图3-a与图3-a0发现,超声后背景中的蓝、绿复合部分变得更为微小致密,表明超声处理使PPI-HMP聚集体破碎、尺寸减小,并促进复合物在水相中的均匀分布;同时,超声有利于PPI-HMP可溶性复合物的形成,这点在WANG等[21]的研究中也得到证实。小尺寸的均一复合物能快速吸附至油滴表面形成完整界面膜,乳液的稳定性因而得到提高。pH 7.0时,PPI染色相布满背景、HMP与PPI染色区域交集减少(图3-b1、图3-b2),这是由于PPI溶解性增强,二者相互作用减弱、复合物发生分离。pH 9.0时,HMP和PPI呈现完全溶解的均匀分布(图3-c1、图3-c2),这是由于较高的pH造成PPI结构的舒展,导致基团的暴露和水化作用的增强,使其溶解度进一步升高;同时HMP链密度减小,空间结构被破坏,因此二者在体系中不发生复合,呈共溶状态[22]。观察图3-b、图3-b0和图3-c、图3-c0发现,PPI为包裹在油滴周围的主要物质。在远离pI的环境下,体系中占主导成分的物质对乳液稳定贡献较大[13];此外,超声还打碎了团块状的生物大分子自聚集体。据此认为,pH 7.0和9.0时,除破碎油滴外,超声过程中高剪切作用对蛋白结构的改变和对PPI及HMP自聚集体的解聚集是提高乳液稳定性的主要原因[23]

a-pH5.0 未超声;a0-pH 5.0 6.0 W/cm3 超声4 min;a1-a0的PPI染色图;a2-a0的HMP染色图 b-pH7.0 未超声;b0-pH 7.0 6.0 W/cm3 超声8 min;b1-b0的PPI染色图;b2-b0的HMP染色图 c-pH9.0 未超声;c0-pH 9.0 6.0 W/cm3 超声10 min;c1-c0的PPI染色图;c2-c0的HMP染色图
图3 PPI-HMP复合乳液微观结构
Fig.3 Microstructure of PPI-HMP composite emulsions
注:红色为尼罗红染色油滴、绿色为FITC染色PPI、蓝色为荧光增白剂染色HMP

2.3 超声对PPI-HMP复合乳液储藏稳定性的影响

2.3.1 超声时间

乳液的储藏特性可以反映较长周期内乳液的稳定性变化情况,为实际利用提供参考。不同超声时间制备的PPI-HMP复合乳液在储藏前和4 ℃储藏30 d后的光学显微变化如图4所示。

A-pH 5.0 day0;a-pH 5.0 day30;B-pH 7.0 day0;b-pH 7.0 day30;C-pH 9.0 day0;c-pH 9.0 day30
图4 不同超声时间制备得到的乳液储存前、后的光学显微图像
Fig.4 Optical microscopy images of emulsions prepared with different ultrasound time before and after storage

与粗乳液相比,pH 5.0、7.0和9.0时超声后PPI-HMP复合乳液液滴尺寸减小且分布更为均匀,与2.2.2中的研究结果一致。储存30 d后,未超声乳液液滴直径明显变大,界面膜间相互接触、挤压,出现聚结和奥氏熟化现象,而超声处理后这种现象均得到明显抑制。在前文的最适超声时间下(pH 5.0-4 min、pH 7.0-8 min、pH 9.0-10 min),即使经过30 d的储存,液滴仍能保持较小的均匀尺寸并只产生轻微聚集。这是由于超声辅助乳化可以通过促进乳化成分吸附在油水界面上,形成空间屏障以防止液滴聚结,从而增强乳液体系稳定性[24]。超过最适时间后,样品在储藏30 d后视野范围内可观察到液滴的聚集和长大,表明过度超声对乳液稳定性的不利影响,与前述不同超声时间下PPI-HMP混合体系乳化特性、复合乳液液滴均径的结果相印证。

2.3.2 超声功率密度

不同超声功率密度制备的PPI-HMP复合乳液储藏过程中的光学显微变化如图5所示。在0~6.0 W/cm3,随着功率密度的增加,PPI-HMP复合乳液储存30 d后液滴的增长现象得到明显改善。经6.0 W/cm3的功率密度处理后,储藏第30天液滴尺寸变化幅度最小,表明此时超声达到最佳效果,与前述实验的研究结论一致。然而,超声功率密度增加至7.5 W/cm3时,30 d后显微观察中没有发现对PPI-HMP复合乳液液滴增长的显著抑制效果,说明在合适的功率密度范围内,超声能够构建稳定的乳液体系,过高的功率密度不仅不利于乳液稳定性的进一步提升,反而会造成能量的浪费。

A-pH 5.0 day0;a-pH 5.0 day30;B-pH 7.0 day0;b-pH 7.0 day30;C-pH 9.0 day0;c-pH 9.0 day30
图5 不同超声功率密度制备得到的乳液储存前、后的光学显微图像
Fig.5 Optical microscopy images of emulsions prepared with different ultrasound power densities before and after storage

3 结论

对不同pH下PPI-HMP混合体系进行分类研究,结果表明,PPI-HMP在pH 5.0、7.0和9.0时,分别以可溶性复合、无相互作用和共溶状态存在于体系中。超声制备乳液后发现,超声的引入显著提高了3种pH下混合体系EAI和ESI,降低了PPI-HMP复合乳液液滴尺寸,并在pH 7.0和9.0时提高了乳液Zeta-电位绝对值,起到破碎油滴和大分子聚集体、提高乳液稳定性的作用。pH 5.0、7.0和9.0下,超声时间分别为4、8、10 min,功率密度均为6.0 W/cm3时制备得到的复合乳液液滴均径最小,复合乳液最为稳定。复合乳液的微观结构观察表明,pH 5.0时,超声通过促进PPI-HMP复合物的形成及其对油滴的包被维持乳液稳定;pH 7.0和9.0时,超声主要通过破碎生物大分子自聚集体、改善其分布情况,从而促进蛋白质的竞争吸附稳定乳液。储藏实验结果显示,在最适超声条件下,PPI-HMP复合乳液可保存30 d而不出现明显的液滴长大和聚集现象,证明超声能显著提高乳液的长期稳定性。

参考文献

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Ultrasound construction of peanut isolate protein-pectin composite emulsion and the study of its stability

LI Yingxi, CHEN Fusheng, ZHANG Lifen, LAI Shaojuan*

(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

ABSTRACT To construct stable peanut protein-polysaccharide emulsions and explore the stabilization mechanism, the different electrostatic complex states of peanut protein isolate (PPI)-high methoxy pectin (HMP) were firstly determined, and the following research was carried out on this basis. Then the effects of ultrasound parameters on the emulsification activity and stability of the PPI-HMP mixture systems, the average particle size, zeta-potential, microstructure, and storage stability of the PPI-HMP composite emulsions were investigated. The results of turbidity and maximum scattered light intensity I90 indicated that the PPI-HMP mixtures were in soluble complex, no-interaction, and co-soluble states under pH 5.0, 7.0, and 9.0, respectively. At the three pH, the introduction of ultrasound significantly improved the emulsification activity and stability of PPI-HMP mixture systems and decreased the average diameter of the emulsion droplet. At pH 5.0, 7.0, and 9.0, the most stable composite emulsions with a smaller average diameter were obtained after treatment at 6.0 W/cm3 for 4, 8, and 10 min, respectively. The microstructure of the composite emulsion showed that under pH 5.0, ultrasound enhanced the stability of the emulsion by facilitating the formation and the interfacial distribution of PPI-HMP complexes, while at pH 7.0 and 9.0, ultrasound disrupted the self-aggregation of biomacromolecules and promoted the distribution of PPI and HMP in the system. The microscopic image after storing for 30 days proved that ultrasound could significantly improve the long-term stability of composite emulsions. The above results can provide a reference for the construction of stable PPI-HMP composite emulsions under different pH environments, but the structural changes of PPI during the adsorption process still need to be further explored.

Key words peanut isolate protein; pectin; ultrasound; composite emulsion; stability

第一作者:硕士研究生(赖少娟副教授为通信作者,E-mail:shaojuanlai@hotmail.com)

基金项目:国家自然科学基金区域创新发展联合基金项目(U21A20270);河南省自然科学基金项目(222300420424);河南省青年骨干教师培养计划项目(2020GGJS083)

收稿日期:2022-06-20,改回日期:2022-08-19

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032722

引用格式:李滢溪,陈复生,张丽芬,等.超声构建花生分离蛋白-果胶复合乳液及其稳定性研究[J].食品与发酵工业,2023,49(11):191-198.LI Yingxi, CHEN Fusheng, ZHANG Lifen, et al.Ultrasound construction of peanut isolate protein-pectin composite emulsion and the study of its stability[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(11):191-198.