01
背景介紹
最新研究表明,乳液凝膠是脂溶性食品生物活性物質(zhì)的合適載體,如維生素和礦物質(zhì)。然而,蛋白質(zhì)基乳液凝膠的廣泛應用往往受其較弱的力學(xué)性能的阻礙。蛋白質(zhì)-多糖混合凝膠表現出更強的微觀(guān)結構特性,因此,添加多糖是改善蛋白質(zhì)質(zhì)構性能的有效途徑。菊粉是幾種重要經(jīng)濟植物中天然存在的多糖,可被結腸細菌選擇性發(fā)酵或代謝,具有益生元效應。
本文研究了菊粉濃度對豌豆分離蛋白(PPI)乳液凝膠的流變學(xué)、力學(xué)和微觀(guān)結構性能的影響。對乳液-凝膠體系的相互作用機理進(jìn)行了深入研究。此外,穩定性研究選擇了三個(gè)pH值水平,涵蓋食品和人類(lèi)胃腸道中常見(jiàn)的范圍。旨在開(kāi)發(fā)一種遞送脂溶性生物活性物質(zhì)的載體。
02
研究方法
制備濃度為9%的PPI蛋白分散液(9g蛋白粉溶于100 mL去離子水中),85℃下加熱30 min。將菊粉(0、0.5、1.5、2.5和3.5 g)撒入50 mL加熱的溶液中,在25℃下立即攪拌30 min。然后,用高速剪切將PPI-菊粉溶液與10 mL大豆油混合,在11000 rpm下進(jìn)行180s,在45MPa下高壓均質(zhì)一遍制備乳液。隨后在25 mL燒杯中加入0.01 mol/L CaCl2在4℃條件下放置48 h,形成乳狀凝膠。最終樣品的蛋白質(zhì)含量為90 g/L,菊粉含量為0 g/L, 10 g/L, 30 g/L, 50 g/L, 70 g/L,油脂含量為200 mL/L。
檢測溶于乳液凝膠的流變性能、機械性能、持水力、微觀(guān)結構、溶解度、pH穩定性等,進(jìn)行分析。
03
結果與分析
如圖1所示,加入菊粉后,乳液凝膠模量增加(圖1A和B),在50 g/L菊粉時(shí)達到最大值,表明菊粉和PPI在凝膠體系中起協(xié)同作用。70 g/L菊粉的模量較低,這歸因于分子間排斥,降低了凝膠形成過(guò)程中的蛋白質(zhì)聚集率。此外,相同頻率下,添加50 g/L菊粉的乳液凝膠的η*比其他樣品的η*大(圖1D)。由于較弱的凝膠具有較大的tanδ值, tanδ的降低(圖1C)表明菊粉增強了PPI凝膠的強度。
如圖2A所示,各乳液液凝膠的彈性模量均表現出較強的溫度依賴(lài)性,在加熱階段G‘逐漸增大,直至50 G /L菊粉,這與頻率掃描結果一致。凝膠的tanδ值在整個(gè)溫度范圍內小于1(圖2B),說(shuō)明凝膠的流變性質(zhì)主要受彈性性質(zhì)的影響。
如表1所示,菊粉的存在顯著(zhù)提高了PPI凝膠的凝膠強度和持水率WHC (p < 0.05),進(jìn)一步證實(shí)了菊粉與PPI的協(xié)同作用。添加0 ~ 50 g/L的菊粉,凝膠強度和WHC分別為115 ~ 166 N和68 ~ 91 g/100 g。當菊粉濃度達到70 g/L時(shí),凝膠強度和WHC均低于50 g/L時(shí),這與流變學(xué)性質(zhì)的變化趨勢一致。WHC的減少歸因于高濃度生物聚合物的不兼容性,降低了凝膠網(wǎng)絡(luò )通過(guò)毛細管力保持水分的能力。
不添加菊粉的乳液凝膠微觀(guān)結構(圖3a)為非均質(zhì)多孔,凝膠結構內部存在大量“水通道”。菊粉的加入使凝膠微觀(guān)結構更加致密,其中添加50 g/L菊粉的凝膠微觀(guān)結構最為均勻。但加入過(guò)量菊粉(70 g/L)后,凝膠微觀(guān)結構變得更加不均勻(圖3e)。這是由于蛋白質(zhì)聚集體的聚集模式和結構發(fā)生了變化,高菊粉濃度下可能形成的互穿結構破壞了凝膠的微觀(guān)結構。
選擇菊粉最適濃度為50 g/L的乳狀凝膠進(jìn)行穩定性試驗。只有PPI的乳液凝膠穩定顯示凝膠強度較低,這是因為pH值遠低于PPI的等電點(diǎn)(pI),導致強烈的帶正電荷的蛋白質(zhì)分子之間的靜電斥力。如圖6C所示,在pH為2.0時(shí),液滴沒(méi)有發(fā)生強絮凝。由菊粉組成的PPI乳液凝膠在pH為2.0時(shí)比較穩定,這是由于PPI和菊粉的協(xié)同作用使凝膠結構更加牢固。這一結果表明,PPI -菊粉乳液凝膠比單獨PPI更能抵抗胃酸環(huán)境,這可能有利于在胃腸道內更長(cháng)時(shí)間的停留而不解體。
圖1 以PPI、PPI+10 g/L、PPI+30 g/L、PPI+50 g/L和PPI+70 g/L菊粉(Inu)為原料制備的乳液凝膠的頻率依賴(lài)性:(A)貯存模量(G’);(B)損耗模量(G“);(C)損耗因子(tanδ);(D)復粘度(η*)。黑色:PPI;紅色:PPI + 10 g / L;藍色:PPI + 30 g / L;綠色:PPI + 50 g / L;紫色:PPI + 70 g / L
圖2 以PPI、PPI+10 g/L、PPI+30 g/L、PPI+50 g/L和PPI+70 g/L菊粉(Inu)為原料制備的乳液凝膠的時(shí)間和溫度依賴(lài)性:(A)貯存模量(G‘)和(B)損失因子(tanδ)。黑色:PPI; 紅色:PPI + 10 g / L;藍色:PPI + 30 g / L;綠色:PPI + 50 g / L;紫色:PPI + 70 g / L
表1 乳液凝膠凝膠強度和持水率(WHC)測定
圖3 掃描電鏡下乳液凝膠圖像:(a) (PPI),紅色箭頭表示多孔構;(b)PPI+10 g/L菊粉;(c) PPI+30 g/L菊粉;(d) PPI+50 g/L菊粉;(e) PPI+70 g/L菊粉)
圖4 乳液凝膠的pH穩定性測定:(A)凝膠強度和外觀(guān),(B)流變特性和(C)微觀(guān)結構
04
結論