菊粉對豌豆分離蛋白乳液凝膠性質(zhì)、相互作用及pH穩(wěn)定性的影響

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　　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(yīng)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(xiàn)出更強(qiáng)的微觀結(jié)構(gòu)特性，因此，添加多糖是改善蛋白質(zhì)質(zhì)構(gòu)性能的有效途徑。菊粉是幾種重要經(jīng)濟(jì)植物中天然存在的多糖，可被結(jié)腸細(xì)菌選擇性發(fā)酵或代謝，具有益生元效應(yīng)。

 

　　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)和微觀結(jié)構(gòu)性能的影響。對乳液-凝膠體系的相互作用機(jī)理進(jìn)行了深入研究。此外，穩(wěn)定性研究選擇了三個(gè)pH值水平，涵蓋食品和人類胃腸道中常見的范圍。旨在開發(fā)一種遞送脂溶性生物活性物質(zhì)的載體。

 

 

　　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(jī)械性能、持水力、微觀結(jié)構(gòu)、溶解度、pH穩(wěn)定性等，進(jìn)行分析。

 

 

　　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(dá)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(qiáng)了PPI凝膠的強(qiáng)度。

 

　　如圖2A所示，各乳液液凝膠的彈性模量均表現(xiàn)出較強(qiáng)的溫度依賴性，在加熱階段G‘逐漸增大，直至50 G /L菊粉，這與頻率掃描結(jié)果一致。凝膠的tanδ值在整個(gè)溫度范圍內(nèi)小于1（圖2B），說明凝膠的流變性質(zhì)主要受彈性性質(zhì)的影響。

 

　　如表1所示，菊粉的存在顯著提高了PPI凝膠的凝膠強(qiáng)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(qiáng)度和WHC分別為115 ~ 166 N和68 ~ 91 g/100 g。當(dāng)菊粉濃度達(dá)到70 g/L時(shí)，凝膠強(qiáng)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)通過毛細(xì)管力保持水分的能力。

 

　　不添加菊粉的乳液凝膠微觀結(jié)構(gòu)（圖3a）為非均質(zhì)多孔，凝膠結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在大量“水通道”。菊粉的加入使凝膠微觀結(jié)構(gòu)更加致密，其中添加50 g/L菊粉的凝膠微觀結(jié)構(gòu)最為均勻。但加入過量菊粉（70 g/L）后，凝膠微觀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，高菊粉濃度下可能形成的互穿結(jié)構(gòu)破壞了凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

 

　　選擇菊粉最適濃度為50 g/L的乳狀凝膠進(jìn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)。只有PPI的乳液凝膠穩(wěn)定顯示凝膠強(qiáng)度較低，這是因?yàn)閜H值遠(yuǎn)低于PPI的等電點(diǎn)（pI），導(dǎo)致強(qiáng)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)，液滴沒有發(fā)生強(qiáng)絮凝。由菊粉組成的PPI乳液凝膠在pH為2.0時(shí)比較穩(wěn)定，這是由于PPI和菊粉的協(xié)同作用使凝膠結(jié)構(gòu)更加牢固。這一結(jié)果表明，PPI -菊粉乳液凝膠比單獨(dú)PPI更能抵抗胃酸環(huán)境，這可能有利于在胃腸道內(nèi)更長時(shí)間的停留而不解體。

　　表1 乳液凝膠凝膠強(qiáng)度和持水率（WHC）測定

 

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