雞肉蛋白抗氧化肽噴霧干燥工藝優(yōu)化研究

摘要 [目的]建立雞肉蛋白抗氧化肽（APCP）在噴霧干燥條件下保持其活性的高效干燥工藝并明確其活性保持水平及理化特性。[方法]采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化APCP噴霧干燥的最佳工藝條件，工藝優(yōu)化過程中活性保持水平以清除O2 · -能力為衡量指標(biāo)，最優(yōu)工藝條件下活性保持水平以干燥樣品清除O2 · -能力與冷凍干燥樣品清除O2 · -能力比值為衡量指標(biāo)，其中清除O2 · -能力測定采用A052抗超氧陰離子試劑盒法；以冷凍干燥樣品為參照物，通過堆積密度、溶解性、吸濕性、感官色澤、清除O2 · -能力等指標(biāo)考察噴霧干燥樣品理化特性。[結(jié)果]建立APCP最佳噴霧干燥條件為進(jìn)口溫度165 ℃，出口溫度104 ℃，進(jìn)料流速4.6 mL/min，在此條件下APCP清除O2 · -能力得到了很好地保持，保持率（90.67±5.53）%，水分含量（6.35±0.43）%；噴霧干燥樣品的堆積密度變大、溶解時(shí)間延長、吸濕率降低、色澤稍微變白、清除O2 · -能力下降。[結(jié)論]在較高進(jìn)口溫度（165 ℃）、較低出口溫度（104 ℃）及適當(dāng)進(jìn)料流速（4.6 mL/min）條件下APCP活性保持率可達(dá)（90.67±5.53）%，且所得APCP干燥效果良好，顯示出較好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞 雞肉蛋白；抗氧化肽；噴霧干燥；工藝；堆積密度；吸濕性；溶解性

中圖分類號(hào) TS201.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）29-0080-04

Optimization of Spray Drying Technology of Antioxidant Peptide of Chicken Protein

PEI Xiaoping

（Department of Food & Chemical Engineering， Zhongshan Technician College， Zhongshan， Guangdong 528429）

Abstract [Objective] To establish a highly efficient spray drying technology for preparing antioxidant peptide of chicken protein（APCP） under maximum extent keeping its activity， and determine its remain activity and physicochemical properties.[Method]Response surface methodology（RSM） was used to determine the optimal spray drying process. Residual activity was evaluated by superoxide anion free radical scavenging activity during spray drying process， and the ratio of superoxide anion free radical scavenging activity of spray drying APCP to that of freeze drying APCP was used to evaluate the remain antioxidant activity of APCP at optimum conditions. Taking freeze drying APCP as reference object， the stacking density， solubility， hygroscopicity， colour and free radical scavenging activity were chosen as indexes to investigate the physicochemical properties of the spray drying product .[Result]The optimum spray drying conditions： inlet temperature 165 ℃， outlet temperature 104 ℃， feed flow rate 4.6 mL/min， and the yield of keeping activity could reach up to（ 90.67±5.53）%， and water content only （6.35±0.43）% under such conditions. The stacking density of pray drying APCP increased， the soluble time prolonged， the hygroscopicity decreased， the color become a bit whiter， and the activity was lower.[Conclusion]The yield of keeping activity can reach up to （9067±5.53）% on inlet temperature 165 ℃， outlet temperature 104 ℃ and feed flow rate 4.6 mL/min. Drying efficiency of APCP obtained in this way are satisfying， indicating assuring potential for applications.

Key words Chicken protein；Antioxidant peptide；Spray drying；Properties；Stacking density；Hygroscopicity；Solubility

作者簡介 裴小平（1983—），男，江西撫州人，講師，碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏工程研究。

收稿日期 2017-07-21

抗氧化肽（APCP）具有清除自由基、保護(hù)機(jī)體、抗衰老等多種生物活性，在保健品和藥品開發(fā)方面有廣泛的應(yīng)用前景，但APCP水溶液不便于常溫貯藏和運(yùn)輸，將其干燥處理有利于工業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用。冷凍干燥能充分保持APCP的生物活性，但加工能耗高、生產(chǎn)成本貴，應(yīng)用范圍受限制；噴霧干燥能實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)且能耗較低，但存在噴霧干燥過程中高溫對APCP生物活性影響的問題。

由于生物活性物質(zhì)的活性易受加工條件和環(huán)境因素影響，研究其活性穩(wěn)定性對于制定科學(xué)的生產(chǎn)工藝和應(yīng)用方法具有重要的實(shí)際意義。許兵紅等[1]研究絲光綠蠅抗菌肽的熱穩(wěn)定性時(shí)發(fā)現(xiàn)，100 ℃處理3 min后活性完全喪失；謝海偉等[2]發(fā)現(xiàn)，抗菌肽鱟素分子一級(jí)結(jié)構(gòu)在120 ℃條件下處理30 min以上幾乎被完全破壞；夏天瑤等[3]將注射胸腺肽在自然光條件下溫度（60±2）℃熱水中水浴10 h后仍然保持原有各項(xiàng)生物活性，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。在干燥效果最佳的前提下保持良好的生物活性及理化特性是APCP干燥過程中的關(guān)鍵問題。筆者在前人研究報(bào)道的基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化APCP在較高進(jìn)口溫度下和較低出口溫度下的噴霧干燥工藝條件，為其進(jìn)一步應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料與主要試劑。

APCP水溶液：在pH 6.7、溫度57 ℃、底物濃度6.9%、酶解時(shí)間5 h的條件下，中性蛋白酶（E/S=4 943 U/g）和木瓜蛋白酶（E/S=5 988 U/g）同步水解脫脂雞肉蛋白制得；A052抗超氧陰離子自由基試劑盒，南京建成生物工程研究所，生化試劑；中性蛋白酶、木瓜蛋白酶，廣州明遠(yuǎn)工貿(mào)有限公司等。

1.1.2 主要儀器。

Labconco Free Zone冷凍干燥機(jī)，美國Labconco公司；Büchi Mini Spray Dryer B-290噴霧干燥機(jī)，瑞士Büchi Labortechnik 公司；UV 1800 Pharmaspec分光光度計(jì)，深圳市科美嘉儀器設(shè)備有限公司；TDL-5-A臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；Sartorius精密pH計(jì)，北京澤祥恒達(dá)科技發(fā)展公司；電熱恒溫水浴鍋，上海悅豐儀器儀表有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州長城科工貿(mào)有限公司等。

1.2 方法

1.2.1 進(jìn)口溫度對APCP抗氧化活性影響。

APCP水溶液50 ℃，熱空氣流量667 L/min，進(jìn)料流速6 mL/min，出口溫度80 ℃，進(jìn)口溫度分別為130、140、150、160、170、180 ℃時(shí)將APCP水溶液進(jìn)行噴霧干燥，對干燥產(chǎn)品進(jìn)行清除O2 · -能力評(píng)價(jià)，篩選最佳進(jìn)口溫度。

1.2.2 出口溫度對APCP抗氧化活性影響。

APCP水溶液50 ℃，熱空氣流量667 L/min，進(jìn)料流速6 mL/min，進(jìn)口溫度160 ℃，出口溫度分別為70、80、90、100 ℃時(shí)對APCP水溶液進(jìn)行噴霧干燥，對干燥產(chǎn)品進(jìn)行清除O2 · -能力評(píng)價(jià)，篩選最佳出口溫度。

1.2.3 進(jìn)料流速對APCP抗氧化活性影響。

APCP水溶液50 ℃，熱空氣流量667 L/min，進(jìn)口溫度160 ℃，出口溫度100 ℃，進(jìn)料流速分別為3.0、4.5、6.0、7.5、9.0 mL/min時(shí)對APCP水溶液進(jìn)行噴霧干燥，對干燥產(chǎn)品進(jìn)行清除O2 · -能力評(píng)價(jià)，篩選最佳進(jìn)料流速。

1.2.4 APCP噴霧干燥工藝優(yōu)化。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用響應(yīng)曲面法（RSM）中Box-Behnken程序，進(jìn)口溫度、出口溫度、進(jìn)料流速3個(gè)因素為因變量，每個(gè)因素取3個(gè)水平，以-1、0、1編碼，以APCP清除O2 · -能力為響應(yīng)值，進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用SAS9.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2.5 APCP清除O2 · -能力測定。

將APCP冷凍干燥和噴霧干燥樣品配成20 mg/mL的溶液，試驗(yàn)準(zhǔn)確移取0.20 mL，采用A052抗超氧陰離子試劑盒測定其清除O2 · -的能力。具體測定過程參考A052抗超氧陰離子自由基測試盒說明書。

清除率= （對照管吸光度-測定管吸光度）/對照管吸光度×100%

1.2.6 APCP干燥樣品活性保持評(píng)價(jià)。

將同步酶解制得的APCP水溶液分成兩部分，一部分通過冷凍干燥機(jī)制得冷凍干燥粉，另一部分通過噴霧干燥機(jī)在響應(yīng)曲面優(yōu)化最佳工藝條件下制得噴霧干燥粉，以得到的噴霧干燥粉和冷凍干燥粉清除O2 · -能力的比值來評(píng)價(jià)APCP抗氧化活性經(jīng)噴霧干燥后的保持率。

1.2.7 APCP干燥樣品理化特性評(píng)價(jià)。

以APCP冷凍干燥樣品為參照物，通過測定堆積密度[4]、吸濕率[5]、溶解性[6]、感官色澤及清除O2 · -能力來評(píng)價(jià)APCP噴霧干燥樣品理化特性。

1.2.8 APCP水分含量測定。參照GB 5009.3—2010的方法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)口溫度對APCP抗氧化活性影響

如表1所示，進(jìn)口溫度越高，APCP干燥粉清除O2 · -的能力越低，這是由于溫度提高會(huì)對APCP活性氨基酸殘基產(chǎn)生破壞，甚至其一級(jí)結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此，在噴霧干燥過程中進(jìn)口溫度越低越好；另一方面，溫度過低，熱空氣不能使噴霧干燥霧粒充分及時(shí)干燥，從而影響噴霧干燥效果。進(jìn)口溫度低于140 ℃時(shí)得不到干燥產(chǎn)品，150 ℃時(shí)產(chǎn)品含水量極高，高于170 ℃時(shí)壁上褐變逐漸嚴(yán)重。綜合考慮，進(jìn)口溫度為160 ℃既可以保證得到APCP噴霧干燥產(chǎn)品又最大限度地保持其抗氧化活性，因此，選擇進(jìn)口溫度為160 ℃。產(chǎn)品水分含量直接決定其品質(zhì)和貯存時(shí)間，產(chǎn)品水分含量在2%以下最好，吳克剛等[7]學(xué)者認(rèn)為只要出風(fēng)溫度高于80 ℃就可以保證噴霧干燥產(chǎn)品水分含量低于2%。但該試驗(yàn)所得噴霧干燥產(chǎn)品都比較黏手、水分含量較高，說明出口溫度太低（80 ℃），下一步試驗(yàn)需提高出口溫度。

2.2 出口溫度對APCP抗氧化活性影響

如表2所示，隨著出口溫度升高，APCP干燥粉清除O2 · -的能力逐漸降低，這主要是因?yàn)槌隹跍囟冗^高使APCP長時(shí)間處在高溫環(huán)境下而導(dǎo)致抗氧化活性喪失；但溫度過低，又使APCP長時(shí)間處在濕潤的環(huán)境中而得不到干燥產(chǎn)品。出口溫度70 ℃時(shí)得不到干燥產(chǎn)品，80、90 ℃時(shí)產(chǎn)品較濕潤，100 ℃時(shí)才能得到較好干燥產(chǎn)品。這與吳克剛等[7]學(xué)者認(rèn)為出口溫度為80 ℃就可以使干燥產(chǎn)品水分含量低于2%不一致，主要是因?yàn)锳PCP具有良好的吸濕和保水特性，導(dǎo)致在較低出口溫度下APCP既吸收濕潤水蒸氣又難以脫水而不能使產(chǎn)品充分干燥[8]。綜合考慮，選擇出口溫度為100 ℃。

2.3 進(jìn)料流速對APCP抗氧化活性影響

進(jìn)料流速是噴霧干燥一個(gè)最重要的工藝參數(shù)，流速過高，熱空氣不能使過量霧粒充分脫水而得不到干燥產(chǎn)品；流速過低，既導(dǎo)致產(chǎn)品過度受熱失活也影響噴霧干燥效率。如表3所示，進(jìn)料流速高于7.5 mL/min時(shí)噴霧干燥產(chǎn)品水分含量極高甚至得不到干燥產(chǎn)品，低于6.0 mL/min時(shí)可以得到噴霧干燥產(chǎn)品，但伴隨著褐變等不良現(xiàn)象產(chǎn)生，影響APCP的抗氧化活性。在3.0～90 mL/min范圍內(nèi)，隨著進(jìn)料流速的增加，APCP清除O2 · -能力先增大后減少，在4.5 mL/min時(shí)達(dá)到最大。綜合考慮，選擇4.5 mL/min為最佳進(jìn)料流速。

2.4 APCP噴霧干燥工藝優(yōu)化及理化特性分析

2.4.1 APCP噴霧干燥響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果。

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用響應(yīng)曲面法（RSM）中Box-Behnken程序理論，設(shè)計(jì)了響應(yīng)曲面因素水平表，見表4。根據(jù)表4中的因素水平進(jìn)行Box-Behnken試驗(yàn)，結(jié)果見表5。

2.4.2 噴霧干燥各因素對APCP抗氧化活性影響的回歸模型分析。

采用SAS統(tǒng)計(jì)軟件，通過其響應(yīng)曲面回歸（RSREG）過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，建立關(guān)于噴霧干燥進(jìn)口溫度、出口溫度、進(jìn)料流速三者對APCP清除O2 · -能力的二階響應(yīng)曲面模型，并進(jìn)而尋求在噴霧干燥過程中既最大化保持APCP活性而又得到充分干燥產(chǎn)品的最優(yōu)響應(yīng)曲面因子水平。

回歸模型（P=0.025 75<0.05）達(dá)到顯著水平，誤差項(xiàng)不顯著，且回歸方程相關(guān)系數(shù)R2=0.922 2，說明回歸方程與實(shí)際情況吻合很好，可以用此模型預(yù)測各因素對APCP在噴霧干燥中抗氧化活性的影響。通過對表5中的結(jié)果進(jìn)行回歸分析得出回歸方程為Y1 = 75.534 2-0223 1X1-1159 1X2+0.952 2X3-2.330 5X21+ 0.858 8X1X2+0195X1X3-3.117 4X22+0.031 88X2X3-9.446 1X23。根據(jù)回歸方程各因素系數(shù)絕對值的大小，評(píng)價(jià)各因素對APCP抗氧化活性的影響程度，其大小順序依次為進(jìn)料流速、出口溫度、進(jìn)口溫度。根據(jù)回歸方程可以得出APCP 抗氧化活性在噴霧干燥過程中損失最小的最佳因子水平為進(jìn)口溫度16459 ℃ ，出口溫度104.02 ℃，進(jìn)料流速4.57 mL/min。為了操作方便，將最佳工藝調(diào)整為進(jìn)口溫度165 ℃，出口溫度104 ℃，進(jìn)料流速4.6 mL/min。此時(shí)APCP抗氧化活性損失最小，清除率達(dá)75.68%。噴霧干燥產(chǎn)品水分含量決定其品質(zhì)和貯存時(shí)間，是噴霧干燥成功與否的關(guān)鍵。該試驗(yàn)對APCP干燥產(chǎn)品水分含量進(jìn)行了測定，結(jié)果如表5，發(fā)現(xiàn)水分含量波動(dòng)較大，最大值達(dá)（8.47±0.35）%，此水分含量條件下不利于產(chǎn)品保存；最小值為（6.01±0.13）%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水分含量8%的安全線[9]。在最佳噴霧干燥工藝條件下，APCP產(chǎn)品水分含量為（6.35±0.43）%。

2.4.3 APCP活性保持分析。

將噴霧干燥粉和冷凍干燥粉配成濃度為20 mg/mL的APCP水溶液，根據(jù)兩者清除O2 · -能力的比值，進(jìn)一步考察通過噴霧干燥所得到APCP清除O2 · -能力的保持水平，結(jié)果見表6。

2.4.4 APCP干燥樣品理化特性分析。

以冷凍干燥樣品為參照物，評(píng)價(jià)經(jīng)噴霧干燥后APCP的理化特性，結(jié)果如表7和圖1。從表7中可見，經(jīng)噴霧干燥后APCP堆積密度和溶解時(shí)間都變大，可能原因是APCP水溶液經(jīng)霧化器噴成微小霧粒，經(jīng)熱風(fēng)干燥成微小顆粒粉末，成品顆粒之間間隙變小，使得一定體積內(nèi)能堆積更多的APCP，造成堆積密度變大，也正是因?yàn)榇耍腥芙鈺r(shí)APCP粉末表面迅速吸水濕潤，減緩水進(jìn)入內(nèi)部的速度而延長溶解時(shí)間；顏色存在變白趨勢，可能是由于受高溫、霧化和樣品水分含量共同影響的結(jié)果，清除O2 · -能力下降是高溫導(dǎo)致活性氨基酸殘基部分結(jié)構(gòu)遭到破壞。圖1中樣品的吸濕曲線比冷凍干燥低，可能由于樣品堆積密度變大，或高溫破壞樣品中部分親水基團(tuán)。

3 結(jié)論與討論

噴霧干燥過程中，進(jìn)出口溫度增高、APCP清除O2 · -能力保持水平降低，如何保持APCP清除O2 · -能力與制得優(yōu)良品質(zhì)的干粉是該試驗(yàn)研究的重點(diǎn)。出口溫度為80 ℃、進(jìn)料流速6 mL/min時(shí)，進(jìn)口溫度150 ℃的APCP干燥粉清除O2 · -能力為（78.90±0.41）%，當(dāng)增加到180 ℃時(shí)清除能力降低至（76.80±0.42）%，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，兩者差異顯著（P<005）；進(jìn)口溫度為160 ℃、進(jìn)料流速6 mL/min時(shí)，出口溫度80 ℃的APCP干燥粉清除O2 · -能力為（78.76±0.13）%，當(dāng)增加到100 ℃時(shí)清除能力降低至（72.38±0.27）%，經(jīng)T檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩者差異顯著（P<0.05）；可能是180 ℃進(jìn)口高溫和100 ℃出口高溫破壞了清除O2 · -能力強(qiáng)的活性氨基酸結(jié)構(gòu)，從而降低了清除O2 · -能力。APCP處在噴霧干燥最佳進(jìn)出口溫度條件下（進(jìn)口溫度165 ℃、出口溫度104 ℃），清除O2 · -能力從83.48%降低到75.68%，將近下降10百分點(diǎn)。導(dǎo)致活性下降的原因可能是高溫導(dǎo)致氫鍵斷裂或清除O2 · -能力強(qiáng)的活性氨基酸殘基非化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)破壞，這與趙謀明等[10]學(xué)者研究有一致的結(jié)論，其通過進(jìn)口溫度160 ℃，出口溫度90 ℃的噴霧干燥工藝制備了色澤較淺、粉末較細(xì)的藍(lán)園鲹抗氧化肽粉劑，其活性保持率為（93.50±2.30）%，也將近下降7%；但與周雪松等[11]和姜瞻梅等[12]學(xué)者的結(jié)論不一致，周雪松通過進(jìn)口溫度為160 ℃，出口溫度為90 ℃噴霧干燥工藝制備雞肉蛋白酶解產(chǎn)物干燥粉，發(fā)現(xiàn)其清除DPPH·的活性和還原力與噴霧干燥前無顯著差異（P>0.05），這可能是由于進(jìn)口溫度和出口溫度都低于筆者的該試驗(yàn)，沒有明顯破壞清除DPPH·能力強(qiáng)和還原力強(qiáng)的活性氨基酸殘基，但其沒有研究清除O2 · -能力是否降低；姜瞻梅等[12]將酪蛋白源ACE抑制肽通過進(jìn)口溫度180 ℃，出口溫度100 ℃噴霧干燥時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度對其活性影響不顯著，其進(jìn)口溫度比該試驗(yàn)高，卻能完好地保持其ACE抑制活性，可能是由于ACE抑制肽結(jié)構(gòu)與APCP不一致，其結(jié)構(gòu)能提高耐溫能力。

O2 · -是生物體內(nèi)一種重要的自由基，性質(zhì)活潑，具有多種反應(yīng)特性，具有很強(qiáng)的氧化性和還原性，它既可作為還原劑又可作為氧化劑，還可作為親核物和配體參與反應(yīng)。由于O2 · -性質(zhì)活潑，會(huì)攻擊生命大分子物質(zhì)及細(xì)胞壁，造成機(jī)體的多種損傷和病變，加速機(jī)體的衰老，如破壞核酸中的堿基而產(chǎn)生突變，攻擊生物膜上的多不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能改變，出現(xiàn)細(xì)胞壞死和變性?？梢?，O2 · -是生物體中具有典型代表的活性氧自由基，因此，該試驗(yàn)評(píng)價(jià)APCP抗氧化活性時(shí)以清除O2 · -能力為指標(biāo)。

APCP水溶液噴霧干燥工藝優(yōu)化數(shù)學(xué)回歸模型為Y1=75.534 2-0.223 1X1-1.159 1X2+0.952 2X3-2.330 5X21+0.858 8X1X2+0.195X1X3-3.117 4X22+0.031 88X2X3-9.446 1X23。采用此模型在該試驗(yàn)范圍內(nèi)能準(zhǔn)確預(yù)測在噴霧干燥過程中各因素對APCP清除O2 · -能力的影響。

通過試驗(yàn)結(jié)果方差分析可知，在該試驗(yàn)范圍內(nèi)，各因素對APCP清除O2 · -能力的影響作用大小順序依次為進(jìn)料流速、出口溫度、進(jìn)口溫度。

APCP水溶液噴霧干燥最佳工藝為進(jìn)口溫度165 ℃，出口溫度104 ℃，進(jìn)料流速4.6 mL/min，此時(shí)APCP清除O2 · -能力保持最好，清除率達(dá)到75.68%。

APCP經(jīng)最佳干燥工藝干燥后清除O2 · -能力得到很好地保持，其活性保持率為（90.67±5.53）%，水分含量為（6.35±0.43）%；干燥產(chǎn)品堆積密度變大、溶解時(shí)間延長、吸濕率降低、 色澤稍微變白、清除O2 · -能力下降10%左右。該方法具有耗能低、效率高、易連續(xù)化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，為APCP工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

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