明膠對鮰魚卵肽 - 鈣納米粒的形成及熱穩(wěn)定性的影響

劉燕玲，李宛怡*，黃 昊，梁東明，麥旖旎

（1.南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530001；2.南寧市食品藥品檢驗(yàn)所，廣西南寧 530001；3.南寧威耀供應(yīng)鏈管理有限公司，廣西南寧 530001；4.南寧海關(guān)技術(shù)中心，廣西南寧 530001）

鈣是人體生命活動(dòng)中最重要的礦物元素之一，它參與人體新陳代謝、細(xì)胞的生長繁殖及生物大分子水平活動(dòng)，因此鈣是人體的生命之本[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展，市面上的補(bǔ)鈣劑越來越多，國家市場監(jiān)督管理總局公布的數(shù)據(jù)顯示，補(bǔ)鈣劑高達(dá)1 740種，批準(zhǔn)使用的補(bǔ)鈣劑保健品為896個(gè)，但無機(jī)鈣與有機(jī)鈣占市場比例較大。這些補(bǔ)鈣劑生物利用低，對胃腸道的破壞性大。有研究表明第四代補(bǔ)鈣劑納米鈣與前幾代補(bǔ)鈣劑相比具有較多優(yōu)勢[2-5]，如生物利用率高、鈣量大、對胃腸的應(yīng)激作用小，熱穩(wěn)定性好，特別適合一些老人、兒童及孕婦服用[6]。傳統(tǒng)的納米粒制備技術(shù)有分解與聚集兩種方法，但這些方法需要精密、復(fù)雜的設(shè)備，并且損耗大量的能量，在應(yīng)用上不方便、不經(jīng)濟(jì)，成本較高。近年來，受到生物礦化的啟發(fā)，肽被用來作為生物模板在溫和條件下合成鐵、鈣等礦物質(zhì)納米粒[7-9]。因此生物分子納米鈣有望成為新一代的補(bǔ)鈣劑。在前期研究中，項(xiàng)目組已經(jīng)探究了肽-鈣納米粒的形成條件[10]，熱穩(wěn)定性尚未有深入的研究。鯉魚卵肽-鈣納米粒在121.1 ℃的高溫下處理15 min后鈣的保留率顯著下降[7]。牡蠣肽-鋅納米粒在50 ℃的水浴中加熱15 min后，發(fā)現(xiàn)其聚集沉淀，熱穩(wěn)定較差[11]。因此探究鮰魚卵肽-鈣納米粒的穩(wěn)定性是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魚卵肽，自制；食用明膠，河南佰榮生物科技有限公司；實(shí)驗(yàn)所用其他試劑均為分析純以上。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-201型紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；ME303E/02型電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；ST3100型實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，奧豪斯儀器常州有限公司；HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州普天儀器制造有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；DJ1G型精密增力電動(dòng)攪拌器，常州市金壇大地自動(dòng)化儀器廠；ZHSY-50WS型水浴往復(fù)恒溫振蕩培養(yǎng)箱，廈門地坤科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩(wěn)定性的影響

稱取一定量的明膠，在60 ℃的水浴鍋加熱溶解，使其初始濃度為1.5%、3.0%、4.5%。預(yù)先制備納米粒分散液，準(zhǔn)備3份等量的1%魚卵肽溶液以1∶1的體積與15 mmol/L CaCl2混合搖勻，調(diào)節(jié)pH值為8.0，靜止2 h，在600 nm測定其濁度為初始濁度。然后加入濃度為0%、1.5%、3.0%和4.5%的明膠（其終濃度為0%、0.5%、1.0%和1.5%）溶液混勻靜置10 min測其濁度。將上述的鮰魚卵肽-鈣納米顆粒-明膠體系在40～100 ℃加熱15 min后冷卻測其濁度，以室溫濁度為標(biāo)準(zhǔn)，研究濁度隨溫度變化的情況。

1.3.2 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成的影響

參照黃海等[11]的方法略有修改，預(yù)先配制2.0%、4.0%、6.0%系列濃度明膠溶液，分別與10 mmol/L、20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L和50 mmol/L系列濃度氯化鈣溶液以1∶1的體積混合均勻，再與1%的鮰魚卵肽溶液以1∶1體積比混合（混合后體系中肽濃度為0.5%，明膠濃度分別為0%、0.5%、1.0%和1.5%，氯化鈣濃度分別為2.5 mmol/L、5.0 mmol/L、7.5 mmol/L、10.0 mmol/L和12.5 mmol/L），每種混合溶液均調(diào)節(jié)pH至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，靜置2 h后，在600 nm處測定濁度。

1.3.3 加熱對明膠-鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響

選擇上述幾種能形成納米粒的條件（固定鮰魚卵肽濃度為5 g/L，氯化鈣為7.5 mmol/L，pH 為8，分別在不加明膠、加0.5%明膠、1.0%明膠、1.5%明膠；當(dāng)pH為7，不加明膠、加0.5%明膠、1.0%明膠、1.5%明膠）制備納米粒分散液，并置于40～100 ℃水浴加熱15 min，以未加熱的初始濁度為標(biāo)準(zhǔn)，研究濁度隨溫度變化的情況。

1.3.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均做3個(gè)平行，運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析和LSD檢驗(yàn)。數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩(wěn)定性影響

明膠可以作為一種食品添加劑添加到食品中，具有良好的增稠、增穩(wěn)效果。其增稠的機(jī)理主要有兩個(gè)方面，即膠束被改變與形成新的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[12]。因此明膠也可作為食品添加劑加到鮰魚卵肽-鈣納米粒中。當(dāng)鮰魚卵肽濃度為5 g/L、氯化鈣為7.5 mmol/L、pH為8，形成鮰魚卵肽-鈣納米粒后，在加熱條件下觀察0%明膠、0.5%明膠、1.0%明膠和1.5%明膠4種樣液的濁度變化。如表1所示，鮰魚卵肽-鈣納米粒在加熱的作用下會(huì)失穩(wěn)集聚甚至出現(xiàn)沉淀。出現(xiàn)聚集沉淀的原因可能是鮰魚卵肽在加熱的條件下發(fā)生了變性，導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)改變，鈣離子結(jié)合能力下降，納米粒失穩(wěn)。大豆肽-鈣復(fù)合物的受熱性能卻能達(dá)到80 ℃，一級結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，蛋白發(fā)生變性的概率小。不加明膠加熱的納米粒在50℃以上開始發(fā)生沉淀，當(dāng)加入0.5%、1.0%、1.5%明膠后，納米粒的耐熱性提高至60 ℃、70 ℃、80℃。因此明膠可以提高鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩(wěn)定性，濃度越高，耐熱性越好，其原因可能是明膠具有增稠增黏的作用，可形成良好的保護(hù)膜。

表1 明膠對納米粒熱穩(wěn)定性的影響

2.2 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成的影響

明膠可以顯著提高鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩(wěn)定性的前提是預(yù)先制備納米粒，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成及熱穩(wěn)定性的影響。明膠參與鮰魚卵肽鈣-納米粒的形成，如圖1所示。明膠加入體系中，鮰魚卵肽-鈣納米粒形成條件發(fā)生了改變。①從pH變化來講，加入0.5%的明膠，鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成條件為10～12.5 mmol/L氯化鈣濃度，pH 6～7。納米粒的形成條件向著高pH的方向進(jìn)行。隨著明膠的加入，鮰魚卵肽的等電點(diǎn)及帶電量發(fā)生了改變，且體系的黏稠度增加使分子內(nèi)摩擦阻力增加，分子流動(dòng)性下降，需要pH調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的電荷平衡從而參與納米顆粒的形成與穩(wěn)定。②從氯化鈣的濃度變化情況來看，加入0.5%的明膠，pH 6～7，10～12.5 mmol/L氯化鈣濃度條件下，從不能形成納米粒到能形成納米粒。納米粒的形成條件向著高濃度氯化鈣的方向進(jìn)行。加入明膠后，鮰魚卵肽等電點(diǎn)提高至pH 4.0且?guī)щ娏吭黾?，肽分子間斥力增強(qiáng)，不利于肽分子的聚集。較高濃度的鈣離子可以起到電荷屏蔽作用，并在其分子之間形成鈣橋，促使其聚集成納米粒。當(dāng)體系中加入1.0%和1.5%的明膠，鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成條件也出現(xiàn)類似的變化趨勢，且明膠的濃度越高，變化越明顯。明膠是一種增稠劑，可以增加溶液的黏稠度，使分子內(nèi)摩擦阻力增加，分子流動(dòng)性下降，阻礙分子間的聚集，因此抑制納米粒的形成，導(dǎo)致其形成條件范圍發(fā)生改變。加入明膠后，鮰魚卵肽-鈣納米粒形成需要較高的pH以及鈣離子濃度。

圖1 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成的影響

2.3 加熱對明膠參與形成鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響

明膠能提高預(yù)先制備鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩(wěn)定性。明膠參與形成鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩(wěn)定性是否提高可通過以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。如表2所示，當(dāng)pH為8，鮰魚卵肽-鈣納米粒加熱到50 ℃以上出現(xiàn)沉淀，0.5%、1.0%、1.5%明膠參與形成的納米粒，耐熱性分別達(dá)到60 ℃、70 ℃、80 ℃，耐熱性顯著增強(qiáng)了。如表3所示，pH為7，明膠參與形成的納米粒耐熱性增強(qiáng)，分別達(dá)到了60 ℃、70 ℃、80 ℃。明膠的增稠、增黏特性有效阻礙了納米粒的集聚，使納米粒的熱穩(wěn)定性提高，為其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

表2 加熱對明膠鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響（pH=8）

表3 加熱對明膠鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響（pH=7）

3 結(jié)論

以濁度為評價(jià)指標(biāo)，探究明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成及熱穩(wěn)定性的影響。鮰魚卵肽-鈣納米粒在50 ℃加熱的作用下會(huì)失穩(wěn)集聚出現(xiàn)沉淀。在納米粒中加入0.5%、1.0%、1.5%明膠后，納米粒的耐熱性提高至60 ℃、70 ℃、80 ℃。明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成具有抑制作用，導(dǎo)致其形成納米粒需要更高的pH和氯化鈣濃度。明膠參與形成的納米粒的耐熱性顯著提高。