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pH调控下猪血浆蛋白热诱导纳米颗粒的制备、表征及其稳定Pickering乳液性能
来源: 食品工业科技 浏览 5 次 发布时间:2026-01-12
摘要:为了提高猪血浆蛋白(Porcine plasma protein,PPP)的乳化性能,探究了不同pH条件下加热所得PPP纳米颗粒(PPP nanoparticles,PPP-NP)的理化特征和稳定油水界面的能力。
首先利用纳米粒度仪、圆二色光谱仪、场发射扫描电镜和界面流变仪对PPP-NP的粒径、电位、二级结构、微观形貌及降低油水界面张力的能力进行表征,然后以PPP-NP为乳化剂制备Pickering油水乳液,并通过对贮藏期间乳液的粒度、表观粘度、Zeta电位、油滴形貌等分析评估了PPP-NP的乳化性及乳化稳定性,最后利用稳定性分析仪精确分析了乳液的稳定性。粒径、Zeta-电位、场发射扫描电子显微镜、界面张力等分析结果表明,pH6.5时PPP发生有序聚集,形成了平均粒径约112 nm、多分散性系数(Polydispersity index,PDI)为0.19的纳米颗粒,聚集体形态、大小均一,分散性好,具有很强的降低油水界面张力的能力。
相较于对照,这种由PPP-NP稳定的Pickering乳液粘度高、粒径大但均一性和贮藏稳定性更好,经45℃储藏28 d后乳液更均一。激光共聚焦显微镜(Confocal laser scanning microscope,CLSM)、背散射光强度和Turbiscan稳定性指数(Turbiscan stability index,TSI)等结果表明,相应的PPP-NP乳液很稳定,油滴大小均匀无聚集,乳液的TSI值相对较低,相比对照组降低了71.4%。综合分析,PPP在pH 6.5下加热可发生有序自组装形成乳化性能良好的纳米颗粒,这一发现为PPP作为乳化剂在食品结构和功能设计中的应用提供了指导。
引言
热处理是食品工业中常用的加工单元,蛋白质经热处理会发生变性并进一步聚集,如果蛋白质浓度高于临界凝胶浓度(Critical gel concentration,Cg),则可能导致凝胶化,如果蛋白质浓度低于Cg,则产生稳定的聚集体悬浮液。聚集体的形态和大小受很多因素的影响,包括pH、离子强度、盐的类型和蛋白质浓度等。因此,可以通过控制热处理温度和pH来控制聚集体尺寸。在一定的温度和pH下,蛋白会聚集形成球状纳米颗粒,已有文献报道的包括马铃薯蛋白、大豆球蛋白、乳清蛋白、牛血清白蛋白等。研究发现这些蛋白质纳米颗粒可以通过形成粘弹性更高的吸附层,从而极大地增强蛋白质的乳化活性和乳液稳定性。
Pickering乳液是一种由固体颗粒稳定并吸附于乳液两相界面的新型乳化体系。相较于传统乳液,Pickering乳液拥有毒性更低、稳定性更高等优点。近年来,蛋白质纳米颗粒凭借其生物可降解性、良好表面活性及生物相容性等特性,成为Pickering乳液稳定剂的研究热点。值得注意的是,颗粒的乳化能力与其理化特性(如颗粒形态、尺寸以及表面润湿性)密切相关。因此,通过优化制备条件(如pH、温度、离子强度等)调控蛋白质纳米颗粒的界面行为,进而提升乳液稳定性,是当前食品领域的重要研究方向。
猪血浆蛋白(Porcine plasma protein,PPP)主要包括三大类蛋白:白蛋白(50%~60%)、球蛋白(40%~50%)和纤维蛋白原(1%~3%)。PPP具有优异的乳化性、起泡性和凝胶性等功能特性,通常在食品中作为鱼糜凝胶增强剂、葡萄酒澄清剂、烘焙食品中的发泡剂和鸡蛋替代品等。据联合国粮农组织统计,2021年产生了约34.6亿升猪血浆,理论上PPP的全球年产量约为30.1万吨。PPP不仅资源丰富、价格低廉,而且营养丰富,已经被广泛应用于食品。然而,PPP功能特性的呈现程度与其聚集状态具有相关性,关于这方面鲜少有研究涉及。研究表明,经加热形成的蛋白质纳米聚集体作为Pickering乳液乳化剂,其稳定乳液能力显著优于相应的未聚集蛋白,这为PPP乳化能力的提高提供了新思路。
本文探究了不同pH条件下热处理制备的PPP热聚集纳米颗粒(PPP heat aggregation nanoparticles,PPP-NP),通过粒径、Zeta-电位和场发射扫描电子显微镜等方法分析pH对PPP-NP粒径、结构、界面吸附特性的影响,通过对PPP-NP制备的Pickering乳液表观粘度、微观结构和稳定性的分析,阐明PPP-NP的乳化性能。本研究为PPP作为乳化剂的深度开发和应用提供了数据支持,为开发微酸体系的食品乳液体系提供了新策略。
1.材料与方法
1.1材料与仪器
喷雾干燥猪血浆蛋白粉中国襄阳赢加生物科技有限公司;中链甘油三脂(Medium-chain triglyceride,MCT)广州永晟贸易有限公司;尼罗红(纯度≥95%)上海阿拉丁生化科技有限公司;其他试剂均为分析级试剂;MD34型透析袋(截留分子量7 kDa)北京梦怡美生物科技有限公司。
SCIENTZ-10ND冷冻干燥机宁波新芝生物科技股份有限公司;FA25-D高剪切分散乳化机上海弗鲁克流体机械制造有限公司;LM10高压均质机上海帝博思生物科技有限公司;Zetasizer Nano ZS纳米粒度电位仪、Mastersizer 2000激光粒度分析仪英国马尔文公司;J-1500圆二色光谱仪日本JASCO公司;SU8010场发射扫描电子显微镜日本日立公司;LEICA SP8激光共聚焦显微镜德国徕卡仪器有限公司;TRACKER界面流变仪法国TECLIS界面技术有限公司;MCR92安东帕流变仪奥地利安东帕仪器有限公司;TURBISCAN TOWER多重光散射仪法国Formulaction仪器有限公司。





