大黄鱼鱼卵磷脂与乳清分离蛋白复合分散液的制备工艺研究.pdf
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1、2023 年 6 月第 44 卷第 3 期河南工业大学学报(自然科学版)Journal of Henan University of Technology(Natural Science Edition)Jun.2023Vol.44 No.3收稿日期:2023-04-01基金项目:福建省自然科学基金项目(2021J01109);福建省财政专项补助项目(KJG19009A)作者简介:林艺璇(1998),女,福建南平人,硕士研究生,研究方向为食品资源开发与利用。通信作者:梁鹏,副教授,博导,E-mail:。大黄鱼鱼卵磷脂与乳清分离蛋白复合分散液的制备工艺研究林艺璇,陈宇涵,李响,陈继承,梁鹏福建农
2、林大学 食品科学学院,福建 福州 350002摘要:大黄鱼鱼卵磷脂(LYCRPLs)富含 DHA 和 EPA 等多不饱和脂肪酸,并具有良好的乳化性质。为了拓宽 LYCRPLs 在乳制品中的应用,采用高速均质法将其与乳清分离蛋白(WPI)复配制备分散液,以粒径和澄清指数作为分散液稳定性的考察指标,在单因素试验的基础上进行响应面试验优化分散液的制备工艺条件。结果表明:影响分散液稳定性的因素由大到小为 pH 值、LYCRPLs 添加量、WPI 添加量、均质速度、均质时间;分散液的最佳制备工艺为均质速度 23 000 r/min、WPI 添加量 1.0%、LYCRPLs添加量 0.50%,此条件下制备
3、的分散液粒径为(215.202.12)nm,澄清指数为 0.0800.003,该分散液储藏稳定性良好。本研究为 LYCRPLs 的高值利用提供了理论依据。关键词:大黄鱼鱼卵;磷脂;乳清分离蛋白;响应面法;稳定性中图分类号:TS201.2文献标志码:A文章编号:1673-2383(2023)03-0018-07DOI:10.16433/j.1673-2383.2023.03.003Preparation of the composite dispersion of large yellow croaker roe phospholipid and whey isolate proteinLIN
4、Yixuan,CHEN Yuhan,LI Xiang,CHEN Jicheng,LIANG PengCollege of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350002,ChinaAbstract:Large yellow croaker roe phospholipid(LYCRPLs)is rich in polyunsaturated fatty acids such as DHA and EPA,and has high emulsification properties.To broaden
5、the application value of LYCRPLs,the dispersions were prepared by employing a high-speed homogenization method with the utilization of LYCR-PLs and Whey isolate protein(WPI).This study investigated the effect of pH,homogenization time,hom-ogenization speed,WPI addition and LYCRPLs addition on the st
6、ability of LYCRPLs-WPI dispersions.On the basis of the single factor experiments,the particle size and clarification index of the dispersions were used as the response values,and the three factors with a greater influence on stability were selected to design the response surface analysis method.LYCR
7、PLs-WPI dispersions were prepared under optimal process conditions and stored at temperature(25)for 28 d.The particle size,PDI and Zeta potential of the dispersions were measured every 7 d.The results showed that the influence factors on the stability of the dispersions were in this order:pH valueLY
8、CRPLs additionWPI additionhomogenization speedhomogenization time.Com-bined with the actual situation,the optimized condition for preparing the dispersions was as follows:23 000 r/min homogenization speed,1.0%WPI addition and 0.50%LYCRPLs addition,and under this con-dition,the particle size of the p
9、repared dispersion was(215.202.12)nm and the clarification index was 0.0800.003 as measured by three replicate experiments,which was close to the theoretical results,indicating that the model works well.Meanwhile,at the beginning of storage(0 d),the LYCRPLs-WPI dispersions were 第 44 卷第 3 期林艺璇,等:大黄鱼鱼
10、卵磷脂与乳清分离蛋白复合分散液的制备工艺研究small in size,with a large absolute potential value and a more uniform distribution.In addition,the PDI values did not change significantly during the storage period.The results show excellent storage stability of the disper-sion.These results provide a theoretical basis for th
11、e high value utilization LYCRPLs.Key words:large yellow croaker roe;phospholipid;whey isolate protein;response surface methodology;stability大黄鱼是我国产量最大的海水养殖鱼类之一,根据 2022 年中国渔业统计年鉴1,福建省大黄鱼产量约 21.14 万 t,占全国总产量的 83%,位居第一。虽然大黄鱼加工业迅速发展,但其加工副产物鱼卵仍未有效高值开发。课题组前期研究发现,大黄鱼鱼卵磷脂(Large yellow croaker roe phospholip
12、id,LYCRPLs)富含-3 多不饱和脂肪酸,如二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)和 二 十 碳 五 烯 酸(Eicosapentaenoic acid,EPA),其中 DHA 和 EPA 含量高达 41.90%,占总脂肪酸含量的 15.19%2。磷脂是双亲性小分子表面活性剂,经常被用于降低乳液的界面张力,提高乳液稳定性3。而且与传统大豆磷脂和蛋黄磷脂相比,LYCRPLs 具有更优异的乳化效果,是一种潜在的功能性乳化剂4。乳清分离蛋白(Whey protein isolate,WPI)是从牛奶中提取的一种优质蛋白质,常用于乳制品、烘焙等产品,具有较好的乳化活性
13、和乳化稳定性5。前期研究表明磷脂与蛋白之间存在相互作用,可以协同促进乳液稳定6-8,如吴劲轩等9研究发现磷脂主要通过疏水相互作用与蛋白质相结合,从而改变蛋白构象,增强蛋白乳液的稳定性;Wang 等10研究发现磷脂结构中不饱和脂肪酸含量越高,与蛋白之间的相互作用越强,制备的乳液稳定性也越好。目前,对磷脂-蛋白复合稳定性的研究多集中于大豆磷脂和蛋黄磷脂,关于 LYCRPLs-WPI 分散液的制备工艺尚未见报道。作者以 LYCRPLs 和 WPI 为原料,以粒径和澄清指数为考察指标,在单因素试验的基础上,采用响应面法优化分散液的最佳制备工艺,以期利用 LYCRPLs 与 WPI 之间的相互作用,提高
14、复合体系的稳定性,从而探讨 LYCRPLs 在乳制品中应用的可行性,为其深度开发提供新思路。1材料与方法1.1试验材料大黄鱼鱼卵磷脂:实验室自制;乳清分离蛋白:上海麦克林生化科技股份有限公司;正己烷、95%乙醇、丙酮、叠氮钠、浓盐酸、氢氧化钠:分析纯,国药集团化学试剂有限公司。1.2仪器与设备SQP 电子分析天平:赛多利斯科学仪器有限公司;R-1001-VN 旋转蒸发器:郑州长城科工贸有限公司;HN-3K 手持均质机:上海汗诺仪器有限公 司;Nano-ZS90 马 尔 文 激 光 粒 度 仪:英 国Malvern 公司;ST2100 pH 计:奥豪斯仪器(常州)有限公司;LUMiFuge-11
15、1 全自动稳定性分析仪:德国 LUM 公司。1.3试验方法1.3.1大黄鱼鱼卵磷脂的提取称取一定量的冻干大黄鱼鱼卵,按照鱼卵质量与乙醇体积 1 5(g/mL)加入 95%乙醇,在室温下搅拌 2 h 后抽滤,所得滤液加入适量的正己烷进行提取,重复 2 次,将滤液旋蒸得到总脂质后溶解于冷丙酮中,放置过夜可得 LYCRPLs 沉淀物,即为试验用 LYCRPLs 样品,并置于-20 备用。1.3.2单因素试验以粒径和澄清指数为考察指标,分别研究pH(5、6、7、8、9)、均 质 时 间(30、60、120、180、240 s)、均质速度(8 000、10 000、15 000、20 000、25 00
16、0 r/min)、WPI 添 加 量(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)以及 LYCRPLs 添加量(0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%)对 LYCRPLs-WPI 分散液稳定性的影响。1.3.3LYCRPLs-WPI 分散液的制备25 条件下使用磁力搅拌分别将 LYCRPLs和 WPI 溶解在超纯水中,调节 pH 值。使用手持均质机均 质 后 得 到 LYCRPLs-WPI 分 散 液。将0.02%(g/mL)叠氮钠作为抑菌剂添加到分散液中,制备的待测样密封储存于 4 冰箱中备用。1.3.4分散液粒径、PDI 和 Zeta 电位的测定将待 测 分 散 液 样 品 用
17、 超 纯 水 按 照 1 50(V/V)稀释后放入激光粒度仪测量池中。水相和油相的折射率分别设定为 1.333 和 1.460。1.3.5快速稳定性测定吸取 420 L 待测分散液样品于离心管中,通91河南工业大学学报(自然科学版)2023 年过全自动稳定性分析仪测定其稳定性。离心机通过连续记录样品透光率的动态变化来量化分散系统的稳定性。仪器操作条件:温度 25 ,频率 3 000 r/min,轮廓线 30,时间 5 min。1.3.6响应面试验在单因素试验基础上,以分散液的粒径及澄清指数分别作为响应值 Y1、Y2,选取对稳定性影响较大的 3 个因素,根据 Box-Behnken 中心组合试验
18、设计原理,设计三因素三水平的响应面优化试验。1.3.7分散液储藏稳定性测定在最优工艺条件下制备 LYCRPLs-WPI 分散液,室温(25 )储藏 28 d。每 7 d 测定分散液的粒径、PDI 及 Zeta 电位。1.4数据处理与分析所有试验均平行测定 3 次,结果取平均值。采用 SPSS 23、Origin 2018 对数据进行处理,使用Design Expert 10 进行响应面设计和分析。2结果与分析2.1单因素试验2.1.1pH 值图 1pH 值对分散液稳定性的影响Fig.1Effect of pH value on the stability of the dispersionsp
19、H 值影响 WPI 和 LYCRPLs 之间的相互作用,导致分散液稳定性发生变化。如图 1 所示,随着分散液 pH 值的不断增大,分散液的粒径和澄清指数均呈现先降低后增加的趋势。pH 7 时达到最低值,粒径和澄清指数分别为(249.5 1.67)nm 和 0.0960.004。这可能是因为在偏离中性环境条件下,LYCRPLs 的水解常数增大而发生水解,其囊泡结构被破坏,WPI 暴露发生聚集,导致粒径增大;在靠近中性环境条件下,LY-CRPLs 先与 WPI 结合,避免了 WPI 之间的相互作用,从而防止因 WPI 聚集产生絮凝,导致分散液粒径和澄清指数增大11-12。研究证明,蛋白质分散液粒径
20、的 变化与蛋白 聚集 状 态 直 接 相关13。pH 值越靠近中性,分散液粒径、澄清指数越小,稳定性良好。因此,选择制备分散液的最适 pH 值为 7。2.1.2均质时间如图 2 所示,随着均质时间的增加,分散液的粒径与澄清指数逐渐降低,稳定性逐渐提高。可能是因为均质时间的延长使 LYCRPLs 和 WPI充分结合,单一的 LYCRPLs 和 WPI 颗粒转化为LYCRPLs-WPI 颗 粒,从 而 提 高 分 散 液 的 稳 定性14。当时间达 180 s 后,粒径和澄清指数变化较小,表明 LYCRPLs 和 WPI 已有效结合,分散液稳定性良好。均质时间延长会导致设备产生高温,影响分散液的稳
21、定性,因此,选择制备分散液的最适均质时间为 180 s。图 2均质时间对分散液稳定性的影响Fig.2Effect of homogenization time on the stability of the dispersions2.1.3均质速度如图 3 所示,均质速度对分散液粒径和澄清指数的影响与均质时间相似。随着均质速度的增大,分散液的粒径和澄清指数均逐渐减小。这是由于均质速度越大,产生的剪切力和作用强度越大,其均质效果越好,加快了 LYCRPLs-WPI 颗粒的形成,使分散液更稳定15。当均质速度达 20 000 r/min 后,粒径和澄清指 数变化较小,因此,选择制备分散液的最适均质
22、速度为20 000 r/min。2.1.4WPI 添加量如图 4 所示,随着 WPI 逐渐增加,分散液粒径和澄清指数均逐渐减小。当 WPI 添加量达到1.0%后,粒径变化较小,而澄清指数略微增加。02第 44 卷第 3 期林艺璇,等:大黄鱼鱼卵磷脂与乳清分离蛋白复合分散液的制备工艺研究图 3均质速度对分散液稳定性的影响Fig.3Effect of homogenization speed on the stability of the dispersions澄清指数与分散液的稳定性呈负相关,澄清指数越高表明体系越不稳定16。当 LYCRPLs 不足与WPI 完全结合时,LYCRPLs-WPI
23、颗粒和单一的WPI 颗粒共同存在于分散液中。导致粒径虽然减小,但是澄清指数上升,分散液稳定性下降17。因此,选 择 制 备 分 散 液 的 最 适 WPI 添 加 量 为1.0%。图 4WPI 添加量对分散液稳定性的影响Fig.4Effect of WPI addition on the stability of the dispersions2.1.5LYCRPLs 添加量如由图 5 可知,随着 LYCRPLs 添加量的增加,分散液粒径逐渐增加,澄清指数逐渐减小。可能是因为更多的 LYCRPLs 和 WPI 结合,分散液中 LYCRPLs-WPI 颗粒的比例提高,导致粒径增大10。同时,LY
24、CRPLs 的双亲 结构,在 阻 碍WPI 之间聚集的同时,赋予分散液更多的亲水基团,可以提高分散液的稳定性18。因此,综合考虑,选择制备分散液的最适 LYCRPLs 添加量为0.50%。澄清指数即为不稳定性指数,能够综合判断分散液的稳定性,澄清指数越接近 0,表示分散液图 5LYCRPLs 添加量对分散液稳定性的影响Fig.5Effect of LYCRPLs addition on the stability of the dispersions越稳定16。粒径是指分散液中颗粒物大小,通常分散液中颗粒物粒径越小,稳定性越高19。因此,单因素试验以澄清指数为主要考察因素,粒径为次要考察因素。
25、结果表明,影响分散液稳定性的因素由大到小为 pH 值、LYCRPLs 添加量、WPI 添加量、均质速度、均质时间。同时,在乳制品实际生产中,牛乳的 pH 值在 7 附近20。考虑到 LYCRPLs-WPI 复合分散液的实际应用,不将pH 值作为响应面优化因素。2.2响应面试验2.2.1响应面试验设计及结果在单因素试验基础上,以分散液的粒径及澄清指数分别作 为响应值 Y1、Y2,选取 均质速度、WPI 添 加 量、LYCRPLs 添 加 量 作 为 自 变 量A、B、C,进行响应面优化试验,设计方案及结果见表 1。利用 Design Expert 10 对表 2 进行分析,拟合得到二次多项回归方
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