双诱导富硒花生蛋白纳米粒子制备、表征及食品级Pickering乳液的制备

背景介绍

花生蛋白是世界上最重要的食品蛋白之一。在过去的几十年中，由于其良好的营养价值和功能性，甚至潜在的健康影响，它们已经被应用于大量的食品配方中。花生分离蛋白(PPI)是最具商业价值的花生分离蛋白产品。PPI中的球蛋白在PPI的商业生产过程中很容易变性，因此，大多数球蛋白以聚集态形式存在。PPI中的聚集蛋白除了具有不溶性外，还具有良好的表面活性，这表明该蛋白具有发展成为一种有效的Pickering乳液稳定剂的潜力。

本研究中，通过双重诱导法制备PPI纳米粒子，然后对其粒径、形态和润湿性进行表征。随后，对Pickering乳液从液滴大小、稳定性以及微观结构等方面进行表征。

研究方法

从外源硒生物强化花生中提取富硒花生分离蛋白。花生中硒含量为2.8 mg/kg。以脱脂富硒花生粉为原料，采用碱溶酸沉法制备富硒花生分离蛋白。用凯氏定氮法测得PPI蛋白含量为90.2%±0.53%。

PPI纳米颗粒是通过在8% (w/v)的恒定浓度下热处理PPI溶液，然后加入不同浓度的NaCl（0-500 mm）调节离子强度形成的。通过Malvern ZS Nano的粒度分布仪和动态光散射(DLS)技术对新制备的PPI纳米颗粒的粒径分布和Zeta电位进行测定。用原子力显微镜观察富硒花生分离蛋白纳米粒子的形貌。为了检测PPI纳米粒子的浸润性，测定PPI纳米颗粒膜在空气中水接触角。

取不同PPI纳米颗粒浓度（2%，1%，0.5%）的悬浮液与不同油相(0.2，0.4，0.6，0.7)在玻璃瓶中混合，制备Pickering乳液。用显微镜观察制备或储存(7天和40天)的Pickering乳液微观结构。通过比较乳液的分层情况，或监测乳状液储存后(最多40天)的高度变化，评估乳液的稳定性。

图1. 双重诱导法制备富硒花生纳米颗粒及其稳定食品级Pickering乳液原理图

结果与分析

表1显示了通过调节粒子强度产生的静电屏蔽效应对c=8.0 %时加热PPI溶液对纳米粒子粒径的影响。随Na+浓度增加，粒径从178.2增加到260.9 nm。从图2可以看出，富硒花生蛋白纳米粒子的形态大致为球形，随着离子强度从增加，纳米粒子聚集的程度逐渐增加，粒径增大。证实通过增加离子强度导致的静电屏蔽作用增加了富硒花生蛋白粒子的聚集，这些蛋白纳米粒子在制备Pickering乳液后吸附到油水界面可能会因为内部作用力的强弱而发生不同的变化，从而对乳液的性质产生影响。

图3可以观察到，随着C从0.5%增加到2.0%，液滴的d4,3逐渐从124 μm减少到36 μm。对于由Pickering稳定剂稳定的O/W乳液，随着颗粒浓度的增加，乳液尺寸逐渐减小，原因可能是在低富硒花生蛋白纳米颗粒浓度下，能够覆盖油滴表面的可用颗粒较少，并且颗粒数量不足以完全稳定油滴，因此，会形成较大的液滴，并发生渗油。如图4所示，这些Pickering乳液的乳析行为与富硒花生蛋白纳米颗粒浓度高度相关，乳析效果随着纳米颗粒浓度的增加而逐渐改善。从结果中可以合理地得出结论，如果选择适当的纳米颗粒浓度和合适的油相体积分数，富硒花生蛋白纳米颗粒是优良的Pickering乳液稳定剂，可以制备具有极强的抗乳析和聚结效果的Pickering乳液。

表1. Na+对富硒花生蛋白纳米粒子粒径和电位的影响

图2 （a）原子力显微镜（AFM）观察不同Na+浓度下富硒花生蛋白纳米颗粒微观形貌。刻度尺寸为2μmX2μm（A-F分别为Na+0、100、200、300、400、500mM）(b) 富硒花生蛋白纳米颗粒接触角(A-F Na+分别为0、100、200、300、400和500mM)

图3(a) Pickering乳液粒径变化（纳米粒子浓度0.5–2.0%，储存0、7、40天）(b) Pickering乳液微观结构（纳米粒子浓度0.5–2.0%，储存0、7、40天）

图4 (a)由PPI纳米颗粒稳定的Pickering乳液在φ=0.7和c=0.5–2.0%时的乳化指数变化(b) 由PPI纳米颗粒稳定的pickering乳液在c=2.0%和φ=0.2-0.7时的乳化指数变化

结论

本研究中，以富硒花生蛋白为原料，通过加热和盐离子双重诱导法能成功制备出具有较高的表面电荷和浸润性的纳米颗粒，并且能够有效的稳定O/W型Pickering乳液。随着纳米颗粒溶度的增加，Pickering乳液的液滴粒径逐渐降低，且具有较高的抗乳析和聚结稳定性。在固定的颗粒浓度（0.5%）下，油体积分数的增加会形成更大的油滴。另一方面，在较高的颗粒浓度（2%）下，增加油体积分数更有利于形成液滴尺寸更小且具有优异乳化稳定性的乳液。研究结果对开发具有良好乳化性和聚结稳定性的花生蛋白乳剂具有重要意义，将极大地拓展花生蛋白在食品工业中的应用。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X19307490

供稿人：

葛艳争