基于高静水压处理乳清分离蛋白凝胶颗粒稳定的Pickering乳液的表征和对姜黄素的包封

背景介绍

相比于热致凝胶，高静水压（HHP）制备乳清分离蛋白（WPI）凝胶颗粒可以有效减少制备过程中不良气味的产生，此外，因其可以维持良好的凝胶结构，进一步提高了被包封物质的储藏稳定性。姜黄素是一种具有抗癌、消炎、降血糖等多种功能的多酚类生物活性物质，但水溶性低、见光易分解等缺点限制了姜黄素在食品中的应用，因此寻找一种能够有效提高姜黄素溶解能力和稳定性的载体至关重要。目前，利用蛋白质凝胶颗粒稳定Pickering乳液负载姜黄素成为食品加工过程中的一种新兴趋势。

研究方法

本文采用HHP制备WPI凝胶颗粒，探究了pH对颗粒粒径的影响、并对pH 5.0时的颗粒形态进行了扫描电镜观察。制备了WPI凝胶颗粒稳定的Pickering乳液，探究不同pH对乳液乳析指数、粒径大小的影响以及形成凝胶的最适pH。采用激光共聚焦显微镜（CLSM）观察WPI凝胶颗粒和乳液液滴分布情况。

制备颗粒浓度为2.0%（w/w）、油相质量分数为50%乳液，于室温下储存3 h和14 d，观察不同pH条件下WPI凝胶颗粒稳定的Pickering乳液外观，之后在固定乳液pH为5.0的情况下分析颗粒浓度、油相质量分数、离子强度对乳液的液滴大小、乳析指数的影响，并使用光学显微镜对不同条件下的乳液状态进行观察。研究剪切速率和频率对不同类型乳液流变特性的影响。

将姜黄素溶解在菜籽油中作为Pickering乳液的油相，研究不同pH条件下姜黄素的负载效率和光稳定性，并通过体外模拟肠道消化实验对其消化稳定性进行了评估。

结果与分析

1）在高温高压（600 MPa，30 min）处理后WPI溶液完全从液态转变为固态凝胶状态（图1A）。在pH 2.0、3.0、7.0和8.0下观察到稳定的透明颗粒分散体，颗粒分散体系在pH 3.5-6.0下呈半透明和不透明状（图1B）。溶液在pH 4.5-5.0时形成较大颗粒（图1C），这是因为不同pH条件下凝胶颗粒的zeta电位（图1D）不同，而WPI的等电点约为pH 4.5-5.0，较低的电荷量使颗粒之间的排斥作用降低。pH 5.0时扫描电镜观察颗粒微观结构，颗粒呈球形结构，大小为1-2 μm（图1E）。

2）观察不同pH条件下的WPI凝胶颗粒稳定的Pickering乳液外观（图2A），发现在pH为5.0时形成凝胶（图2B）且乳析指数达到最小（图2C）。在不同pH条件下测其液滴大小，pH 2.0-5.0时乳液液滴逐渐增大，pH 5.0-8.0时液滴逐渐减小，其中pH为5.0时液滴达到最大（图2D）。但由于凝胶的形成，样品在储存14天后在pH 5.0下的液滴尺寸无法测量。

3）使用CLSM观察WPI颗粒稳定的Pickering乳液，WPI凝胶颗粒在油水界面上形成了致密的保护层（图3）内含油相。同时，乳液连续相中分布着过剩的WPI颗粒（红色），这进一步说明了该Pickering乳液是由微凝胶颗粒吸附在油滴表面实现了乳液的稳定。

4）光学显微镜观察WPI颗粒稳定的Pickering乳液显微图像发现，随着颗粒浓度增大，乳液液滴逐渐减小（图4A，图4B），而随着离子强度的增加，乳液液滴絮凝和聚结明显增加（图4C）。

5）在所有样品中，Pickering乳液在pH 5.0时对姜黄素的负载率最高（90.3%），而在其他pH条件下负载率都比较低（图5a）。这可能是因为凝胶颗粒在pH 5.0时形成紧密的类固体，它可以将几乎所有的姜黄素保持在油相中。同样，在模拟体外胃肠道消化实验中，pH 5.0时较pH 6.0时姜黄素在乳液中的释放速率更加缓慢（图5b），这是因为此条件下WPI凝胶结构更加致密延缓了姜黄素的释放。将姜黄素溶解在菜籽油中作为Pickering乳液的油相探究其光稳定性，储存240 min后发现pH 6.0时的姜黄素含量保持在53%，pH 5.0时可保持70%，而若单独储存在菜籽油仅能保持7%（图5c）。所以该乳液可以提高姜黄素的光稳定性。

图1 HHP诱导的WPI凝胶（A）；不同酸碱度下制备的WPI凝胶颗粒的外观照片（B）、平均粒径（C）和zeta电位（D）、在pH 5.0下制备的WPI颗粒的扫描电镜（E）

图2 在不同pH（2.0-8.0），恒定颗粒浓度2.0%（w/w），油相质量分数为50%的条件下，由WPI颗粒稳定的Pickering乳液的外观照片（A，B）；乳液乳析指数（C）和液滴尺寸（D）。乳液在室温下储存3小时（A）和14天（B）后拍照并分别测量粒径大小（D）

图3 粒子浓度为2.0%（w/w）和50%的Pickering乳液在pH 5.0时的CLSM图像：油相用尼罗红（蓝色）染色（A），激发光波长488 nm；WPI颗粒用尼罗蓝（红色）染色（B），激发光波长633 nm，图C为图A和图B的组合

图4 在pH 5.0下由WPI颗粒稳定的Pickering乳液的光学显微图像。不同颗粒浓度（0.1-3.0%，w/w）下的乳液光学显微镜图片（A）；不同的油相质量分数（20%-70%）下的乳液光学显微镜图片；不同的离子强度（0-200 mM）下的乳液光学显微镜图片（C）

图5 姜黄素在WPI颗粒稳定的Pickering乳液的负载效率（a）；模拟消化特性对WPI颗粒稳定的Pickering乳液中姜黄素释放的影响（b）；pH5.0和6.0条件下姜黄素溶解在Pickering乳液中和在菜籽油中的光降解曲线（c）

结论

由HHP诱导的WPI凝胶颗粒稳定的Pickering乳液是一种优良的包封剂，可负载并提高姜黄素储藏稳定性，并能够在胃肠道消化条件下持续缓慢地释放负载物，延长作用效果持续时间，该研究将在功能性食品成分非热处理加工过程中有很好的应用。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996920300570?via%3Dihub

供稿人：

李薇