包埋花色苷的海藻酸钙-乳清分离蛋白复配凝胶的制备与表征.pdf

食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 1包埋花色苷的海藻酸钙-乳清分离蛋白 复配凝胶的制备与表征宋江流，杨静怡，高彦祥，毛立科*（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）摘 要：以海藻酸钠、乳清分离蛋白（whey protein isolate，WPI）等为原料，采用原位释放法制备包埋花色苷的海藻酸钙-WPI复配凝胶。原料处理方式分别是室温复配海藻酸钙-WPI、仅加热WPI和共热海藻酸钙-WPI。研究结果显示，与对照组海藻酸钙凝胶相比，复配热处理WPI能使凝胶脱水收缩率减弱74.17%，冻融稳定性提升36.37%。此外，复配凝胶的线性黏弹区均大幅延长，而蠕变-回复率有所降低。硬度和黏度方面，各实验组的硬度均有所降低，共热海藻酸钙-WPI组的黏度提升明显，达0.68 mJ。红外光谱以及贮存稳定性结果显示各组可以有效包埋花色苷，其中海藻酸钙-热WPI组25 贮存15 d后的花色苷保留率为85.01%。关键词：海藻酸钠；乳清分离蛋白；花色苷；凝胶Preparation and Characterization of Calcium Alginate-Whey Protein Isolate Composite Gel Embedded with AnthocyaninsSONG Jiangliu,YANG Jingyi,GAO Yanxiang,MAO Like*(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China)Abstract:Calcium alginate-whey protein isolate(CA-WPI)composite gel embedded with anthocyanins was prepared by in-situ release method using sodium alginate and whey protein isolate as raw materials.The raw materials were allocated to three treatments:CA-WPI both at room temperature,room temperature CA-heated WPI,and heated CA-heated WPI.The results showed that compared with the control CA gel,the addition of heated WPI reduced the dehydration shrinkage rate of the gel by 74.17%and increased the freeze-thaw stability by 36.37%.In addition,the linear viscoelastic region of the mixed gels was greatly extended,while the creep recovery rate was decreased.Compared with the control gel,the hardness of the composite gels decreased,the viscosity of the heated CA-heated WPI gel significantly increased to 0.68 mJ.The results of infrared spectroscopy and storage stability showed that the composite gels effectively encapsulated anthocyanins,and 85.01%of the anthocyanins embedded in the heated CA-heated WPI composite gel was retained after 15 days of storage at 25.Keywords:sodium alginate;whey protein isolate;anthocyanins;gelDOI:10.7506/spkx1002-6630-20221103-040中图分类号：TS201.7 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2023）14-0001-07引文格式：宋江流,杨静怡,高彦祥,等.包埋花色苷的海藻酸钙-乳清分离蛋白复配凝胶的制备与表征J.食品科学,2023,44(14):1-7.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221103-040.http:/SONG Jiangliu,YANG Jingyi,GAO Yanxiang,et al.Preparation and characterization of calcium alginate-whey protein isolate composite gel embedded with anthocyaninsJ.Food Science,2023,44(14):1-7.(in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221103-040.http:/收稿日期：2022-11-03基金项目：国家自然科学基金面上项目（31972073）第一作者简介：宋江流（2000）（ORCID:0000-0003-0756-5277），男，硕士研究生，研究方向为功能配料与食品添加剂。E-mail:*通信作者简介：毛立科（1983）（ORCID:0000-0002-1418-5224），男，副教授，博士，研究方向为功能配料与功能食品。E-mail:花青素是一种水溶性色素，属于类黄酮的酚类化合物，自然条件下花青素很少单独存在，一般与一个或 多个糖类物质以糖苷键形式连接形成花色苷。花色苷拥有抗氧化、抗衰老、维护心血管健康、预防慢性疾病等2 2023,Vol.44,No.14 食品科学 食品化学多种保健功能，在食品、医药和美妆领域有很好的应用前景1。花色苷的稳定性易受到pH值、温度、光照和金属离子等因素影响2。常用的提升花色苷稳定性方法包括化学改性、添加辅色剂和凝胶包埋法3，其中凝胶包埋法因为对花色苷结构影响小，并对环境友好，而受到越来越多的关注。海藻酸钠，又称藻酸钠、海草酸钠，主要存在于海藻细胞间质和细胞壁中。海藻酸钠中G单元上的Na可以通过与二价金属阳离子发生置换反应形成水凝胶。海藻酸钠的增稠性和凝胶性，使其在食品制备、药品研发和功能因子包埋等领域应用广泛。仅由海藻酸钠制备的凝胶机械性能差、持水能力弱，其黏弹性受聚合度影响较大，在实际包埋功能因子的应用过程中往往存在钙化膜机械性能差、包埋功率低、贮存过程中易破裂等缺点4。现代科学常采用将海藻酸钠与其他高分子材料复配的方式改善单一海藻酸盐的不足，常用的复配物包括蛋白质、多糖和脂质。倪芳芳5以海藻酸钠和明胶为壁材，制备了包埋植物乳杆菌JYLP-326和姜黄素的水凝胶珠，结果显示，复配包埋能有效提升包埋物的贮存稳定性和热稳定性。Komoto等6使用海藻酸钠和壳聚糖制备了新型聚电解质复合物凝胶，结果显示：复配凝胶展现出更高的弹性模量。乳清分离蛋白（whey protein isolate，WPI）由乳清蛋白经过物理加热，化学离子交换等多种方式处理得到，蛋白质含量不小于90%，主要组分包括-乳球蛋白、-乳白蛋白等7-8。WPI凝胶方式分为热致凝胶和冷凝胶两种：前者通过蛋白在热处理条件下发生去折叠，疏水基团大量聚合而形成三维网状凝胶结构；后者则是在室温下利用酸、盐或酶对蛋白进行诱导形成凝胶体系9。由蛋白质与多糖复配的方式制备凝胶可获得更好的机械性质、持水力、功能因子包埋释放性和结构稳定性10。Jie Yu等11使用黄原胶与大豆分离蛋白制备凝胶，发现复配凝胶可获得高硬度的3D打印食品。目前，关于制备条件对海藻酸钠和WPI复配凝胶各项性质影响的研究还鲜有报道。本实验采用原位释放法制备包埋花色苷的海藻酸钙-WPI复配凝胶，探究原料不同处理方式下海藻酸钙-WPI复配凝胶的性质（如微观结构、流变学特性、质构特性、持水力、冻融稳定性和红外光谱）和对花色苷的保护效果，以改善单一海藻酸盐凝胶的应用效果，为多糖-蛋白复配凝胶的开发提供理论指导。1 材料与方法1.1 材料与试剂海藻酸钠（分析纯）上海麦克林生化科技股份有限公司；WPI 加拿大Agropur公司；蓝莓花色苷（食 品级）广东圣嘉德生物技术公司；葡萄糖酸-内酯（食品级）安琪酵母股份有限公司。1.2 仪器与设备PL602-S电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HWS-24电热恒温水浴锅 北京长风仪器仪表公司；CT3物性分析仪 美国Brookfield公司；SZCL-2数显智能控温磁力搅拌器 上海司乐仪器有限公司；AR-1500ex流变仪 美国TA公司；Spectrum 100型傅里叶变换红外分光光度计 美国Perkin-Elmer公司；S-3000N场发射电子扫描显微镜 日本Hitachi公司；Alpha 1-2 LD plus真空冷冻干燥器 德国Marin Christ公司。1.3 方法1.3.1 样品制备1.3.1.1 包埋花色苷的海藻酸钙凝胶的制备原位释放制备海藻酸盐凝胶的方法参照陈鸿强等12并稍作修改。制备质量分数1%的海藻酸钠溶液，之后加入一定浓度花色苷溶液使其在海藻酸钠溶液中质量分数达到0.2%。随后将混合溶液、质量分数1%碳酸钙悬浮液和新鲜制备的质量分数9%葡萄糖酸-内酯溶液按质量比10 2 1混合，其中碳酸钙悬浮液在加入前需超声2 min。溶液混合后迅速以200 r/min搅拌至完全固化，之后静置凝胶24 h，待性质稳定后进行相关指标测定12，记 为CA组。1.3.1.2 包埋花色苷的海藻酸钙-WPI复配凝胶的制备制备质量分数2%的海藻酸钠溶液和质量分数10%的WPI溶液，其中WPI溶液中还应含有质量分数0.01%的叠氮化钠（防止微生物的生长）。之后以1 1的质量比将两者混合均匀并加入一定浓度花色苷溶液，使花色苷在混合溶液中质量分数达到0.2%，随后将含花色苷的海藻酸钠-WPI混合溶液，质量分数1%碳酸钙悬浮液和新鲜制备的质量分数9%葡萄糖酸-内酯溶液按质量比10 2 1混合，其中碳酸钙悬浮液在加入前需超声2 min。混合溶液以200 r/min搅拌至完全固化，之后静置凝胶24 h，待性质稳定后进行相关指标测定，记为CA-WPI组。1.3.1.3 包埋花色苷的海藻酸钙-热处理WPI复配凝胶的制备制备质量分数2%的海藻酸钠溶液和质量分数10%的WPI溶液，其中WPI溶液中还应含有质量分数0.01%的叠氮化钠（防止微生物的生长）。将制备好的WPI溶液放入4 冰箱中水合过夜，之后取出在85 水浴中加热30 min，然后迅速在冰水中冷却到室温。后续关于原料溶液混合、添加花色苷溶液以及凝结成胶的操作与1.3.1.2节一致，记为CA-热WPI组。1.3.1.4 包埋花色苷的共热海藻酸钙-WPI复配凝胶的制备制备质量分数2%的海藻酸钠溶液和质量分数10%的WPI溶液，其中WPI溶液中还应含有质量分数0.01%的食品化学 食品科学 2023,Vol.44,No.14 3叠氮化钠（防止微生物的生长）。将制备好的WPI溶液放入4 冰箱中水合过夜。之后，以11的质量比将两者混合均匀并在85 水浴中加热30 min，然后迅速在冰水中冷却到室温。再加入一定浓度花色苷溶液使其在混合溶液质量分数达到0.2%，后续关于凝结成胶的操作与1.3.1.2节一致，记为共热CA-WPI组。1.3.2 扫描电子显微镜观察使用场发射扫描电镜，观察1.3.1节制备的4 种凝胶形貌特征。挑取少