楊滔滔，吳 偉，吳曉娟，林親錄(中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004)

酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的研究

楊滔滔，吳 偉，吳曉娟，林親錄
(中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實(shí)驗(yàn)室，長沙 410004)

采用粒徑分布、微觀結(jié)構(gòu)、Zeta電位和分層系數(shù)研究米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和預(yù)熱處理對鹽酸、酒石酸、蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白的乳液穩(wěn)定性無顯著性差異(Pgt;0.05)，并且乳液穩(wěn)定性均較差；當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%和2.0%時(shí)，酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的粒徑較小，顯示出較好的乳液穩(wěn)定性；4種酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白經(jīng)過預(yù)熱處理之后，乳液粒徑減小，乳液穩(wěn)定性提高，并且乳液穩(wěn)定性無顯著性差異(Pgt;0.05)。

米糠蛋白；酸沉除鎘；預(yù)熱處理；乳液穩(wěn)定性

米糠是稻谷加工精白米過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，占稻谷籽粒的6%～8%，我國米糠資源十分豐富，年產(chǎn)量1 000萬t以上。米糠營養(yǎng)豐富，含有脂肪14%～24%、蛋白質(zhì)12%～18%、膳食纖維23%～30%以及多種生理活性物質(zhì)，是一種極具開發(fā)利用價(jià)值的可再生資源。目前國內(nèi)外對于米糠綜合利用首先是制備米糠油，制油后的脫脂米糠蛋白質(zhì)含量為16%～22%，可進(jìn)一步制備米糠蛋白[1]。近年來我國稻谷鎘污染現(xiàn)象較為突出，鎘在稻谷中分布不均，主要富集在蛋白質(zhì)含量較高的米糠層中[2]。因此，米糠蛋白綜合利用之前需要進(jìn)行除鎘處理。楊滔滔等[3]利用多羥基有機(jī)酸代替?zhèn)鹘y(tǒng)制備米糠蛋白堿溶酸沉工藝中的鹽酸，研究酸沉條件對米糠蛋白鎘含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用酒石酸、蘋果酸、檸檬酸在pH 3.0條件下酸沉可有效脫除米糠蛋白中的鎘，制備的米糠蛋白鎘含量小于0.1 mg/kg。

乳液體系在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，牛奶、人造奶油、色拉醬等都是乳液制品。蛋白質(zhì)具有兩親性質(zhì)，常被作為乳化劑應(yīng)用于O/W乳液中。蛋白質(zhì)乳液是一種不穩(wěn)定的熱力學(xué)體系，極易出現(xiàn)蛋白質(zhì)沉淀和脂肪上浮的現(xiàn)象[4]。目前國內(nèi)外關(guān)于植物蛋白乳液的研究主要集中在大豆蛋白，對米糠蛋白乳液性質(zhì)的研究較少，僅限于蒸谷米糠蛋白[5]和噴射蒸煮米糠蛋白[6]，酸沉除鎘制備的米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的研究還未見報(bào)道。本文以酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白為原料，以鹽酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白為對照，研究酸沉除鎘對米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的影響，為食品工業(yè)合理利用除鎘米糠蛋白提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

脫脂米糠：湖南金霞九鼎農(nóng)牧有限公司；金龍魚大豆油：嘉里糧油(中國)有限公司；氫氧化鈉、鹽酸、酒石酸、蘋果酸、檸檬酸、疊氮鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉，均為分析純。

Sorvall LYNX 6000高速落地離心機(jī)：美國Thermo Fisher公司；FD5-4冷凍干燥機(jī)：美國GOLD-SIM公司；Five Easy pH計(jì)：梅特勒托利多(上海)有限公司；T18 basic 高速乳化均質(zhì)機(jī)：英國IKA公司；XDS-200C雙目倒置微生物顯微鏡：上海蔡康光學(xué)儀器有限公司； Mastersizer 2000 激光粒度分布儀、Nano ZS電位分析儀：英國Malvern公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米糠蛋白的制備

參考楊滔滔等[3]方法制備酸沉除鎘米糠蛋白。取粉碎過60目篩的100 g脫脂米糠與1 000 mL去離子水混合，用2 mol/L氫氧化鈉調(diào)pH至9.0后在40℃條件下磁力攪拌4 h，4℃條件下8 000 r/min離心20 min，取上清液，分別用鹽酸(對照)、酒石酸、蘋果酸、檸檬酸調(diào)pH至3.0，室溫靜置2 h后在4℃條件下 8 000 r/min離心15 min，取沉淀水洗3次，分散于去離子水中，用2 mol/L氫氧化鈉調(diào)pH至7.0，隨后透析72 h去除鹽類物質(zhì)，最后冷凍干燥得到鹽酸、酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘米糠蛋白，對應(yīng)的鎘含量依次為0.137 4、0.094 9、0.095 3、0.090 2 mg/kg。

1.2.2 米糠蛋白溶液預(yù)處理

參考李芳等[7]方法制備米糠蛋白分散液。分別稱取一定量的酸沉除鎘米糠蛋白，分散于pH 7.0的0.01 mol/L的磷酸緩沖液中，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、2.0%的溶液，添加0.02%疊氮鈉抑制微生物的生長，室溫下磁力攪拌2 h，在4℃條件下水化12 h，得到不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的米糠蛋白溶液。

采用同樣的方法制備3組質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的米糠蛋白溶液，室溫下磁力攪拌2 h后密封于帶蓋瓶中，分別在60、80、95℃條件下熱處理20 min，隨后采用冰浴迅速降溫至4℃，并在4℃條件下水化12 h，得到不同預(yù)熱處理的米糠蛋白溶液。

1.2.3 米糠蛋白乳液的制備

參考李楊等[8]方法制備米糠蛋白乳液。取20 mL 攪拌均勻的米糠蛋白溶液與5 mL大豆油混合，在高速乳化均質(zhì)機(jī)13 500 r/min乳化2 min后倒入25 mL燒杯中，備用。

1.2.4 米糠蛋白乳液分層系數(shù)的測定

采用靜置觀察法測定米糠蛋白乳液的分層系數(shù)。取25 mL制備好的米糠蛋白乳液于比色管中，室溫下貯藏24 h后乳液發(fā)生分層現(xiàn)象，上相渾濁，下相澄清。分層系數(shù)通過下式計(jì)算[7]：

分層系數(shù)=下相高度/乳液總高度×100%

1.2.5 米糠蛋白乳液粒徑及Zeta電位的測定

采用pH 7.0 濃度0.01 mol/L磷酸緩沖液稀釋新鮮米糠蛋白乳液10倍，分別采用激光粒度分析儀和電位分析儀測定米糠蛋白乳液的粒徑分布和Zeta電位，測定溫度25℃。

1.2.6 米糠蛋白乳液微觀結(jié)構(gòu)的測定

參考鄧忠華[9]方法測定乳液微觀結(jié)構(gòu)。采用pH 7.0 濃度0.01 mol/L磷酸緩沖液分別稀釋新鮮米糠蛋白乳液和室溫靜置24 h的米糠蛋白乳液10倍，用滴定管滴1滴在載玻片上，蓋上蓋玻片，確保蓋玻片和載玻片中間沒有氣泡，調(diào)整物鏡(×100)，在雙目倒置微生物顯微鏡下觀察乳液的形態(tài)結(jié)構(gòu)，并以圖片的形式記錄。

2 結(jié)果與分析

2.1 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的影響

2.1.1 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液粒徑分布的影響(見圖1)

注：a、b、c、d分別代表鹽酸、酒石酸、蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白。下同。圖1 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液粒徑分布的影響

從圖1可以看出，同種酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白，隨著米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，米糠蛋白乳液粒徑分布曲線逐漸向低尺寸方向移動，表明提高蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)可增強(qiáng)米糠蛋白乳液穩(wěn)定性[10]。

當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的粒徑分布無顯著性差異(Pgt;0.05)，并且4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的穩(wěn)定性均較差。李芳等[7]在研究大豆蛋白的乳化性質(zhì)時(shí)也發(fā)現(xiàn)大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，其乳液穩(wěn)定性較差。當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%和2.0%時(shí)，酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的粒徑顯著小于鹽酸酸沉除鎘制備米糠蛋白的乳液粒徑(Plt;0.05)，表明酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘可有效改善米糠蛋白乳液穩(wěn)定性。這可能是因?yàn)辂}酸酸性較強(qiáng)，在長時(shí)間酸沉過程中破壞了米糠蛋白空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其乳液穩(wěn)定性。楊滔滔等[3]采用分光光度法研究酸沉條件對米糠蛋白乳化性影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)，與鹽酸相比，酒石酸、蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白乳化性較好。

2.1.2 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液微觀結(jié)構(gòu)的影響(見圖2)

圖2米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液微觀結(jié)構(gòu)的影響

從圖2可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，米糠蛋白乳液顆粒逐漸減小，這與米糠蛋白乳液粒徑分布(見圖1)結(jié)果一致，但此時(shí)米糠蛋白易于發(fā)生乳液絮凝現(xiàn)象，這可能是因?yàn)楫?dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到一定程度時(shí)，乳液液滴的表面電荷不足以克服蛋白質(zhì)分子間的相互作用，導(dǎo)致乳液絮凝現(xiàn)象增強(qiáng)。邵云[11]研究也發(fā)現(xiàn)隨著大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，大豆蛋白乳液易發(fā)生絮凝。在不同酸酸沉條件下，當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白的乳液顆粒顯著小于鹽酸酸沉制備米糠蛋白的乳液顆粒，這與米糠蛋白乳液粒徑分布(見圖1)結(jié)果一致。值得注意的是，將制備的米糠蛋白乳液在室溫條件下靜置24 h，鹽酸和酒石酸酸沉除鎘制備米糠蛋白的乳液顆粒顯著增大，絮凝現(xiàn)象顯著；而蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白的乳液顆粒變化不顯著，表明蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的穩(wěn)定性較好。

2.1.3 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液Zeta電位的影響(見圖3)

圖3 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液Zeta電位的影響

從圖3可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，米糠蛋白乳液的Zeta電位絕對值逐漸下降。夏寧[6]在研究米糠蛋白乳化性質(zhì)時(shí)，也發(fā)現(xiàn)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%增加到2.0%，乳液的Zeta電位不斷下降。這可能是因?yàn)楫?dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加時(shí)，連續(xù)相中的蛋白質(zhì)含量隨之增加，當(dāng)乳液顆粒表面的電荷不足以克服蛋白質(zhì)分子間的相互作用時(shí)，乳液的絮凝程度就會增強(qiáng)，表面電荷隨之減少[12]。當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白乳液Zeta電位無顯著性差異(Pgt;0.05)，表明采用不同酸酸沉除鎘對米糠蛋白乳液的表面電荷量無顯著影響。

2.1.4 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液分層系數(shù)的影響(見圖4)

圖4 米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液分層系數(shù)的影響

從圖4可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，米糠蛋白乳液分層系數(shù)不斷增大，但是乳液上相顆粒變得細(xì)密、結(jié)構(gòu)變得緊實(shí)，下相渾濁度上升。說明質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的米糠蛋白乳液上相結(jié)構(gòu)緊實(shí)，不易析出脂肪層，下相乳液顆粒還沒有完全上浮，如果靜置更長時(shí)間，其分層系數(shù)可能會持續(xù)減小，乳液穩(wěn)定性上升。在不同酸酸沉條件下，當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的分層系數(shù)大致相當(dāng)；當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%和2.0%時(shí)，由酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的分層系數(shù)較大，這可能與米糠蛋白乳液粒徑大小有關(guān)，乳液粒徑越小，上相結(jié)構(gòu)越緊實(shí)，分層系數(shù)也就越大。

2.2 預(yù)熱處理對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的影響

2.2.1 預(yù)熱處理對乳液粒徑分布的影響(見圖5)

從圖5可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著預(yù)熱處理溫度的上升，米糠蛋白乳液的粒徑先減小后增大。李芳等[7]研究預(yù)熱處理溫度(50～90℃)對大豆蛋白乳化性質(zhì)的影響時(shí)，也發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)熱處理溫度的上升，乳液粒徑先減小后增大。出現(xiàn)上述現(xiàn)象可能與米糠蛋白加熱變性程度有關(guān)，當(dāng)預(yù)熱處理溫度為80℃時(shí)，米糠蛋白部分變性，肽鏈結(jié)構(gòu)部分展開，疏水基團(tuán)暴露，從而改善米糠蛋白乳化性，使得乳液粒徑變?。划?dāng)預(yù)熱處理溫度為95℃時(shí)，米糠蛋白完全變性，完全去折疊的米糠蛋白多肽鏈發(fā)生一定程度的聚集，導(dǎo)致覆蓋在乳液界面上的米糠蛋白數(shù)量減小，乳液穩(wěn)定性變差，進(jìn)而導(dǎo)致乳液粒徑增大[13]。在不同酸酸沉條件下，預(yù)熱處理溫度相同時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的粒徑?jīng)]有顯著性差異(Pgt;0.05)，這可能是因?yàn)轭A(yù)熱處理對米糠蛋白空間結(jié)構(gòu)的影響強(qiáng)于酸沉除鎘處理，4種酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白經(jīng)預(yù)熱處理后，乳液穩(wěn)定性差異減小。

圖5 預(yù)熱處理對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液粒徑分布的影響

2.2.2 預(yù)熱處理對乳液微觀結(jié)構(gòu)的影響(見圖6)

從圖6可以看出，在相同酸酸沉條件下，米糠蛋白經(jīng)過不同預(yù)熱處理后其乳液顆粒大小及絮凝程度相差不大。與圖2中未經(jīng)預(yù)熱處理的米糠蛋白乳液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0%)相比，預(yù)熱處理使得米糠蛋白乳液顆粒顯著減小；預(yù)熱處理的米糠蛋白在室溫條件下靜置24 h，乳液顆粒大小及絮凝現(xiàn)象沒有顯著變化，說明預(yù)熱處理可提高米糠蛋白的乳液穩(wěn)定性。當(dāng)預(yù)熱處理溫度相同時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的顆粒大小及絮凝現(xiàn)象均沒有顯著性差異，表明預(yù)熱處理可消除不同酸酸沉引起的米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的差異。

圖6預(yù)熱處理對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液微觀結(jié)構(gòu)的影響

2.2.3 預(yù)熱處理對乳液Zeta電位的影響(見圖7)

從圖7可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著預(yù)熱處理溫度的上升，米糠蛋白乳液的Zeta電位絕對值逐漸減小，這可能是因?yàn)槊卓返鞍椎念A(yù)熱處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)中的帶負(fù)電基團(tuán)和帶正電基團(tuán)發(fā)生了中和作用，使得米糠蛋白乳液顆粒界面的電荷量減小[11]。當(dāng)預(yù)熱處理溫度相同時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的Zeta電位沒有顯著差異(Pgt;0.05)。

圖7 預(yù)熱處理對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液Zeta電位的影響

2.2.4 預(yù)熱處理對乳液分層系數(shù)的影響(見圖8)

圖8 預(yù)熱處理對酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液分層系數(shù)的影響

從圖8可以看出，在相同酸酸沉條件下，隨著預(yù)熱處理溫度的上升，米糠蛋白乳液的分層系數(shù)不斷增大，這可能與米糠蛋白乳液的Zeta電位有關(guān)，隨著預(yù)熱處理溫度上升，米糠蛋白乳液體系的Zeta電位絕對值減小，乳液顆粒表面的電荷量減小，導(dǎo)致乳液顆粒之間的排斥力減小，乳液顆粒緊密地結(jié)合在一起，迅速上浮，并在上相形成牢固緊密的結(jié)構(gòu)[14-15]。當(dāng)預(yù)熱處理溫度相同時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的分層系數(shù)沒有顯著性差異(Pgt;0.05)，表明預(yù)熱處理可消除不同酸酸沉引起的米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的差異。

3 結(jié) 論

本文研究了鹽酸、酒石酸、蘋果酸和檸檬酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同預(yù)熱處理溫度下的乳液穩(wěn)定性。結(jié)果表明：當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，4種酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的穩(wěn)定性無顯著性差異(Pgt;0.05)，并且乳液穩(wěn)定性均較差；當(dāng)米糠蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到1.0%和2.0%時(shí)，酒石酸、蘋果酸、檸檬酸酸沉除鎘制備米糠蛋白乳液的粒徑較小，上相結(jié)構(gòu)較緊實(shí)，不易析出脂肪層，具有較好的乳液穩(wěn)定性；4種酸酸沉除鎘制備的米糠蛋白經(jīng)過預(yù)熱處理之后，乳液粒徑減小，乳液穩(wěn)定性提高，并且乳液穩(wěn)定性無顯著性差異(Pgt;0.05)。表明預(yù)熱處理不僅可以改善米糠蛋白乳液穩(wěn)定性，而且還可消除4種酸酸沉引起米糠蛋白乳液穩(wěn)定性的差異。

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Emulsionstabilityofricebranproteinremovalofcadmiumbyacid-precipitation

YANG Taotao, WU Wei, WU Xiaojuan, LIN Qinlu
(National Engineering Laboratory for Rice and By-Product Deep Processing, College of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

Effects of protein mass fraction and preheat treatment on the emulsion stability of rice bran proteins removal of cadmium by hydrochloric acid, tartaric acid, malic acid, and citric acid precipitation were investigated using the methods of particle size distribution, micro-structure observation,Zetapotential analysis, and creaming index. The results showed that as rice bran protein mass fraction was 0.5%, there was no significant difference (Pgt;0.05) in the emulsion stability of rice bran proteins removal of cadmium by four kinds of acids precipitation, and the emulsion stability was poor. As rice bran protein mass fractions were 1.0% and 2.0%, the emulsion of rice bran proteins removal of cadmium by tartaric acid, malic acid, and citric acid precipitation had smaller particle size, which exhibited better emulsion stability. Preheat treatment of four kinds of rice bran protein removal of cadmium by acid-precipitation resulted in decrease of emulsion particle size, promotion of emulsion stability, and insignificant difference (Pgt;0.05) of emulsion stability.

rice bran protein; removal of cadmium by acid-precipitation; preheat treatment; emulsion stability

2017-02-02

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303071)；糧油深加工與品質(zhì)控制2011湖南省協(xié)同創(chuàng)新項(xiàng)目(湘教通[2013]448號)

楊滔滔(1989)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)榧Z油加工(E-mail)youngtaotao126@126.com。

吳 偉，副教授，博士(E-mail)foodwuwei@126.com。

油料蛋白

TS229;TQ936.2

A

1003-7969(2017)10-0052-06