酸沉除镉制备米糠蛋白乳液稳定性的研究

杨滔滔，吴 伟，吴晓娟，林亲录(中南林业科技大学 食品科学与工程学院，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，长沙 410004)

酸沉除镉制备米糠蛋白乳液稳定性的研究

杨滔滔，吴 伟，吴晓娟，林亲录
(中南林业科技大学 食品科学与工程学院，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，长沙 410004)

采用粒径分布、微观结构、Zeta电位和分层系数研究米糠蛋白质量分数和预热处理对盐酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液稳定性的影响。结果表明：当米糠蛋白质量分数为0.5%时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白的乳液稳定性无显著性差异(Pgt;0.05)，并且乳液稳定性均较差；当米糠蛋白质量分数为1.0%和2.0%时，酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的粒径较小，显示出较好的乳液稳定性；4种酸酸沉除镉制备的米糠蛋白经过预热处理之后，乳液粒径减小，乳液稳定性提高，并且乳液稳定性无显著性差异(Pgt;0.05)。

米糠蛋白；酸沉除镉；预热处理；乳液稳定性

米糠是稻谷加工精白米过程中产生的副产物，占稻谷籽粒的6%～8%，我国米糠资源十分丰富，年产量1 000万t以上。米糠营养丰富，含有脂肪14%～24%、蛋白质12%～18%、膳食纤维23%～30%以及多种生理活性物质，是一种极具开发利用价值的可再生资源。目前国内外对于米糠综合利用首先是制备米糠油，制油后的脱脂米糠蛋白质含量为16%～22%，可进一步制备米糠蛋白[1]。近年来我国稻谷镉污染现象较为突出，镉在稻谷中分布不均，主要富集在蛋白质含量较高的米糠层中[2]。因此，米糠蛋白综合利用之前需要进行除镉处理。杨滔滔等[3]利用多羟基有机酸代替传统制备米糠蛋白碱溶酸沉工艺中的盐酸，研究酸沉条件对米糠蛋白镉含量的影响，结果发现采用酒石酸、苹果酸、柠檬酸在pH 3.0条件下酸沉可有效脱除米糠蛋白中的镉，制备的米糠蛋白镉含量小于0.1 mg/kg。

乳液体系在食品工业中应用广泛，牛奶、人造奶油、色拉酱等都是乳液制品。蛋白质具有两亲性质，常被作为乳化剂应用于O/W乳液中。蛋白质乳液是一种不稳定的热力学体系，极易出现蛋白质沉淀和脂肪上浮的现象[4]。目前国内外关于植物蛋白乳液的研究主要集中在大豆蛋白，对米糠蛋白乳液性质的研究较少，仅限于蒸谷米糠蛋白[5]和喷射蒸煮米糠蛋白[6]，酸沉除镉制备的米糠蛋白乳液稳定性的研究还未见报道。本文以酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备的米糠蛋白为原料，以盐酸酸沉除镉制备的米糠蛋白为对照，研究酸沉除镉对米糠蛋白乳液稳定性的影响，为食品工业合理利用除镉米糠蛋白提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

脱脂米糠：湖南金霞九鼎农牧有限公司；金龙鱼大豆油：嘉里粮油(中国)有限公司；氢氧化钠、盐酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、叠氮钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠，均为分析纯。

Sorvall LYNX 6000高速落地离心机：美国Thermo Fisher公司；FD5-4冷冻干燥机：美国GOLD-SIM公司；Five Easy pH计：梅特勒托利多(上海)有限公司；T18 basic 高速乳化均质机：英国IKA公司；XDS-200C双目倒置微生物显微镜：上海蔡康光学仪器有限公司； Mastersizer 2000 激光粒度分布仪、Nano ZS电位分析仪：英国Malvern公司。

1.2 实验方法

1.2.1 米糠蛋白的制备

参考杨滔滔等[3]方法制备酸沉除镉米糠蛋白。取粉碎过60目筛的100 g脱脂米糠与1 000 mL去离子水混合，用2 mol/L氢氧化钠调pH至9.0后在40℃条件下磁力搅拌4 h，4℃条件下8 000 r/min离心20 min，取上清液，分别用盐酸(对照)、酒石酸、苹果酸、柠檬酸调pH至3.0，室温静置2 h后在4℃条件下 8 000 r/min离心15 min，取沉淀水洗3次，分散于去离子水中，用2 mol/L氢氧化钠调pH至7.0，随后透析72 h去除盐类物质，最后冷冻干燥得到盐酸、酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉米糠蛋白，对应的镉含量依次为0.137 4、0.094 9、0.095 3、0.090 2 mg/kg。

1.2.2 米糠蛋白溶液预处理

参考李芳等[7]方法制备米糠蛋白分散液。分别称取一定量的酸沉除镉米糠蛋白，分散于pH 7.0的0.01 mol/L的磷酸缓冲液中，配制成质量分数为0.5%、1.0%、2.0%的溶液，添加0.02%叠氮钠抑制微生物的生长，室温下磁力搅拌2 h，在4℃条件下水化12 h，得到不同质量分数的米糠蛋白溶液。

采用同样的方法制备3组质量分数为1.0%的米糠蛋白溶液，室温下磁力搅拌2 h后密封于带盖瓶中，分别在60、80、95℃条件下热处理20 min，随后采用冰浴迅速降温至4℃，并在4℃条件下水化12 h，得到不同预热处理的米糠蛋白溶液。

1.2.3 米糠蛋白乳液的制备

参考李杨等[8]方法制备米糠蛋白乳液。取20 mL 搅拌均匀的米糠蛋白溶液与5 mL大豆油混合，在高速乳化均质机13 500 r/min乳化2 min后倒入25 mL烧杯中，备用。

1.2.4 米糠蛋白乳液分层系数的测定

采用静置观察法测定米糠蛋白乳液的分层系数。取25 mL制备好的米糠蛋白乳液于比色管中，室温下贮藏24 h后乳液发生分层现象，上相浑浊，下相澄清。分层系数通过下式计算[7]：

分层系数=下相高度/乳液总高度×100%

1.2.5 米糠蛋白乳液粒径及Zeta电位的测定

采用pH 7.0 浓度0.01 mol/L磷酸缓冲液稀释新鲜米糠蛋白乳液10倍，分别采用激光粒度分析仪和电位分析仪测定米糠蛋白乳液的粒径分布和Zeta电位，测定温度25℃。

1.2.6 米糠蛋白乳液微观结构的测定

参考邓忠华[9]方法测定乳液微观结构。采用pH 7.0 浓度0.01 mol/L磷酸缓冲液分别稀释新鲜米糠蛋白乳液和室温静置24 h的米糠蛋白乳液10倍，用滴定管滴1滴在载玻片上，盖上盖玻片，确保盖玻片和载玻片中间没有气泡，调整物镜(×100)，在双目倒置微生物显微镜下观察乳液的形态结构，并以图片的形式记录。

2 结果与分析

2.1 米糠蛋白质量分数对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液稳定性的影响

2.1.1 米糠蛋白质量分数对乳液粒径分布的影响(见图1)

注：a、b、c、d分别代表盐酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备的米糠蛋白。下同。图1 米糠蛋白质量分数对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液粒径分布的影响

从图1可以看出，同种酸酸沉除镉制备的米糠蛋白，随着米糠蛋白质量分数的增加，米糠蛋白乳液粒径分布曲线逐渐向低尺寸方向移动，表明提高蛋白质质量分数可增强米糠蛋白乳液稳定性[10]。

当米糠蛋白质量分数为0.5%时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的粒径分布无显著性差异(Pgt;0.05)，并且4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的稳定性均较差。李芳等[7]在研究大豆蛋白的乳化性质时也发现大豆蛋白质量分数为0.5%时，其乳液稳定性较差。当米糠蛋白质量分数为1.0%和2.0%时，酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的粒径显著小于盐酸酸沉除镉制备米糠蛋白的乳液粒径(Plt;0.05)，表明酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉可有效改善米糠蛋白乳液稳定性。这可能是因为盐酸酸性较强，在长时间酸沉过程中破坏了米糠蛋白空间结构，进而影响其乳液稳定性。杨滔滔等[3]采用分光光度法研究酸沉条件对米糠蛋白乳化性影响时也发现，与盐酸相比，酒石酸、苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备的米糠蛋白乳化性较好。

2.1.2 米糠蛋白质量分数对乳液微观结构的影响(见图2)

图2米糠蛋白质量分数对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液微观结构的影响

从图2可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着米糠蛋白质量分数的增加，米糠蛋白乳液颗粒逐渐减小，这与米糠蛋白乳液粒径分布(见图1)结果一致，但此时米糠蛋白易于发生乳液絮凝现象，这可能是因为当米糠蛋白质量分数增加到一定程度时，乳液液滴的表面电荷不足以克服蛋白质分子间的相互作用，导致乳液絮凝现象增强。邵云[11]研究也发现随着大豆蛋白质量分数的增加，大豆蛋白乳液易发生絮凝。在不同酸酸沉条件下，当米糠蛋白质量分数相同时，酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白的乳液颗粒显著小于盐酸酸沉制备米糠蛋白的乳液颗粒，这与米糠蛋白乳液粒径分布(见图1)结果一致。值得注意的是，将制备的米糠蛋白乳液在室温条件下静置24 h，盐酸和酒石酸酸沉除镉制备米糠蛋白的乳液颗粒显著增大，絮凝现象显著；而苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白的乳液颗粒变化不显著，表明苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的稳定性较好。

2.1.3 米糠蛋白质量分数对乳液Zeta电位的影响(见图3)

图3 米糠蛋白质量分数对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液Zeta电位的影响

从图3可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着米糠蛋白质量分数的增加，米糠蛋白乳液的Zeta电位绝对值逐渐下降。夏宁[6]在研究米糠蛋白乳化性质时，也发现米糠蛋白质量分数从0.5%增加到2.0%，乳液的Zeta电位不断下降。这可能是因为当米糠蛋白质量分数增加时，连续相中的蛋白质含量随之增加，当乳液颗粒表面的电荷不足以克服蛋白质分子间的相互作用时，乳液的絮凝程度就会增强，表面电荷随之减少[12]。当米糠蛋白质量分数相同时，4种酸酸沉除镉制备的米糠蛋白乳液Zeta电位无显著性差异(Pgt;0.05)，表明采用不同酸酸沉除镉对米糠蛋白乳液的表面电荷量无显著影响。

2.1.4 米糠蛋白质量分数对乳液分层系数的影响(见图4)

图4 米糠蛋白质量分数对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液分层系数的影响

从图4可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着米糠蛋白质量分数的增加，米糠蛋白乳液分层系数不断增大，但是乳液上相颗粒变得细密、结构变得紧实，下相浑浊度上升。说明质量分数较高的米糠蛋白乳液上相结构紧实，不易析出脂肪层，下相乳液颗粒还没有完全上浮，如果静置更长时间，其分层系数可能会持续减小，乳液稳定性上升。在不同酸酸沉条件下，当米糠蛋白质量分数为0.5%时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的分层系数大致相当；当米糠蛋白质量分数为1.0%和2.0%时，由酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的分层系数较大，这可能与米糠蛋白乳液粒径大小有关，乳液粒径越小，上相结构越紧实，分层系数也就越大。

2.2 预热处理对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液稳定性的影响

2.2.1 预热处理对乳液粒径分布的影响(见图5)

从图5可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着预热处理温度的上升，米糠蛋白乳液的粒径先减小后增大。李芳等[7]研究预热处理温度(50～90℃)对大豆蛋白乳化性质的影响时，也发现随着预热处理温度的上升，乳液粒径先减小后增大。出现上述现象可能与米糠蛋白加热变性程度有关，当预热处理温度为80℃时，米糠蛋白部分变性，肽链结构部分展开，疏水基团暴露，从而改善米糠蛋白乳化性，使得乳液粒径变小；当预热处理温度为95℃时，米糠蛋白完全变性，完全去折叠的米糠蛋白多肽链发生一定程度的聚集，导致覆盖在乳液界面上的米糠蛋白数量减小，乳液稳定性变差，进而导致乳液粒径增大[13]。在不同酸酸沉条件下，预热处理温度相同时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的粒径没有显著性差异(Pgt;0.05)，这可能是因为预热处理对米糠蛋白空间结构的影响强于酸沉除镉处理，4种酸酸沉除镉制备的米糠蛋白经预热处理后，乳液稳定性差异减小。

图5 预热处理对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液粒径分布的影响

2.2.2 预热处理对乳液微观结构的影响(见图6)

从图6可以看出，在相同酸酸沉条件下，米糠蛋白经过不同预热处理后其乳液颗粒大小及絮凝程度相差不大。与图2中未经预热处理的米糠蛋白乳液(质量分数1.0%)相比，预热处理使得米糠蛋白乳液颗粒显著减小；预热处理的米糠蛋白在室温条件下静置24 h，乳液颗粒大小及絮凝现象没有显著变化，说明预热处理可提高米糠蛋白的乳液稳定性。当预热处理温度相同时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的颗粒大小及絮凝现象均没有显著性差异，表明预热处理可消除不同酸酸沉引起的米糠蛋白乳液稳定性的差异。

图6预热处理对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液微观结构的影响

2.2.3 预热处理对乳液Zeta电位的影响(见图7)

从图7可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着预热处理温度的上升，米糠蛋白乳液的Zeta电位绝对值逐渐减小，这可能是因为米糠蛋白的预热处理导致蛋白质中的带负电基团和带正电基团发生了中和作用，使得米糠蛋白乳液颗粒界面的电荷量减小[11]。当预热处理温度相同时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的Zeta电位没有显著差异(Pgt;0.05)。

图7 预热处理对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液Zeta电位的影响

2.2.4 预热处理对乳液分层系数的影响(见图8)

图8 预热处理对酸沉除镉制备米糠蛋白乳液分层系数的影响

从图8可以看出，在相同酸酸沉条件下，随着预热处理温度的上升，米糠蛋白乳液的分层系数不断增大，这可能与米糠蛋白乳液的Zeta电位有关，随着预热处理温度上升，米糠蛋白乳液体系的Zeta电位绝对值减小，乳液颗粒表面的电荷量减小，导致乳液颗粒之间的排斥力减小，乳液颗粒紧密地结合在一起，迅速上浮，并在上相形成牢固紧密的结构[14-15]。当预热处理温度相同时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的分层系数没有显著性差异(Pgt;0.05)，表明预热处理可消除不同酸酸沉引起的米糠蛋白乳液稳定性的差异。

3 结 论

本文研究了盐酸、酒石酸、苹果酸和柠檬酸酸沉除镉制备的米糠蛋白在不同质量分数和不同预热处理温度下的乳液稳定性。结果表明：当米糠蛋白质量分数为0.5%时，4种酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的稳定性无显著性差异(Pgt;0.05)，并且乳液稳定性均较差；当米糠蛋白质量分数增加到1.0%和2.0%时，酒石酸、苹果酸、柠檬酸酸沉除镉制备米糠蛋白乳液的粒径较小，上相结构较紧实，不易析出脂肪层，具有较好的乳液稳定性；4种酸酸沉除镉制备的米糠蛋白经过预热处理之后，乳液粒径减小，乳液稳定性提高，并且乳液稳定性无显著性差异(Pgt;0.05)。表明预热处理不仅可以改善米糠蛋白乳液稳定性，而且还可消除4种酸酸沉引起米糠蛋白乳液稳定性的差异。

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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

公益性行业(农业)科研专项(201303071)；粮油深加工与品质控制2011湖南省协同创新项目(湘教通[2013]448号)

杨滔滔(1989)，女，硕士研究生，研究方向为粮油加工(E-mail)youngtaotao126@126.com。

吴 伟，副教授，博士(E-mail)foodwuwei@126.com。

油料蛋白

TS229;TQ936.2

A

1003-7969(2017)10-0052-06