明膠對鮰魚卵肽 - 鈣納米粒的形成及熱穩定性的影響

劉燕玲 李宛怡 黃昊 梁東明 麥旖旎

摘 要：以鮰魚卵肽-鈣納米粒為原料，探究明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成及熱穩定性的影響。結果表明，鮰魚卵肽-鈣納米粒分散液在50 ℃加熱的作用下會失穩集聚出現沉淀。在納米粒分散液中加入0.5%、1.0%、1.5%明膠后，納米粒的耐熱性分別提高至60 ℃、70 ℃、80 ℃。明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成具有抑制作用，導致其形成納米粒需要更高的pH和氯化鈣濃度。明膠參與形成的納米粒的耐熱性顯著提高。

關鍵詞：鮰魚卵肽-鈣納米粒;熱穩定性;明膠

Effects of Gelatin on the Formation and Thermal Stability of Gelatin to Channel Catfish Roe Peptide-Calcium Nanoparticles

LIU Yanling1， LI Wanyi1*， HUANG Hao2， LIANG Dongming3， MAI Yini4

（1.Key Laboratory of Environment Change and Resources Use in Beibu Gulf， Ministry of Education， Nanning Normal University， Nanning 530001， China; 2.Nanning Institute of Food and Drug Control， Nanning 530001， China; 3.Nanning Weiyao Supply Chain Managemen Co，. Ltd.， Nanning 530001， China; 4.Technical Center of Nanning Customs District， Nanning 530001， China）

Abstract： Using the stability of channel catfish egg peptide-calcium nanoparticles as raw material， the effect of gelatin on the formation and thermal stability of channel catfish egg peptide-calcium nanoparticles was investigated. The results showed that the channel catfish egg peptide-calcium nanoparticle dispersion would be unstable， lomerated and precipitated when heated at 50℃. After adding 0.5%， 1.0% and 1.5% gelatin to the nanoparticle dispersion， the

heat resistance of the nanoparticles was increased to 60℃， 70℃ and 80℃， respectively. Gelatin has an inhibitory effect on the formation of channel catfish egg peptide-calcium nanoparticles， resulting in the formation of nanoparticles requiring higher pH and calcium chloride concentration. The heat resistance of the nanoparticles formed with the participation of gelatin was significantly improved.

Keywords： peptide-calcium nanoparticles; thermal stability; gelatin

鈣是人體生命活動中最重要的礦物元素之一，它參與人體新陳代謝、細胞的生長繁殖及生物大分子水平活動，因此鈣是人體的生命之本[1]。隨著技術的發展，市面上的補鈣劑越來越多，國家市場監督管理總局公布的數據顯示，補鈣劑高達

1 740種，批準使用的補鈣劑保健品為896個，但無機鈣與有機鈣占市場比例較大。這些補鈣劑生物利用低，對胃腸道的破壞性大。有研究表明第四代補鈣劑納米鈣與前幾代補鈣劑相比具有較多優勢[2-5]，如生物利用率高、鈣量大、對胃腸的應激作用小，熱穩定性好，特別適合一些老人、兒童及孕婦服用[6]。傳統的納米粒制備技術有分解與聚集兩種方法，但這些方法需要精密、復雜的設備，并且損耗大量的能量，在應用上不方便、不經濟，成本較高。近年來，受到生物礦化的啟發，肽被用來作為生物模板在溫和條件下合成鐵、鈣等礦物質納米粒[7-9]。因此生物分子納米鈣有望成為新一代的補鈣劑。在前期研究中，項目組已經探究了肽-鈣納米粒的形成條件[10]，熱穩定性尚未有深入的研究。鯉魚卵肽-鈣納米粒在121.1 ℃的高溫下處理15 min后鈣的保留率顯著下降[7]。牡蠣肽-鋅納米粒在50 ℃的水浴中加熱

15 min后，發現其聚集沉淀，熱穩定較差[11]。因此探究鮰魚卵肽-鈣納米粒的穩定性是十分必要的。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魚卵肽，自制;食用明膠，河南佰榮生物科技有限公司;實驗所用其他試劑均為分析純以上。

1.2 儀器與設備

UV-201型紫外分光光度計，日本島津公司;ME303E/02型電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司;ST3100型實驗室pH計，奧豪斯儀器常州有限公司;HH-4型數顯恒溫水浴鍋，常州普天儀器制造有限公司;電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司;DJ1G型精密增力電動攪拌器，常州市金壇大地自動化儀器廠;ZHSY-50WS型水浴往復恒溫振蕩培養箱，廈門地坤科技有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩定性的影響

稱取一定量的明膠，在60 ℃的水浴鍋加熱溶解，使其初始濃度為1.5%、3.0%、4.5%。預先制備納米粒分散液，準備3份等量的1%魚卵肽溶液以1∶1的體積與15 mmol/L CaCl2混合搖勻，調節pH值為8.0，靜止2 h，在600 nm測定其濁度為初始濁度。然后加入濃度為0%、1.5%、3.0%和4.5%的明膠（其終濃度為0%、0.5%、1.0%和1.5%）溶液混勻靜置

10 min測其濁度。將上述的鮰魚卵肽-鈣納米顆粒-明膠體系在40～100 ℃加熱15 min后冷卻測其濁度，以室溫濁度為標準，研究濁度隨溫度變化的情況。

1.3.2 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成的影響

參照黃海等[11]的方法略有修改，預先配制2.0%、4.0%、6.0%系列濃度明膠溶液，分別與10 mmol/L、

20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L和50 mmol/L系列濃度氯化鈣溶液以1∶1的體積混合均勻，再與1%的鮰魚卵肽溶液以1∶1體積比混合（混合后體系中肽濃度為0.5%，明膠濃度分別為0%、0.5%、1.0%和1.5%，氯化鈣濃度分別為2.5 mmol/L、5.0 mmol/L、7.5 mmol/L、10.0 mmol/L和12.5 mmol/L），每種混合溶液均調節pH至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，靜置2 h后，在600 nm處測定濁度。

1.3.3 加熱對明膠-鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響

選擇上述幾種能形成納米粒的條件（固定鮰魚卵肽濃度為5 g/L，氯化鈣為7.5 mmol/L，pH 為8，分別在不加明膠、加0.5%明膠、1.0%明膠、1.5%明膠;當pH為7，不加明膠、加0.5%明膠、1.0%明膠、1.5%明膠）制備納米粒分散液，并置于40～100 ℃水浴加熱15 min，以未加熱的初始濁度為標準，研究濁度隨溫度變化的情況。

1.3.4 數據處理

所有實驗均做3個平行，運用SPSS統計軟件進行方差分析和LSD檢驗。數據以均數±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩定性影響

明膠可以作為一種食品添加劑添加到食品中，具有良好的增稠、增穩效果。其增稠的機理主要有兩個方面，即膠束被改變與形成新的三維網絡結構[12]。因此明膠也可作為食品添加劑加到鮰魚卵肽-鈣納米粒中。當鮰魚卵肽濃度為5 g/L、氯化鈣為

7.5 mmol/L、pH為8，形成鮰魚卵肽-鈣納米粒后，在加熱條件下觀察0%明膠、0.5%明膠、1.0%明膠和1.5%明膠4種樣液的濁度變化。如表1所示，鮰魚卵肽-鈣納米粒在加熱的作用下會失穩集聚甚至出現沉淀。出現聚集沉淀的原因可能是鮰魚卵肽在加熱的條件下發生了變性，導致其空間結構改變，鈣離子結合能力下降，納米粒失穩。大豆肽-鈣復合物的受熱性能卻能達到80 ℃，一級結構穩定性強，蛋白發生變性的概率小。不加明膠加熱的納米粒在50 ℃以上開始發生沉淀，當加入0.5%、1.0%、1.5%明膠后，納米粒的耐熱性提高至60 ℃、70 ℃、80℃。因此明膠可以提高鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩定性，濃度越高，耐熱性越好，其原因可能是明膠具有增稠增黏的作用，可形成良好的保護膜。

2.2 明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成的影響

明膠可以顯著提高鮰魚卵肽-鈣納米粒熱穩定性的前提是預先制備納米粒，通過實驗驗證明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒形成及熱穩定性的影響。明膠參與鮰魚卵肽鈣-納米粒的形成，如圖1所示。

明膠加入體系中，鮰魚卵肽-鈣納米粒形成條件發生了改變。①從pH變化來講，加入0.5%的明膠，鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成條件為10～12.5 mmol/L

氯化鈣濃度，pH 6～7。納米粒的形成條件向著高pH的方向進行。隨著明膠的加入，鮰魚卵肽的等電點及帶電量發生了改變，且體系的黏稠度增加使分子內摩擦阻力增加，分子流動性下降，需要pH調節反應體系的電荷平衡從而參與納米顆粒的形成與穩定。②從氯化鈣的濃度變化情況來看，加入0.5%的明膠，pH 6～7，10～12.5 mmol/L氯化鈣濃度條件下，從不能形成納米粒到能形成納米粒。納米粒的形成條件向著高濃度氯化鈣的方向進行。加入明膠后，鮰魚卵肽等電點提高至pH 4.0且帶電量增加，肽分子間斥力增強，不利于肽分子的聚集。較高濃度的鈣離子可以起到電荷屏蔽作用，并在其分子之間形成鈣橋，促使其聚集成納米粒。當體系中加入1.0%和1.5%的明膠，鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成條件也出現類似的變化趨勢，且明膠的濃度越高，變化越明顯。明膠是一種增稠劑，可以增加溶液的黏稠度，使分子內摩擦阻力增加，分子流動性下降，阻礙分子間的聚集，因此抑制納米粒的形成，導致其形成條件范圍發生改變。加入明膠后，鮰魚卵肽-鈣納米粒形成需要較高的pH以及鈣離子濃度。

2.3 加熱對明膠參與形成鮰魚卵肽-鈣納米粒的影響

明膠能提高預先制備鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩定性。明膠參與形成鮰魚卵肽-鈣納米粒的熱穩定性是否提高可通過以下實驗進行驗證。如表2所示，當pH為8，鮰魚卵肽-鈣納米粒加熱到50 ℃以上出現沉淀，0.5%、1.0%、1.5%明膠參與形成的納米粒，耐熱性分別達到60 ℃、70 ℃、80 ℃，耐熱性顯著增強了。如表3所示，pH為7，明膠參與形成的納米粒耐熱性增強，分別達到了60 ℃、70 ℃、80 ℃。明膠的增稠、增黏特性有效阻礙了納米粒的集聚，使納米粒的熱穩定性提高，為其產業化發展奠定了基礎。

3 結論

以濁度為評價指標，探究明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成及熱穩定性的影響。鮰魚卵肽-鈣納米粒在50 ℃加熱的作用下會失穩集聚出現沉淀。在納米粒中加入0.5%、1.0%、1.5%明膠后，納米粒的耐熱性提高至60 ℃、70 ℃、80 ℃。明膠對鮰魚卵肽-鈣納米粒的形成具有抑制作用，導致其形成納米粒需要更高的pH和氯化鈣濃度。明膠參與形成的納米粒的耐熱性顯著提高。

參考文獻

[1]王焱，張志文.鈣與人體機能[J].生物學通報，2001，36（6）：14-16.

[2]劉宇杭.林蛙骨肉多肽螯合鈣的制備表征及吸收特性的研究[D].長春：吉林大學，2019.

[3]畢景碩.鹿骨多肽螯合鈣的制備方法與吸收的特性研究[D].長春：吉林大學，2018.

[4]蔣金來，王令充，吳皓，等.鈣制劑研究進展[J].食品工業科技，2012，33（11）：379-382.

[5]聶鑫.口服鈣制劑的評價與合理補鈣[J].安徽醫藥，2006（10）：781-782.

[6]尹美林.補鈣劑羥基磷灰石納米晶體的構建、表征與評價[D].錦州：錦州醫科大學，2018.

[7]GALLOWAY J M，STANILAND S S.Protein and peptide biotemplated metal and metal oxide nanoparticles and their patterning onto surfaces[J].Journal of Materials Chemistry，

2012，22（25）：12423-12434.

[8]黃海，李八方，曾名湧.鈣離子與pH誘導鯉魚卵肽納米顆粒的形成[J].食品工業科技，2016，37（18）：100-105.

[9]WU H，LIU Z，DONG S，et al.Formation of ferric oxyhydroxide nanoparticles mediated by peptides in anchovy （Engraulis japonicus） muscle protein hydrolysate[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2012，61（1）：

219-224.

[10]劉燕玲，黃海，張妹，等.鮰魚卵肽-鈣納米粒的制備及特性[J].食品科技，2020，45（4）：126-132.

[11]黃海，李娜梅，蘇軍勇，等.膠原肽對牡蠣肽-鋅納米粒的形成及穩定性的影響[J].食品科技，2018，43（5）：

308-312.

[12]王穎.腫瘤微環境響應的明膠復合納米微球制備及抗腫瘤研究[D].南京：南京大學，2018.