明胶对鮰鱼卵肽 - 钙纳米粒的形成及热稳定性的影响

刘燕玲 李宛怡 黄昊 梁东明 麦旖旎

摘 要：以鮰鱼卵肽-钙纳米粒为原料，探究明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成及热稳定性的影响。结果表明，鮰鱼卵肽-钙纳米粒分散液在50 ℃加热的作用下会失稳集聚出现沉淀。在纳米粒分散液中加入0.5%、1.0%、1.5%明胶后，纳米粒的耐热性分别提高至60 ℃、70 ℃、80 ℃。明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成具有抑制作用，导致其形成纳米粒需要更高的pH和氯化钙浓度。明胶参与形成的纳米粒的耐热性显著提高。

关键词：鮰鱼卵肽-钙纳米粒;热稳定性;明胶

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

钙是人体生命活动中最重要的矿物元素之一，它参与人体新陈代谢、细胞的生长繁殖及生物大分子水平活動，因此钙是人体的生命之本[1]。随着技术的发展，市面上的补钙剂越来越多，国家市场监督管理总局公布的数据显示，补钙剂高达

1 740种，批准使用的补钙剂保健品为896个，但无机钙与有机钙占市场比例较大。这些补钙剂生物利用低，对胃肠道的破坏性大。有研究表明第四代补钙剂纳米钙与前几代补钙剂相比具有较多优势[2-5]，如生物利用率高、钙量大、对胃肠的应激作用小，热稳定性好，特别适合一些老人、儿童及孕妇服用[6]。传统的纳米粒制备技术有分解与聚集两种方法，但这些方法需要精密、复杂的设备，并且损耗大量的能量，在应用上不方便、不经济，成本较高。近年来，受到生物矿化的启发，肽被用来作为生物模板在温和条件下合成铁、钙等矿物质纳米粒[7-9]。因此生物分子纳米钙有望成为新一代的补钙剂。在前期研究中，项目组已经探究了肽-钙纳米粒的形成条件[10]，热稳定性尚未有深入的研究。鲤鱼卵肽-钙纳米粒在121.1 ℃的高温下处理15 min后钙的保留率显著下降[7]。牡蛎肽-锌纳米粒在50 ℃的水浴中加热

15 min后，发现其聚集沉淀，热稳定较差[11]。因此探究鮰鱼卵肽-钙纳米粒的稳定性是十分必要的。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鱼卵肽，自制;食用明胶，河南佰荣生物科技有限公司;实验所用其他试剂均为分析纯以上。

1.2 仪器与设备

UV-201型紫外分光光度计，日本岛津公司;ME303E/02型电子天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司;ST3100型实验室pH计，奥豪斯仪器常州有限公司;HH-4型数显恒温水浴锅，常州普天仪器制造有限公司;电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司;DJ1G型精密增力电动搅拌器，常州市金坛大地自动化仪器厂;ZHSY-50WS型水浴往复恒温振荡培养箱，厦门地坤科技有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒热稳定性的影响

称取一定量的明胶，在60 ℃的水浴锅加热溶解，使其初始浓度为1.5%、3.0%、4.5%。预先制备纳米粒分散液，准备3份等量的1%鱼卵肽溶液以1∶1的体积与15 mmol/L CaCl2混合摇匀，调节pH值为8.0，静止2 h，在600 nm测定其浊度为初始浊度。然后加入浓度为0%、1.5%、3.0%和4.5%的明胶（其终浓度为0%、0.5%、1.0%和1.5%）溶液混匀静置

10 min测其浊度。将上述的鮰鱼卵肽-钙纳米颗粒-明胶体系在40～100 ℃加热15 min后冷却测其浊度，以室温浊度为标准，研究浊度随温度变化的情况。

1.3.2 明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒形成的影响

参照黄海等[11]的方法略有修改，预先配制2.0%、4.0%、6.0%系列浓度明胶溶液，分别与10 mmol/L、

20 mmol/L、30 mmol/L、40 mmol/L和50 mmol/L系列浓度氯化钙溶液以1∶1的体积混合均匀，再与1%的鮰鱼卵肽溶液以1∶1体积比混合（混合后体系中肽浓度为0.5%，明胶浓度分别为0%、0.5%、1.0%和1.5%，氯化钙浓度分别为2.5 mmol/L、5.0 mmol/L、7.5 mmol/L、10.0 mmol/L和12.5 mmol/L），每种混合溶液均调节pH至4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0和10.0，静置2 h后，在600 nm处测定浊度。

1.3.3 加热对明胶-鮰鱼卵肽-钙纳米粒的影响

选择上述几种能形成纳米粒的条件（固定鮰鱼卵肽浓度为5 g/L，氯化钙为7.5 mmol/L，pH 为8，分别在不加明胶、加0.5%明胶、1.0%明胶、1.5%明胶;当pH为7，不加明胶、加0.5%明胶、1.0%明胶、1.5%明胶）制备纳米粒分散液，并置于40～100 ℃水浴加热15 min，以未加熱的初始浊度为标准，研究浊度随温度变化的情况。

1.3.4 数据处理

所有实验均做3个平行，运用SPSS统计软件进行方差分析和LSD检验。数据以均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒热稳定性影响

明胶可以作为一种食品添加剂添加到食品中，具有良好的增稠、增稳效果。其增稠的机理主要有两个方面，即胶束被改变与形成新的三维网络结构[12]。因此明胶也可作为食品添加剂加到鮰鱼卵肽-钙纳米粒中。当鮰鱼卵肽浓度为5 g/L、氯化钙为

7.5 mmol/L、pH为8，形成鮰鱼卵肽-钙纳米粒后，在加热条件下观察0%明胶、0.5%明胶、1.0%明胶和1.5%明胶4种样液的浊度变化。如表1所示，鮰鱼卵肽-钙纳米粒在加热的作用下会失稳集聚甚至出现沉淀。出现聚集沉淀的原因可能是鮰鱼卵肽在加热的条件下发生了变性，导致其空间结构改变，钙离子结合能力下降，纳米粒失稳。大豆肽-钙复合物的受热性能却能达到80 ℃，一级结构稳定性强，蛋白发生变性的概率小。不加明胶加热的纳米粒在50 ℃以上开始发生沉淀，当加入0.5%、1.0%、1.5%明胶后，纳米粒的耐热性提高至60 ℃、70 ℃、80℃。因此明胶可以提高鮰鱼卵肽-钙纳米粒的热稳定性，浓度越高，耐热性越好，其原因可能是明胶具有增稠增黏的作用，可形成良好的保护膜。

2.2 明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒形成的影响

明胶可以显著提高鮰鱼卵肽-钙纳米粒热稳定性的前提是预先制备纳米粒，通过实验验证明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒形成及热稳定性的影响。明胶参与鮰鱼卵肽钙-纳米粒的形成，如图1所示。

明胶加入体系中，鮰鱼卵肽-钙纳米粒形成条件发生了改变。①从pH变化来讲，加入0.5%的明胶，鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成条件为10～12.5 mmol/L

氯化钙浓度，pH 6～7。纳米粒的形成条件向着高pH的方向进行。随着明胶的加入，鮰鱼卵肽的等电点及带电量发生了改变，且体系的黏稠度增加使分子内摩擦阻力增加，分子流动性下降，需要pH调节反应体系的电荷平衡从而参与纳米颗粒的形成与稳定。②从氯化钙的浓度变化情况来看，加入0.5%的明胶，pH 6～7，10～12.5 mmol/L氯化钙浓度条件下，从不能形成纳米粒到能形成纳米粒。纳米粒的形成条件向着高浓度氯化钙的方向进行。加入明胶后，鮰鱼卵肽等电点提高至pH 4.0且带电量增加，肽分子间斥力增强，不利于肽分子的聚集。较高浓度的钙离子可以起到电荷屏蔽作用，并在其分子之间形成钙桥，促使其聚集成纳米粒。当体系中加入1.0%和1.5%的明胶，鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成条件也出现类似的变化趋势，且明胶的浓度越高，变化越明显。明胶是一种增稠剂，可以增加溶液的黏稠度，使分子内摩擦阻力增加，分子流动性下降，阻碍分子间的聚集，因此抑制纳米粒的形成，导致其形成条件范围发生改变。加入明胶后，鮰鱼卵肽-钙纳米粒形成需要较高的pH以及钙离子浓度。

2.3 加热对明胶参与形成鮰鱼卵肽-钙纳米粒的影响

明胶能提高预先制备鮰鱼卵肽-钙纳米粒的热稳定性。明胶参与形成鮰鱼卵肽-钙纳米粒的热稳定性是否提高可通过以下实验进行验证。如表2所示，当pH为8，鮰鱼卵肽-钙纳米粒加热到50 ℃以上出现沉淀，0.5%、1.0%、1.5%明胶参与形成的纳米粒，耐热性分别达到60 ℃、70 ℃、80 ℃，耐热性显著增强了。如表3所示，pH为7，明胶参与形成的纳米粒耐热性增强，分别达到了60 ℃、70 ℃、80 ℃。明胶的增稠、增黏特性有效阻碍了纳米粒的集聚，使纳米粒的热稳定性提高，为其产业化发展奠定了基础。

3 结论

以浊度为评价指标，探究明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成及热稳定性的影响。鮰鱼卵肽-钙纳米粒在50 ℃加热的作用下会失稳集聚出现沉淀。在纳米粒中加入0.5%、1.0%、1.5%明胶后，纳米粒的耐热性提高至60 ℃、70 ℃、80 ℃。明胶对鮰鱼卵肽-钙纳米粒的形成具有抑制作用，导致其形成纳米粒需要更高的pH和氯化钙浓度。明胶参与形成的纳米粒的耐热性显著提高。

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