成果介紹：噴霧干燥對(duì)骨多肽粉理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)影響
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作者：鄭曉敏
隨著肉類工業(yè)的日益發(fā)展，動(dòng)物骨頭也隨之增加，骨頭是一種營養(yǎng)價(jià)值非常高的肉類加工副產(chǎn)物，含有大量的蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，充分開發(fā)、利用動(dòng)物骨頭收到人們?cè)絹碓蕉嗟闹匾�，尤其是將骨頭制成骨粉，并通過各種方法提高其營養(yǎng)價(jià)值成為了研究熱點(diǎn)。畜禽生鮮骨中蛋白質(zhì)、脂肪含量較高且鈣磷比例合理，世界各國都很重視骨資源的開發(fā)利用。國外對(duì)畜禽副產(chǎn)物鮮骨加工利用已有70年歷史，特別是瑞典、丹麥、日本、美國等發(fā)達(dá)家國對(duì)骨的開發(fā)利用一直比較活躍。繼而美國等歐美國家對(duì)骨中可溶性蛋白進(jìn)行了深入研究，Surowka和Fik對(duì)豬骨等副產(chǎn)物進(jìn)行了研究，另外，國外以畜禽骨骼為原料的酶解研究也有報(bào)道，許多國外學(xué)者對(duì)蛋白質(zhì)酶解工藝進(jìn)行了研究。Jamdar和Liaset等提出蛋白質(zhì)水解后效價(jià)更高，并能進(jìn)一步提高蛋白質(zhì)的功能和營養(yǎng)特性。此外，Linder等還研究出了牛骨蛋白經(jīng)酶解后，與酸、堿水解相比其營養(yǎng)價(jià)值更高，氨基酸沒有被破壞，酶解產(chǎn)物中氨基酸含量非常高，實(shí)現(xiàn)了對(duì)牛骨蛋白最大可能的回收。
噴霧干燥技術(shù)以單一工序代替了傳統(tǒng)上從溶液到粉末需經(jīng)過蒸發(fā)、結(jié)晶、過濾、干燥、粉碎、篩分等的一系列工序，改善了勞動(dòng)條件，而且還提高了產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。而我國對(duì)骨中的蛋白及其它營養(yǎng)成分并未充分利用。因此，研究噴霧干燥對(duì)牛骨蛋白多肽粉理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響具有重要的研究意義和學(xué)術(shù)價(jià)值。
1 材料與方法
1.1試驗(yàn)材料
牛骨：市售；枯草桿菌中性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、木瓜蛋白酶：諾維信生物技術(shù)有限公司；谷胱甘肽：Sigma公司。
1.2儀器與設(shè)備
FW高速萬能粉碎機(jī)、TDL-50B型離心機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；1002型馬弗爐：沈陽市電能儀器廠；LNK-871型凱氏定氮快速自動(dòng)蒸餾器：江蘇省宜興市科教儀器研究所；SD-BASIC實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)：上海順儀實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；Mastersizer2000激光粒度儀：英國馬爾文公司。
1.3試驗(yàn)方法
1.3.1牛骨多肽粉制備的工藝流程
牛鮮骨→分類骨→水浸洗→滅菌（高壓蒸汽滅菌）→高壓提取→提取液→分離→蛋白液→加酶酶解→噴粉→骨多肽粉
1.3.2牛骨多肽粉噴霧干燥參數(shù)設(shè)定
噴霧干燥生產(chǎn)中影響粉體質(zhì)量的工藝參數(shù)有：熱風(fēng)溫度、進(jìn)料速度、霧化壓力、熱風(fēng)量、出口溫度等。試驗(yàn)所用噴霧干燥器采用氣流噴霧方式，干燥介質(zhì)為熱空氣，熱風(fēng)量為固定值( 80 m/h)，最高介質(zhì)溫度200℃，出口溫度為顯示值，非人為控制。噴霧壓力對(duì)于高黏度物料噴霧干燥、干燥產(chǎn)品微膠囊化的包封率影響較大，而牛骨蛋白多肽粉不需微膠囊化處理，因此，噴霧壓力對(duì)其干燥工藝影響相對(duì)較小。參照常用噴霧壓力( 0.2~0.5 MPa)，結(jié)合前期試驗(yàn)，試驗(yàn)固定噴霧壓力為0.4 MPa，進(jìn)料溫度為25℃，選取對(duì)噴霧干燥工藝影響較大熱風(fēng)溫度和進(jìn)料速度作為試驗(yàn)因子。
1.4檢測(cè)方法
1.4.1 牛骨酶解液的抗氧化活性測(cè)定
總抗氧化能力是指在37℃時(shí)，每分鐘每毫升樣品使反應(yīng)體系的吸光度( OD)每增加0.01時(shí)，為一個(gè)總抗氧化能力單位。其測(cè)定采用的總抗氧化能力測(cè)定試劑盒，按說明書中要求進(jìn)行操作。試驗(yàn)制得多肽液與谷胱甘肽液進(jìn)行抗氧化活性測(cè)定并比較。
1.4.2進(jìn)料速度對(duì)骨多肽粉的影響
在進(jìn)風(fēng)溫度為160℃條件下，以進(jìn)料速度為變量，分別為30，40，50，60和70 r/min，對(duì)比噴霧干燥掛壁現(xiàn)象，粉末狀態(tài)，顏色。
1.4.3進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)骨多肽粉的影響
在進(jìn)料速度為40 r/min條件下，以進(jìn)風(fēng)溫度為變量，分別為：110℃．120℃，130℃，140℃，150℃，160℃和170℃，對(duì)比噴霧干燥掛壁現(xiàn)象，粉末狀態(tài)，顏色。
1.4.4牛骨多肽粉水分含量測(cè)定
使用快速水測(cè)定儀，采用直接干燥法進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)GB/T 5009.3-2010。
1.4.5牛骨多肽粉水分活度測(cè)定
稱取4—6 g牛骨多肽粉平鋪在牛骨多肽粉盒中，放在水分活度儀中直接進(jìn)行測(cè)定。
1.4.6牛骨多肽粉溶解度的測(cè)定
牛骨多肽粉溶解性的測(cè)定方法選擇的是考馬斯亮藍(lán)法，通過使用每毫升牛骨多肽粉中存在的可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行表示。
將牛骨多肽粉配制成濃度為1%的溶液，室溫下攪拌30 min，然后在4 000 r/min條件下離心20 min，取上清液1 mL于10 mL具塞試管中，加入100μg/mL考馬斯亮藍(lán)G-250溶液5 mL，漩渦振蕩2 min，以考馬斯亮藍(lán)G250溶液調(diào)零，在595 nm下測(cè)定其吸光度。根據(jù)此吸光度和標(biāo)準(zhǔn)曲線查得相應(yīng)的可溶性蛋白質(zhì)含量。
1.4.7牛骨多肽粉顆粒分布測(cè)定
使用Mastersizer2000激光粒度儀，將1—2 g牛骨蛋白多肽粉散步于去離子水中，顆粒分布均勻時(shí)開始測(cè)定牛骨蛋白多肽粉的粒徑分布。
1.4.8牛骨多肽粉微觀結(jié)構(gòu)觀察
將待測(cè)牛骨多肽粉借助牙簽均勻涂在粘有雙面膠的牛骨多肽粉臺(tái)上，用E-1010( Giko)型離子濺射鍍膜儀進(jìn)行離子濺射噴金，將處理好的牛骨多肽粉放人牛骨多肽粉盒中，分別在300X和500X的放大倍數(shù)下采用S-3400N掃描電鏡觀察牛骨多肽粉的微觀結(jié)構(gòu)。
1.5數(shù)據(jù)處理
采用Origin 8.0軟件與方差分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
2結(jié)果與分析
2.1 噴霧干燥前牛骨酶解液的抗氧化活性測(cè)定
通過預(yù)試驗(yàn)證明兩種被測(cè)溶液質(zhì)量濃度范圍在90～120 mg/mL時(shí)吸光度與總抗氧化能力成良好線性關(guān)系。最佳檢測(cè)濃度范圍內(nèi)測(cè)得的總抗氧化能力結(jié)果見圖1。在溶液質(zhì)量濃度為90—120 mg/mL時(shí)，多肽液的總抗氧化能力稍低于谷胱甘肽，為谷胱甘肽總抗氧化能力的89.36%。
2.2噴霧干燥條件對(duì)牛骨蛋白多肽粉品質(zhì)的影響
在噴霧干燥過程中，干燥器入口的熱風(fēng)溫度、進(jìn)料速度都是可以直接控制和設(shè)定的參數(shù)，唯獨(dú)出口溫度是個(gè)顯示值，它隨其他幾個(gè)參數(shù)的改變而變化。由噴霧干燥的原理可知，被霧化的液滴在進(jìn)口溫度下被瞬間干燥為濕粉，熱作用時(shí)間短，對(duì)于物料的功能性質(zhì)影響小；而后濕粉在旋風(fēng)分離器中沉降，接受至少10 min出口溫度下的干燥處理，此過程中長時(shí)間的高溫作用可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，使產(chǎn)品溶解度降低。所以，出口溫度能更直接的反映物料的受熱情況和熱變性程度。故試驗(yàn)在設(shè)置不同熱風(fēng)溫度和進(jìn)料速度的基礎(chǔ)上，同時(shí)記錄不同條件下的出口溫度，以期有助于噴霧干燥規(guī)律的把握。
2.2.1進(jìn)料速度對(duì)骨多肽粉的影響
固定進(jìn)風(fēng)溫度為160℃條件下，壓縮空氣壓力為0.4 MPa，分別在進(jìn)料速度30，40，50，60和70 r/min下勻速迸料，每次處理牛骨酶解液500 mL，進(jìn)行對(duì)比噴霧干燥后粉末出口溫度，掛壁現(xiàn)象和干燥效果，試驗(yàn)結(jié)果如表l所示。
由表1可知，隨進(jìn)料速度的提高，出口溫度逐漸降低，掛壁現(xiàn)象隨之嚴(yán)重，收集困難，大量粘附在接受瓶中，這是由于進(jìn)料速度增加，出口溫度降低，致使噴霧干燥的黏度增大，使得水分含量增加，水分活度相應(yīng)增加，黏度過大致使牛骨多肽粉不容易溶解，溶解度下降。針對(duì)能耗問題、干燥效果、掛壁現(xiàn)象綜合分析，最終選擇噴霧干燥的進(jìn)料速度為50 r/min。
2.2.2進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)骨多肽粉的影響
選定進(jìn)料速度為40 r/min條件下，壓縮空氣壓力為0.4 MPa，分別在熱風(fēng)溫度110 oC．120 0C．130oC，140℃，150 oc，160℃和170oC下勻速進(jìn)料，每次處理牛骨酶解液500 mL，進(jìn)行對(duì)比噴霧干燥后粉末出口溫度，粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、掛壁現(xiàn)象和干燥效果，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
由表2可知，隨著進(jìn)風(fēng)溫度的升高，出口溫度逐漸升高，當(dāng)溫度為160，170 oC時(shí)，由于溫度過高，有焦糊現(xiàn)象，水分含量、水分活度降低的同時(shí)，溶解度顯著降低。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為140℃—110℃時(shí)，掛壁現(xiàn)象隨之嚴(yán)重，收集困難，大量粘附在接受瓶中，不利于對(duì)骨粉成品的收集。綜合以上原因，噴霧干燥時(shí)的進(jìn)風(fēng)溫度選為150℃時(shí)較為適宜，此時(shí)水分含量相對(duì)較少為2.87%±0.16%，水分活度為0.332±0.14，溶解度為74.350/0±0.14%。
2.3牛骨多肽粉水分含量、水分活度、溶解度指標(biāo)檢測(cè)
進(jìn)料速度為50 r/min，壓縮空氣壓力為0.4 MPa，熱風(fēng)溫度150℃下勻速進(jìn)料，牛骨酶解液500 mL，進(jìn)行噴霧干燥后的牛骨多肽粉進(jìn)行水分含量、水分活度、溶解度指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表3。
由表3可以看出，噴霧干燥制備的牛骨多肽粉水分含量為2.72%±0.13%，噴霧干燥的水分活度0.315±0.19，水分活度相對(duì)較低，水分活度低的牛骨多肽粉更有利于保藏。牛骨多肽粉溶解度測(cè)定是選擇pH 7.5的環(huán)境測(cè)定，由于在此pH環(huán)境下小分子的大小和暴露的可電離的氨基和羧基基團(tuán)，可與水形成較強(qiáng)氫鍵，從而更加易溶于水溶液，噴霧干燥制得的牛
骨多肽粉溶解度為76.250/0±0.15%。原因可能是噴霧干燥采用的是小型試驗(yàn)用的儀器，噴嘴直徑較小，產(chǎn)生的全蛋粉顆粒較小，易結(jié)塊，不易分散，導(dǎo)致溶解度相對(duì)較低。
2.4牛骨多肽粉成品粗蛋白、多肽、氨基酸、肽化率指標(biāo)檢測(cè)
進(jìn)料速度為50 r/min，壓縮空氣壓力為0.4 MPa，熱風(fēng)溫度150℃下勻速進(jìn)料，牛骨酶解液500 mL，檢測(cè)噴霧干燥后的牛骨多肽粉進(jìn)行粗蛋白、多肽、氨基酸和肽化率指標(biāo)，噴霧干燥條件優(yōu)化后制備的牛骨多肽粉的檢測(cè)結(jié)果為總粗蛋白39.50%，多肽14.22%，氨基酸4.42%，肽化率≤68.92%。
2.5牛骨多肽粉顆粒分布測(cè)定
進(jìn)料速度為50 r/min，壓縮空氣壓力為0.4 MPa，熱風(fēng)溫度150℃下勻速進(jìn)料，牛骨酶解液500 mL，噴霧干燥后對(duì)牛骨多肽粉粒徑進(jìn)行分析。
如圖2所示，噴霧干燥優(yōu)化后的牛骨多肽粉的表面平均粒徑D(3，2)為15.754μm，體積平均粒徑D(4，3)為33.499 μm，也就是說顆粒的平均粒徑為33.499 μm，此多肽粉的粒徑分布圖只有一個(gè)波峰出現(xiàn)，說明噴霧干燥條件優(yōu)化后制備的牛骨多肽粉顆粒分布更為均勻。
2.6牛骨多肽粉微觀結(jié)構(gòu)觀察
圖3為噴霧干燥條件優(yōu)化后的牛骨多肽粉在300×、500×放大倍數(shù)下的掃描電鏡觀察，可以看出，噴霧干燥條件優(yōu)化后的牛骨多肽粉顆粒大小適中，分布比較均勻，呈現(xiàn)球狀，顆粒與顆粒之間的孔隙大小適中，整體呈現(xiàn)海綿狀結(jié)構(gòu)，對(duì)水分子的吸收作用力強(qiáng)，在復(fù)水過程中可以最大程度地恢復(fù)顆粒組織結(jié)構(gòu)。
3結(jié)論
試驗(yàn)研究了酶法制備牛骨多肽的抗氧化功能作用。通過總抗氧化能力測(cè)試，與谷胱甘肽的比較發(fā)現(xiàn)，溶液質(zhì)量濃度在90—120 mg/mL時(shí)，該牛骨多肽的總抗氧化能力為谷胱甘肽的89.36%。
在噴粉工藝中進(jìn)料速度和進(jìn)風(fēng)溫度的單因素試驗(yàn)中，確定最佳工藝參數(shù)為：進(jìn)料速度50 r/min，進(jìn)風(fēng)溫度150℃。
成品牛骨多肽水分含量為2.72%±0.13%，水分活度為0.315±0.19，溶解度為76.25%±0.15%，總粗蛋白39.50%，小分子蛋白14.22%，氨基酸4.42%，肽化率≤68.92%，最終得到牛骨蛋白多肽粉黃白色粉末產(chǎn)品。
4摘要
試驗(yàn)以牛骨為主要原料，研制牛骨蛋白多肽粉。通過對(duì)噴霧干燥前牛骨酶解液的抗氧化活性測(cè)定，噴霧干燥時(shí)進(jìn)料速度、進(jìn)風(fēng)溫度測(cè)定，噴霧干燥后牛骨多肽粉水分含量測(cè)定、水分活度測(cè)定、溶解度的測(cè)定和顆粒分布測(cè)定，以及牛骨多肽粉微觀結(jié)構(gòu)觀察，確定噴霧干燥對(duì)牛骨蛋白多肽粉理化性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，噴霧干燥前牛骨酶解液多肽液的總抗氧化能力為谷胱甘肽總抗氧化能力的89.36%，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為1500C,進(jìn)料速度為50 r/min，牛骨多肽粉成品中總粗蛋白為39.50%,小分子蛋白為14.22%,氨基酸為4.42%，肽化率為≤68.92%．水分含量為2.72%±0.13%，水分活度為0.315±0.19,溶解度為76.25%±0.15%，最終得到牛骨蛋白多肽粉黃白色粉末產(chǎn)品。
