黃少林 馮鑫 繆晶 朱俊成 戴宏杰 馬良 張宇昊

摘 要：研究不同噴霧干燥入口溫度（130、160、190 ℃）對大目金槍魚皮明膠乳化特性的影響。通過乳析指數(shù)和乳液微觀結構評價乳化效果，通過表面疏水性和凝膠強度評價不同乳液界面與連續(xù)相的差異，通過明膠分子質(zhì)量分布和紅外光譜初步分析噴霧干燥入口溫度影響明膠乳化特性的機制。結果表明，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，明膠的高分子質(zhì)量亞基被過度破壞，降低了三螺旋結構的完整性，從而導致更多的親水性氨基酸被暴露，進而降低了凝膠強度（851.29～676.65 g）和表面疏水性（218.81～82.96），表面疏水性的降低不利于明膠在油-水界面的吸附及網(wǎng)絡結構的形成，明膠凝膠強度的降低表明乳液連續(xù)相中網(wǎng)絡結構變得松散，最終表現(xiàn)為明膠乳液的液滴粒徑和乳析指數(shù)增大，乳液穩(wěn)定性降低。由此可見，當前研究的噴霧干燥入口溫度（130、160、190 ℃）與乳液穩(wěn)定性呈負相關，利用噴霧干燥制備乳化型魚皮明膠，入口溫度不宜過高，130 ℃時效果更佳。

關鍵詞：大目金槍魚皮;明膠;噴霧干燥;入口溫度;乳化特性

Effect of Spray Drying Inlet Temperature on the Emulsifying Characteristics of Bigeye Tuna Skin Gelatin

HUANG Shaolin1， FENG Xin1， MIU Jing1， ZHU Juncheng1， DAI Hongjie1，2， MA Liang1，2， ZHANG Yuhao1，2，*

（1.National Demonstration Center for Experimental Food Science and Technology Education （Southwest University），

College of Food Science， Southwest University， Chongqing 400715， China; 2.Chongqing Key Laboratory of Speciality Food

Co-Built by Sichuan and Chongqing， Chongqing 400715， China）

Abstract： In this work， we studied the effects of different spray drying inlet temperatures （130， 160 and 190 ℃） on the emulsifying characteristics of bigeye tuna skin gelatin. The emulsifying properties were evaluated by determination of creaming index and emulsion microstructure， and the interface and continuous phase of different emulsions were evaluated by measurement of surface hydrophobicity and gel strength. Furthermore， the mechanism of the influence of spray drying inlet temperature on gelatins emulsifying characteristics was analyzed by molecular mass distribution and Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）. The results showed that the high-molecular-mass subunits of gelatin were excessively damaged and the integrity of the triple helix structure was reduced with increasing inlet temperature of spray drying， which resulted in exposure of more hydrophilic amino acids， thereby reducing the gel strength （851.29–676.65 g） and surface hydrophobicity （218.81–82.96）. The decrease in surface hydrophobicity was not conducive to the adsorption of gelatin at the oil-water interface and the formation of a tight network structure， and the decrease in gel strength indicated that the network structure in the continuous phase of the emulsion become loose， thus resulting in an increase in droplet size and creaming index as well as a decrease in emulsion stability. It can be seen that the spray drying inlet temperature is negatively correlated with the emulsion stability， and the inlet temperature should not be too high for the preparation of emulsified fish skin gelatin by spray drying， preferably at 130 ℃.2972EF2B-7BD2-46CD-9D9B-0BFF3B3E2FF5

Keywords： bigeye tuna skin; gelatin; spray drying; inlet temperature; emulsifying characteristics

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220308-013

中圖分類號：TS251.92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2022）06-0023-06

引文格式：

黃少林， 馮鑫， 繆晶， 等. 噴霧干燥入口溫度對大目金槍魚皮明膠乳化特性的影響[J]. 肉類研究， 2022， 36（6）： 23-28. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220308-013.? ? http：//www.rlyj.net.cn

HUANG Shaolin， FENG Xin， MIU Jing， et al. Effect of spray drying inlet temperature on the emulsifying characteristics of bigeye tuna skin gelatin[J]. Meat Research， 2022， 36（6）： 23-28. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20220308-013.? ? http：//www.rlyj.net.cn

明膠是一種從動物膠原中提取的強親水性蛋白，因其具有來源廣泛、成本低廉、安全無毒以及良好的膠凝性和乳化性等優(yōu)點，被廣泛應用于食品工業(yè)和納米材料等領域[1-2]。傳統(tǒng)明膠干燥主要是采用凝凍后冷風干燥，最后再粉碎的方法，該方法能夠保持更好的凝膠特性，但具有耗時長、成本高等缺點[3]。近年來，熱風干燥和噴霧干燥等因耗時短、效率高等優(yōu)勢逐漸被應用于食品的工業(yè)化生產(chǎn)中[1，4]。眾所周知，明膠由α-鏈、β-鏈、γ-鏈和其他小分子亞基組成，然而，通常情況下，高溫處理會降解膠原亞基組分，從而導致凝膠特性的下降[5]，使得這些干燥技術沒有被應用于明膠的工業(yè)化干燥過程中。

目前，據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織估計，全球每年有漁業(yè)廢棄物約2 000 萬t，占漁業(yè)生產(chǎn)總量的25%[6]。這種魚類加工廢棄物沒有得到合理利用，導致環(huán)境被污染，資源被浪費[6-7]。魚皮明膠是漁業(yè)副產(chǎn)物開發(fā)利用的方向之一，因其亞氨基酸含量較低，導致凝膠強度、膠凝溫度和融化溫度等凝膠特性較低，極大限制了魚皮明膠的應用[8]。近年來，Pickering乳液研究逐步成為熱點，為魚皮明膠的應用提供了新途徑[9]。研究表明，魚皮明膠可以用于制備穩(wěn)定的乳液，尤其是高內(nèi)相乳液（high internal phase emulsions，HIPEs）[10-11]，其不僅參與油-水界面膜的形成，還在連續(xù)相中形成致密的三維網(wǎng)絡結構，進而維持乳液的穩(wěn)定[4，12-14]。在魚皮明膠乳化性調(diào)控方面，本課題組研究了冷凍溫度對微波-凍融耦合法提取明膠乳化特性的影響。在較低的冷凍溫度（-80 ℃）下，明膠的三螺旋結構被破壞，導致更多的親水性氨基酸被暴露，表面疏水性降低，不利于明膠在油-水界面的吸附，表現(xiàn)出較差的界面特性和乳化特性[14]。此外，課題組以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（transglutaminase，TGase）為交聯(lián)劑制備了魚皮明膠微凝膠，并用于穩(wěn)定食品級HIPEs。TGase交聯(lián)增強了乳液中的凝膠網(wǎng)絡結構，使得HIPEs具有優(yōu)異的貯藏穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，同時在3D打印中顯示出優(yōu)異的打印性能[11]。綜上，魚皮明膠可以將乳化型明膠作為開發(fā)方向，從而拓寬其應用途徑。

本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，噴霧干燥技術可降低大目金槍魚皮明膠的氧化和降解[1]。此外，相比于熱風干燥和冷凍干燥，噴霧干燥獲得的明膠具有較好的兩親性，可明顯降低界面張力，促進明膠的吸附，進而維持乳液的穩(wěn)定[12]。然而，目前關于噴霧干燥入口溫度對大目金槍魚皮明膠乳化特性的影響鮮有報道。因此，本研究以大目金槍魚皮為原料提取明膠，初步分析不同噴霧干燥入口溫度（130、160、190℃）對魚皮明膠乳化特性的影響，以期為乳化型魚皮明膠的生產(chǎn)制備和工業(yè)化應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大目金槍魚皮 山東省中魯遠洋（煙臺）食品有限公司;十二烷基苯磺酸鈉（sodium dodecyl benzene sulfonate，SDBS，分析純）、溴化鉀（光譜純） 成都

科龍化學試劑廠;雙對氯苯基三氯乙烷（分析純）、三羥甲基氨基甲烷（Tris，優(yōu)級純）、考馬斯亮藍R-250（優(yōu)級純）、四甲基乙二胺（分析純） 美國Bio Basic公司;丙烯酰胺（質(zhì)量分數(shù)30%，優(yōu)級純） 北京索萊寶科技有限公司;標準蛋白（分子質(zhì)量10～200 kDa）? ?加拿大Fermentas公司。

1.2 儀器與設備

JA3003B電子天平 上海精天電子儀器有限公司;Heraeus Multifuge X3R臺式高速冷凍離心機 美國賽默飛世爾科技公司;MAS-II plus微波合成萃取反應工作站上海新儀微波化學科技有限公司;KQ-100B超聲波清洗器昆山超聲儀器有限公司;YC-510噴霧干燥器 上海亞誠儀器設備有限公司;T18高速分散器 美國IKA公司;TA.XT 2i物性測定儀 英國Stable Micro Systems公司;F-4500熒光分光光度計 日本日立公司;Spectrun 100紅外光譜儀 美國Perkin Elmer公司;BX53光學顯微鏡? ?日本Olympus公司。2972EF2B-7BD2-46CD-9D9B-0BFF3B3E2FF5

1.3 方法

1.3.1 魚皮樣品的制備

參考課題組之前的方法[1，15]，將魚皮脫脂、除雜蛋白備用。魚皮在室溫解凍，去除魚鱗、魚肉并清洗干凈，切成4 mm×4 mm小塊，按料液比1∶2（m/V）加入0.75 g/100 mL的SDBS進行超聲（25 ℃、120 W、2 h）脫脂，每1 h更換一次脫脂液。脫脂完成后，多次清洗魚皮并瀝干，按料液比1∶5（m/V）加入1 g/100 mL NaCl溶液，磁力攪拌6 h，每2 h更換一次NaCl溶液。除雜蛋白結束后，用去離子水將魚皮洗滌干凈并瀝干，用聚乙烯袋分裝（25 g/袋），于-20 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 明膠的提取和噴霧干燥

參考課題組之前的方法提取明膠[1，15]。具體步驟如下：1）微波預處理：將1 袋魚皮（25 g）和150 mL去離子水混合后微波預處理15 min（75 ℃、350 W、270 r/min）;2）魚皮凍融：將預處理后的魚皮濾出，用液氮快速冷凍，濾液放入30 ℃水浴鍋備用，冷凍結束的魚皮放入濾液中攪拌解凍;3）微波輔助提?。簩⒔鈨鼋Y束的魚皮和濾液轉(zhuǎn)移到四頸燒瓶中，并按體積比50∶1加入6 g/100 mL硅藻土溶液，微波加熱提取1 h（55 ℃、350 W、270 r/min）;4）過濾、烘干：微波提取結束后，濾除魚皮，濾液過中速濾紙抽濾后，用噴霧干燥機進行干燥。調(diào)整噴霧干燥機蠕動泵速率為10 r/min，入口溫度分別為130、160、190 ℃，出口溫度為100 ℃。

1.3.3 乳化性測定

1.3.3.1 乳液的制備

參考Feng Xin等[4]的方法制備乳液。在60 ℃水浴下配制不同質(zhì)量濃度的明膠溶液（0.25～1.00 g/100 mL），然后將3 mL明膠溶液加入10 mL離心管中，再加入3 mL大豆油，用均質(zhì)機在15 000 r/min下將混合物均質(zhì)化1 min以獲得乳液。

1.3.3.2 乳析指數(shù)測定

乳液制備完成后，立即測定乳液透明層高度和乳液總高度，參考Zhang Huan等[16]的方法，乳析指數(shù)按下式計算。

1.3.3.3 光學顯微鏡測定

將10 μL乳液滴在載玻片上，然后蓋上蓋玻片，放置在載物臺上。使用安裝在計算機上的帶有cellSens軟件的數(shù)碼相機獲取乳液的顯微照片。每個樣品隨機選取5 張圖片記錄所有液滴尺寸，使用Nano Measure軟件計算乳液液滴的平均尺寸。

1.3.4 表面疏水性測定

采用ANS熒光探針法進行表面疏水性指數(shù)（H0）的測定[17-18]。激發(fā)波長為390 nm，發(fā)射波長為470 nm，縫隙寬度為5 nm。以熒光強度對明膠的質(zhì)量濃度作線性擬合，以擬合曲線的斜率表示明膠的H0[4]。

1.3.5 分子質(zhì)量分布測定

參考Chen Liqing等[19]的方法，通過十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定樣品的分子質(zhì)量分布。

1.3.6 凝膠強度測定

參考GB 6783—2013《食品安全國家標準 食品添加劑 明膠》[20]測定明膠的凝膠強度。

1.3.7 傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）測定

使用紅外光譜儀在4 000～600 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)以4 cm-1的分辨率掃描32 次[18]，使用Peak Fit v 4.0軟件進行圖譜的基線校正和分析。用Spectrum和Origin 8.0軟件去卷積，計算AⅢ/A1 450 cm-1，其中AⅢ為酰胺Ⅲ帶的吸光度，A1 450 cm-1為在1 450 cm-1處的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每個實驗至少重復3 次，所得數(shù)據(jù)以平均值±標準差表示。使用SPSS Statistics 17.0和Origin 8.0軟件進行顯著性分析和作圖。P<0.05被認為數(shù)據(jù)間差異具有統(tǒng)計學意義。所有測量均在25 ℃下進行。

2 結果與分析

2.1 不同噴霧干燥入口溫度對明膠乳化性的影響

小寫字母不同，表示同一溫度下組間差異顯著;大寫字母不同，表示同一明膠質(zhì)量濃度下組間差異顯著（P<0.05）。圖2同。

由圖1可知，所有明膠均可以形成穩(wěn)定的乳液，部分有水層產(chǎn)生，表明乳液在持水力方面存在差異[21-22]。隨著噴霧干燥入口溫度的升高（130～190 ℃），乳析指數(shù)逐漸增大（7.14%～33.93%），表明乳液的保水性逐漸下降，這可能與連續(xù)相中網(wǎng)絡形成情況有關。通常情況下，連續(xù)相網(wǎng)絡結構越致密，乳液保水性和穩(wěn)定性越好[17，21]。

此外，隨著明膠質(zhì)量濃度（0.25～1.00 g/100 mL）的增加，乳析指數(shù)逐漸降低，歸因于明膠質(zhì)量濃度的增加使得更多的明膠分子參與油-水界面和致密三維網(wǎng)絡結構的形成，進而提高乳液的持水力和穩(wěn)定性[17，23]。

2.2 不同噴霧干燥入口溫度對明膠乳液微觀結構的影響

由圖2A可知，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，乳液中的大液滴數(shù)量明顯增加，導致液滴呈現(xiàn)不均勻的狀態(tài)。為清楚表明液滴尺寸的變化，采用Nano Measure軟件計算乳液液滴的平均粒徑，由圖2B可知，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，乳液液滴粒徑從60.53 μm增加到85.17 μm，表明明膠在油-水界面的吸附能力可能降低，使得乳液更容易發(fā)生絮凝和聚集[17]。此外，隨著明膠質(zhì)量濃度的增大，乳液液滴逐漸均勻，液滴粒徑逐漸減小，乳液穩(wěn)定性提高，這是由于更多的明膠分子參與了界面吸附和連續(xù)相三維網(wǎng)絡結構的形成[17，23]。

2.3 不同噴霧干燥入口溫度對明膠表面疏水性的影響2972EF2B-7BD2-46CD-9D9B-0BFF3B3E2FF5

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。圖4同。

由圖3可知，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，明膠的H0顯著降低，這表明更多的親水性氨基酸暴露[24-25]。通常，蛋白質(zhì)的表面疏水性取決于疏水性氨基酸（即亮氨酸和纈氨酸等）在蛋白表面暴露區(qū)域的占比。然而，這些疏水性氨基酸在明膠中的含量都非常低。已有研究表明，明膠內(nèi)部三螺旋結構區(qū)域含有大量重復序列

（Gly-X-Y）n，其中X通常代表脯氨酸，Y代表4-羥脯氨酸，甘氨酸位于三螺旋內(nèi)部的交界處[26]，其中脯氨酸和羥脯氨酸均為親水性氨基酸。因此，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，明膠的三螺旋結構逐漸被破壞，可能造成更多的親水性氨基酸暴露，進而降低明膠的表面疏水性[17]，不利于明膠的界面吸附，進而降低明膠的乳化性。

2.4 不同噴霧干燥入口溫度對明膠分子質(zhì)量分布和凝膠強度的影響

由圖4A可知，所有明膠樣品均含有α條帶（α1和α2）、β條帶和γ條帶。隨著噴霧干燥入口溫度的升高，α條帶、β條帶和γ條帶的顏色均逐漸變淺，可能是較高的溫度導致了明膠分子的降解[24]，這可能是明膠分子內(nèi)部親水性氨基酸暴露的主要原因。由圖4B可知，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，明膠的凝膠強度逐漸減小（851.29～676.65 g），這與電泳結果一致。明膠凝膠強度的降低不利于明膠在連續(xù)相中形成致密的網(wǎng)絡結構，進而降低了明膠基乳液的穩(wěn)定性[1]。

2.5 不同噴霧干燥入口溫度明膠的FTIR圖譜

明膠在3 400 cm-1處的峰歸因于酰胺A帶的N-H拉伸，1 634 cm-1處的峰被指定為酰胺Ⅰ帶，其由明膠的C=O伸縮振動、C-N拉伸或N-H彎曲引起[1，27]。由圖5可知，隨著噴霧干燥入口溫度的升高（130～190 ℃），明膠酰胺A帶的峰位置由3 284 cm-1移動到3 287 cm-1，表明參與氫鍵形成的N-H基團數(shù)逐漸減少，這可能不利于凝膠形成過程中三螺旋結構的形成[28-29]，從而引起明膠的凝膠強度降低。同時，明膠的酰胺Ⅰ帶峰位置由1 635 cm-1移動到1 639 cm-1，表明溫度升高破壞了明膠的分子構象[30]。此外，AⅢ/A1 450 cm-1與保持三螺旋結構的完整性有關。當AⅢ/A1 450 cm-1<1時，表明三螺旋結構損壞，

AⅢ/A1 450 cm-1越小，表明損壞程度越大;當AⅢ/A1 450 cm-1≥1時，表明三螺旋結構完整[31]。由計算可得，隨著噴霧干燥入口溫度的升高，AⅢ/A1 450 cm-1逐漸降低，表明明膠的三螺旋結構逐漸被破壞，這不利于致密凝膠網(wǎng)絡的形成，從而影響乳液連續(xù)相的穩(wěn)定性[12];此外，三螺旋結構的破壞造成三螺旋區(qū)域親水性氨基酸暴露，降低了明膠的兩親性，從而降低了魚皮明膠界面穩(wěn)定性[14]。

3 結 論

本研究主要分析不同噴霧干燥入口溫度（130、160、190℃）對大目金槍魚皮明膠乳化特性的影響。隨著噴霧干燥入口溫度的升高，明膠的亞基組分被降解，三螺旋結構被破壞，這可能更有利于親水性氨基酸的暴露，進而降低明膠的凝膠特性和表面疏水性，不利于明膠在油-水界面的吸附以及三維網(wǎng)絡結構的形成，乳液穩(wěn)定性降低。此外，隨著明膠質(zhì)量濃度的增加，更多的明膠分子參與油-水界面和三維網(wǎng)絡結構的形成，使得乳液的液滴粒徑和乳析指數(shù)減小，穩(wěn)定性提高。在后續(xù)的研究中，將進一步研究不同噴霧干燥工藝參數(shù)對明膠結構和穩(wěn)定乳液界面特性的影響，解析相關構效關系和調(diào)控機制，以期為乳化型魚皮明膠的生產(chǎn)制備和工業(yè)化應用提供理論依據(jù)。

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收稿日期：2022-03-08

基金項目：國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（202110635103）;重慶市技術創(chuàng)新與應用發(fā)展專項重點項目（cstc2021jscx-cylhX0014）;

“十四五”國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD21001005）;國家自然科學基金面上項目（31972102）;

國家自然科學基金青年科學基金項目（31901683）

第一作者簡介：黃少林（2001—）（ORCID： 0000-0001-5578-5595），女，本科生，研究方向為食品科學與工程。

E-mail： hsl20010916@163.com

*通信作者簡介：張宇昊（1978—）（ORCID： 0000-0001-6179-7904），男，教授，博士，研究方向為蛋白和生物活性肽。

E-mail： zhy1203@163.com2972EF2B-7BD2-46CD-9D9B-0BFF3B3E2FF5