羊皮膠原蛋白乳化性與乳化穩定性的研究

高金龍，莎麗娜，格日勒圖

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010018）

羊皮膠原蛋白乳化性與乳化穩定性的研究

高金龍，莎麗娜*，格日勒圖

（內蒙古農業大學食品科學與工程學院，內蒙古呼和浩特010018）

以實驗室自制羊皮膠原蛋白為原料，利用檸檬酸和胃蛋白酶進行膠原蛋白的提取，并研究不同濃度、pH和電解質對膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響。結果表明，所提取的膠原蛋白保持良好的結構，其乳化性隨蛋白濃度增加而增大。在遠離等電點時，有良好的乳化性；接近等電點pH=5時乳化性最差。在較低NaCl濃度范圍內，NaCl的加入對乳化性有促進作用。乳化穩定性的變化較為復雜，有時與乳化性的變化相反，乳化性較差的點表現出了較好的乳化穩定性，反之亦然，建議綜合考慮乳化性和乳化穩定性的變化獲得最佳改性效果。

膠原蛋白，乳化性，乳化穩定性

膠原蛋白是一種具有生物功能的天然蛋白質，廣泛存在于動物組織中，由于具有特殊的結構以及諸多優良特性，使其在食品等領域有著廣闊的應用前景。膠原蛋白資源豐富、口感柔和、味道清淡、易于消化，且含有豐富的氨基酸，在許多食品中被用作功能物質和營養成分［1-5］。乳化性是食品加工中非常重要的性質和質量控制指標。目前國內研究的蛋白乳化劑多是從花生、大豆等植物組織中提取的，對來源于動物組織中的蛋白乳化劑研究相對較少。國內張聯英等研究了魚皮膠原蛋白的乳化性，發現魚皮膠原蛋白乳化性受濃度、pH等因素影響［6］。王碧等研究了水解膠原蛋白的乳化性，發現乳化性隨溶液濃度增加而增大，在酸、堿性溶液中均有較高的乳化性和穩定性［7］。Toledano等研究了改性后的膠原蛋白乳化性，發現在膠原蛋白鏈上接入芳香基團，可以提高膠原蛋白的乳化性［8］。目前有關膠原提取的報道，多是從豬皮、魚皮、魚骨等動物組織中提取的，對從羊皮提取膠原的報道還并不多見。山羊皮作為一種廣泛資源，廉價易得。本文以山羊皮為原料，進行膠原蛋白的提取，并研究了不同濃度、pH和電解質對羊皮膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響，為羊皮資源高效、增值利用以及膠原蛋白在食品領域的應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羊皮I型膠原蛋白 實驗室自制；標準I型膠原蛋白 Sigma公司；5S壓榨花生油 魯花牌。

870型紅外光譜儀 美國Nicolet；CR3i型離心機 法國Electron Corporation；高速勻漿機 寧波新芝生物科技股份有限公司；恒溫水浴鍋 上海雅榮生化設備儀器有限公司。

1.2 乳化性及乳化穩定性的測定方法［9-10］

參考Javier Vioque等人的方法，略作改動。分別用0.05mol/L檸檬酸溶液配制一定濃度（W/V）的膠原蛋白液，并用NaOH與NaHCO3配合，調節溶液pH，定量到10mL，再加入10mL花生油。在高速勻漿機中，以8000r/min的速度均質2min，分成等量兩份，移入10mL離心管中。在1500r/min的速度下，離心5min，根據乳化層高度計算乳化性。乳化性（%）=乳化層高度/總高度×100%

將上述測定完乳化性后的蛋白-色拉油乳濁樣品置于70℃水浴鍋中，加熱40min后，立即用自來水冷卻至室溫，再一次在1500r/min速度下離心5min，測量離心管中上層乳化層保留的高度。乳化穩定性（%）=離心管中乳化層保留高度/離心管中原乳化層高度×100%

按同樣的方法，再配制濃度為1%，pH=7的膠原蛋白液，分別加入不同濃度的NaCl溶液，測定NaCl對乳化性和乳化穩定性的影響。

2 結果與討論

2.1 羊皮膠原蛋白的鑒定

2.1.1 電泳分析結果 圖1是用不同酶量提取的山羊皮膠原SDS電泳圖。由圖可知，所提取的膠原蛋白保持了I型膠原蛋白的基本結構，具有明顯的α、β、γ組分。在相對分子量110kDa附近的兩條帶，分別是I型膠原的α1和α2鏈；在200kDa附近的帶，是I型膠原的β鏈，是α鏈的二聚體；在高于200kDa的地方，是I型膠原的γ鏈，是α鏈的三聚體［11］。圖中α鏈以下的部分沒有多余的電泳帶，說明實驗提取條件溫和，并未將膠原水解成小分子片段［12］。電泳圖表明，利用胃蛋白酶提取的膠原，保持了很好的結構完整性，這與Takeshi Nagai的研究結果是一致的［13］。

圖1 羊皮膠原蛋白SDS電泳圖

圖2 Sigma I型膠原蛋白紅外圖譜

2.1.2 紅外光譜分析結果 圖2、圖3是Sigma I型膠原與所提山羊皮I型膠原蛋白（2%酶量提?。┑募t外光譜圖。從圖中可見，所提取的膠原蛋白與Sigma I型膠原蛋白紅外圖譜基本一致。圖3中3423cm-1附近是酰胺A帶N-H伸縮振動，表明存在氫鍵，說明三股螺旋結構的存在。1658cm-1附近是酰胺I帶C=O伸縮振動，1560cm-1附近是酰胺II帶的N-H彎曲振動，1450～1230cm-1附近的吸收峰表明所提取膠原蛋白三股螺旋結構的完整性［14-15］。紅外圖譜進一步證明，本實驗所提取的膠原蛋白是I型膠原蛋白，且保持良好的結構，為乳化性的測定提供了保證。

圖3 山羊皮中提取的I型膠原蛋白紅外圖譜

2.2 濃度對膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

在pH=7，蛋白濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、1%、2%和3%（W/V）下，考察濃度對乳化性和乳化穩定性的影響，結果見圖4。

圖4 不同濃度對羊皮膠原蛋白乳化性與乳化穩定性的影響

由圖4可以看出，在中性條件下，膠原蛋白乳化性隨濃度增加而增大。在0.2%～0.6%濃度范圍內，其增加幅度越來越快，其后隨著濃度的增加，增大趨勢變緩，最后趨于穩定，在3%濃度時達到最大值。這是由于隨著濃度的增加，膠原蛋白在界面上分級吸附造成的。在較低濃度范圍內，隨著濃度增加，膠原蛋白彼此吸附趨勢越來越大。隨著其濃度進一步增加，吸附層逐漸形成更加緊密的、具有一定厚度和強度的界面膜，而當濃度超過一定值時，即使再增加濃度，結合油的量變化也不明顯，即膜厚度和強度增加幅度減小，乳化性保持穩定。由圖4還可以看出，與乳化性變化趨勢相反，乳化穩定性隨著濃度增加而降低，在濃度0.2%時最大，3%最低。

2.3 pH對膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

在蛋白濃度為0.6%，不同pH下，考察pH對乳化性和乳化穩定性的影響，結果見圖5。

pH對膠原蛋白乳化性和乳化穩定性影響較大。由圖5可以看出，pH從2到5時，乳化性逐漸降低，在5時達到最低。之后隨著pH的增加，乳化性開始增加，在pH=9時乳化性達到最大。這是由于膠原蛋白是十分典型的兩性聚電解質，由于側鏈酸性和堿性等基團的存在，在溶液中，將電離為大分子離子和抗衡離子，使得膠原蛋白所帶凈電荷可以隨環境pH變化而變化，在不同pH條件下，有不同的狀態。溶液pH離等電點越遠，膠原蛋白所帶靜電荷越高，電荷互相排斥，分子分散性好，乳化性就越好。在pH=5時，接近酸法提取的膠原蛋白等電點，膠原蛋白主要以兩性離子狀態存在，此時溶解度最低，乳化性最差，這與王碧等研究pH對水解膠原蛋白乳化性影響的結果類似［7］。由圖5還可以看出，雖然pH在一定條件的變化可以改善膠原蛋白的乳化性，但同時乳化穩定性卻降低，這可能是由于過強的酸堿性對膠原蛋白的結構產生了破壞作用造成的。

圖5 pH對羊皮膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

2.4 電解質對膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

在蛋白濃度1%，pH=7條件下，分別加入不同濃度NaCl溶液，考察電解質對乳化性和乳化穩定性的影響，結果見圖6。

圖6 NaCl對羊皮膠原蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

膠原蛋白乳化性和乳化穩定性均隨NaCl濃度變化而變化。圖6表明，在NaCl濃度較低范圍內（0～0.4mol/L），乳化性隨濃度增加而升高，在0.4mol/L達到最大，之后隨著濃度增加，乳化性又顯著下降，1.0mol/L時達到最低。這是由于NaCl的加入起到兩方面作用：一方面其濃度增加會降低膠原蛋白分子間的斥力，有利于膠原蛋白的溶解，使油滴更容易與膠原蛋白結合，從而提高其乳化性；另一方面，隨著濃度增加，鹽離子將壓縮擴散的雙電層厚度，乳狀液滴表面電位降低，導致乳狀液體系的斥力能壘下降，液滴之間易產生聚集，引起乳化性的的降低。在NaCl濃度較低范圍內，前者起主要作用，隨著濃度增加，后一種作用優勢更為明顯，故膠原蛋白乳化性又隨著NaCl濃度升高而降低。因此，一定范圍內的鹽濃度增加有利于減少蛋白之間排斥力，提高其乳化性；但當濃度超過一定范圍時，蛋白出現凝聚而使其乳化性降低。由圖6還可以看出，乳化穩定性變化較為復雜，在0.2mol/L時最小，之后隨NaCl濃度增大而顯著升高，0.8mol/L后，乳化穩定性趨于穩定。

3 結論

3.1 利用檸檬酸和少量胃蛋白酶提取山羊皮中膠原蛋白，能使其保持良好的空間結構，產品味道柔和、色澤潔白，適合用作食品添加劑。

3.2 膠原蛋白乳化性與其濃度、pH和電解質等因素密切相關。乳化性開始隨蛋白濃度增大而增加，之后增大趨勢變緩，最后趨于穩定。在遠離膠原蛋白等電點時，膠原蛋白表現出良好的乳化性；接近等電點，在pH=5時，乳化性最差。NaCl也影響膠原蛋白的乳化性，在較低NaCl濃度范圍內，NaCl的加入對乳化性有促進作用，而過高的濃度，則使乳化性降低。

3.3 膠原蛋白乳化穩定性的變化較復雜。乳化性較差，乳化穩定性較好，反之亦然。因此，要同時綜合考慮膠原蛋白乳化性與乳化穩定性的變化，來獲得最佳改性效果。

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Study on emulsifying activity and emulsion stability of collagen from goat skin

GAO Jin-long，SHA Li-na*，Gerelt BORJIGIN
（College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China）

The objective was to study the effects of different concentrations，pH and NaCl on emulsifying activity（EA）and emulsion stability（ES）of collagen extracted from goat skin.The results showed that there was a good maintenance of structure for extracted collagen and EA went up with the increase of collagen concentration.The EA was also affected by pH，reaching the minimum on isoelectric point pH=5 and the maximum on pH far away from the isoelectric point.And EA increased with addition of NaCl within lower concentration.The changes of ES was complicated，with opposite trend sometimes in contrast with EA changes.There were higher ES on some points with less EA，and vice versa.Therefore，EA of collagen can be improved under certain conditions，but comprehensive factors such as changes in ES should also be considered to obtain better modified results.

collagen；emulsifying activity；emulsion stability

TS201.2+1

A

1002-0306（2011）01-0065-03

2009-12-21 *通訊聯系人

高金龍（1984-），男，碩士，研究方向：農產品儲藏與加工。

國家自然科學基金（20766003）。