成果介绍：喷雾干燥对骨多肽粉理化性质及微观结构影响

作者：郑晓敏

    随着肉类工业的日益发展，动物骨头也随之增加，骨头是一种营养价值非常高的肉类加工副产物，含有大量的蛋白质、脂肪、矿物质等营养成分，充分开发、利用动物骨头收到人们越来越多的重视，尤其是将骨头制成骨粉，并通过各种方法提高其营养价值成为了研究热点。畜禽生鲜骨中蛋白质、脂肪含量较高且钙磷比例合理，世界各国都很重视骨资源的开发利用。国外对畜禽副产物鲜骨加工利用已有70年历史，特别是瑞典、丹麦、日本、美国等发达家国对骨的开发利用一直比较活跃。继而美国等欧美国家对骨中可溶性蛋白进行了深入研究，Surowka和Fik对猪骨等副产物进行了研究，另外，国外以畜禽骨骼为原料的酶解研究也有报道，许多国外学者对蛋白质酶解工艺进行了研究。Jamdar和Liaset等提出蛋白质水解后效价更高，并能进一步提高蛋白质的功能和营养特性。此外，Linder等还研究出了牛骨蛋白经酶解后，与酸、碱水解相比其营养价值更高，氨基酸没有被破坏，酶解产物中氨基酸含量非常高，实现了对牛骨蛋白最大可能的回收。

    喷雾干燥技术以单一工序代替了传统上从溶液到粉末需经过蒸发、结晶、过滤、干燥、粉碎、筛分等的一系列工序，改善了劳动条件，而且还提高了产品的产量和质量。而我国对骨中的蛋白及其它营养成分并未充分利用。因此，研究喷雾干燥对牛骨蛋白多肽粉理化性质及微观结构的影响具有重要的研究意义和学术价值。

1  材料与方法

1.1试验材料

牛骨：市售；枯草杆菌中性蛋白酶、风味蛋白酶、木瓜蛋白酶：诺维信生物技术有限公司；谷胱甘肽：Sigma公司。

1.2仪器与设备

    FW高速万能粉碎机、TDL-50B型离心机：天津市泰斯特仪器有限公司；1002型马弗炉：沈阳市电能仪器厂；LNK-871型凯氏定氮快速自动蒸馏器：江苏省宜兴市科教仪器研究所；SD-BASIC实验型喷雾干燥机：上海顺仪实验设备有限公司；Mastersizer2000激光粒度仪：英国马尔文公司。

1.3试验方法

1.3.1牛骨多肽粉制备的工艺流程

    牛鲜骨→分类骨→水浸洗→灭菌（高压蒸汽灭菌）→高压提取→提取液→分离→蛋白液→加酶酶解→喷粉→骨多肽粉

1.3.2牛骨多肽粉喷雾干燥参数设定

    喷雾干燥生产中影响粉体质量的工艺参数有：热风温度、进料速度、雾化压力、热风量、出口温度等。试验所用喷雾干燥器采用气流喷雾方式，干燥介质为热空气，热风量为固定值( 80 m/h)，最高介质温度200℃，出口温度为显示值，非人为控制。喷雾压力对于高黏度物料喷雾干燥、干燥产品微胶囊化的包封率影响较大，而牛骨蛋白多肽粉不需微胶囊化处理，因此，喷雾压力对其干燥工艺影响相对较小。参照常用喷雾压力( 0.2~0.5 MPa)，结合前期试验，试验固定喷雾压力为0.4 MPa，进料温度为25℃，选取对喷雾干燥工艺影响较大热风温度和进料速度作为试验因子。

1.4检测方法

1.4.1  牛骨酶解液的抗氧化活性测定

    总抗氧化能力是指在37℃时，每分钟每毫升样品使反应体系的吸光度( OD)每增加0.01时，为一个总抗氧化能力单位。其测定采用的总抗氧化能力测定试剂盒，按说明书中要求进行操作。试验制得多肽液与谷胱甘肽液进行抗氧化活性测定并比较。

1.4.2进料速度对骨多肽粉的影响

    在进风温度为160℃条件下，以进料速度为变量，分别为30，40，50，60和70 r/min，对比喷雾干燥挂壁现象，粉末状态，颜色。

1.4.3进风温度对骨多肽粉的影响

    在进料速度为40 r/min条件下，以进风温度为变量，分别为：110℃．120℃，130℃，140℃，150℃，160℃和170℃，对比喷雾干燥挂壁现象，粉末状态，颜色。

1.4.4牛骨多肽粉水分含量测定

  使用快速水测定仪，采用直接干燥法进行测定，根据GB/T 5009.3-2010。

1.4.5牛骨多肽粉水分活度测定

    称取4—6 g牛骨多肽粉平铺在牛骨多肽粉盒中，放在水分活度仪中直接进行测定。

1.4.6牛骨多肽粉溶解度的测定

    牛骨多肽粉溶解性的测定方法选择的是考马斯亮蓝法，通过使用每毫升牛骨多肽粉中存在的可溶性蛋白质含量进行表示。

    将牛骨多肽粉配制成浓度为1%的溶液，室温下搅拌30 min，然后在4 000 r/min条件下离心20 min，取上清液1 mL于10 mL具塞试管中，加入100μg/mL考马斯亮蓝G-250溶液5 mL，漩涡振荡2 min，以考马斯亮蓝G250溶液调零，在595 nm下测定其吸光度。根据此吸光度和标准曲线查得相应的可溶性蛋白质含量。

1.4.7牛骨多肽粉颗粒分布测定

    使用Mastersizer2000激光粒度仪，将1—2 g牛骨蛋白多肽粉散步于去离子水中，颗粒分布均匀时开始测定牛骨蛋白多肽粉的粒径分布。

1.4.8牛骨多肽粉微观结构观察

    将待测牛骨多肽粉借助牙签均匀涂在粘有双面胶的牛骨多肽粉台上，用E-1010( Giko)型离子溅射镀膜仪进行离子溅射喷金，将处理好的牛骨多肽粉放人牛骨多肽粉盒中，分别在300X和500X的放大倍数下采用S-3400N扫描电镜观察牛骨多肽粉的微观结构。

1.5数据处理

  采用Origin 8.0软件与方差分析软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1  喷雾干燥前牛骨酶解液的抗氧化活性测定

  通过预试验证明两种被测溶液质量浓度范围在90～120 mg/mL时吸光度与总抗氧化能力成良好线性关系。最佳检测浓度范围内测得的总抗氧化能力结果见图1。在溶液质量浓度为90—120 mg/mL时，多肽液的总抗氧化能力稍低于谷胱甘肽，为谷胱甘肽总抗氧化能力的89.36%。

2.2喷雾干燥条件对牛骨蛋白多肽粉品质的影响

    在喷雾干燥过程中，干燥器入口的热风温度、进料速度都是可以直接控制和设定的参数，唯独出口温度是个显示值，它随其他几个参数的改变而变化。由喷雾干燥的原理可知，被雾化的液滴在进口温度下被瞬间干燥为湿粉，热作用时间短，对于物料的功能性质影响小；而后湿粉在旋风分离器中沉降，接受至少10 min出口温度下的干燥处理，此过程中长时间的高温作用可能导致蛋白质变性，使产品溶解度降低。所以，出口温度能更直接的反映物料的受热情况和热变性程度。故试验在设置不同热风温度和进料速度的基础上，同时记录不同条件下的出口温度，以期有助于喷雾干燥规律的把握。

2.2.1进料速度对骨多肽粉的影响

    固定进风温度为160℃条件下，压缩空气压力为0.4 MPa，分别在进料速度30，40，50，60和70 r/min下匀速迸料，每次处理牛骨酶解液500 mL，进行对比喷雾干燥后粉末出口温度，挂壁现象和干燥效果，试验结果如表l所示。

由表1可知，随进料速度的提高，出口温度逐渐降低，挂壁现象随之严重，收集困难，大量粘附在接受瓶中，这是由于进料速度增加，出口温度降低，致使喷雾干燥的黏度增大，使得水分含量增加，水分活度相应增加，黏度过大致使牛骨多肽粉不容易溶解，溶解度下降。针对能耗问题、干燥效果、挂壁现象综合分析，最终选择喷雾干燥的进料速度为50 r/min。

2.2.2进风温度对骨多肽粉的影响

选定进料速度为40 r/min条件下，压缩空气压力为0.4 MPa，分别在热风温度110 oC．120 0C．130oC，140℃，150 oc，160℃和170oC下匀速进料，每次处理牛骨酶解液500 mL，进行对比喷雾干燥后粉末出口温度，粗蛋白质量分数、挂壁现象和干燥效果，试验结果如表2所示。

    由表2可知，随着进风温度的升高，出口温度逐渐升高，当温度为160，170 oC时，由于温度过高，有焦糊现象，水分含量、水分活度降低的同时，溶解度显著降低。当进风温度为140℃—110℃时，挂壁现象随之严重，收集困难，大量粘附在接受瓶中，不利于对骨粉成品的收集。综合以上原因，喷雾干燥时的进风温度选为150℃时较为适宜，此时水分含量相对较少为2.87%±0.16%，水分活度为0.332±0.14，溶解度为74.350/0±0.14%。

2.3牛骨多肽粉水分含量、水分活度、溶解度指标检测

    进料速度为50 r/min，压缩空气压力为0.4 MPa，热风温度150℃下匀速进料，牛骨酶解液500 mL，进行喷雾干燥后的牛骨多肽粉进行水分含量、水分活度、溶解度指标检测，检测结果见表3。

    由表3可以看出，喷雾干燥制备的牛骨多肽粉水分含量为2.72%±0.13%，喷雾干燥的水分活度0.315±0.19，水分活度相对较低，水分活度低的牛骨多肽粉更有利于保藏。牛骨多肽粉溶解度测定是选择pH 7.5的环境测定，由于在此pH环境下小分子的大小和暴露的可电离的氨基和羧基基团，可与水形成较强氢键，从而更加易溶于水溶液，喷雾干燥制得的牛

骨多肽粉溶解度为76.250/0±0.15%。原因可能是喷雾干燥采用的是小型试验用的仪器，喷嘴直径较小，产生的全蛋粉颗粒较小，易结块，不易分散，导致溶解度相对较低。

2.4牛骨多肽粉成品粗蛋白、多肽、氨基酸、肽化率指标检测

    进料速度为50 r/min，压缩空气压力为0.4 MPa，热风温度150℃下匀速进料，牛骨酶解液500 mL，检测喷雾干燥后的牛骨多肽粉进行粗蛋白、多肽、氨基酸和肽化率指标，喷雾干燥条件优化后制备的牛骨多肽粉的检测结果为总粗蛋白39.50%，多肽14.22%，氨基酸4.42%，肽化率≤68.92%。

2.5牛骨多肽粉颗粒分布测定

进料速度为50 r/min，压缩空气压力为0.4 MPa，热风温度150℃下匀速进料，牛骨酶解液500 mL，喷雾干燥后对牛骨多肽粉粒径进行分析。

如图2所示，喷雾干燥优化后的牛骨多肽粉的表面平均粒径D(3，2)为15.754μm，体积平均粒径D(4，3)为33.499 μm，也就是说颗粒的平均粒径为33.499 μm，此多肽粉的粒径分布图只有一个波峰出现，说明喷雾干燥条件优化后制备的牛骨多肽粉颗粒分布更为均匀。

2.6牛骨多肽粉微观结构观察

图3为喷雾干燥条件优化后的牛骨多肽粉在300×、500×放大倍数下的扫描电镜观察，可以看出，喷雾干燥条件优化后的牛骨多肽粉颗粒大小适中，分布比较均匀，呈现球状，颗粒与颗粒之间的孔隙大小适中，整体呈现海绵状结构，对水分子的吸收作用力强，在复水过程中可以最大程度地恢复颗粒组织结构。

3结论

试验研究了酶法制备牛骨多肽的抗氧化功能作用。通过总抗氧化能力测试，与谷胱甘肽的比较发现，溶液质量浓度在90—120 mg/mL时，该牛骨多肽的总抗氧化能力为谷胱甘肽的89.36%。

在喷粉工艺中进料速度和进风温度的单因素试验中，确定最佳工艺参数为：进料速度50 r/min，进风温度150℃。

成品牛骨多肽水分含量为2.72%±0.13%，水分活度为0.315±0.19，溶解度为76.25%±0.15%，总粗蛋白39.50%，小分子蛋白14.22%，氨基酸4.42%，肽化率≤68.92%，最终得到牛骨蛋白多肽粉黄白色粉末产品。

4摘要

试验以牛骨为主要原料，研制牛骨蛋白多肽粉。通过对喷雾干燥前牛骨酶解液的抗氧化活性测定，喷雾干燥时进料速度、进风温度测定，喷雾干燥后牛骨多肽粉水分含量测定、水分活度测定、溶解度的测定和颗粒分布测定，以及牛骨多肽粉微观结构观察，确定喷雾干燥对牛骨蛋白多肽粉理化性质及微观结构的影响。结果表明，喷雾干燥前牛骨酶解液多肽液的总抗氧化能力为谷胱甘肽总抗氧化能力的89.36%，喷雾干燥进风温度为1500C,进料速度为50 r/min，牛骨多肽粉成品中总粗蛋白为39.50%,小分子蛋白为14.22%,氨基酸为4.42%，肽化率为≤68.92%．水分含量为2.72%±0.13%，水分活度为0.315±0.19,溶解度为76.25%±0.15%，最终得到牛骨蛋白多肽粉黄白色粉末产品。