超声辅助优化蟋蟀蛋白纳米乳液：pH值和流变稳定剂的影响

《Ultrasonics Sonochemistry》：Ultrasonication-driven optimization of cricket protein nanoemulsions: influence of pH and rheological stabilizers

蟋蟀蛋白与亚麻籽油结合制备的纳米乳液，通过优化pH（12.5）、超声参数（63%振幅，9分38秒）及添加APXG（≥0.25%质量分数）显著提升稳定性与流变性能，实现粒径0.54μm、低多分散性及长期抗 destabilization能力，为可持续功能性食品开发提供新方案。

　　本研究聚焦于开发一种可持续的纳米乳液，其使用蟋蟀蛋白作为天然乳化剂，亚麻籽油作为分散相。通过系统分析pH值、超声波处理和流变学修饰对乳液稳定性及结构的影响，为功能性食品和营养补充剂领域提供了一种环保、高效的乳液配方。蟋蟀蛋白作为一种高蛋白含量的天然资源，不仅具有营养价值，还富含铜、锰、锌等微量元素，这使其在食品工业中展现出广泛的应用潜力。同时，亚麻籽油因其富含ω-3脂肪酸、生物活性成分如膳食纤维、酚类化合物和木酚素，被认为是一种理想的成分，用于功能性食品的开发。结合这两种成分，研究探索了其在乳液体系中的协同作用，以及如何通过优化加工参数实现稳定的纳米乳液结构。

研究结果表明，随着蟋蟀蛋白浓度的增加，表面张力和界面张力均显著降低，乳液的稳定性随之提高。当蛋白浓度达到或超过1克/升时，表面张力趋于稳定。然而，在碱性pH值（≥12）下，界面张力变得难以测量，这可能是由于蛋白溶解度的提高和表面活性的增强，导致油相与水相发生融合，界面变得不可检测。这表明，高pH值能够有效提升蛋白的表面活性，从而增强其乳化能力。此外，乳液的滴度分布呈现出双峰模式，无论pH值如何变化。然而，当pH值为12.5时，获得了最小的Sauter直径（0.54微米）和最优的span值（1.91），这说明该pH值是最适合进一步研究的条件。

超声波处理作为高能乳液制备方法，被用于进一步优化乳液的物理特性。通过响应面方法对超声波处理参数（振幅和处理时间）进行优化，发现63%的振幅和9.6分钟的处理时间能够实现最小的滴度尺寸（0.365微米）。然而，高能量输入也会导致滴度分布的多分散性增加，这可能是由于在缺乏足够乳化剂的情况下，滴度发生了再聚结。因此，为了确保乳液的稳定性，需要在超声波处理的强度和时间之间找到一个平衡点。在研究过程中，使用了冷却水浴来避免样品过热，确保实验的准确性。

为了提高乳液的稳定性，研究还测试了两种常用的食品工业增稠剂——瓜尔胶（GG）和高级性能黄原胶（APXG）。结果显示，APXG在浓度达到0.25%及以上的条件下，能够显著改善乳液的流变性能。APXG表现出更高的粘弹性（G′ > G″），并且在0.5%的浓度下，粘度达到9.87 Pa·s^n，显示出类似于凝胶的结构特征。相比之下，GG对粘度和结构化的提升效果较为有限。APXG的使用有效降低了Turbiscan稳定性指数（TSI），并在21天的观察期内保持较低的TSI值，表明其对乳液的长期稳定性具有显著优势。而未添加任何增稠剂的乳液则表现出较差的稳定性，说明添加合适的增稠剂对于维持乳液的物理特性至关重要。

研究还指出，乳液的物理稳定性与流变特性密切相关。APXG不仅能够提高乳液的粘度，还能够形成更稳定的内部网络结构，从而增强乳液对沉降、聚结等不稳定现象的抵抗能力。此外，通过频率扫描测试，APXG在较高浓度下表现出更优异的弹性模量（G′）和粘性模量（G″），进一步验证了其在乳液稳定中的重要作用。这些发现表明，APXG相较于GG在提升乳液性能方面具有更大的潜力。

在实际应用中，开发基于蟋蟀蛋白和APXG的纳米乳液，不仅有助于提高食品的营养价值，还能减少对传统资源的依赖，推动食品系统的可持续发展。随着全球人口增长和资源短缺问题的加剧，寻找替代蛋白质来源变得尤为重要。蟋蟀蛋白作为一种新兴的生物资源，其在食品工业中的应用潜力正在被逐步挖掘。通过优化乳化条件和添加合适的增稠剂，可以有效提升乳液的稳定性，使其更适用于功能性食品的开发。

此外，本研究的成果为食品行业提供了新的思路，特别是在提高食品的生物利用度和环境友好性方面。纳米乳液由于其小尺寸和高表面积，能够更有效地包裹和释放脂溶性成分，从而提升营养成分的吸收率。而蟋蟀蛋白和APXG的组合不仅能够实现这一目标，还能够减少对化学乳化剂的依赖，降低生产成本，提高产品的环保性。这些特性使其在功能性食品和营养补充剂领域具有广阔的应用前景。

在进一步的研究方向上，建议对优化后的蟋蟀蛋白乳液进行感官特性、消化率和功能性表现的评估。这将有助于了解其在实际食品体系中的表现，以及其是否能够被消费者接受。此外，还可以探索这些乳液在不同食品基质中的适用性，以推动其商业化进程。通过深入研究蟋蟀蛋白和APXG的协同作用，以及其在不同加工条件下的表现，有望开发出更加稳定、高效的纳米乳液体系，为食品工业提供新的解决方案。