牛血清白蛋白的乳化和起泡特性

郭 玲，劉愛國*，胡志和，伍慧方

牛血清白蛋白的乳化和起泡特性

郭 玲，劉愛國*，胡志和，伍慧方

(天津市食品生物技術(shù)重點實驗室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134)

研究蛋白質(zhì)量濃度、pH值、CaCl2質(zhì)量濃度和溫度對牛血清白蛋白(BSA)的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：蛋白質(zhì)量濃度為0.1g/100mL時乳化性和乳化穩(wěn)定性最大，pH值為5時乳化性和乳化穩(wěn)定性最小，乳化性隨著CaCl2質(zhì)量濃度的增加而緩慢增大，乳化穩(wěn)定性隨著CaCl2質(zhì)量濃度的增加而減小，60℃時乳化性較好，乳化穩(wěn)定性在60℃后顯著下降；隨著蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增加，起泡性呈上升趨勢，起泡穩(wěn)定性先上升后下降，在質(zhì)量濃度為1.5g/100mL時起泡穩(wěn)定性最好；pH值為5時起泡性最小，而此時起泡穩(wěn)定性最好；CaCl2質(zhì)量濃度對起泡性和起泡穩(wěn)定性沒有影響。

牛血清白蛋白；乳化性；起泡性

在肉制品行業(yè)中，動物血液是最大的副產(chǎn)品。對于血液的處理，一部分用作簡單的血豆腐食用，一部分用作飼料，但大部分還是以廢料的形式棄去，因此造成環(huán)境污染。然而，由于血液中含有豐富的蛋白質(zhì)，這些蛋白具有重要的經(jīng)濟價值，所以對于血液的回收利用意義重大[1]。

蛋白質(zhì)的功能特性是指蛋白質(zhì)在食品加工中對食品產(chǎn)生特征的物理、化學(xué)性質(zhì)，這些功能性質(zhì)對于蛋白在食品加工中的應(yīng)用具有重要價值[2]。目前，關(guān)于血漿蛋白功能特性的研究已有很多，Eduard等[3]研究了豬血漿蛋白及血漿里的蛋白組分(血清、球蛋白和白蛋白)的溶解性、起泡性和乳化性。結(jié)果表明，這幾種蛋白的溶解性都在85%以上。血漿、血清和白蛋白都表現(xiàn)出良好的起泡性，在pH4.5和pH6.0時，白蛋白和血漿的起泡穩(wěn)定性最好。這幾種蛋白都有很好的乳化性，但是它們的乳化穩(wěn)定性在酸性條件下很低；白蛋白和球蛋白在pH7.5時最好。Ramos-Clamont等[4]比較了豬血清、豬血清白蛋白和卵清蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性，結(jié)果表明，豬血清白蛋白和卵清蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定比豬血清蛋白的好。

血漿中的蛋白主要有3種：白蛋白、球蛋白和纖維蛋白原。IgG是一種球蛋白，由于它的特殊生理功能，很多人都熱衷于研究從血液中提取IgG，目前提取IgG的方法主要是飽和硫酸銨法[5]。將IgG提取出來后，上清液中的蛋白質(zhì)主要是牛血清白蛋白(BSA)，而且在血漿蛋白中BSA含量最高，IgG提取分離的同時將BSA從血漿中提取出來可獲得更高的經(jīng)濟價值。BSA現(xiàn)在主要是作為蛋白模型進行體外研究，但是一些研究結(jié)果表明[3-4]，BSA具有很好的功能特性，使其適合添加到食品中。

本實驗研究不同環(huán)境條件對BSA的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響，以期為充分利用牛血這一潛在資源提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金龍魚大豆油 益海嘉里食品營銷有限公司；牛血清白蛋白(純度達到90.89%) 實驗室自制。

1.2 儀器與設(shè)備

PB-10數(shù)字pH計 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；FA25高速分散乳化機 上海弗魯克流體機械制造有限公司；UV-2100PC型紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司；EMS-8A磁力攪拌器 天津歐諾儀器儀表有限公司；HWS 24電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 BSA乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定[6-7]

取一定量的BSA粉溶于緩沖溶液(不加或者加入不同量的CaCl2)中，調(diào)整pH值范圍在3～8之間，不同溫度下磁力攪拌30min。將BSA溶液與大豆油按體積比3:1的比例混合，在16000r/min的轉(zhuǎn)速下乳化1min后立即倒入小燒杯中，在杯底取50μL的乳化液加入到5mL的0.1% SDS(十二烷基磺酸鈉)中，充分搖勻后在波長500nm處測定吸光度，重復(fù)3次。乳化活力指數(shù)(EAI)和乳化穩(wěn)定指數(shù)(ESI)用如下公式計算：

式中：A0指乳化后迅速被稀釋的乳化液的吸光度；φ指油相體積分數(shù) (V/V，φ=0.25)；c指蛋白質(zhì)量濃度(g/mL)；A10指乳化液在靜置10min后的吸光度。

1.3.2 BSA起泡性及泡沫穩(wěn)定性的測定[8]

取一定量的BSA粉溶于緩沖溶液 (不加或加入不同量的CaCl2)中，調(diào)pH值在3～8之間，于室溫下磁力攪拌30min。取20mL蛋白溶液置于塑料量筒中，在13000r/min的轉(zhuǎn)速下攪拌1min，記錄攪拌停止時泡沫和蛋白溶液的總體積(V1)，分別在靜置10、20、30、60min時記錄泡沫和蛋白溶液的總體積(Vt)，重復(fù)3次，按如下公式計算樣品起泡性(FA)和泡沫穩(wěn)定性(FS)。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化性及乳化穩(wěn)定性

圖1 BSA濃度對EAI 和ESI的影響Fig.1 Effects of BSA concentration on EAI and ESI

由圖1可知，在給定的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，EAI隨著BSA質(zhì)量濃度的增加而降低，ESI在設(shè)定的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。這個結(jié)果與Silva等[9]和Bizzottl等[10]報道類似。所以研究酸、鹽和溫度對EAI和ESI的影響時采用0.1g/100mL的BSA溶液。

圖2 pH值對EAI和ESI的影響Fig.2 Effects of pH value on EAI and ESI

由圖2可知，pH值為5時EAI和ESI達到最小值，ESI在pH值為6時達到最大。這可能是因為BSA的等電點為4.7左右，此時BSA的溶解性最差，而EAI在某種程度上與溶解性呈正相關(guān)。這是由于在油-水界面上蛋白質(zhì)膜的穩(wěn)定性同時取決于起促進作用的蛋白質(zhì)-油相和蛋白質(zhì)-水相的相互作用。因此，蛋白質(zhì)溶解性決定著蛋白、油、水體系的乳化活性和乳化穩(wěn)定性[11]。這個結(jié)論和Klompong等[12]研究的結(jié)果相似，認為在等電點處溶解性最小，肽不能快速轉(zhuǎn)移到界面，而且此時肽所帶凈電荷最少，因此在等電點處EAI和ESI最低。

圖3 CaCl2質(zhì)量濃度對EAI和ESI的影響Fig.3 Effects of CaCl2 concentration on EAI and ESI

由圖3可知，EAI隨著CaCl2質(zhì)量濃度的增加而緩慢增大，ESI隨著CaCl2質(zhì)量濃度的增加而減小。這可能是因為在設(shè)計的這幾個質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，CaCl2促進了蛋白溶解，充分發(fā)揮了蛋白的表面活性作用，從而提高了乳化能力。同時，鹽離子壓縮了膠體的擴散雙電層，破壞了靜電復(fù)合物的形成，導(dǎo)致ESI下降[13]。本實驗中，CaCl2質(zhì)量濃度的選擇是以嬰兒配方乳粉中鈣的添加量為依據(jù)，因為和一般食品相比較，嬰兒配方乳粉中的含鈣量較高。

圖4 溫度對EAI和ESI的影響Fig.4 Effects of temperature on EAI and ESI

由圖4可知，EAI在60℃以前隨著溫度的升高緩慢增加，60℃以后明顯下降。ESI總的趨勢是隨著溫度的升高而下降，60℃以后下降速度明顯加快?？扇苄允堑鞍踪|(zhì)具有乳化性質(zhì)的先決條件，蛋白質(zhì)只有具有一定的溶解度，才會有效地向油-水界面擴散。BSA本身溶解性很好，所以一定范圍內(nèi)溫度的變化對EAI影響不明顯，60℃以后EAI明顯下降，這可能是因為BSA的變性溫度為65℃[14]，當BSA變性后溶解度下降，因而降低了蛋白質(zhì)的EAI。加熱通常也能降低吸附在界面上的蛋白質(zhì)膜的黏度和硬度，因而也會降低乳狀液的穩(wěn)定性[15]。

2.2 起泡性和泡沫穩(wěn)定性

圖5 BSA質(zhì)量濃度對FA的影響Fig.5 Effect of BSA concentration on FA

圖6 BSA質(zhì)量濃度對FS的影響Fig.6 Effect of BSA concentration on FS

由圖5、6可知，在設(shè)計的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度對FA和FS均有影響。隨著蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增加，F(xiàn)A呈上升趨勢。FS整體上都比較穩(wěn)定，但也能看出細微差異，F(xiàn)S隨著蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增加先升高后下降，在質(zhì)量濃度為1.5g/100mL時FS最好。這可能是因為蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度過高時，擴散速度快，拉伸形成的新界面能迅速得到蛋白質(zhì)的覆蓋，減弱泡沫粗化、穩(wěn)定性降低[16]。研究酸和鹽對FA和FS的影響時采用1.5g/100mL的BSA溶液。

圖7 pH值對FA的影響Fig.7 Effect of pH value on FA

圖8 pH值對FS的影響Fig.8 Effect of pH value on FS

由圖7、8可知，在pH值為5的時候FA最小，但是此時FS最好。這可能是因為在等電點時蛋白質(zhì)的溶解性最低，而起泡能力的大小依賴于水中溶解蛋白的多少，因此此時的起泡能力最小。同時，在等電點時蛋白分子間的靜電相吸，增加了吸附在空氣-水界面上蛋白質(zhì)膜的厚度和硬度，因此泡沫穩(wěn)定性最好[17]。

圖9 CaCl2質(zhì)量濃度對FA的影響Fig.9 Effect of CaCl2concentration on FA

圖10 CaCl2質(zhì)量濃度對FS的影響Fig.10 Effect of CaCl2concentration on FS

由圖9、10可知，實驗設(shè)計的幾個CaCl2質(zhì)量濃度對FC和FS沒有影響。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是鹽質(zhì)量濃度較低，因此看不出明顯現(xiàn)象。在一般食品加工中，非高Ca2+含量情況下，BSA的起泡性和泡沫穩(wěn)定性不會受影響。

3 結(jié) 論

從實驗結(jié)果可以看出，不同環(huán)境條件下表現(xiàn)出的牛血清白蛋白的表面功能特性有所不同，因此在實際應(yīng)用中為了能更好的發(fā)揮BSA的表面特性，必須了解不同環(huán)境因素對其影響。

牛血清白蛋白制品具有較好的乳化性、乳化穩(wěn)定性、起泡性和泡沫穩(wěn)定性，當作為一種蛋白質(zhì)乳化劑使用時，其功能特性主要受pH值和溫度的影響。在一般食品配料中，Ca2+質(zhì)量濃度對起泡性和起泡穩(wěn)定性沒有影響。通過該研究，對牛血白蛋白制品用于食品配料中起乳化和起泡作用提供參考。

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Emulsifying and Foaming Properties of Bovine Serum Albumin

GUO Ling，LIU Ai-guo*，HU Zhi-he，WU Hui-fang
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

In this work, we evaluated the effects of protein concentration, pH, CaCl2concentration and temperature on the emulsifying activity (EA), emulsifying stability (ES), foaming activity (FA) and foam stability (FS) of bovine serum albumin (BSA). The highest values of EA and ES were both obtained at protein concentration of 0.1 g/100 mL, and the lowest values were obtained at pH 5. EA increased slowly as CaCl2 concentration increased, whereas ES presented an opposite change. The highest EA was found at 60 ℃ and ES decreased notably when temperature was over 60 ℃. FA increased, and FS ascended first and then descended with increasing protein concentration. FS reached a maximum at 1.5 g/100 mL protein concentration. At pH 5, FA reached a minimum and FS a maximum. CaCl2concentration had no obvious influence on both FA and FS.

bovine serum albumin；emulsifying properties；foaming properties

TS201.21

A

1002-6630(2010)19-0137-04

2010-06-21

郭玲(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：jcgll@163.com

*通信作者：劉愛國(1964—)，男，副教授，本科，研究方向為乳品科學(xué)與工程及食品添加劑。E-mail：liuaiguo@tjcu.edu.cn