不同因素對乳清蛋白乳化凝膠特性的影響

陳 沖，于國萍

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

不同因素對乳清蛋白乳化凝膠特性的影響

陳 沖，于國萍*

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030)

探討了葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯(GDL)、中性鹽(NaCl、CaCl2)以及增稠劑對乳清分離蛋白乳化凝膠強度、彈性以及保水性的影響。結(jié)果表明:GDL為0.6%、NaCl為1%、CaCl2為0.25%、增稠劑卡拉膠為0.2%以及黃原膠為0.1%制備的乳化凝膠強度顯著提高。GDL為0.4%、NaCl為0.75%、CaCl2為0.25%、增稠劑卡拉膠為0.05%以及黃原膠為0.15%制備的乳化凝膠彈性顯著提高。增稠劑卡拉膠為0.15%、黃原膠為0.1%所制備的乳化凝膠保水性顯著提高。

葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯，中性鹽，增稠劑，乳清分離蛋白，乳化凝膠特性

乳清蛋白是干酪生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品乳清經(jīng)過特殊工藝濃縮精制而得的一類蛋白質(zhì)［1］。近年來，隨著人們對營養(yǎng)健康食品認(rèn)識的提高，干酪成為世界上唯一保持生產(chǎn)和銷售連續(xù)上升的乳制品，使得每年都有上億噸的乳清等待利用和處理［2］。乳清蛋白是由一些小而緊密的球狀蛋白組成，其廣泛的功能特性是由它獨特的氨基酸序列和三維結(jié)構(gòu)賦予的，其必需氨基酸組成完全符合或超出FAO/WHO的要求，被廣泛應(yīng)用于食品中［3］。乳清蛋白具有形成穩(wěn)定乳化液的能力以及良好的成膠性等功能特性，因此可以制備乳化凝膠［4］。油滴作為凝膠的活性因子，可以提高凝膠強度和保水性［5］。溫度、pH、金屬鹽等因素可以影響乳化凝膠的性能。奶酪、布丁、牛奶點心、熱狗以及其他一些食品都屬乳化凝膠產(chǎn)品。脂肪對改善這類乳化凝膠食品的質(zhì)構(gòu)特性具有重要作用［6］。因此，研究乳化凝膠對提高食品質(zhì)構(gòu)特性具有很大的促進作用。本文以乳清分離蛋白為原料，研究了葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯誘導(dǎo)(GDL)、中性鹽和增稠劑等條件對乳清分離蛋白乳化凝膠特性的影響，為我國乳清蛋白的功能特性研究和應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

乳清分離蛋白 美國哥倫比亞公司;大豆色拉油 九三糧油工業(yè)集團有限公司;卡拉膠，黃原膠丹尼斯克有限公司;葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯 江西新黃海醫(yī)藥食品化工有限公司;氯化鈉 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;氯化鈣 天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠;其余所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

TA－XT plus物性測定儀 英國 Stable Micro System公司設(shè)計生產(chǎn);HJ－3恒溫磁力攪拌器 江蘇金壇市中大儀器廠;離心機 北京醫(yī)藥離心機廠; DZW電熱恒溫水浴鍋 天津萊斯特儀器有限公司; JJ－1型定時電動攪拌器 江蘇省金壇市金城國勝實驗儀器;實驗室pH計 梅特勒－托利多儀器(上海)有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 乳清分離蛋白乳化液的制備 將乳清分離蛋白溶于蒸餾水，攪拌2h，然后使用1mol/L NaOH和1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH為7.0，于4℃保存過夜，使其完全溶解。向乳清分離蛋白溶液添加市售大豆色拉油，使其水油體積比為85∶15，乳清分離蛋白最終濃度為8%(W/V)。此體系于60℃水浴電動攪拌15min進行預(yù)混合，然后在10000r/min轉(zhuǎn)速下，樣品均質(zhì)乳化120s，備用。

1.2.2 葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯(GDL)的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響

1.2.2.1 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化液的酸化程度的判定 取乳清分離蛋白乳化液6份，向其中添加葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯(GDL)，使其終濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%(W/V)。室溫下，用磁力攪拌器攪拌［7］。GDL具有酸化作用，因此每隔1h測定樣品pH，確定酸化時間。

1.2.2.2 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響 取乳清分離蛋白乳化液7份，加入葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯(GDL)，使其終濃度分別0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%(W/V)。室溫下，用磁力攪拌器攪拌至酸化時間(6h)。將GDL誘導(dǎo)的乳清分離蛋白乳化液在90℃加熱30min，然后用冰水浴將凝膠迅速冷卻至室溫［6－7］。最后將樣品置于4℃冰箱過夜，制成GDL－誘導(dǎo)乳清分離蛋白乳化凝膠(以GDL添加量為0%時的凝膠為對照)，用于凝膠特性的測定。

1.2.3 鈉、鈣鹽的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響 乳清分離蛋白乳化液11份，分別加入NaCl、CaCl2，使其終濃度為 0%、0.05%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%、2%、3%、4%、5% (W/V)［8－9］。室溫下，用磁力攪拌器攪拌2h。將添加鈉、鈣鹽的乳清分離蛋白乳化液在90℃加熱30min，然后用冰水浴將凝膠迅速冷卻至室溫。最后將樣品置于4℃冰箱過夜，制備乳化凝膠(以鈉、鈣鹽添加量為0%時的凝膠為對照)，用于凝膠特性的測定。

1.2.4 增稠劑的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響 分別向乳清分離蛋白乳化液加入一定量的卡拉膠、黃原膠，用磁力攪拌器攪拌2h，使增稠劑最終濃度為 0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3% (W/V)［10］。將添加增稠劑的乳清分離蛋白乳化液在90℃加熱30min，然后，用冰水浴將凝膠迅速冷卻至室溫。最后，將樣品置于4℃冰箱過夜，制備乳化凝膠(以增稠劑添加量為0%時的凝膠為對照)，用于凝膠特性的測定。

1.2.5 乳清分離蛋白乳化凝膠的質(zhì)構(gòu)分析 依據(jù)Xin Gu等方法［6］測定乳清分離蛋白乳化凝膠，略有改動。測定前，樣品在室溫下陳化30min測定。凝膠高約為25mm，直徑為50mm。采用P/0.5柱形探頭，設(shè)定前進速度∶10mm/s，測定速度∶10mm/s;后撤速度∶10mm/s，沖壓深度∶10mm;一次測定過程中探頭下壓兩次。每個樣品重復(fù)測定三次，取平均值，得凝膠質(zhì)構(gòu)參數(shù)。

1.2.6 乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的測定 測定依據(jù)Xin Gu等方法［6］，略有改動。將乳清分離蛋白乳化凝膠稱重置于50mL離心管中，在9000r/min下離心20min，測量溢出水的質(zhì)量，每個樣品重復(fù)三次取平均值，保水性(Water－Holding Capacity，WHC)公式如下∶

式中∶Wt∶凝膠樣品中所含水分的總重(g);Wr∶離心后凝膠溢出水分的重量(g)。

1.2.7 統(tǒng)計分析 每次實驗重復(fù)三次。所用數(shù)據(jù)均為三次的平均值，誤差項為標(biāo)準(zhǔn)差;數(shù)據(jù)肩標(biāo)有相同字母者為差異不顯著(P＞0.05)，有不同字母者為差異顯著(P＜0.05)。文中數(shù)據(jù)均使用SPSS13.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯(GDL)的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響

2.1.1 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化液的酸化程度的判定 由圖1可知，隨著GDL添加量增加，乳清分離蛋白乳化液pH不斷降低。在6h后，6個樣品的pH分別穩(wěn)定在5.94、5.39、4.88、4.72、4.63、4.39附近。靜置24h后，再次測定pH，各樣品pH降低了約0.2。由此表明∶乳清分離蛋白乳化液體系的pH在6h已基本穩(wěn)定，因此GDL的酸化時間是6h。

圖1 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化液酸化程度的判定

2.1.2 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠強度及彈性的影響 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠強度及彈性的影響見圖2和圖3。由圖2可知∶GDL誘導(dǎo)的乳清分離蛋白乳化凝膠，跟對照凝膠相比，乳化凝膠強度顯著增大。其中當(dāng)GDL添加量為0.6% (pH4.88)，即在蛋白等電點附近時，乳化凝膠強度最大。由圖3可知∶GDL可以提高乳清分離蛋白乳化凝膠彈性，GDL添加量為0.4%，乳化凝膠彈性取得最大值;添加量為0.4%～0.8%時，乳化凝膠彈性的變化無顯著差異;隨著GDL添加量繼續(xù)增加，乳化凝膠彈性有所降低，并趨于穩(wěn)定。GDL誘導(dǎo)蛋白的凝膠作用是由于GDL中質(zhì)子降低了蛋白質(zhì)分子中負(fù)電荷基團之間的靜電斥力的結(jié)果［11］。在乳清蛋白等電點(pH4.5～5.5)附近，由于蛋白質(zhì)分子帶靜電量最少，相互之間靜電排斥力也最小，分子能最大程度的接近，發(fā)生碰撞，蛋白質(zhì)分子因而凝聚［12］。

圖2 GDL對乳清分離蛋白乳化凝膠強度的影響

2.1.3 GDL的誘導(dǎo)對乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響 結(jié)果如圖4所示∶GDL誘導(dǎo)的乳清分離蛋白乳化凝膠，跟對照凝膠相比，保水性顯著下降，并隨添加量的增加，保水性繼續(xù)下降。

圖3 GDL對乳清分離蛋白乳化凝膠彈性的影響

圖4 GDL對乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響

2.2 鈉、鈣鹽的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠特性的影響

2.2.1 鈉、鈣鹽的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠強度和彈性的影響 不同中性鹽NaCl和CaCl2對乳清分離蛋白乳化凝膠強度和彈性的影響如圖5和圖6所示。乳化凝膠強度隨NaCI添加量的增加迅速上升并逐漸趨于平穩(wěn)，NaCl添加量在1%時，乳化凝膠強度最大。彈性隨NaCI添加量的增加先升后降，并最終趨于穩(wěn)定;NaCl添加量為0.75%，彈性最大。隨著CaCl2添加量的增加，乳化凝膠強度、彈性，呈先增后降，最后趨于穩(wěn)定的變化趨勢;CaCl2添加量在0.25%，乳化凝膠強度和彈性都達(dá)到最大。

圖5 鈉、鈣鹽對乳清分離蛋白乳化凝膠強度的影響

圖6 鈉、鈣鹽對乳清分離蛋白乳化凝膠彈性的影響

由圖5和圖6可知，CaCl2改善凝膠強度的能力高于NaCl，即達(dá)到相同凝膠強度鈣鹽的添加量小于鈉鹽的添加量。而鈉鹽改善凝膠彈性的能力比鈣鹽略強，這可能由于鈉鹽形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較致密，而鈣鹽形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松，因為鈉鹽和鈣鹽在凝膠網(wǎng)絡(luò)中的作用方式不同［13］。鈉離子主要是靠靜電屏蔽作用使蛋白質(zhì)分子聚集，結(jié)構(gòu)比較致密，而鈣離子不但靠靜電作用而且可能與帶有負(fù)電的羧基的肽鏈之間形成離子橋，使之形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。鈣離子的半徑比鈉離子的大得多，所以鈣離子形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空隙比較大，網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)密集程度沒有鈉離子的高，因此加入鈣鹽所形成凝膠的彈性沒有鈉離子所形成的凝膠高［14］。

2.2.2 鈉、鈣鹽的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響 圖7結(jié)果表明∶凝膠保水性隨鹽添加量增加而有所減小(與空白相比)，在同一濃度下添加CaCl2制得的乳化凝膠保水性比添加NaCl的要低。NaCl添加量在0%～0.5%，CaCl2添加量為0%～0.1%時均無顯著變化;之后，隨鹽添加量的增加，乳化凝膠保水性下降。在不顯著破壞乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的前提下，NaCl最大添加量為0.5%，CaCl2最大添加量為0.1%。

圖7 鈉、鈣鹽對乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響

2.3 增稠劑的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠性的影響

2.3.1 增稠劑的添加對乳清分離蛋白乳化凝膠強度及彈性的影響 如圖8所示，隨著卡拉膠添加量的增加，乳化凝膠強度顯著增加(與空白相比);卡拉膠濃度在0.2%時，乳化凝膠強度達(dá)到最大;在0.15%～0.2%范圍內(nèi)，乳化凝膠強度變化不顯著。隨著黃原膠添加量的增加，乳化凝膠強度顯著增加(與空白相比);當(dāng)黃原膠濃度達(dá)到0.1%時，乳化凝膠強度最大;添加量繼續(xù)增大，乳化凝膠強度有所下降。

圖8 增稠劑對乳清分離蛋白乳化凝膠強度的影響

如圖9所示，隨著卡拉膠添加量的增加，乳化凝膠彈性顯著增加(與空白相比);卡拉膠濃度0.05%時達(dá)到最大;卡拉膠添加量繼續(xù)增加，乳化凝膠彈性有所下降，并趨于平穩(wěn)。隨著黃原膠添加量的增加，乳化凝膠強度顯著增加(與空白相比);當(dāng)黃原膠濃度達(dá)到0.15%時，乳化凝膠彈性最大;添加量繼續(xù)增大，彈性有所下降，并趨于穩(wěn)定。

圖9 增稠劑對乳清分離蛋白乳化凝膠彈性的影響

2.3.2 不同增稠劑條件下制備乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響 圖10結(jié)果表明，隨著卡拉膠和黃原膠添加量的增加，乳化凝膠保水性顯著增加(與空白相比);卡拉膠添加量為0.15%時，乳化凝膠保水性達(dá)到最大;添加量0.1%～0.15%時，乳化凝膠保水性無顯著性變化。黃原膠的添加量為0.1%～0.2%，乳化凝膠保水性無顯著性變化;添加量為0.1%時，乳化凝膠保水性達(dá)到最大。

圖10 增稠劑對乳清分離蛋白乳化凝膠保水性的影響

3 結(jié)論

3.1 GDL誘導(dǎo)時間是6h時，乳清分離蛋白乳化液pH基本穩(wěn)定，選擇的GDL誘導(dǎo)時間是6h。

3.2 葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯誘導(dǎo)、中性鹽NaCl和CaC12能夠顯著的提高乳清分離蛋白乳化凝膠特性，其凝膠強度、凝膠彈性均有所提高，但其保水性有所下降(與對照相比)。

3.3 增稠劑卡拉膠和黃原膠的添加能夠提高乳清分離蛋白乳化凝膠特性，其凝膠強度、凝膠彈性和保水性均有所提高。

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Effect of different factors on the properties of whey protein isolate emulsion gels

CHEN Chong，YU Guo－ping*
(College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

The effect of glucono－δ－lactone(GDL)，neutral salt and thickening agent on emulsions produced from whey protein isolate(WPI)dispersions emulsion gels hardness，springness and water－h(huán)olding capacity was investigated.Results indicated that:the properties of hardness and springness on emulsion gels prepared under the condition of 0.6%and 0.4%GDL，1%and 0.75%NaCl，0.25%and 0.25%CaCl2，0.2%and 0.05%Carrageenan，0.1%and 0.15%Xanthan gum were significantly increased，respectively.And water－h(huán)olding capacity of the WPI emulsion gels were improved after the treatment of 0.15%Carrageenan and 0.1%Xanthan gum.

glucono－δ－lactone－induced(GDL);neutral salt;thickening agent;whey protein isolate;emulsion gel properties

TS201.2+1

A

1002－0306(2011)11－0127－04

2010－12－10 *通訊聯(lián)系人

陳沖(1985－)，女，碩士研究生，研究方向:食品科學(xué)。