超聲波處理對豬血漿蛋白功能性質的影響

呂璐 陳炎 喬連杰 凌云霄 吳明文 蔡克周 姜紹通

摘 要：研究超聲波處理對豬血漿蛋白電導率及其起泡性、乳化性和凝膠性的影響。結果表明：超聲波處理對豬血漿蛋白電導率及其起泡性、乳化性和凝膠性均有顯著影響（P<0.05）。當頻率為100 kHz時，在超聲時間（0～3 h）和功率（0～300W）范圍內，隨著處理時間和功率的增加，電導率和凝膠性均逐漸增大，在300W功率下處理3h，血漿蛋白凝膠強度達208.5 g，較對照組提高了62.3%（P<0.05）；起泡性和乳化性在超聲時間和功率范圍內，表現出先增加再降低的趨勢。在150 W功率下處理2 h，血漿蛋白起泡性最高為19.8%，較對照組提高了43.5%

（P<0.05）；在300 W功率下處理2 h，血漿蛋白的乳化性最高為60.6%，較對照組提高了25.0%（P<0.05）；但過長的超聲時間不利于提高血漿蛋白粉的乳化性。提示，超聲波處理是一種有效的血漿蛋白改性方法。

關鍵詞：豬血漿蛋白；超聲波處理；功能性；改性

Effect of Ultrasound Treatment on Functional Properties of Plasma Protein

L? Lu1， CHEN Yan1， QIAO Lianjie1， LING Yunxiao2， WU Mingwen2， CAI Kezhou1，*， JIANG Shaotong1

（1. Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province， College of Biotechnology and Food Engineering，

Hefei University of Technology， Hefei 230009， China； 2. Huaibei Enbi Feed Co. Ltd.， Huaibei 235000， China）

Abstract： The effects of ultrasonic power and treatment time on the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of porcine plasma protein （PPP） were studied. The results showed that the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of PPP were significantly changed after ultrasound treatment （P < 0.05）. The electrical conductivity and gelling properties of PPP were increased with increasing ultrasonic time and power. The heat-induced gel strength of PPP ultrasonicated for 2 h at 300 W reached 208.5 g， being increased by 62.3% when compared with that of control （P < 0.05）. The highest foaming capacity of PPP of 19.8% was obtained upon ultrasonic treatment at 150 W for 2 h， indicating a 43.5% increase over that of control （P < 0.05）. The highest emulsifying capacity was achieved after ultrasonic treatment at 300 W for 2 h. However， foaming and emulsifying properties of PPP were decreased by ultrasound treatment for an excessively long time. In conclude， ultrasonic treatment is an effective method of plasma protein modification.

Key words： plasma protein； ultrasound treatment； properties； modification

中圖分類號：TS251.1 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2015）07-0001-05

doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201507001

蛋白質作為人體三大營養(yǎng)素之一，在食品工業(yè)中是重要的營養(yǎng)來源，同時蛋白質還具有其自身特有的功能特性，如起泡性、乳化性和凝膠性等，作為輔料廣泛被應用于多種食品加工中[1]。食品蛋白的改性加工是當前食品科學研究的一大熱點，也是獲得既安全又具備多種功能特性的食品輔料的一條有效途徑。相比化學改性可能會引入新化學基團或者產生次生產物，物理方法改性主要是利用熱、電、磁和機械能作用對食品蛋白的分子結構加以改善，具有無毒副作用及對產品營養(yǎng)性能影響較小等優(yōu)點，是一種更加安全可行的方案[2-3]。

近年來，國內外學者在食品蛋白物理改性加工方面做了大量工作，其中食品蛋白主要集中在大豆分離蛋白[4-5]、乳清蛋白[6-7]、乳球蛋白[8]、花生蛋白[9]、麥胚清蛋白[10]、雞蛋白蛋白[11]方面，采用的物理方法主要有擠壓[12]、微波[13]、超高壓[14]、高壓脈沖[15]、超聲[16]和高壓微射流[17]等多種方法。多數物理處理方法存在設備成本高、工序復雜等問題，相比超聲波處理具有操作簡單、成本低的優(yōu)點。超聲波是一種高頻的機械振蕩，在超聲過程中物料局部小區(qū)域壓縮和膨脹迅速交替，對物料施加張力和壓潰作用，產生“空蝕”，對蛋白質大分子產生機械性斷鍵作用，從而實現對蛋白的功能改性[18]，早期研究也認為，超聲波處理只對蛋白質的三級和四級結構有影響，對蛋白質的一級、二級結構并無明顯影響[20-21]。

豬血漿蛋白是一種公認的優(yōu)質蛋白源，它除了含有豐富均衡的氨基酸外，還具有優(yōu)良的凝膠性、乳化性、起泡性和吸水性等多種功能，目前已經被廣泛應用于低溫火腿、糕點、面點、冰激淋等多種食品加工中[21]。國內已有人開展利用美拉德反應改性制備高凝膠性血漿蛋白粉的研究[22]，關于物理方法改性豬血漿蛋白粉的研究還未見報道，本實驗研究了超聲波處理對豬血漿蛋白電導率、起泡性、乳化性和凝膠性的影響，以期為血漿蛋白粉功能提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍干燥豬血漿蛋白粉（粗蛋白含量79.2%、粗灰分含量8.5%、水分含量8.5%） 淮北恩彼飼料有限公司。

金龍魚玉米胚芽油（GB19111）購于合家福超市；HCl為分析純。

1.2 儀器與設備

TA-XT Plus物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司；CT14RD臺式冷凍高速離心機 美國Beckman公司；HH-S恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；FA25高速乳化分散機 上海弗魯克流體機械制造有限公司；FA1104N型分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；AM-501超聲鍋 濟南科爾超聲波設備有限公司；DDS307電導儀 上海雙旭電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超聲時間對豬血漿蛋白功能特性的影響

將豬血漿蛋白粉溶于去離子水中，制備成不同濃度的蛋白溶液，在固定頻率為100 kHz、超聲功率300 W的超聲池中分別超聲處理0、0.5、1、2、3 h后，取出樣品再按照對應檢測方法，檢測不同超聲時間對血漿蛋白電導率、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性和凝膠性的影響。每個處理組至少3 個平行，實驗至少重復3 次。

1.3.2 不同超聲功率對豬血漿蛋白功能特性的影響

將豬血漿蛋白粉溶于去離子水中，制備成不同濃度的蛋白溶液，在固定頻率為100 kHz的超聲池中，在超聲功率分別為0、100、150、200、300 W時，均超聲處理2 h，取出樣品再按照對應檢測方法，檢測不同超聲功率對血漿蛋白電導率、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性和凝膠性的影響。每個處理組至少3 個平行，實驗至少重復3 次。

1.3.3 電導率檢測

將8.0 g血漿蛋白粉溶于800 mL去離子水中，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯50 mL，然后置于超聲池中經不同超聲功率和時間處理后，取出直接用電導儀測定血漿蛋白溶液的電導率。

1.3.4 起泡性和起泡穩(wěn)定性測定

參考Yin等[23]的方法，進行一定調整，具體步聚為：將4.0 g血漿蛋白粉溶解到400 mL蒸餾水中，用3 mol/L的鹽酸溶液調pH 7.0，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯25 mL，置于超聲池中經不同超聲功率和時間處理后，在高速剪切分散乳化機（10 000～12 000 r/min）中分散60 s，然后迅速轉移入50 mL量筒，記錄泡沫體積（V），按照式（1）計算起泡性。

（1）

將上述均質后的泡沫在量筒中靜置30min后，記錄此時泡沫體積（V1），按照式（2）計算起泡穩(wěn)定性。

（2）

1.3.5 乳化性和乳化穩(wěn)定性

參考Liu等[24]的方法，進行一定調整，具體步驟為：將4.0 g血漿蛋白粉溶解到400 mL去離子水中，用3 mol/L

的鹽酸溶液調pH 7.0，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯20 mL，置于超聲池中經不同超聲功率和時間處理后，向上述血漿蛋白粉溶液中分別加入20 mL玉米油，在高速剪切分散乳化機（10 000～12 000 /min）中分散60 s，轉移至50 mL透明刻度離心管中，置于80 ℃水浴鍋中，加熱30 min后，冷卻至室溫，再2 000 r/min離心10 min，測定此時的乳化層高度，按照式（3）計算乳化性。

（3）

式中：h1為離心管中乳化層的高度；h2為離心管中液體總高度。

將上述均質乳化溶液在離心管中靜置30 mim后，測定此時乳化層高度，按照式（4）計算穩(wěn)定性。

（4）

式中：h1為30 min后的乳化層高度；h2為初始時的乳化層高度。

1.3.6 凝膠性測定

根據凌云霄等[22]的方法，具體調整為：稱取2.4 g血漿蛋白粉于100 mL燒杯中，加入去離子水40 mL，用高速均質機分散加速溶解，靜置消泡后，置于超聲池中經不同超聲功率和時間處理，用保鮮膜封口扎緊，再置于80 ℃水浴鍋中，加熱30 min后，取出于冰水中冷卻20 min，于4 ℃冰箱中存放過夜，測定凝膠強度前取出恢復到室溫。

測試條件為：測試前速率5 mm/s，測試速率2 mm/s，測試后速率5 mm/s，測試距離為15 mm，夾具為直徑1.27 cm的圓柱狀平頭探頭。凝膠強度用硬度，即探頭下壓過程中的最大感應力（g/cm2）表示[25]。

1.4 數據分析

所有數據采用Origin 8.0分析軟件分析和作圖，結果均以平均值±標準差表示，顯著性分析采用Student，t檢驗方法，P<0.05被認為差異顯著。

2 結果與分析

2.1 超聲對血漿蛋白電導率的影響

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。下同。

圖 1 超聲時間對血漿蛋白電導率的影響

Fig.1 Effect of ultrasonic time on the electrical conductivity of PPP

由圖1可知，超聲時間對血漿蛋白電導率的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲時間的增加，血漿蛋白的電導率逐漸增大。在超聲時間達2 h時，電導率由對照組的1.55 mS/cm增加到2.12 mS/cm（P<0.05），在處理3 h后，電導率達到2.21 mS/cm，顯著高于對照組和1 h處理組（P<0.05）。

圖 2 超聲功率對血漿蛋白導率的影響

Fig.2 Effect of ultrasonic power on the electrical conductivity of PPP

由圖2可知，超聲功率對血漿蛋白電導率的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的電導率逐漸增大，當功率增大到300 W時，電導率達到最大，為2.42 mS/cm，較對照組1.48 mS/cm提高了63.5%，差異顯著（P<0.05）。

2.2 超聲對血漿蛋白起泡性的影響

圖 3 超聲時間對血漿蛋白起泡特性的影響

Fig.3 Effect of ultrasonic time on foaming properties of PPP

由圖3可知，超聲時間對血漿蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響均差異顯著（P<0.05），隨著超聲時間的增加，血漿蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢。血漿蛋白在處理1 h后，起泡性增長緩慢，在2 h時達到最大為17.5%，此時血漿蛋白的起泡性最好，在3 h時降低為15.8%；而對于起泡穩(wěn)定性，在處理1 h后達到最高為54.5%，當延長超聲時間至3h，穩(wěn)定性反而下降至42.6%。

圖 4 超聲功率對血漿蛋白起泡特性的影響

Fig.4 Effect of ultrasonic power on foaming properties of PPP

由圖4可知，超聲功率對血漿蛋白起泡性的影響差異顯著（P<0.05），對其起泡穩(wěn)定性沒有明顯影響

（P<0.05），對于起泡性以150W處理組最高為19.8%，繼續(xù)增加功率起泡性呈現下降?？梢?，超聲處理血漿蛋白能一定程度上增加其起泡性，但過大的超聲功率反而會降低血漿蛋白粉的起泡性能。

2.3 超聲對血漿蛋白乳化性的影響

圖 5 超聲時間對血漿蛋白乳化特性的影響

Fig.5 Effect of ultrasonic time on emulsifying properties of PPP

由圖5可知，隨著超聲時間的增加，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性都有先增大后減小的趨勢，但超聲時間只對血漿蛋白乳化性影響差異顯著

（P<0.05）。在2 h時血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性最好，分別為60.6%、59.0%，較對照組分別提高了25.0%

（P<0.05）、16.1%（P>0.05）?？梢姡曁幚黼m能增加血漿蛋白乳化性，但過長的超聲時間反而會降低血漿蛋白的乳化性。

圖 6 超聲功率對血漿蛋白乳化特性的影響

Fig.6 Effect of ultrasonic power on emulsifying properties of PPP

由圖6可知，隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性都有先增大后減小的趨勢，在200 W時血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性最好，分別為60.2%、58.2%，較對照組分別提高了20.0%（P<0.05）、13.7%（P>0.05），但是在300 W時，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性分別為45.9%和47.9%，相比對照組還要低。

2.4 超聲對血漿蛋白凝膠性的影響

圖 7 超聲時間對血漿蛋白凝膠性的影響

Fig.7 Effect of ultrasonic time on the heat-induced gel strength of PPP

由圖7可知，超聲時間對血漿蛋白凝膠性的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲時間的延長，血漿蛋白的凝膠性逐漸增加。在超聲處理0.5 h后，血漿蛋白凝膠強度即由對照組128.5 g增加到163.9 g（P<0.05），其后隨著時間延伸，增速延緩，在超聲處理3 h后，血漿蛋白凝膠強度增加到208.5 g，顯著高于對照組和0.5 h處理組

（P<0.05）。

由圖8可知，超聲功率對血漿蛋白凝膠性的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的凝膠性基本呈增加的趨勢。在300 W時血漿蛋白的凝膠強度最高，為190.5 g，相比對照組120.5 g提高了58.1%，差異顯著（P<0.05）。

圖 8 超聲功率對血漿蛋白凝膠性的影響

Fig.8 Effect of ultrasonic power on the heat-induced gel strength of PPP

3 結 論

超聲波處理過程中通過能量傳遞，能在蛋白溶液介質中產生空化作用，進而對大分子蛋白產生剪切力和溫度效應。本實驗研究了100 kHz超聲波不同處理時間和處理功率對豬血漿蛋白電導率及其起泡性、乳化性和凝膠性的影響。結論如下：1）超聲波處理是一種有效的血漿蛋白改性方法；2）超聲處理可以導致血漿蛋白電導率明顯變化；3）起泡性和乳化性在超聲處理時間和功率范圍內，先增加后降低，需要注意適度的處理時間和功率；4）對于凝膠性，受超聲影響較大，在實驗的超聲時間（0～3 h）和功率（0～300 W）范圍內，隨著處理時間和功率的增加逐漸增大。

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