影響乳清蛋白乳化體系熱穩(wěn)定性的因素

乳清蛋白是由干酪生產(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)。近年來，越來越多的奶粉企業(yè)使用乳清蛋白作為原料。它不僅純天然、無毒無害，還提供人體所需的必須蛋白質(zhì)，而且乳清蛋白有一股淡淡的乳香味以及很強(qiáng)的乳化性。乳清蛋白能夠很好地分布在不飽和脂肪酸表面，延緩不飽和脂肪酸的氧化。但由于乳清蛋白是熱敏性蛋白，熱變性后在水中溶解性明顯下降，直接影響其功能特性，使其使用范圍受到限制。由于乳清蛋白的熱穩(wěn)定性對其生理活性和產(chǎn)品特性有重要影響，因此對其穩(wěn)定性的研究成為奶粉生產(chǎn)過程中不可忽視的環(huán)節(jié)。

在配制乳化體系的過程中，乳清蛋白會吸附到油脂表面，降低油脂表面自由能，維持乳化體系的穩(wěn)定。在加熱過程中乳清蛋白的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，在最初加熱階段，乳清蛋白開始膨脹，隨著加熱程度的增加，乳清蛋白分子結(jié)構(gòu)打開，此時乳清蛋白的乳化能力達(dá)到最佳。加入其他的壁材進(jìn)行剪切，待壁材完全溶解后再加入油相一起剪切10min，均質(zhì)后形成o/w型乳液。在配制乳清蛋白乳液的過程中，影響乳清蛋白乳液熱穩(wěn)定性的因素有加熱條件、鹽類（比如磷酸氫二鉀）、均質(zhì)壓力、壁材中不同的填充物等，它們都會使乳清蛋白發(fā)生變性，從而破壞整個乳清蛋白乳化體系。本文主要是研究這些因素對乳清蛋白乳化體系的影響，探討在乳液配制過程中如何通過通過控制和利用這些因素來生產(chǎn)出令人滿意的乳清蛋白乳化體系。

材料與方法

實驗材料

花生四烯酸油脂（嘉必優(yōu)生物工程（武漢）有限公司）、乳清蛋白（Hilmar）、麥芽糊精DE值為20（Cargill）、一水結(jié)晶葡萄糖（Cargill）、磷酸氫二鉀（國藥）。

試驗儀器

剪切乳化機(jī)（上海索維機(jī)電設(shè)備有限公司）、高壓均質(zhì)機(jī)（上海東華高壓均質(zhì)廠）、馬爾文粘度計（英國馬爾文儀器公司）。

實驗方法

首先將壁材溶解于純水中，乳化機(jī)12000r/min剪切10min，加入花生四烯酸油脂繼續(xù)剪切10min后，采用高壓均質(zhì)機(jī)30MPa均質(zhì)壓力循環(huán)均質(zhì)80s，得到乳清蛋白乳液。

乳化液粘度的測定

用Bohlin Visco 88粘度計測定均質(zhì)料液粘度，得到不同溫度條件下的粘度曲線。

粘度計參數(shù)設(shè)置：轉(zhuǎn)子C30； Shear Value：600； Delay Time：5s； Integration Time：5s； Wait Time：2s； Number of Samples：30； Total test time：360s。

影響乳清蛋白乳液

熱穩(wěn)定性的因素

加熱條件的影響

加熱處理溫度和時間對乳清蛋白乳化體系存在影響。乳清蛋白溶液在加熱過程中結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，剛開始加熱時，乳清蛋白分子結(jié)構(gòu)逐漸打開，隨著加熱程度的提高，當(dāng)溫度大于70℃以后，乳清蛋白逐步發(fā)生變性。

配制乳清蛋白乳液：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、25%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。剪切均勻后，將均質(zhì)配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入80℃和70℃熱水中保溫。

圖1可見，溫度越高，蛋白乳液變性越快從而使溶液粘度激增。

鹽類（比如磷酸氫二鉀）的影響

加入鹽類（比如磷酸氫二鉀）對乳清蛋白乳化體系產(chǎn)生影響。配制乳清蛋白乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、5%磷酸氫二鉀；配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、34%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。將上述兩配方中的物料分別稱好，剪切均質(zhì)后配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入70℃熱水中保溫。

由圖2可見，磷酸氫二鉀對乳清蛋白乳液變性的影響很大，隨著磷酸氫二鉀添加量的增加，乳清蛋白乳液變性的時間顯著提前，溶液粘度明顯變大。

均質(zhì)壓力的影響

按照配方一稱取相應(yīng)的物料，剪切后，分別進(jìn)行30、35、40、45MPa循環(huán)均質(zhì)10s。

由圖3可見，隨著均質(zhì)的增大，蛋白乳液越容易變性，粘度也激增。

壁材中不同填充物的影響

壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液存在影響。按照如下配方配制乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀；配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、31%一水結(jié)晶葡萄糖、1%磷酸氫二鉀。按照上述兩個配方稱好物料，剪切均質(zhì)后配成乳液，放入72℃熱水中保溫。

由圖4可見，配方二的保溫效果更佳，主要原因是配方二中的一水結(jié)晶葡萄糖很容易和乳清蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，使疏水性基團(tuán)在水——油界面發(fā)生變性，溶解于油滴中，親水的多糖部分溶于水中，從而提高了乳化穩(wěn)定性。

結(jié)論

乳清蛋白變性是一個復(fù)雜的過程，影響蛋白變性的因素有很多。本文主要是研究加熱條件、鹽類、均質(zhì)壓力、不同的填充物等因素對乳清蛋白乳化體系的影響。

加熱條件對乳清蛋白乳化體系的影響：剛開始加熱時，乳清蛋白分子結(jié)構(gòu)逐漸打開，隨著加熱程度的提高，熱處理破壞乳清蛋白分子的氫鍵，使乳清蛋白分子鏈展開，通過二硫鍵等共價鍵促成蛋白質(zhì)聚合，形成有序的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度大于70℃，隨著時間的遞增蛋白分子逐漸形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致越來越多的乳清蛋白發(fā)生變性，且變性后的乳清蛋白不可逆，進(jìn)而破壞整個乳清蛋白體系。因此配制乳清蛋白乳液時要把整個體系控制在合理的溫度范圍內(nèi)。

鹽類（比如磷酸氫二鉀）對乳清蛋白乳化體系的影響：乳清蛋白在水溶液中的溶解度是由蛋白質(zhì)周圍親水基團(tuán)與水形成水化膜的程度以及蛋白質(zhì)分子帶有電荷情況決定的。在乳清蛋白乳液中加入磷酸氫二鉀時，磷酸氫二鉀對水分子的親和力大于乳清蛋白，致使蛋白質(zhì)分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。同時，磷酸氫二鉀進(jìn)入乳清蛋白后，由于離子強(qiáng)度發(fā)生改變，蛋白質(zhì)表面電荷大量被中和，更加導(dǎo)致乳清蛋白溶解度降低，使蛋白質(zhì)分子之間聚集而沉淀。隨著磷酸氫二鉀加入越多，乳清蛋白變性越嚴(yán)重，乳化體系破壞越大，因此配制乳清蛋白乳液時要控制磷酸氫二鉀的添加量。

均質(zhì)壓力對乳清蛋白乳化體系的影響：均質(zhì)壓力主要作用于乳清蛋白分子間的二硫鍵，使均質(zhì)后的乳清蛋白分子間通過非共價鍵發(fā)生交聯(lián)，破壞蛋白質(zhì)的二維結(jié)果，導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性。但是由于這種變性是可逆的，因此在配制乳清蛋白乳液時要控制合理的均質(zhì)壓力。

壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液的影響：在配制乳清蛋白乳液時通過加入一水葡萄糖，在加熱條件下使一水葡萄糖和乳清蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，從而提高乳清蛋白的溶解性。

通過研究以上因素對乳清蛋白變性的影響，可以幫助我們抑制和利用熱敏蛋白帶來的不利影響，建立更加合理的乳清蛋白乳化體系。