鹽誘導乳清蛋白冷凝膠形成機理及應用

□ 張久龍　高 琳　黑龍江省完達山乳業(yè)股份有限公司

鹽誘導乳清蛋白冷凝膠形成機理及應用

□ 張久龍高 琳黑龍江省完達山乳業(yè)股份有限公司

乳清蛋白由于消化吸收率高、氨基酸組成合理等特點，賦予其高營養(yǎng)價值，而且由于乳清蛋白可以提供食品特殊質地的凝膠和乳化等功能特性，使其在食品工業(yè)中得到了廣泛的應用。傳統凝膠的加工過程主要依靠于受熱，所以其形成的過程比較激烈，這就容易限制乳清蛋白凝膠在某些領域的應用。與傳統凝膠方法不同的是，乳清蛋白冷凝膠，有以下兩個明顯的特點：形成依靠的溫度較低；加工過程不那么激烈，比較溫和。這兩方面的特點就彌補了傳統凝膠方法的不足，比如在熱敏性物質和生物活性物質等方面的應用，憑借其理想的包埋效果等優(yōu)點，現已備受食品加工等相關領域的青睞。

乳清蛋白具有大的應用空間，其形成的固有膠體性狀，拓展了其在功蛋白質冷凝膠技術，主要得益其溫和的加工過程。此過程使其避免了激烈的受熱等加工過程，導致其在熱敏性物質以及生物活性物質等方面有了功能性食品、食品添加劑及微膠囊等領域的應用，也彌補了傳統微膠囊化方法所制備產品在液體制品中應用的缺陷。在當今社會，在替代脂肪和提高禽肉的黏彈性方面，乳清蛋白冷凝膠形成的顆?；蚓W絡結構都起到了很好的作用，其對VE、益生菌和其他生物活性物質也有較好的包埋效果和攜帶作用。但是由于乳清蛋白冷凝膠研究起步較晚，從而限制了乳清蛋白冷凝膠的形成機理、加工方法，影響了其發(fā)展和應用。因此，促進乳清蛋白冷凝膠在實際工作中、生活中的應用，需要詳盡并且系統的概述乳清蛋白冷凝膠的形成機理。本文為了促進乳清蛋白冷凝膠的進一步開發(fā)和應用，將從乳清蛋白冷凝膠形成過程、鹽誘導冷凝膠形成機理以及其在微膠囊領域的應用加以綜述。

乳清蛋白冷凝膠形成機理及其應用

在20世紀80年代，人們開始研究關于乳清蛋白如何形成冷凝膠的過程機理，并于20世紀90年代后期開始有了深入的研究，并以酶、鹽或酸這3種方式誘導為主。與傳統凝膠方式不同的是，乳清蛋白冷凝膠的形成主要分為兩個階段（如圖1所示）：首先，經過熱處理低離子強度并且遠離等電點的天然乳清蛋白溶液，使蛋白質分子形成盤卷狀，以促進其在靜電相互作用下形成穩(wěn)定分散的蛋白質凝聚物；其次，在一定溫度的環(huán)境下，熱變性乳清蛋白凝聚物在共價鍵、靜電作用力或疏水作用下得以最終形成。

乳清蛋白冷凝膠鹽誘導機理

圖1　乳清蛋白冷凝膠形成過程示意圖

在鹽慢慢影響并且引導乳清蛋白變?yōu)槔淠z質地的過程中，蛋白質通過熱誘導的作用，使蛋白質分子中一種叫做疏水基團的物質呈現在外，在靜電排斥力的作用下，蛋白質凝聚物逐漸形成，慢慢地形成穩(wěn)定的分散體系。蛋白質凝聚物最終形成凝膠的質地，是通過鹽離子屏蔽電子或者特殊離子的疏水相互作用。而鈣離子除了上述引導蛋白質變質的作用外，另外主要還起到基團作用，就是蛋白質凝聚物所帶的負離子。Marangoni等對這兩種鹽誘導凝膠形成的過程和過程中的一些現象產生的區(qū)別進行研究，研究結果發(fā)現，在NaCl引導變性乳清蛋白形成凝膠的過程中，變性乳清蛋白開始同時形成體積較小的凝聚物和體積較大的凝聚物，與之不同的是，在CaCl2的影響下，開始逐漸的引導乳清蛋白變成凝膠質地的過程中，變性乳清蛋白中所聚集的較小的蛋白凝聚物形成速度就開始逐漸變得較為緩慢，而較大的凝聚物形成的速度是很快的，所以，可以推測出NaCl誘導凝膠形成的過程是單獨的，而CaCl2誘導凝膠形成的過程是雙重的。

下面開始分析在鹽誘導冷凝膠形成的過程。在這個過程中，凝膠形成的結構、空間中呈現的形狀以及形成中還有形成后的特性都受到鹽的類型和鹽的濃度的影響。鹽濃度影響著凝膠的微結構和透明程度，與此同時，研究的過程中也不能忽略纖細絲狀凝膠是受到低濃度鹽的引導，比較混濁的顆粒狀的凝膠是受到濃度較高的鹽的影響。凝膠的性質受離子類型影響較大的原因是因為引導冷凝膠形成機理的過程不同。化合價較高的Ca2+影響著蛋白質分子間靜電力的屏蔽作用，除此之外，Ca2+會形成一種鹽橋，影響著負電荷的蛋白質分子，從而導致CaCl2形成凝膠的能力高于NaCl，致使在誘導同等濃度的變性乳清蛋白形成相同性狀凝膠的過程中，需要的CaCl2濃度要低于NaCl的濃度。

乳清蛋白冷凝膠在微膠囊技術中的應用

乳清蛋白冷凝膠由于起步較晚，因此，現階段的相關應用有限，而將其應用于微膠囊領域的研究極少。Lingyun Chen等在其文章中提及了β-乳球蛋白形成的冷凝膠對VE的包埋在胃中僅釋放20%，有很好的定位釋放功能。Ainsley 等利用乳清蛋白冷凝膠對乳酸菌進行包埋，活菌數在108cfu/g以上，而且對模擬胃腸液有很好的耐受性。而Brodkorb等利用WPI形成的冷凝膠對NFBC 338進行包埋，在3周4 ℃儲藏試驗中包埋后的活菌數量始終在108cfu/g以上，而對照實驗組的活菌數量在第2周降到了106cfu/g左右；在耐熱試驗中，冷凝膠體系也較明顯的起到了對菌體的保護作用。張久龍等利用葡萄糖酸-δ-內酯誘導乳清蛋白形成的顆粒狀冷凝膠，在pH 1.5的酸環(huán)境下對雙歧桿菌的保護性最好，作用120 min后菌落數下降2個數量級，菌體存活率分別達到1.7%和2.1%。張久龍等采用7.5 mmol/L CaCl2誘導8%乳清蛋白形成的網絡狀冷凝膠，在pH 1.5的酸環(huán)境下對雙歧桿菌的保護性最好，作用120 min后菌落數下降3個數量級，菌體存活率達到0.42%。

由此可見，冷凝膠體由于可形成網絡或顆粒微結構，加之形成的過程較其他凝膠法緩和，使其在加工和儲藏過程中對生物活性成分有很好的保護作用。而且隨著對冷凝膠形成機理的深入研究，不僅可以通過改變誘導方式獲得不同凝膠性質的冷凝膠，而且在同種方式誘導下，通過改變凝膠劑種類或蛋白濃度等條件，同樣可以根據自己的需求制備出不同流變學性質和微觀結構的冷凝膠，極大地滿足了當今市場的多樣性的需求。因此，將冷凝膠體系應用到益生菌微膠囊領域有很大的研究、開發(fā)前景和實際意義。

結語

通過鹽誘導形成的乳清蛋白冷凝膠，其凝膠特性受多方面因素的共同作用影響。在同種誘導方式下，可以通過對蛋白質濃度或誘導劑種類等條件的改變獲得不同結構的或微觀結構的冷凝膠。

隨著冷凝膠技術的不斷發(fā)展及誘導機理的日益完善，乳清蛋白冷凝膠憑借其特殊結構特性和在加工過程中的特性，將廣泛地應用在微膠囊、醫(yī)藥及食品等領域。

張久龍（1982-），男，遼寧莊河人，碩士研究生，工程師。研究方向：畜產品加工。