超聲協(xié)同TG酶處理乳清蛋白/馬鈴薯蛋白水解物復(fù)合凝膠的特性

張昊偉，伍娟,，辛孟瑤，石小龍，程宇,*

（1.江蘇大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）（2.江蘇大學(xué)食品物理加工研究院，江蘇鎮(zhèn)江 212013）

蛋白質(zhì)的凝膠性可以給食品提供良好的質(zhì)構(gòu)，因而蛋白質(zhì)凝膠的開發(fā)受到廣泛關(guān)注。將動(dòng)植物蛋白復(fù)合制備凝膠可以獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高的新型凝膠食品[1]。馬鈴薯蛋白中富含多種必需氨基酸，且含有較高比例的賴氨酸，而賴氨酸往往是其他植物蛋白所缺乏的[2]。馬鈴薯蛋白質(zhì)中限制氨基酸是色氨酸，而乳清蛋白是色氨酸的良好來(lái)源，所以將二者復(fù)合可以提高產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。馬鈴薯蛋白難溶解于水，限制了馬鈴薯蛋白的應(yīng)用[3]。馬鈴薯蛋白水解物具有良好的溶解度，可以改善馬鈴薯蛋白水溶性低的缺點(diǎn)，且具有調(diào)節(jié)血壓、抗衰老、抗氧化等生物活性[4,5]，將其與乳清蛋白結(jié)合開發(fā)蛋白復(fù)合凝膠有潛在的應(yīng)用前景。

近年來(lái)，研究人員強(qiáng)化凝膠營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)也關(guān)注凝膠質(zhì)地與感官的改善，部分研究人員選擇通過物理場(chǎng)、化學(xué)試劑、生物酶的協(xié)同作用改變凝膠的物理特性以及微觀結(jié)構(gòu)[6,7]。超聲處理是常用的物理改性方法之一，其空化效應(yīng)可以使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開，增加表面疏水性，改變成膠過程中蛋白質(zhì)的聚集狀態(tài)[8]。有研究表明超聲可以顯著改變凝膠的微觀結(jié)構(gòu)[9]、凝膠強(qiáng)度、彈性和保水性等物理特性[10]，但超聲的效果比較簡(jiǎn)單直接，過度超聲會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)過度聚集，不利于凝膠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的形成使凝膠質(zhì)量下降[11]。部分研究人員選擇谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（簡(jiǎn)稱TG，以下統(tǒng)稱TG酶）作為交聯(lián)劑，使蛋白分子上谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基發(fā)生交聯(lián)形成高分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改變凝膠特性[12,13]。研究證實(shí)超聲協(xié)同TG酶的交聯(lián)相較于單一處理改變凝膠結(jié)構(gòu)更顯著，Ding等[14]發(fā)現(xiàn)二者的協(xié)同作用相較于單獨(dú)TG酶交聯(lián)和單獨(dú)的超聲作用，使植物蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)變得致密，凝膠強(qiáng)度和持水力變得更加穩(wěn)定。Ahmadi等[15]發(fā)現(xiàn)超聲協(xié)同TG較單獨(dú)超聲，乳清蛋白凝膠強(qiáng)度上升，持水性更加穩(wěn)定。Ma等[16]通過超聲協(xié)同TG酶處理得到了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加致密的蛋白凝膠。這可能是由于超聲改性可以提高蛋白的溶解度[17]，有利于結(jié)構(gòu)伸展并暴露基團(tuán)，提高酶交聯(lián)的效率[18]，從而顯著影響蛋白凝膠性質(zhì)[19]。國(guó)內(nèi)外較多學(xué)者對(duì)TG酶協(xié)同超聲改善植物/動(dòng)物復(fù)合蛋白凝膠性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)研究，表明超聲協(xié)同酶交聯(lián)可以影響蛋白聚集和凝膠結(jié)構(gòu)，改善凝膠性質(zhì)，但過于致密的結(jié)構(gòu)會(huì)限制凝膠在消化過程中的分解和營(yíng)養(yǎng)釋放[20]，而蛋白經(jīng)酶水解后的水解產(chǎn)物與蛋白復(fù)合可以提高復(fù)合物對(duì)熱的穩(wěn)定性且有助于人體吸收[21,22]，將動(dòng)物蛋白與植物蛋白水解物復(fù)合可以有效彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)。

本文以乳清蛋白和馬鈴薯蛋白水解物為原料，使用超聲、TG酶、超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)手段處理復(fù)合蛋白，制備改性的復(fù)合蛋白凝膠。通過質(zhì)構(gòu)、溶脹和流變儀分析凝膠宏觀特點(diǎn)，低場(chǎng)核磁以及掃描電鏡等測(cè)試方法分析凝膠微觀結(jié)構(gòu)，探究不同處理方法對(duì)復(fù)合蛋白凝膠功能特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，為植物蛋白水解物在復(fù)合蛋白凝膠開發(fā)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料

馬鈴薯蛋白粉：陜西慈緣生物技術(shù)有限公司，蛋白含量62.5%±1.53%、灰分6.53%±0.19%、水分6.82%±0.14%、淀粉5.6%±0.08%、總糖8.13%±0.09%；乳清分離蛋白粉：美國(guó)Hilmar公司，蛋白含量90.9%；堿性蛋白酶：Alcalase 2.4L FG（2.4AU），諾維信生物技術(shù)有限公司；TG酶：江蘇一鳴生物股份有限公司；其他試劑均為分析純，購(gòu)于中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司。

1.2 主要設(shè)備與儀器

發(fā)散式三頻超聲設(shè)備，江蘇江大五棵松生物科技有限公司；KW-1000DC恒溫水浴鍋，江蘇中大儀器廠；KMO-2B磁力攪拌器，德國(guó)艾卡（IKA）儀器設(shè)備有限公司；FE-20型pH計(jì)，瑞士Mettler Toledo公司；WCR-8加熱制冷循環(huán)器，大韓科學(xué)株式會(huì)社；TA.XTPlus食品物性測(cè)試儀，英國(guó)Stable Micro Systems儀器公司；NMI20-030 V-I核磁共振分析儀，蘇州紐邁分析儀器股份有限公司；DHR-1旋轉(zhuǎn)流變儀，美國(guó)TA儀器公司；Avanti J-25貝克曼冷凍離心機(jī)，美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 馬鈴薯蛋白水解物的制備

馬鈴薯蛋白水解物的制備參考劉運(yùn)[23]，使用堿性蛋白酶水解馬鈴薯蛋白，馬鈴薯蛋白濃度為40 g/L，酶底比為1:100，并維持pH值為8.0酶解120 min，酶解結(jié)束后將酶解液pH值調(diào)至7.0，于溶液沸水浴10 min滅酶離心取上清液，冷凍干燥后制得馬鈴薯蛋白水解物。水解物蛋白含量為61.81%，其他常見組分含量如下：灰分12.69%、水分8.93%、淀粉0.54%、總糖4.09%。

1.3.2 不同處理?xiàng)l件復(fù)合凝膠的制備

本課題組前期實(shí)驗(yàn)為蛋白質(zhì)量濃度100 g/L乳清蛋白與蛋白質(zhì)量濃度為0、10、20、30、40、50 g/L的馬鈴薯蛋白水解物復(fù)合制備凝膠，通過質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定得到復(fù)合蛋白凝膠強(qiáng)度最佳組合為：100 g/L乳清蛋白與30 g/L的馬鈴薯蛋白水解物混合，凝膠強(qiáng)度為174.39 g。

取一定量的乳清蛋白和馬鈴薯蛋白水解物，倒入蒸餾水制得蛋白質(zhì)量濃度為100 g/L的乳清蛋白與30 g/L的馬鈴薯蛋白水解物復(fù)合溶液，制備好的溶液封裝放入超聲波反應(yīng)釜中。超聲條件參考王萌[24]，20/35 kHz超聲頻率交替工作，每種頻率工作5 s，超聲時(shí)間分別為0、15、30 min。將超聲后的樣品分兩部分，一部分不做處理，一部分加入TG酶30 U/g，50 ℃環(huán)境下蛋白溶液與TG酶交聯(lián)反應(yīng)1 h，將所有樣品于模具中密封，90 ℃水浴加熱30 min，放于4 ℃冰箱中過夜，制得復(fù)合蛋白凝膠。將超聲0 min，不加入TG酶交聯(lián)的凝膠設(shè)置為對(duì)照組。

1.3.3 質(zhì)構(gòu)測(cè)定

樣品質(zhì)構(gòu)分析方法參考毛超[25]并加以修改，使用TA.XTPlus食品物性測(cè)試儀進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)測(cè)定，探頭型號(hào)選擇P/0.5，探頭下降和上升的速度均為1 mm/s，樣品形變程度為30%，觸發(fā)力為3.0 g。參數(shù)與前期實(shí)驗(yàn)內(nèi)容保持一致。

1.3.4 流變測(cè)定

方法參考Cheng等[26]，使用流變儀分析熱誘導(dǎo)復(fù)合蛋白凝膠過程流變特性，模具選擇同心圓筒模具，不加入TG酶的樣品，溫度循環(huán)具體程序參數(shù)為：初始溫度25 ℃，以5 ℃/min升溫至90 ℃；保溫時(shí)間30 min，降溫至25 ℃，保溫5 min。TG酶交聯(lián)的樣品程序初始為50 ℃保溫1 h，后續(xù)同上。所設(shè)應(yīng)變值在蛋白凝膠的線性黏彈區(qū)內(nèi)。

在溫度循環(huán)程序結(jié)束后，使用旋轉(zhuǎn)流變儀對(duì)凝膠進(jìn)行頻率掃描測(cè)試，方法參考Min等[27]，溫度為25 ℃，頻率0.1～100 Hz，應(yīng)變0.5%。

1.3.5 溶脹性測(cè)定

將5 g凝膠放入自封袋（扎孔，讓水分自由通過），浸沒于50 mL體積的10 mmol/L磷酸緩沖液中，室溫下膨脹。按時(shí)取出（0.5、1、2、3、4、5、6、24、25 h），用濾紙吸去多余水分稱質(zhì)量。測(cè)定溶脹率（Swelling Ratio，SR）公式如下：

式中：

SR——溶脹率，%；

M1——凝膠初始質(zhì)量，g；

M2——凝膠膨脹后的質(zhì)量，g。

1.3.6 持水力測(cè)定

方法參考Amiri等[28]，選擇尖底50 mL離心管，底部加入脫脂棉球（離心過程吸收水分），凝膠使用雙層濾紙包好，2 000 r/min離心10 min。根據(jù)以下公式計(jì)算持水力（Water Holding Capacity，WHC）：

式中：

WHC——持水力，%；

m1——凝膠初始的質(zhì)量，g；

m2——離心后凝膠的質(zhì)量，g。

1.3.7 水分分布測(cè)定

方法參考Yan等[29]，參數(shù)設(shè)置：探頭選擇為40 mm探頭，采樣頻率為200 kHz，質(zhì)子共振率為21 MHz，等待時(shí)間TW為6 000 ms，重復(fù)掃描4次，得到指數(shù)衰減圖形，使用MultiExpInv Analysis Software分析進(jìn)行反演得到弛豫圖譜。

1.3.8 掃描電鏡觀察

參考Cheng等[26]，將凝膠切成5 mm×5 mm×5 mm大小，φ=2.5%戊二醛溶液浸泡固定6 h，使用0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH值為7.0）洗滌三次，使用濃度梯度的乙醇進(jìn)行脫水處理（30%、50%、70%、80%、90%、95%、98%）。脫水后于通風(fēng)櫥內(nèi)風(fēng)干，干燥后的樣品放于貼有導(dǎo)電膠的導(dǎo)電臺(tái)上，表面噴金，于掃描電子顯微鏡下觀察凝膠微觀結(jié)構(gòu)（加速電壓為15 kV）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，每個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)在不同時(shí)間進(jìn)行，應(yīng)用SPSS.26對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及顯著性進(jìn)行對(duì)比（P＜0.05），繪圖使用Sigma Plot 14.0軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

表1為復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)結(jié)果，可得超聲時(shí)間對(duì)凝膠強(qiáng)度無(wú)顯著性影響，加入TG酶交聯(lián)得到的三組凝膠（超聲0、15、30 min）強(qiáng)度，膠黏度和咀嚼度顯著下降。這一趨勢(shì)與Gharibzahedi等[30]歸納的研究現(xiàn)狀相反，可能是本次研究對(duì)象部分為馬鈴薯蛋白水解物，與一般研究情況下的植物蛋白有較大差異?；貜?fù)性指凝膠經(jīng)過擠壓后回復(fù)的能力，超聲15 min協(xié)同TG酶較TG酶單獨(dú)處理樣品回復(fù)性提高了22.63%；膠黏度和咀嚼性是凝膠強(qiáng)度的補(bǔ)充參數(shù)，其趨勢(shì)大致相似，超聲15 min協(xié)同TG酶交聯(lián)較單獨(dú)TG酶樣品膠黏度提高了31.82%，其中膠黏度表示的是半固體的分解變化趨勢(shì)，在凝膠指標(biāo)中更具代表性，膠黏度低的樣品更利于咀嚼吞咽[31]。不同處理方法對(duì)凝膠內(nèi)聚性與彈性無(wú)顯著影響。凝膠的質(zhì)構(gòu)特性直接影響食物的口感，也是吞咽困難飲食劃分的重要依據(jù)之一，根據(jù)Yoshika等[32]引用的食品吞咽等級(jí)劃分，本次實(shí)驗(yàn)TG酶交聯(lián)后制備的凝膠屬于易吞咽食品。

表1 不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)分析Table 1 Texture profile analysis of composite gels with different process

2.2 復(fù)合凝膠的流變分析

2.2.1 溫度掃描

質(zhì)構(gòu)測(cè)得的數(shù)據(jù)較為直觀，但是在凝膠成膠過程中的特性難以表現(xiàn)，而流變數(shù)據(jù)中儲(chǔ)能模量和損耗模量是表征食品強(qiáng)度、彈性和黏合特性的重要指標(biāo)之一[33]，可以在不同時(shí)間段反映凝膠特性的變化。圖1為不同處理方式制備凝膠的溫度掃描結(jié)果，所有凝膠的模量在90 ℃以下時(shí)均無(wú)顯著性提高，表明此階段樣品均保持溶液狀態(tài)，蛋白之間的相互作用較弱，未形成凝膠。在90 ℃高溫加熱階段，凝膠儲(chǔ)能模量和損耗模量增長(zhǎng)速度較快，表明在高溫條件下，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)被破壞，疏水基團(tuán)暴露，疏水作用力增強(qiáng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)開始形成。在降溫階段，各個(gè)樣品的儲(chǔ)能模量和損耗模量均急劇增加，凝膠強(qiáng)度顯著性增強(qiáng)，可能是在形成凝膠的過程中共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵也逐漸形成，二硫鍵和氫鍵等與蛋白分子側(cè)鏈的靜電排斥力相平衡，凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為牢固[25]。在25 ℃保溫階段樣品模量均趨于穩(wěn)定，對(duì)比最終模量可得，超聲30 min條件下制備的凝膠模量顯著性降低，原因可能是長(zhǎng)時(shí)間的超聲產(chǎn)生了過量的空化效應(yīng)，破壞肽鍵，破壞了非共價(jià)相互作用，影響了凝膠性能[34]。加入TG酶交聯(lián)的凝膠，模量發(fā)生了顯著性降低，這一研究結(jié)果與秦新生[17]、張晴晴[35]的研究結(jié)果相反，但通過超聲的協(xié)同作用，樣品模量顯著性提高，其中超聲30協(xié)同TG酶交聯(lián)的樣品模量達(dá)到最高，可能是長(zhǎng)時(shí)間超聲處理給予的空化效應(yīng)使底物中蛋白粒徑減小，增加了蛋白-水的互相作用[36]。

圖1 不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠的溫度掃描Fig.1 The temperature sweep of composite gels with different process

圖2 不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠的頻率掃描Fig.2 The frequency sweep of composite gels with different process

2.2.2 頻率掃描

以儲(chǔ)能模量和損耗模量的頻率函數(shù)對(duì)復(fù)合蛋白凝膠進(jìn)行頻率掃描，結(jié)果表明所有凝膠的模量隨著剪切頻率增加而增加，過程中儲(chǔ)能模量不為零且始終大于損耗模量，所有凝膠具有一定的黏性特征，模量變化的趨勢(shì)與溫度循環(huán)的結(jié)果大致一致，與對(duì)照組相比，超聲與經(jīng)過TG酶制備的凝膠模量均降低，表明凝膠結(jié)構(gòu)得到弱化[37]，超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)比較于TG酶單獨(dú)交聯(lián)樣品，儲(chǔ)能模量顯著提高，此時(shí)凝膠結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。

2.3 復(fù)合凝膠的溶脹性分析

凝膠的溶脹動(dòng)力學(xué)可以理解成溶劑分子擴(kuò)被動(dòng)擴(kuò)散到凝膠體系空隙中，而凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可以有效地吸收溶劑，使得凝膠體積和質(zhì)量大幅度增加[38]。圖3表明不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠的溶脹特性，隨著浸泡時(shí)間的增加凝膠溶脹率逐漸升高，表明所有樣品的凝膠結(jié)構(gòu)都能吸收溶劑并保留一定水分子。對(duì)照組與超聲的樣品溶脹能力較好，在超聲15 min和30 min條件下，凝膠的溶脹率分別提高了8.92%和15.79%。而加入TG酶凝膠樣品溶脹力相較于對(duì)照降低了58.77%，但超聲協(xié)同的作用會(huì)增加凝膠的溶脹力，超聲15、30 min協(xié)同TG酶交聯(lián)的樣品，溶脹力相較于單獨(dú)交聯(lián)的樣品提高了11.55%、55.02%。可能是因?yàn)門G酶的交聯(lián)會(huì)使得復(fù)合蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加致密，使得凝膠中間間隙變小[39]，降低了其溶脹性；超聲協(xié)同的空化效應(yīng)改變了凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了凝膠的溶脹性[40]。凝膠的溶脹性質(zhì)與凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相關(guān)，這與毛超等[25]的研究結(jié)果相似，強(qiáng)度越高的樣品，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，溶脹率變高。

圖3 不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠溶脹性分析Fig.3 Swelling property analysis of composite gel with different process

2.4 復(fù)合凝膠的水分分布

從圖4可得，凝膠在弛豫時(shí)間內(nèi)有4個(gè)峰，T21與T22（0～10 ms）為結(jié)合水，此部分為乳清蛋白與馬鈴薯蛋白水解物緊密結(jié)合的水分；T23（10～1 000 ms）為不可移動(dòng)水，此部分以半結(jié)合狀態(tài)存在凝膠網(wǎng)絡(luò)中；T24（1 000～10 000 ms）為自由水[41]。從表2可得，六組樣品97%以上為不可移動(dòng)水，表明復(fù)合凝膠中的水分主要以不可移動(dòng)水存在。結(jié)合水?dāng)?shù)據(jù)分析得，相比于對(duì)照組，超聲15和30 min使凝膠結(jié)合水含量分別提高了45.56%和17.15%，表明超聲使蛋白質(zhì)相互作用變強(qiáng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變，導(dǎo)致凝膠中水分遷移，部分不可移動(dòng)水轉(zhuǎn)換為結(jié)合水；超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)的時(shí)間越長(zhǎng)，自由水含量越高，超聲15和30 min協(xié)同TG酶較單獨(dú)TG酶處理樣品，自由水含量分別提高了62.22%和111.11%，與質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)比可得，自由水含量與質(zhì)構(gòu)特性呈負(fù)相關(guān)，凝膠強(qiáng)度更低時(shí)，對(duì)不可移動(dòng)水分束縛力減弱。結(jié)果表明超聲協(xié)同TG酶的交聯(lián)作用使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不可移動(dòng)水部分析出，自由水含量變高。

圖4 不同處理?xiàng)l件對(duì)復(fù)合蛋白凝膠的水分分布影響Fig.4 Effect of conditions on water distribution of complex protein gel with different process

表2 不同處理?xiàng)l件制得的復(fù)合凝膠的弛豫參數(shù)Table 2 Relaxation parameters of complex protein gel with different process

2.5 復(fù)合凝膠的持水力分析

持水性是反應(yīng)蛋白質(zhì)與水分子之間的相互作用的重要指標(biāo)[42]，可作為水分分布的補(bǔ)全數(shù)據(jù)，不同處理方式制得的復(fù)合蛋白凝膠持水力分析如圖5所示，超聲15 min與超聲30 min與對(duì)照組比較，可以得出超聲處理對(duì)凝膠的持水力并無(wú)顯著性改變。而在加入TG酶交聯(lián)后制備的樣品持水力顯著性下降，相對(duì)于對(duì)照組，TG酶交聯(lián)，超聲15和30 min協(xié)同TG酶交聯(lián)的樣品持水力分別下降了15.84%、13.89%、12.64%，結(jié)合水分分布中數(shù)據(jù)分析得，這三組樣品自由水含量更高，代表凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其不可移動(dòng)水束縛力較弱，使得持水力降低。

圖5 不同處理?xiàng)l件對(duì)復(fù)合蛋白凝膠持水性的影響Fig.5 Effect of different process on water holding capacity of complex protein gel

2.6 復(fù)合凝膠的微觀結(jié)構(gòu)

不同處理?xiàng)l件對(duì)復(fù)合凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響如圖6所示，對(duì)照組凝膠表面呈堆積緊湊的不規(guī)則小份聚集狀，超聲15 min的凝膠樣品表面部分聚集融為較大塊狀聚集，超聲30 min的凝膠樣品聚集更大，蛋白網(wǎng)絡(luò)致密但均一性不高，表明超聲波的空化作用會(huì)影響復(fù)合蛋白間的聚集狀態(tài)。經(jīng)過TG酶交聯(lián)，分子聚集顯得更加立體，可能是TG酶的交聯(lián)作用促進(jìn)了分子間共價(jià)鍵和二硫鍵的形成，使蛋白聚集變得更加復(fù)雜[17]。超聲15 min協(xié)同TG酶交聯(lián)處理的凝膠表面聚集體變得更小，出現(xiàn)部分較為光滑的面；超聲30 min協(xié)同TG酶交聯(lián)的樣品，凝膠表面有均一的小分子蛋白聚集，整體呈光滑平整，且出現(xiàn)了一些不規(guī)則圓孔，原因可能是超聲的空化作用使蛋白結(jié)構(gòu)展開，降低了蛋白分子之間的相互作用，暴露出更多的賴氨酸殘基等活性基團(tuán)，更加利于谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的交聯(lián)作用[43]，形成致密的凝膠結(jié)構(gòu)。

圖6 不同處理?xiàng)l件下復(fù)合凝膠的掃描電子顯微鏡圖像Fig.6 Scanning electronmicroscope images of protein gel with different process

對(duì)比6組微觀圖可得，超聲處理時(shí)間會(huì)對(duì)蛋白聚集體產(chǎn)生影響，TG酶協(xié)同超聲會(huì)產(chǎn)生更緊湊的蛋白聚集，延長(zhǎng)超聲時(shí)間，使乳清蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，這一結(jié)論與王瑩[44]、Ahmadi等[15]研究?jī)?nèi)容一致。微觀結(jié)構(gòu)的改變可以解釋凝膠宏觀性質(zhì)的變化，經(jīng)過超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)的凝膠，蛋白聚集體變得更加復(fù)雜，聚集狀態(tài)的變化改變了凝膠質(zhì)構(gòu)特性，如強(qiáng)度，膠粘度相較于單獨(dú)超聲樣品顯著性降低。超聲協(xié)同TG酶的處理還使凝膠表面出現(xiàn)了一些光滑的面，這可能影響了凝膠的吸水特性，降低了凝膠溶脹率。凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與水分子間的關(guān)系則通過水分分布和持水力進(jìn)行了表達(dá)，超聲15、30 min協(xié)同TG酶產(chǎn)生的光滑面以及不規(guī)則圓孔的特殊結(jié)構(gòu)影響了持水力，結(jié)合水和自由水含量。

3 結(jié)論

試驗(yàn)主要研究了超聲與TG酶的交聯(lián)對(duì)乳清蛋白/馬鈴薯蛋白水解物復(fù)合凝膠的影響，質(zhì)構(gòu)結(jié)果發(fā)現(xiàn)超聲對(duì)乳清蛋白復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)無(wú)顯著影響，TG酶會(huì)弱化凝膠，而超聲15 min協(xié)同TG酶相較于單獨(dú)TG酶處理，凝膠性能發(fā)生顯著提高，強(qiáng)度、膠黏度和咀嚼性顯著上升。流變儀數(shù)據(jù)表明，溫度循環(huán)和頻率掃描程序過程均為儲(chǔ)能模量大于損耗模量，表明凝膠的彈性占主導(dǎo)；分析溫度循環(huán)終點(diǎn)儲(chǔ)能模量與損耗模量可得，通過改變超聲協(xié)同TG酶的時(shí)間，可以控制復(fù)合凝膠的流變特性。低場(chǎng)核磁結(jié)果表明，隨著超聲協(xié)同TG酶時(shí)間的增加，自由水含量占比也顯著提高，這表明超聲協(xié)同TG酶處理時(shí)間會(huì)影響凝膠水分分布。微觀形態(tài)觀察表明，超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)使凝膠表面蛋白聚集體變少，結(jié)構(gòu)更加光滑，進(jìn)一步證明了超聲協(xié)同TG酶改變凝膠網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)，影響凝膠的物理特性。本次研究為超聲協(xié)同TG酶交聯(lián)改性凝膠性質(zhì)提供了新思路，在一定程度上對(duì)乳清蛋白/馬鈴薯蛋白水解物復(fù)合凝膠開發(fā)與應(yīng)用提供了理論依據(jù)。