葡萄籽蛋白加工特性研究.doc

葡萄籽蛋白加工特性研究1前言葡萄籽是葡萄酒厂下脚料经晒干后去除葡萄皮、葡萄梗后所得的产物，其富含蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质和维生素等多种营养物质。将葡萄籽进行合理的开发利用，不但可以减少环境污染，还能增加葡萄酒的附加值。葡萄籽中蛋白含量为11.02%,且报道称葡萄籽蛋白氨基酸组成丰富，含有人体必需的8种氨基酸1。因此，葡萄籽蛋白是一种优质的蛋白质资源，以酿酒中葡萄籽副产物为原料提取蛋白质可促进葡萄籽副产物的开发利用，缓解其对环境的压力。本研究拟采用碱溶酸沉方法提取蛋白质并将其应用于焙烤食品制备中，该研究将有助于葡萄籽副产物及葡萄籽蛋白的加工应用，并可提供多种富含蛋白质的焙烤食品，具有巨大的社会效益1.1 课题背景葡萄是世界上广泛种植的水果之一，这些葡萄大部分用于酿酒，少数作为鲜果食用和应用于果汁加工。酿制葡萄酒或进行果汁加工的下脚料主要是葡萄皮与葡萄籽，二者约占鲜果重量的20%，其中葡萄籽大约占鲜果4%7%。如今大多数葡萄酒厂都将葡萄籽当作废物丢弃，这不但造成环境污染，而且也是在浪费资源2。对葡萄籽进行加工处理，研究其成分含量及其提取物功效，可以将葡萄籽变废为宝，同时也给社会带来巨大的经济效益。葡萄籽中的蛋白质不仅是很好的营养物质，而且具有很好的保健和美容功效，以葡萄籽为原料提取葡萄籽蛋白可缓解蛋白质资源短缺，提高葡萄利用率。蛋白质的功能性质影响食品的感官品质，对食品在加工、贮存或运输过程中的物理特性起关键作用。了解其功能特性不但有助于在食品加工业中正确的使用蛋白质，还利于食品营养成分的保持和利用。2 材料与方法2 .1实验材料与试剂材料：葡萄籽蛋白（同组实验同学提供）；淡奶油、色拉油、黄油、 低筋面粉 、鸡蛋、蔗糖、食盐、大枣、可可粉（购于元辰超市）。试剂：氯化钠（国产分析纯）；浓盐酸（国产分析纯）；氢氧化钠（国产分析纯）。2.2 实验仪器TGL-16C型高速台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；FA2004B电子分析天平（上海精密科学仪器有限公司）；752紫外可见光分光光度计（上海欣茂仪器有限公司）；pHSJ-4A实验室pH计（上海精密科学仪器有限公司）；99-1大功率磁力搅拌器（常州国华电器有限公司）；电子鼻 (上海瑞玢国际贸易有限公司)；ZSB-712恒温水浴锅（上海市智诚分析仪器制造公司）；红远外电热食品烤炉；胶体磨（温州昊星机械设备制造有限公司）。2.3 实验方法2.3.1 蛋白质在烘焙食品中的应用2.3.1.1 枣泥海绵蛋糕2.3.1.1.1蛋糕配方:参考文献3的蛋糕配方 鸡蛋4(约160g)、低筋面粉120g、色拉油30g、淡奶油20g、蔗糖90g、枣泥80g 、盐2g预混合2.3.1.1.2 制作流程大枣煮至枣泥 枣泥，色拉油，盐糖化 充分混匀 全蛋，蔗糖多次筛分 面粉装盒烘烤（180，10min）2.3.1.1.3 品质分析观察烘焙制品外形是否完好，体积有无变化，色泽、气味、口感是否正常，内部海绵结构是否均匀等。2.3.1.2 可可饼干2.3.1.2.1 实验配方:参考文献3的饼干配方 黄油130g、糖分100g、鸡蛋1（约40g）、低筋面粉180g 、可可粉20g2.3.1.2.2 制作方法黄油软化，打至顺滑 糖粉混合 蛋液筛入低粉，可可粉 面糊装裱 挤花纹 烘烤（180，12min） 2.3.1.2.3 品质评价观察烘焙制品外形是否完好，表面是否光滑，颜色深浅，疏松性、口感、食味是否正常等。2.3.2 电子鼻分析方法：参照文献4的分析方法2.3.3 测定指标及方法2.3.3.1 水分测定：参照文献5，采用直接干燥法测定。称取适量蛋白粉，测出其与干燥衡重的烘皿（m3）的质量m1，置于1032干燥箱中加热2h，加盖取出于冷却器内冷却至室温，连同烘皿称取质量m2。水分质量按下式计算： 水分含量（W）=(m1-m2)/(m1-m3) （1）2.3.3.2比体积测定：参照文献6稍做调整，运用实验室的烧杯，量筒分析天平和购买的小米，分别测出制品的质量m和体积v，根据下式计算：比体积=v/m （2）2.3.3.3 溶解性的测定按照文献7方法，取三种蛋白粉各2 g，分别加入pH 310水溶液中（用0.1 mol/L HCl 或0.1mol/L NaOH调节），室温下磁力搅拌15min，放置10 min，经离心取上清液，考马斯亮蓝法测蛋白质含量。蛋白溶解率按下式计算：溶解率% =上清液总氮量/蛋白粉总氮量100% （3）2.3.3.4持水性(WHC)的测定 参考文献7稍作调整：取0.5 g蛋白粉和2 mL水放入10 mL刻度离心管中，用细金属丝搅拌1 min，使样品分散在水中，40 水浴放置30 min，500 r/min离心25 min，读出游离水的体积。持水性(mL/g)=(2-游离水体积)/0.5 （4）2.3.3.4持油性的测定参照文献7稍作调整：取0.4 g蛋白粉和2 mL花生色拉油加入带刻度的锥形离心试管中，用细金属丝搅拌混合1 min，使样品充分分散，然后静置30 min，2000 r/min离心25 min，读取游离油的体积。通过总油与未被吸附油的体积之差，测其吸油性。吸油性(mL/g)=(2-游离油体积)/0.4 （5）2.3.3.5乳化性及乳化稳定性的测定按文献7方法稍作调整： 配制在添加蛋白质粉含量为3%时所满足的其他条件，即PH=7，NaCl浓度为0.44%，蔗糖浓度为20%的蛋白溶液，于均质机中5000rpm均质1min. 加入等体积的精炼花生油再在10000rpm下均质1 min，然后1200g离心5min，测量离心管中液体乳化层高度，乳化性计算公式如下:乳化性(%)=(乳化层高度/液体总高度)100% （6） 乳化后的样品于80加热10min后1200g离心min，结果为乳化稳定性。2.3.3.6 起泡性及泡沫稳定性的测定按文献7方法稍作调整：配制在添加蛋白质粉含量为3%时所满足的其他条件，即PH=7，NaCl浓度为0.44%，蔗糖浓度为20%的蛋白溶液，于高速分散器中10000rpm搅打1min. 读出泡沫凹液面处的体积，搅打前与搅打后的差计算起泡力。起泡性计算公式为： 起泡性(%)=(起泡力-50)/50100% （7）静置30min后再量泡沫体积可知泡沫稳定性。3 结果分析3.1 葡萄籽蛋白添加量对焙烤食品品质影响3.1.1添加葡萄籽蛋白对蛋糕品质影响因葡萄籽蛋白提取物为褐色物质，为防止其对蛋糕色泽的影响，研究中将葡萄籽蛋白添加在枣泥蛋糕中。下表1为葡萄籽蛋白对蛋糕品质影响的结果，图1从左往右分别是葡萄籽蛋白含量为0%，1%，3%，6%，9%的效果图。从图表可知，在保持其他制作方法及参数一致的情况下，蛋糕内部结构、疏松性、香味在一定添加范围内均得到显著改善，超过该范围，葡萄籽蛋白的添加对其感官品质产生不良影响。当添加量为3%时，蛋糕的色泽、疏松性、内质结构最令人满意；添加量为9%时，疏松性变得紧密，食感显得略为沉重，且内部空隙不均匀。随着葡萄籽蛋白添加量的增加，蛋糕水分和比体积都出现先增后减的趋势，比体积在含量为3%达到最大，在添加1%时，水分含量最高，持水性效果最好。表1 葡萄籽蛋白对蛋糕品质影响焙烤品质葡萄籽蛋白含量（%） 0 13 6 9水分含量（%）35.3838.2136.0730.8629.85比体积ml/g2.4793.4723.7832.4772.037表皮完好完好完好完好完好香味蛋香淡枣香淡枣香枣香+枣香+疏松性疏松疏松+疏松+一般紧密内部空隙较均匀较均匀均匀较均匀不均匀EDDDCDBA 注：ABCDE分别为葡萄籽蛋白添加量0,、1%、3%、6%和9%图1 添加不同量的葡萄籽蛋白的蛋糕图3.1.1.1 蛋糕香味分析 6个蛋糕样品每个样品5g。先用空气清洗传感器，清洗时间为20s，然后通过真空泵将样品中的气体吸入到电子鼻中，进气速度为1L/min，检测时间为90s。每个样品平行测定3次。图2 6个蛋糕样品雷达图由图2中可知，空白、1%、3%、6%、9%的样品在各个传感器上的响应强度相似或有小幅度增强，而添加量为12%的样品在S2S5S8S11传感器上响应强度与其他样品存在较大差异，均低于其他样品，表明12%的样品气味强度低于其他样品，这说明随着葡萄籽蛋白添加量的增加，蛋糕的气味逐渐增强，但添加量超过一定范围时，气味将会减弱，这个范围至少是大于9%。3.1.1.2 主要成分分析图3 6个蛋糕样品主成分分析图在图3中，6个蛋糕样品分布在图中的不同区域内，相互之间没有重叠；且DI值为87.7%(DI值反映整体区分效果，DI值越大，区分效果越好)，另外，在图中，空白样品与其他添加1%、3%、6%、9%和12%蛋糕样品在图中距离较远，且添加量越大纵坐标越大。说明添加葡萄籽蛋白使样品香味，主要成分呈现一定规律的差异，这主要是因为不同含量蛋白质与样品中其他物质发生的各种反应造成的。3.1.2葡萄籽蛋白添加量对饼干品质的影响 根据配方面粉为基准，分别添加1%、3%、6%、9%和12%的葡萄籽蛋白粉，制作可可饼干同时避免了蛋白粉颜色对实验的产品色泽的影响。由表2中可知，水分在蛋白质添加量为6%时含量最高，而比体积在添加量为3%时最大。葡萄籽蛋白对饼干的形状、食味、颜色无明显影响，而疏松性在一定添加范围内得到一定程度的改善，添加量达到9%后酥性开始下降，表面光滑同时在添加量达到9%时一般。表2 葡萄籽蛋白对饼干品质影响焙烤品质葡萄籽蛋白含量（%）0136912水分含量（%）0.480.670.700.950.280.03比体积ml/g0.5400.6930.8290.8040.6890.514形状不变形不变形不变形不变形不变形不变形表面光泽较光滑较光滑较光滑较光滑一般一般疏松性较疏松疏松疏松+疏松一般有点紧-颜色深褐色深褐色深褐色深褐色深褐色深褐色食味正常正常正常正常正常正常FDEDBACDD注：ABCDEF分别为葡萄籽蛋白添加量0、1%、3%、6%、9%和12%图4 添加不同量的葡萄籽蛋白的饼干图3.1.2.1 饼干香味分析 实验仪器条件同电子鼻对蛋糕样品的检测图5 6个饼干样品雷达图从图5可知，6个饼干样品气味差异主要集中在S1S3S8之间。蛋白质白添加量为12%时强度低于其他样品，蛋白质添加量超过一定范围时，气味会减弱，也即过多的蛋白质添加对产品风味具有负面影响。3.1.2.2 饼干主成分分析图图6 6个饼干样品主成分分析图由图6可知，主成分1和主成分2的总贡献率为98.2%，完全能够代表样品的整体信息(贡献率越大，说明主成分越能够较好的反映原来多指标的信息)。图中，6个样品相互之间有重叠，说明样品的主成分差别不大。3.2 蛋白质溶解性葡萄籽蛋白在不同pH下的溶解度如下图6所示图7 葡萄籽蛋白的溶解性曲线 从图可知，葡萄蛋白在pH为3.5左右时溶解性最小，pH3.5溶解度都有明显的增加，且pH越大溶解度越大。3.3蛋白质的功能特性表3 3%浓度蛋白质的功能特性测定指标持水性（ml/g）持油性（ml/g）乳 化 性（%）乳化稳定性（%）起 泡 性（%）泡沫稳定性（%）数值2.43.2528.032.043.345.0葡萄籽蛋白的持水性可以用离心分离后的蛋白质粉中残留的水分含量来衡量8,其持水性比大豆蛋白（0.173ml/g）和芝麻蛋白（0.103ml/g）的高出很多9。 蛋白质的持油性是指蛋白质与游离油脂相互结合的能力，通常用每克蛋白质吸附油的毫升数来表示。蛋白质的持油性与蛋白质的种类、来源、加工方式、温度及油脂种类等相关。其吸油性比芝麻蛋白，大豆蛋白的吸油性都要高9。蛋白质可在分散的油滴和连续水相的界面上吸附，使液滴产生抗凝集性的流变学性质、物理学性质，从而增加其在食品乳胶体中稳定性，是重要的食品添加成分。其中，蛋白质乳化性是指蛋白样品与油水结合在一起，形成乳状液经相转变(从O/W乳状液转变成W/O乳状液)；乳化稳定性是指油水乳化液保持稳定的能力10。蛋白质起泡性是指蛋白样品在快速搅拌过程中扑捉气体最终形成泡沫的能力；泡沫稳定性是指泡沫形成后的维持能力，即保持液体不被析出的能力11。葡萄籽蛋白质特有的分子组成和结构特征使得其具有较好的起泡性，蛋白质溶液浓度会影响蛋白质起泡性10-11。4 讨论任何一种蛋白质都有其特定的结构，而其功能特性是这些特定结构的表现。用于制作焙烤食品的小麦面粉转化为面团，面筋蛋白质能使面包柔软和保持水分，但是焙烤使面粉中可溶性蛋白质变形和凝集12。葡萄籽蛋白对烘焙食品的品质的影响随添加量的升高而降低，在添加量为3%时，水分含量虽不是最高，但与空白样品相比，添加了葡萄蛋白粉的样品在内部结构，食感，香味，疏松度等其他感官品质更令人满意。这说明添加的葡萄蛋白的持水性、乳化性以及起泡性质在食品的烘焙中发挥了作用，而且葡萄蛋白结合了食品中的风味物质，使制品风味更佳。电子鼻是人们通过模仿生物的嗅觉系统而研制的一个电子“嗅觉”系统，目前,电子鼻已应用到质量控制、环境监控和疾病诊断等各个领域13.。采用电子鼻技术对添加了不同含量葡萄籽蛋白的烘焙制品中的挥发性成分进行检测，通过6个样品的雷达图，主成分分析图，可以清楚的看到不同添加量的样品的挥发性成分有明显的差异。在主成分分析图中，空白样品与添加1%，3%，6%，9%，12%的样品距离较远，而且随着添加量的增加，纵坐标越来越大，可见添加不同浓度的蛋白呈现一定的规律。蛋白质在水中的溶解性依赖于pH值，在等电点pH时，静电斥力和离子水合力最低，表面非极性端的疏水作用最强，因而等电点处溶解性最差