（食品科学专业论文）动态高压微射流技术对乳清蛋白性质和结构的影响.pdf

摘要 摘要 世界上的乳清产量很大，乳清的开发和利用一直很受人们关注。乳清中蛋白 质含量较高，如何有效利用乳清蛋白成为乳品工业中急需解决的问题。乳清蛋白 是干酪生产的副产品，广泛应用于食品行业、医药、饲料、化妆品及其它行业。 但是乳清蛋白是一种敏感性蛋白质，在一些理化条件下其性质易发生不利于加工 应用的变化，这使得其应用范围受到很大限制。然而它的理化性质又是由它的结 构以及粒度大小决定的。因此本课题采用动态高压微射流技术对其进行物理改 性，研究改性前后的乳清蛋白功能性质和结构的变化规律。 本论文的实验和研究结果如下： ( 1 ) 动态高压微射流技术对乳清蛋白功能性质的影响：1 、2 和3 浓度 的乳清蛋白溶液经过动态超高压微射流技术处理后，乳清蛋白的溶解性、起泡性、 起泡稳定性和乳化稳定性均得到不同程度的改善。在同一处理压力下，2 浓度 的乳清蛋白改善效果最好；乳清蛋白溶液呈非牛顿流体特性，动态高压微射流处 理大大改善了其表观粘度，d h m p 没有改变乳清蛋白溶液非牛顿流体的特性， 但经过动态高压微射流处理后，乳清蛋白溶液的剪切稀化现象表现的较为明显。 ( 2 ) 动态高压微射流技术对乳清蛋白微观结构的影响：动态高压微射流技 术能够使乳清蛋白球状结构破碎，平均粒度变小，粒径分布变窄，当压力达到 1 6 0 m p a 时平均粒径降至最低；其中以2 的乳清蛋白溶液经微射流均质处理后 粒度降至最小，由原料的4 0 7 2 n m 降到最低为1 9 6 3 m ；由x 衍射图谱显示，乳 清蛋白的微观晶体结构略有破坏，但破坏程度不深；此外，热分析结果表明，乳 清蛋白的热稳定性降低，说明d h p m 处理后乳清蛋白的结构变得给为松散。 ( 3 ) 动态高压微射流技术对乳清蛋白分子结构的影响：动态高压微射流技 术对乳清蛋白的亚基和分子量几乎无影响，s d s p a g e 图谱显示不同压力处理后 的乳清蛋白条带无变化；d h p m 处理使乳清蛋白的二级结构变化不大，红外图 谱显示，处理后的乳清蛋白的二级结构变化不大，只是特征吸收峰出现不同程度 的蓝移或红移；然而d h p m 处理使乳清蛋白的三维结构遭到了严重破坏，随着 处理压力的升高，其巯基基团先升高后降低，然而其表面疏水性却呈现相反的趋 势，当压力达到8 0 m p a 时，巯基基团含量达到最高，而其表面疏水性降至最低； 此外，动态高压微射流技术对乳清蛋白的表面分子结构产生了破坏，紫外图谱表 明，蛋白质分子的表面区域发生了部分的构象变化。 关键词：动态高压微射流技术；乳清蛋白；功能性质；结构 a b s t r a c t a bs t r a c t t h ep r o d u c t i o n so fw h e yp r o t e i na r eg r e a ti n t h i sw o r l d ；t h ed e v e l o p m e n ta n d u t i l i z a t i o no fi th a sb e e na b s t r a c t e db yp e o p l ea l lt h et i m e t h ec o n t e n to fp r o t e i ni n w h e yi sv e r yh i g h ；h o w e f f e c t i v eu s eo fw h e yp r o t e i ni nt h ed a i r yi n d u s t r yh a sb e c o m e u r g e n tp r o b l e m s w h e yp r o t e i ni st h eb y - p r o d u c ti nt h ep r o d u c t i o no fc h e e s e w h e y p r o t e i nh a sb e e na p p l y i n gi nm a n yf i e l d sa b r o a d l y , j u s tl i k ef o o d ，m e d i c i n e ，f e e d i n g s t u f f , c o s m e t i ca n do t h e r s b u t ，w h e yp r o t e i ni s o n eo fs e n s i t i v i t yp r o t e i n s ；a ts o m e p h y s i c a la n dc h e m i c a lc o n d i t i o n s ，d e t r i m e n t a lc h a n g e so f t h e i rp r o p e r t i e sa r ep r o n et o b eh a p p e n e di nt h ep r o c e s s i n ga p p l i c a t i o n , w h i c hm a k e si t ss c o p eo fa p p l i c a t i o nt ob e l i m i t e d h o w e v e r , i t sp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e sa r ed e t e r m i n e db yt h es t r u c t u r e o fw h e yp r o t e i na sw e l la si t sp a r t i c l es i z e t h e r e f o r e ，w h e yp r o t e i nw a sm o d i f i e db y d y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o ni nt h i sp a p e r t h e e f f e c to fd y n a m i ch i g h p r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o no nf u n c t i o n a lp r o p e r t i e sa n d i t ss t r u c t u r eo fw h e yp r o t e i n w e r es t u d i e d t h er e s u l t so fs t u d yi nt h i sp a p e rw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) e f f e c to fd y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o no n t h ef u n c t i o n a lp r o p e r t i e s o fw h e yp r o t e i n ：s o l u b i l i t y , f o a m i n gc a p a b i l i t ya n de m u l s i f y i n gs t a b i l i t yp r o p e r t yo f 1 2 a n d3 w h e yp r o t e i nt r e a t e db yd y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o n w e r ei m p r o v e dt oac e r t a i ne x t e n t a tt h es a m ep r e s s u r e ，2 w h e yp r o t e i nc o m p a r e d w i t ho t h e r sc a nb ei m p r o v e dt oab e t t e rd e g r e e m e a n w h i l e ，t h er h e o l o g i c a lm o d e lo f w h e yp r o t e i nw a sn o n - n e w t o nf l u i d a f t e rb e i n gd e a l e dw i t hd y n a m i ch i g hp r e s s u r e m i c r o f l u i d i z a t i o n ，t h ea p p a r e n tv i s c o s i t yw a si n c r e a s e d d h p md i d n tc h a n g et h e n o n n e w t o n i a nf l u i dp r o p e r t y ；o n l yc a nt h ea p p a r e n tv i s c o s i t yo fw h e yp r o t e i n s o l u t i o nb e c o m eo b v i o u s l ys h e a r - t h i n n i n gw i t hs h e a rr a t ei n c r e a s e da f t e rb e i n gt r e a t e d b yd h p m ( 2 ) e f f e c to fh i g i lp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o no nt h em i c r o s t r u c t u r e o fw h e y p r o t e i n ：d y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o nt r e a t m e n t w a sc a p a b l eo fl e a d i n gt h e w h e yp r o t e i ng l o b l ep a r t i c l e st op i e c e s a sar e s u l t ，t h ea v e r a g ep a r t i c l es i z eb e c a m e s m a l l e ra n dt h ep a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nb e c a m en a r r o w e r w h e nt h ep r e s s u r ew a s r e a c h e d16 0 m p a , t h ea v e r a g ep a r t i c l ec a nb et h em i n ，w h i c ho f2 c o n c e m t r a t i o n w p ct r e a t e db yd h p mw a st h em i n m u mv a l u e t h ea v e r a g ep a r t i c l er e d u c e dt o 19 6 3 n mf r o m4 0 7 2 n m a st h ex r a yd i f f r a c t i o np a t t e r ns h o w e d ，t h em i c r o c r y s t a l i i a b s t r a c t s t r u c t u r eo fw h e yp r o t e i nw a sd a m a g e d ，b u tt h ed e g r e ew a sn o td e e p i na d d i t i o n ，t h e t h e r m a la n a l y s i sr e s u l t ss h o w e dt h a tt h et h e r m a ls t a b i l i t yd e c r e a s e d w h i c hi l l u m i n a t e d d h p mt r e a t m e n tm a d et h es t r u c t u r eo fw h e y p r o t e i nt ob el o o s e ( 3 ) e f f e c to fd y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o no nm o l e c u l a rs t r c t u r eo f w h e yp r o t e i n ：n e a r l yn oc h a n g e so c c u r r e di ns u b u n i t sa n dm o l e c u l a rw e i g h to fw h e y p r o t e i na f t e rb e i n gd e a l e dw i t hd h p m ；s d s p a g es h o w e dt h es t r a p so fw h e yp r o t e i n t r e a t e db yd i f f e r e n tp r e s s u ew e r en o tc h a n g e d t h es e c o n d a r ys t r u c t u r eo fw h e y p r o t e i nt r e a t e db yd h p mw a sl i i t l ec h a n g e ；a st h ei n f a r e ds p e c t r u ms h o w e d ，a f t e r b e i n gt r e a t e db yd y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o n ，n e a r l yn oc h a n g e so c c u r r e d i nt h es e c o n d a r ys t r u c t u r eo fw h e yp r o t e i n ；j u s tc h a r a c t e r i s t i ca b s o r p t i o np e a ks h o w e d l i t t e rb l u es h i f to rr e ds h i f ta f t e r b e i n g t r e a t e db yd y n a m i ch i g h p r e s s u r e m i c r o f l u i d i z a t i o nt e c h n o l o g y h o w e v e r , t r e a t e db yd h p m ，t h et h r e e - d i m e n s i o n a l s t r u c t u r eo fw h e yp r o t e i nh a sb e e ns e v e r e l yd a m a g e d ；w i t ht h ep r e s s u r ei n c r e a s e d ，i t s f r e es u l p h y d r y lc o n t e n tw a se n h a n c e dt ob em a xa tf i r s ta n dt h e nr e d u c e d ，b u tt h e s u r f a c eh y d r o p h o b i c i t ys h o w e dt h eo p p o s i t et r e n d w h e nt h ep r e s s u r ew a s8 0 m p a ，t h e f r e es u l p h y d r y lc o n t e n to fw h e yp r o t e i nc a nb ei m p r o v e dt ot h em a x ，b u tt h es u r f a c e h y d r o p h o b i c i t yw a sr e d u c e dt ot h em i n m u mv a l u e i na d d i t i o n ，t h ed y n a m i ch i g h p r e s s u r em i c r o n u i d i z a t i o nt e c h n o l o g yd a m a g e dt h es u r f a c em o l e c u l es t r u c t u r eo f w h e yp r o t e i n ；t h eu vs p e c t r u ms h o w e dt h a ts o m ec o n f o r m a t i o n a lc h a n g e st ot h e s u r f a c er e g i o no fp r o t e i nm o l e c u l ew e r eo c c u r r e d k e yw o r d s ：d y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o n ( d h p m ) ；w h e yp r o t e i n ； f u n c t i o n a lp r e p e r t i e s ；s r t r c t u r e i i i 本论文的符号 本论文的符号 w p c ：浓缩乳清蛋i 兰t ( w h e yp r o t e i nc o n c e n t r a t e ) w p i ：分离乳清蛋e t ( w h e yp r o t e i ni s o l a t e ) d h p m ：动态高压微射流( d y n a m i ch i g hp r e s s u r em i c r o f l u i d i z a t i o n ) s d s ：十二烷基硫酸钠 s d s p a g e ：十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳 s e m ：扫描电子显微镜 s h ：巯基 d s c ：差热扫描热量法 t a ：变性温度 d t n b ：5 ，5 二硫代2 硝基苯甲酸 a n s ：8 苯胺基1 奈磺酸 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论? 幽矧：似期：呷年乡月心日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网 络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 、 学位论文作者签名( 手写名淞 导师签名( 手写) ：锄吆栏 签字帆岬年6 月心r 签字日期：乒7 年l 月f ，同 第一章前言 1 1 概述 第一章前言 牛奶中加入酸或凝乳酶，移除已形成的凝固物后，得到的物质就是乳清，是 乳为原料生产干酪和酪蛋白的副产物之一，一般蛋白质含量约为0 5 0 1 0 0 ， 占全乳蛋白质的2 0 。世界乳清的产量很大，通常情况下，每生产1 吨干酪，约 有8 吨乳清液产生。但其利用率仅占一半左右，其余均以废水排放，不仅浪费了可 贵的优质蛋白资源，而且造成严重的环境污染。乳清的b o d 值( 生化需氧量) 为 3 0 0 0 0 - - - - 6 0 0 0 0 m g l 1 1 。随着乳品生产工业技术的进步以及对乳清成分的深入研 究，乳清逐渐成为功能食品、营养制品及医疗食品等的重要原料和特殊添加成分 【2 3 l a 乳清蛋白是利用现代生产工艺从牛奶中提取出来的蛋白质。牛奶的组成中 8 7 是水，1 3 是乳固体。而在乳固体中2 7 是乳蛋白质，乳蛋白质中只有2 0 是乳清蛋白，其余8 0 都是酪蛋白。因此，乳清蛋白在牛奶中的含量仅为0 7 ， 可见弥足珍贵，被称为蛋白之王，具有营养价值高、易消化吸收、含有多种活性 成分、具有很高的代谢效率和生物学价值等特点，是公认的人体优质蛋白质补充 剂之一。乳清蛋白生物学价值可以从两个方面进行评价，即乳清蛋白的氨基酸组 成和生理功能。乳清蛋白必需氨基酸种类齐全，组成模式与人体相似，容易消化 吸收，具有极高的生物利用效价，其氨基酸组成的特点是：( 1 ) 含支链氨基酸( 如 亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸) 2 6 ，能作为能源物质提供能量，并且是谷氨酸盐 的前体物质之一；( 2 ) 是含硫氨基酸( 半胱氨酸、蛋氨酸) 的良好来源，能维持 体内的谷胱甘肽( g l u t a t h i o n e ，g s h ) 水平，发挥抗氧化作用；( 3 ) 是苏氨酸的 极好来源，对肠细胞及肠道屏障连贯性提供保护；( 4 ) 含大量的赖氨酸和精氨酸， 能刺激代谢激素的分泌，促进肌肉生长。乳清蛋白含有多种生物活性成分，包括 1 3 乳球蛋白、q 乳白蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、乳铁传递蛋白、乳过氧 物酶及多种生长因子和生物活性肽；乳清蛋白功能多样，来源于天然食品，是可 获得的最经济的食物蛋白质资源之一1 2 ，4 j 。 第一章前言 1 2 乳清蛋白的分类和应用 1 2 1 乳清蛋白的分类 乳清蛋白是一些小的，紧密的球状蛋白。乳清蛋白的基本成分同牛奶，但各 成分比例不同。依过滤程度不同，蛋白浓度从3 0 8 0 不等。随着产品技术的 不断丌发和蛋白产品竞争的日趋激烈，乳清蛋白产品逐步走向多样化，市场上已 出现了浓缩乳清蛋白、分离乳清蛋白以及添加了蛋白肽类的乳清蛋白产品。 ( 1 ) 浓缩乳清蛋白( w p c ) 将牛奶生产干酪时所得的一种天然副产品乳清直接烘干后，可得到乳清 粉末，其中的乳清蛋白含量极低，一般为百分之十几，不超过3 0 。将乳清经 过澄清、超滤、二次过滤、干燥等过程后得到的产物就是浓缩乳清蛋白。过滤程 度的不同可以得到蛋白浓度从3 4 8 0 不等的产品。 ( 2 ) 分离乳清蛋白( w p i ) 分离乳清蛋白是在浓缩乳清蛋白的基础上经过进一步的工艺处理得到的高 纯度乳清蛋白，纯度可达9 0 以上。其价格昂贵，是浓缩乳清蛋白的2 3 倍，但 是它也更容易消化吸收。分离乳清蛋白的真正妙处在于它的营养价值，它拥有高 含量的优质蛋白，能为某些特定需要的人群比如婴) l j f u 住院病人提供所需优质蛋 白。此外分离乳清蛋白所含有的生物活性化合物如a 乳清蛋白和d 一乳球蛋白、 乳铁蛋白以及免疫球蛋白，都为市场注入了新鲜的活力。 ( 3 ) 乳清蛋白肽 乳清蛋白肽是乳清蛋白的水解产物，是乳清蛋白的精华，它在机体中能更快 地参与肌肉合成的过程。 乳清蛋白分类中的分离乳清蛋白( w p i ，蛋白含量9 0 ) 和浓缩乳清蛋白 ( w p c ，蛋白含量6 0 8 5 ) 由于具有高的营养价值、需求的敏感特性和高的工 业力h - f _ 潜能而广泛应用于食品工业中【4 巧】。 1 2 2 乳清蛋白的应用 乳清蛋白具有成胶性、搅打起泡性、新型乳化性、涂层性、微胶束化、持水 性、替代脂肪等多项功能，使得乳清蛋白广泛应用于食品、医药、工业、化妆品、 饲料等行业。 ( 1 ) 乎l a j 品中的应用 在酸奶中添加w p c ，能最大限度地防止益生菌在胃中被破坏，另外在肠道 中能提高酶的活力。在低脂和脱脂的饮用型酸奶中，往往会遇到风味方面的问题， 2 第章前言 特别是当产品还含有水果时。越来越多的低脂和脱脂的饮用型酸奶生产商在他们 的配方中加入更多的w p c 。乳清蛋白的胶凝性质在于酪生产中具有广泛的应用 性。w p c 的最大用途应该是在冰淇淋的生产中。它作为廉价的蛋白质来源，也 可用于替代脱脂乳粉降低产品的成本，赋予冰淇淋非常清新的乳香味。w p c - 8 0 良好的乳化和滞水作用，能使冰淇淋水分的分布更加均匀，以防止由于冰晶的形 成给产品带来不良的砂感，同时也能大大提高冰淇淋的抗融性。 ( 2 ) 肉制品中的应用 近年来，随着我国人民生活水平的提高和消费习惯的转变，人们对肉制品的 营养性及感官质量有更高的要求，保健型功能性肉制品将成为发展方向。因此， 在保证肉类本身质量合乎要求的前提下，寻找既有利健康、又营养好、成本低的 肉制品添加配料已成为当务之急。长期以来，植物蛋白一直是肉制品加工中的主 要配料，但现在已面临消费需求的多元化选择。应用乳清浓缩蛋白、乳清分离蛋 白等乳清蛋白配料，能赋予肉制品以健康的形象和“绿色 标签，受到了生产者 和消费者的关注，将其应用于肉制品加工中，能较好地发挥和体现应有的作用及 效果。 ( 3 ) 运动功能食品中的应用 乳清蛋白具有很好的运动营养价值，主要表现为：具有易消化的优质蛋白， 可以提供额外能量，节约体内蛋白质亮氨酸、异亮氨酸等支链氨基酸含量丰富， 这对运动员骨骸肌的能量供应、肌肉合成以及延缓中枢疲劳均有极大的帮助；富 含半胱氨酸和蛋氨酸，这些含硫氨基酸能维持人体内抗氧化剂的水平，并在细胞 分裂时尽量稳定d n a ；赖氨酸和精氨酸含量高，会刺激代谢激素的合成或肌肉 生长刺激因子的分泌与释放，从而刺激肌肉生长和降低机体脂肪：含谷氨酸，有 助予肌糖元更新并防止因过度训练导致的免疫功能下降，是生物可利用钙的良好 来源，可以减少运动期间发生骨折并防止雌性激素不足的女运动员发生骨质散 失。运动员对乳清蛋白的摄入量依据总热量、体重、训练时期而定。在剧烈运动 和恢复期，可以把乳清蛋白摄入量提高到蛋白总摄入量的5 0 ，作为基础营养补 充，每天摄入2 0 9 左右的乳清蛋白就可以充分地表现出它的益处。 ( 4 ) 焙烤食品中的应用 在面包、糕点、饼干等焙烤食品中，乳清蛋白可以作为完全或部分替代品， 或仅用作辅助成分，从而增大面包的体积、提高水分含量，使面包更加柔软，特 别是添加含钙量低的乳清浓缩蛋白，这一效果尤为突出。在蛋糕体系中，利用 w p c 代替鸡蛋，可以提高蛋白糊的硬度和黏度，因此就可以防止膨松剂产生的 c 0 2 逸出。在f h l 奇和软质曲奇加工中w p c 除可作为鸡蛋的替代物外，还用于改 善全脂和低脂曲奇的颜色和咀嚼性，是一种非常经济的乳固体来源。此外乳清蛋 第一章前言 白与乳糖混合后可带给食品一致的状态和极好的风味，因此以乳清蛋白作为蛋白 替代原料有相当大的好处。低脂、低胆固醇的乳清蛋白可以全部或部分替代焙烤 食品中的鸡蛋白、脂肪，同时保证产品的色泽、口感。随着人们健康意识愈来愈 强，低脂类焙烤食品引起了人们的极大兴趣。 ( 5 ) 可食用性膜和水性涂料等工业上的应用 乳清蛋白可生产出一种可食用的膜，用于提高产品的稳定性、优化外观、改 善口感和保护其风味和香味。乳清蛋白可食膜有良好的氧气和水分阻隔性能，良 好的香味隔绝性和释放性能。如应用在以花生这类坚果为原料的食品中，可降低 其哈败速度，使坚果在食品体系中仍能保持脆性。孙向军【6 】等人以乳清蛋白为主 要成膜物质，初步探讨了配料、工艺条件和乳清蛋白膜性质之i 日j 的关系，并研究 了增塑剂的种类和浓度对膜性质的影响。将该膜用于番茄的涂膜保鲜，可使8 d 内番茄的失重率从1 5 3 降至0 9 4 。p e r e z g a g o m b 等【7 1 人通过用乳清蛋白做 成的可食性包装研究了新削的苹果变色问题。结果表明，利用此包装再加入抗氧 化剂其防褐变情况比起单独加入抗氧化剂的效果好得多。 ( 6 ) 化妆品行业中的应用 乳清蛋白营养丰富，营养因子分布均衡，对爱美的人来说作用非常大。d l g 对黑色素产生的抑制作用与提高细胞膜抗氧化性的能力，使其在化妆品领域有 潜在的应用前景。作为天然乳液的典型例子，牛奶被认为是古代第一个“美丽秘 密”。 乳清蛋白质的人气正在上升，犹他州大学开发出了组织化乳清蛋白质，他们 将乳清蛋白质和玉米淀粉等经双轴式挤压机成型后的专利产品当作小吃等的原 料。另外，d a v i s 大学将分离乳清蛋白质用作坚果等的糖衣包。诸多研究表明， 乳清蛋白己成为风靡全球的“健康代表”。随着科学技术和科研手段的发展，乳 清蛋白的功能特性必将得到更充分的开发和利用，从而使乳清蛋白及其衍生产品 最大限度地造福于人类的生产和生活。 1 3 乳清蛋白的功能性质 蛋白质的功能性质是指食品体系在加工、贮藏、制备和消费过程中蛋白质对 食品需要特征的那些物理、化学性质。以下介绍几种主要的功能性质。 ( 1 ) 溶解性 溶解性是通过蛋白质与水相互作用产生的性质，表现形式为溶解性。蛋白质 的溶解性非常重要，它往往影响着其他的功能性质，其中最受影响的性质有起泡 性、乳化性和凝胶性等等。影响蛋白质溶解性有内因和外因，内因主要是蛋白质 4 第一章前言 的分子大小、形状、柔性、疏水性和亲水性之比、电荷的分布【3 l ：外因一般是指 外在条件如p h ，温度，蛋白质种类，加工参数，溶剂和蛋白质浓度等。 ( 2 ) 起泡性 蛋白质的起泡性是指它在气一液界面形成坚韧的薄膜使大量气泡并入和稳定 的能力。利用蛋白质的起泡性，可以赋予食品疏松的结构和良好的口感，在食品 加工中有着很重要的作用，许多泡沫型产品如搅打奶油、蛋糕、面包等所具有的 独特质构和口感都源自于蛋白质的起泡性。影响蛋白质起泡性外在的因素有盐、 糖、脂、蛋白质浓度、温度、泡沫产生的方法等等；内在的因素有溶解性、分子 ( 链段) 柔性、疏水性、带电基团和极性基团的配置。 ( 3 ) 乳化性 蛋白质的乳化性属于它的界面性质，在很多乳状液食品如牛奶、蛋黄、蛋糕 等中，蛋白质使油和水混合在一起形成乳状液并同时起着稳定乳状液的作用，使 其一段时间内不产生沉淀。在乳化过程中，蛋白质的疏水区域聚集于油相( 疏水 相) ，亲水区域聚集于水相。影响蛋白质乳化作用有以下几个因素：溶解性、p h 、 温度、表面疏水性、分子的柔性等等。 ( 4 ) 流变性 流变性是蛋白质的一个重要性质。它是指蛋白质溶液在流动时表现出来的内 摩擦，也称为黏性。蛋白质体系的黏度是流体食品如饮料、肉汤、沙司和奶油的 重要性质，且在确定最佳操作条件时具有实际意义，例如在输运、混合、加热、 冷却和喷雾干燥中，蛋白质分散系的流动性都影响到质和热的传递。影响蛋白质 的流变性因素有蛋白质自身结构也有外在的环境如p h 、离子强度、处理条件等 因素。 ( 5 ) 胶凝性 由一定程度变性的分子聚集并形成一种有序的蛋白质网络的过程称为凝胶 作用，表现性质为胶凝性。胶凝是蛋白质的重要功能性质，在许多食品的制备中 起着主要作用，包括各种乳品、果冻、凝结蛋白、各种加热的碎肉或鱼制品、大 豆蛋白凝胶等，中国人喜爱的豆腐食品，就是大豆蛋白胶凝作用的产物。决定胶 凝性的外因有：蛋白质类型、加热条件、变性程度、环境条件( 蛋白质浓度、p h 、 其他添加剂和离子浓度) 等；内因有疏水性、静电相互作用、氢键等等。 蛋白质通常在加热后冷却一段时间能够形成胶体。蛋白质形成胶体经历三个 步骤：第一步，原始分子状态没有交联；第二步，加热蛋白质，活化展开；第三 步，交联导致网络结构的形成。这个网状结构作为形成一个固体或者半固体起到 一个支撑系统是至关重要的。维持凝胶的化学作用有两种，第一种是共价健，包 括肽键和二硫键的形成。第二种是较为脆弱的非共价健如氢键，疏水相互作用和 第一章前言 静电作用。 k e l l a 等人【9 l 指出当p h 低于3 8 ，且浓度在7 5 之上时可以形成热可逆的凝 胶。k e l l a 和r a o 研究得出，p h 为3 6 ，低浓度的s d s ( 3 浓度( 4 4 6 2 ) 1 浓度( 3 8 3 3 ) 。同时，浓度为1 和2 的溶液经过处 理后的泡沫稳定性都一致说明动态高压微射流技术有利于泡沫的稳定性，并且随 着压力的升高这种优势也得到提高。但3 浓度的乳清蛋白溶液不严格遵守此规 律。 综上所述，经过动态高压微射流处理后的乳清蛋白溶液，随着压力的上升， 其起泡性和起泡稳定性越好。这可能是因为，经过动态高压处理之后，乳清蛋白 中的各种不同组分的蛋白质得到很好的接触，在形成泡沫的过程中，各种组分更 好的相互作用，高压均质处理后，大分子聚集体可能被打散成小粒子，使其更容 易在气水界面得到扩展和吸附，降低了界面张力，提高了乳清蛋白的柔性，促 进泡沫的形成，从而提高乳清蛋白的起泡性和起泡稳定性。 2 3 2 3d h p m 对乳清蛋白溶液的乳化性和乳化稳定性的影响 蛋白质乳化性是指蛋白质作为一种乳化剂降低油水表面的界面张力将油水 结合形成乳状液的能力，乳化稳定性是指蛋白质维持这种乳状液而使油水两相不 分离的能力【9 6 j 。蛋白质作为两亲分子能自发地迁移至油水界面。这种自发的迁 移表明蛋白质处在油水界面上比处在油相水相中具有较低的自由能，当迁移达 到平衡后，蛋白质在界面能够形成具有承受保藏和处理中的机械冲击的高黏弹性 薄膜。界面上的蛋白质膜的机械强度取决于黏合的分子问相互作用，它们包括吸 引静电相互作用、氢键和疏水相互作用。吸附的蛋白质经交换反应而实现的界面 聚合作用也能提高膜的黏弹性质。界面上的蛋白质膜几乎是以凝胶状态存在的， 而形成稳定的具有黏弹性的凝胶状膜的必需条件是必须使各种非共价相互作用 达到平衡。假如疏水相互作用太强，这会导致蛋白质在界面聚集、凝结和最终沉 淀，损害膜的完整性；假如静电推斥力远强于相互吸引作用，这会妨碍黏稠膜的 形成，因此，吸引、推斥和水合作用之间适当的平衡是必需的。乳状液和泡沫形 成和稳定的基本原理非常相似，然而，由于这两类界面在能量上的差异，因此， 它们对蛋白质的分子结构具有不完全相同的要求，所以，一种蛋白质是好的乳化 剂，而不一定是一种好的起泡剂。 蛋白质的溶解性在它的乳化性质方面起着重要的作用，由于在油一水界面上 蛋白质膜的稳定性同时取决于起促进作用的蛋白质一油相和蛋白质一水相的相 2 7 第二章动态高压微射流技术对乳清蛋白功能性质的影响 互作用，因此，蛋白质具有一定程度的溶解性可能是必须的，但是1 0 0 的溶解 性也不是绝对需要的，且蛋白质溶解性和乳化性质之间也不存在某种确实的关系 岍1 。对于良好的乳化性质所必须的最低溶解性取决于蛋白质的品种。p h 同样影 响着有蛋白质稳定的乳状液的形成和稳定。一般来说，在p i 处具有高溶解性的 蛋白质具有最高乳化活力和乳化能力。但乳清蛋白在它的等电点处是微溶和缺乏 静电推斥力的。因此，乳清蛋白在等电点处没有良好的乳化性能。 测定蛋白质的乳化性方法一般采用k e v i n 和j o h n 所使用的乳浊度技术【9 8 1 。 油水混合物经高速搅打后进行稀释，在5 0 0 n m 处测定其吸光度。此吸光度即 用来表示蛋白质的乳化性，l o m i n 后的乳化性表示乳化稳定性。浓度为l 、2 和3 的乳清蛋白经超高压微射流技术处理后其乳化性矛i - ? l 化稳定性的变化分别 如图2 7 、图2 8 和图2 9 所示。 一乳化性一乳化稳定性 o 3 蘧0 2 米 餐0 i o 05 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 压力m p a 2 7 动态超高压微射流技术对1 乳清蛋白乳化性和乳化稳定性的影响 f i g2 7i n f l u e n c eo fh p mo ne m u l s i f y i n gc a p a c i t ya n de m u l s i o ns t a b i l i t yo f1 w p c 0 5 0 4 蜊0 3 j j 鑫0 2 0 1 o + 乳化性 + 乳化稳定性 05 01 0 01 5 0 压力m p a 图2 8 动态超高压微射流技术对2 - 孚l 清蛋白乳化性和乳化稳定性的影响 f i g2 8i n f l u e n c eo fh p mo ne m u l s i f y i n gc a p a c i t ya n de m u l s i o ns t a b i l i t yo f2 w p c 第二章动态高压微射流技术对乳清蛋白功能性质的影响 0 3 0 2 5 翼0 督0 0 o 2 0 + 乳化性 小乳化稳定性 5 0 1 0 01 5 0 2 0 0 压力m p a 图2 9 动态超高压微射流技术对3 乳清蛋白乳化性和乳化稳定性的影响 f i g2 9i n f l u e n c eo fh p m o ne m u l s i f y i n gc a p a c i t ya n de m u l s i o ns t a b i l i t yo f3 w p c 由图2 7 可知，1 浓度的乳清蛋白溶液经过动态高压微射流处理后，乳化性 有所降低，并且随着压力的增加，乳化性随之降低。未处理乳清蛋白的乳化性是 最高的，其吸光度为0 2 7 4 a 。当处理压力达到1 2 0 m p a 时，乳化性趋于平缓，随 着压力进一步加压至1 6 0 m p a 时，乳化性降至最低，其吸光度为0 0 8 9 a 。从乳化 稳定性的曲线图得出，乳化稳定性的变化趋势与乳化性相反。随着压力的增加， 乳清蛋白溶液的乳化稳定性有所提高，经过4 0 m p a 处理的乳清蛋白的乳化稳定 性最好，其吸光度为0 2 0 4 a ，随着压力的进一步提高，溶液的乳化稳定性有所 降低，但经过处理的乳清蛋白溶液的乳化稳定性都高于未处理的样品。此结果说 明微射流技术有利于1 浓度乳清蛋白溶液的稳定性。从图2 8 得知，2 浓度的 乳清蛋白溶液经高压微射流处理后，当压力小于1 2 0 m p a 时，其乳化性变化趋势 与l 浓度的一致，也是随着压力的上升乳化性随之降低，1 2 0 m p a 时吸光度值 达到最低为0 0 6 7 a ，但当压力增加到1 6 0 m p a 时，其吸光度值反而有所上升，为 o 1 3 2 a 。这一点与1 浓度的乳清蛋白溶液不一样。l o m i n 后，溶液的乳化性发 生变化，从0 到1 6 0 m p a 每个均质压力下的吸光度相对降低量分别为7 5 1 9 、 8 1 3 1 、6 9 5 l 、2 2 3 9 和6 9 7 0 。4 0 m p a 时的乳化稳定性最不好，但随着压 力的增加乳清蛋白溶液的乳化稳定性有所提高，1 2 0 m p a 时效果最好。图2 9 显 示3 浓度的乳清蛋白溶液经过动态高压微射流技术处理后乳化性和乳化稳定性 的变化情况。从图可以看出，变化趋势与浓度为2 的类似，先随着压力的升高 其乳化性有所降低，在1 2 0 m p a 达到最低，吸光度为o 1 7 2 a ，当压力达到1 6 0 m p a 时，乳化性有所回升，其吸光度值为0 2 0 3 a 。这个浓度下的乳清蛋白溶液经过 处理后乳化稳定性也是随着处理压力的上升而降低。在1 6 0 m p a 时，乳化性指标 吸光度值在l o m i n 后相对降低量最大，为4 2 3 6 ，说明在这个压力处理下，乳 化稳定性最不好。 乳清蛋白溶液的浓度不同，动态高压微射流技术对其乳化性和乳化稳定性的 第二章动态高压微射流技术对乳清蛋白功能性质的影响 作用效果也有所不同，以三个浓度的溶液在经过微射流处理1 2 0 m p a 后的乳化效 果进行对照，可以发现乳化性的降低率大小排序为：2 浓度 1 浓度 3 浓度。 浓度为3 的乳化性降低率最小，为3 6 2 9 。三个浓度的溶液经高压微射流处理 后的乳化稳定性变化不一致，1 浓度的乳清蛋白溶液乳化稳定性随着压力的上 升有所提高，然而2 和3 浓度的乳清蛋白溶液的乳化稳定性均随着压力的上 高而降低。 综上所述，经过动态高压微射流技术处理后的乳清蛋白溶液其乳化性随着压 力的升高逐渐降低。然而不同浓度的乳清蛋白溶液的乳化稳定性变化不一致。1 浓度的乳清蛋白溶液的乳化稳定性随着压力的上升而有所提高，但是2 和3 浓度的乳清蛋白溶液的乳化稳定性却是随着压力的上升而降低。因此，通过上述 结论可以得出，动态高压微射流技术对乳清蛋白溶液的乳化性起负面作用。 2 3 2 4d h p m 对花生球蛋白溶液的流变性的影响 流体在受到外部剪切力作用时会发生变形( 流动) ，流体的内部相应的要产 生对变性的抵抗，并以内摩擦的形式表现出来，这是流体的一种固有无力属性， 称为流体的粘滞性或粘性，又称流动性，它是流体中分子间吸引力的一种表征。 黏性是表现流体流动性质的指标，它的大小用黏度来表示。在自然界把流体分为 两种：一种是牛顿流体，牛顿流体的特征是黏度不随剪切速率的变化而变化，也 就是在层流状态下，黏度是一个不随流速变化而变化的常量。然而，严格地讲理 想的牛顿流体没有弹性，且不可压缩，各向同相。所以，自然界没有完全的牛顿 流体的存在。第二种是非牛顿流体，自然界，大多数流体是非牛顿流体，尤其是 食品中。根据液态特性指数的不同，可把非牛顿流体分为以下几种： ( 1 ) 假塑性流动( p s e u d o p l a s t i cf l o w ) ：表观粘度随这剪切应力或剪切速率 的增大而减少的流动，称为假塑性流动，亦称准塑性流动或拟塑性流动。因为随 着流速的增加，表观粘度减少，所以也称为剪切稀化流动( s h e a rt h i n n i n gf l o w ) 。 ( 2 ) 胀塑性流动( d i l a t a n tf l o w ) ：表观粘度随这剪切应力或剪切速率的增大 而增大，也称剪切增稠流动( s h e a rt h i c