不同因素对乳清蛋白乳化凝胶特性的影响

陈 冲，于国萍

(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030)

不同因素对乳清蛋白乳化凝胶特性的影响

陈 冲，于国萍*

(东北农业大学食品学院，黑龙江哈尔滨 150030)

探讨了葡萄糖酸－δ－内酯(GDL)、中性盐(NaCl、CaCl2)以及增稠剂对乳清分离蛋白乳化凝胶强度、弹性以及保水性的影响。结果表明:GDL为0.6%、NaCl为1%、CaCl2为0.25%、增稠剂卡拉胶为0.2%以及黄原胶为0.1%制备的乳化凝胶强度显著提高。GDL为0.4%、NaCl为0.75%、CaCl2为0.25%、增稠剂卡拉胶为0.05%以及黄原胶为0.15%制备的乳化凝胶弹性显著提高。增稠剂卡拉胶为0.15%、黄原胶为0.1%所制备的乳化凝胶保水性显著提高。

葡萄糖酸－δ－内酯，中性盐，增稠剂，乳清分离蛋白，乳化凝胶特性

乳清蛋白是干酪生产过程中产生的副产品乳清经过特殊工艺浓缩精制而得的一类蛋白质［1］。近年来，随着人们对营养健康食品认识的提高，干酪成为世界上唯一保持生产和销售连续上升的乳制品，使得每年都有上亿吨的乳清等待利用和处理［2］。乳清蛋白是由一些小而紧密的球状蛋白组成，其广泛的功能特性是由它独特的氨基酸序列和三维结构赋予的，其必需氨基酸组成完全符合或超出FAO/WHO的要求，被广泛应用于食品中［3］。乳清蛋白具有形成稳定乳化液的能力以及良好的成胶性等功能特性，因此可以制备乳化凝胶［4］。油滴作为凝胶的活性因子，可以提高凝胶强度和保水性［5］。温度、pH、金属盐等因素可以影响乳化凝胶的性能。奶酪、布丁、牛奶点心、热狗以及其他一些食品都属乳化凝胶产品。脂肪对改善这类乳化凝胶食品的质构特性具有重要作用［6］。因此，研究乳化凝胶对提高食品质构特性具有很大的促进作用。本文以乳清分离蛋白为原料，研究了葡萄糖酸－δ－内酯诱导(GDL)、中性盐和增稠剂等条件对乳清分离蛋白乳化凝胶特性的影响，为我国乳清蛋白的功能特性研究和应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

乳清分离蛋白 美国哥伦比亚公司;大豆色拉油 九三粮油工业集团有限公司;卡拉胶，黄原胶丹尼斯克有限公司;葡萄糖酸－δ－内酯 江西新黄海医药食品化工有限公司;氯化钠 天津市光复精细化工研究所;氯化钙 天津市津东天正精细化学试剂厂;其余所用试剂均为国产分析纯。

TA－XT plus物性测定仪 英国 Stable Micro System公司设计生产;HJ－3恒温磁力搅拌器 江苏金坛市中大仪器厂;离心机 北京医药离心机厂; DZW电热恒温水浴锅 天津莱斯特仪器有限公司; JJ－1型定时电动搅拌器 江苏省金坛市金城国胜实验仪器;实验室pH计 梅特勒－托利多仪器(上海)有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 乳清分离蛋白乳化液的制备 将乳清分离蛋白溶于蒸馏水，搅拌2h，然后使用1mol/L NaOH和1mol/L HCl调节pH为7.0，于4℃保存过夜，使其完全溶解。向乳清分离蛋白溶液添加市售大豆色拉油，使其水油体积比为85∶15，乳清分离蛋白最终浓度为8%(W/V)。此体系于60℃水浴电动搅拌15min进行预混合，然后在10000r/min转速下，样品均质乳化120s，备用。

1.2.2 葡萄糖酸－δ－内酯(GDL)的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响

1.2.2.1 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化液的酸化程度的判定 取乳清分离蛋白乳化液6份，向其中添加葡萄糖酸－δ－内酯(GDL)，使其终浓度分别为0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%(W/V)。室温下，用磁力搅拌器搅拌［7］。GDL具有酸化作用，因此每隔1h测定样品pH，确定酸化时间。

1.2.2.2 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响 取乳清分离蛋白乳化液7份，加入葡萄糖酸－δ－内酯(GDL)，使其终浓度分别0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%(W/V)。室温下，用磁力搅拌器搅拌至酸化时间(6h)。将GDL诱导的乳清分离蛋白乳化液在90℃加热30min，然后用冰水浴将凝胶迅速冷却至室温［6－7］。最后将样品置于4℃冰箱过夜，制成GDL－诱导乳清分离蛋白乳化凝胶(以GDL添加量为0%时的凝胶为对照)，用于凝胶特性的测定。

1.2.3 钠、钙盐的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响 乳清分离蛋白乳化液11份，分别加入NaCl、CaCl2，使其终浓度为 0%、0.05%、0.1%、0.25%、0.5%、0.75%、1%、2%、3%、4%、5% (W/V)［8－9］。室温下，用磁力搅拌器搅拌2h。将添加钠、钙盐的乳清分离蛋白乳化液在90℃加热30min，然后用冰水浴将凝胶迅速冷却至室温。最后将样品置于4℃冰箱过夜，制备乳化凝胶(以钠、钙盐添加量为0%时的凝胶为对照)，用于凝胶特性的测定。

1.2.4 增稠剂的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响 分别向乳清分离蛋白乳化液加入一定量的卡拉胶、黄原胶，用磁力搅拌器搅拌2h，使增稠剂最终浓度为 0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3% (W/V)［10］。将添加增稠剂的乳清分离蛋白乳化液在90℃加热30min，然后，用冰水浴将凝胶迅速冷却至室温。最后，将样品置于4℃冰箱过夜，制备乳化凝胶(以增稠剂添加量为0%时的凝胶为对照)，用于凝胶特性的测定。

1.2.5 乳清分离蛋白乳化凝胶的质构分析 依据Xin Gu等方法［6］测定乳清分离蛋白乳化凝胶，略有改动。测定前，样品在室温下陈化30min测定。凝胶高约为25mm，直径为50mm。采用P/0.5柱形探头，设定前进速度∶10mm/s，测定速度∶10mm/s;后撤速度∶10mm/s，冲压深度∶10mm;一次测定过程中探头下压两次。每个样品重复测定三次，取平均值，得凝胶质构参数。

1.2.6 乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的测定 测定依据Xin Gu等方法［6］，略有改动。将乳清分离蛋白乳化凝胶称重置于50mL离心管中，在9000r/min下离心20min，测量溢出水的质量，每个样品重复三次取平均值，保水性(Water－Holding Capacity，WHC)公式如下∶

式中∶Wt∶凝胶样品中所含水分的总重(g);Wr∶离心后凝胶溢出水分的重量(g)。

1.2.7 统计分析 每次实验重复三次。所用数据均为三次的平均值，误差项为标准差;数据肩标有相同字母者为差异不显著(P＞0.05)，有不同字母者为差异显著(P＜0.05)。文中数据均使用SPSS13.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 葡萄糖酸－δ－内酯(GDL)的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响

2.1.1 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化液的酸化程度的判定 由图1可知，随着GDL添加量增加，乳清分离蛋白乳化液pH不断降低。在6h后，6个样品的pH分别稳定在5.94、5.39、4.88、4.72、4.63、4.39附近。静置24h后，再次测定pH，各样品pH降低了约0.2。由此表明∶乳清分离蛋白乳化液体系的pH在6h已基本稳定，因此GDL的酸化时间是6h。

图1 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化液酸化程度的判定

2.1.2 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶强度及弹性的影响 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶强度及弹性的影响见图2和图3。由图2可知∶GDL诱导的乳清分离蛋白乳化凝胶，跟对照凝胶相比，乳化凝胶强度显著增大。其中当GDL添加量为0.6% (pH4.88)，即在蛋白等电点附近时，乳化凝胶强度最大。由图3可知∶GDL可以提高乳清分离蛋白乳化凝胶弹性，GDL添加量为0.4%，乳化凝胶弹性取得最大值;添加量为0.4%～0.8%时，乳化凝胶弹性的变化无显著差异;随着GDL添加量继续增加，乳化凝胶弹性有所降低，并趋于稳定。GDL诱导蛋白的凝胶作用是由于GDL中质子降低了蛋白质分子中负电荷基团之间的静电斥力的结果［11］。在乳清蛋白等电点(pH4.5～5.5)附近，由于蛋白质分子带静电量最少，相互之间静电排斥力也最小，分子能最大程度的接近，发生碰撞，蛋白质分子因而凝聚［12］。

图2 GDL对乳清分离蛋白乳化凝胶强度的影响

2.1.3 GDL的诱导对乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响 结果如图4所示∶GDL诱导的乳清分离蛋白乳化凝胶，跟对照凝胶相比，保水性显著下降，并随添加量的增加，保水性继续下降。

图3 GDL对乳清分离蛋白乳化凝胶弹性的影响

图4 GDL对乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响

2.2 钠、钙盐的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶特性的影响

2.2.1 钠、钙盐的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶强度和弹性的影响 不同中性盐NaCl和CaCl2对乳清分离蛋白乳化凝胶强度和弹性的影响如图5和图6所示。乳化凝胶强度随NaCI添加量的增加迅速上升并逐渐趋于平稳，NaCl添加量在1%时，乳化凝胶强度最大。弹性随NaCI添加量的增加先升后降，并最终趋于稳定;NaCl添加量为0.75%，弹性最大。随着CaCl2添加量的增加，乳化凝胶强度、弹性，呈先增后降，最后趋于稳定的变化趋势;CaCl2添加量在0.25%，乳化凝胶强度和弹性都达到最大。

图5 钠、钙盐对乳清分离蛋白乳化凝胶强度的影响

图6 钠、钙盐对乳清分离蛋白乳化凝胶弹性的影响

由图5和图6可知，CaCl2改善凝胶强度的能力高于NaCl，即达到相同凝胶强度钙盐的添加量小于钠盐的添加量。而钠盐改善凝胶弹性的能力比钙盐略强，这可能由于钠盐形成的网络结构比较致密，而钙盐形成的网络结构疏松，因为钠盐和钙盐在凝胶网络中的作用方式不同［13］。钠离子主要是靠静电屏蔽作用使蛋白质分子聚集，结构比较致密，而钙离子不但靠静电作用而且可能与带有负电的羧基的肽链之间形成离子桥，使之形成三维网络结构。钙离子的半径比钠离子的大得多，所以钙离子形成的网络结构空隙比较大，网络的交联密集程度没有钠离子的高，因此加入钙盐所形成凝胶的弹性没有钠离子所形成的凝胶高［14］。

2.2.2 钠、钙盐的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响 图7结果表明∶凝胶保水性随盐添加量增加而有所减小(与空白相比)，在同一浓度下添加CaCl2制得的乳化凝胶保水性比添加NaCl的要低。NaCl添加量在0%～0.5%，CaCl2添加量为0%～0.1%时均无显著变化;之后，随盐添加量的增加，乳化凝胶保水性下降。在不显著破坏乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的前提下，NaCl最大添加量为0.5%，CaCl2最大添加量为0.1%。

图7 钠、钙盐对乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响

2.3 增稠剂的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶性的影响

2.3.1 增稠剂的添加对乳清分离蛋白乳化凝胶强度及弹性的影响 如图8所示，随着卡拉胶添加量的增加，乳化凝胶强度显著增加(与空白相比);卡拉胶浓度在0.2%时，乳化凝胶强度达到最大;在0.15%～0.2%范围内，乳化凝胶强度变化不显著。随着黄原胶添加量的增加，乳化凝胶强度显著增加(与空白相比);当黄原胶浓度达到0.1%时，乳化凝胶强度最大;添加量继续增大，乳化凝胶强度有所下降。

图8 增稠剂对乳清分离蛋白乳化凝胶强度的影响

如图9所示，随着卡拉胶添加量的增加，乳化凝胶弹性显著增加(与空白相比);卡拉胶浓度0.05%时达到最大;卡拉胶添加量继续增加，乳化凝胶弹性有所下降，并趋于平稳。随着黄原胶添加量的增加，乳化凝胶强度显著增加(与空白相比);当黄原胶浓度达到0.15%时，乳化凝胶弹性最大;添加量继续增大，弹性有所下降，并趋于稳定。

图9 增稠剂对乳清分离蛋白乳化凝胶弹性的影响

2.3.2 不同增稠剂条件下制备乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响 图10结果表明，随着卡拉胶和黄原胶添加量的增加，乳化凝胶保水性显著增加(与空白相比);卡拉胶添加量为0.15%时，乳化凝胶保水性达到最大;添加量0.1%～0.15%时，乳化凝胶保水性无显著性变化。黄原胶的添加量为0.1%～0.2%，乳化凝胶保水性无显著性变化;添加量为0.1%时，乳化凝胶保水性达到最大。

图10 增稠剂对乳清分离蛋白乳化凝胶保水性的影响

3 结论

3.1 GDL诱导时间是6h时，乳清分离蛋白乳化液pH基本稳定，选择的GDL诱导时间是6h。

3.2 葡萄糖酸－δ－内酯诱导、中性盐NaCl和CaC12能够显著的提高乳清分离蛋白乳化凝胶特性，其凝胶强度、凝胶弹性均有所提高，但其保水性有所下降(与对照相比)。

3.3 增稠剂卡拉胶和黄原胶的添加能够提高乳清分离蛋白乳化凝胶特性，其凝胶强度、凝胶弹性和保水性均有所提高。

［1］凌静.食品蛋白质的功能性质(一)乳清蛋白与酪蛋白［J］.中国肉类食品研究中心，2009(7):60－64.

［2］燕红，张兰威，朱永军.牛乳清蛋白的性质及其在食品工业中的应用［J］.中国食物与营养，2002(3):18－20.

［3］韩雪，孙冰.乳清蛋白的功能特性及应用［J］.中国乳品工业，2003(3):28－30.

［4］ChantalBoutin，Helene J Giroux，PaulPaquin，et al.Characterization and acid－induced gelation of butter oil emulsions produced from heated whey protein dispersions［J］. International Dairy Journal，2007(17):696－703.

［5］Chen J，Dickinson E.Viscoelastic properties of heat－set whey protein emulsion gels［J］.Journal of Texture Studies，1998，29: 285－304.

［6］Xin Gu，Lydia J Campbell，Stephen R.Euston Influence of sugars on the characteristics of glucono－δ－lactone－induced soy protein isolate gels［J］.Food Hydrocolloids，2009(23):314－326.

［7］Aiqian Ye，Steve Taylor.Characterization of cold－set gels produced from heated emulsions stabilized by whey protein［J］. International Dairy Journal，2009(19):721－727.

［8］Kelly L Flett，Milena Corredig.Whey protein aggregate formation during heating in the presence of κ－carrageenan［J］. Food Chemistry，2009，115:1479－1485.

［9］Asylbek kulmyrzaev，RatjikaChanmai，D Julian Mc Clements.Influence of pH and CaCl2on the stability of dilute whey protein［J］.Food Research Internation，2000，33:15－20.

［10］M A de la Fuente，Y Hemar，H Singh.Influence of κcarrageenan on the aggregation behaviour of proteins in heated whey protein isolate solutions［J］.Food Chemistry，2004，86: 1－9.

［11］Valerie Leung Sok Line，Gabriel E R，Muriel Subirade.Cold gelation of β－lactoglobulin oil－in－water emulsions［J］.Food Hydrocolloids，2005(19):269－278.

［12］南海函，郑建仙.乳清蛋白凝胶及其影响因素的机理研究［J］.广西轻工业，2001(4):22－26.

［13］Yohichi kinekaw.Effects of salts on the properties of sols and gels prepared from whey protein isolate and process whey protein［J］.Journal of Dairy Science，1998，81:1532－1544.

［14］Koyama K，Sano Y，Doi E.Rheological characteristics and gelation mechanism of tofu(soybean curd)［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1995，43: 1808－1812.

Effect of different factors on the properties of whey protein isolate emulsion gels

CHEN Chong，YU Guo－ping*
(College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

The effect of glucono－δ－lactone(GDL)，neutral salt and thickening agent on emulsions produced from whey protein isolate(WPI)dispersions emulsion gels hardness，springness and water－holding capacity was investigated.Results indicated that:the properties of hardness and springness on emulsion gels prepared under the condition of 0.6%and 0.4%GDL，1%and 0.75%NaCl，0.25%and 0.25%CaCl2，0.2%and 0.05%Carrageenan，0.1%and 0.15%Xanthan gum were significantly increased，respectively.And water－holding capacity of the WPI emulsion gels were improved after the treatment of 0.15%Carrageenan and 0.1%Xanthan gum.

glucono－δ－lactone－induced(GDL);neutral salt;thickening agent;whey protein isolate;emulsion gel properties

TS201.2+1

A

1002－0306(2011)11－0127－04

2010－12－10 *通讯联系人

陈冲(1985－)，女，硕士研究生，研究方向:食品科学。