加熱方式對血漿流變學(xué)及質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的影響

唐建鳳

（江蘇省揚州商務(wù)高等職業(yè)學(xué)校，江蘇揚州 225009）

我國家畜血液資源豐富，目前只有很少一部分用于醫(yī)藥、飼料和食品中，絕大部分都作為廢棄物排放。不僅造成了環(huán)境污染，也造成大量的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)不能被有效、充分地利用，形成巨大浪費。從新的食用蛋白質(zhì)資源的開發(fā)、副產(chǎn)物的有效利用、減少屠宰場污染以及提高企業(yè)經(jīng)濟效益等目的出發(fā)，家畜血液的進一步開發(fā)利用是十分必要的。家畜血液中約含有18%的蛋白質(zhì)，常被稱作“液體肉”。近年來，家畜血液及其蛋白質(zhì)成分在食品中的有效利用逐漸得到了重視。這主要是因為家畜血液有很高的營養(yǎng)價值和多種機能特性，如凝膠形成性、保水性和乳化性等[1-2]。血液中比較容易回收的成分為血漿，血漿中含有血清，約占血液總量的65%。血清蛋白質(zhì)具有良好的保水性和乳化性等。血清或血漿作為功能性的食品添加劑被用于食品加工，主要是由于通過加熱它可以形成凝膠，用于替代卵白。其所形成凝膠結(jié)構(gòu)作為保持水分、脂肪和其它成分的基質(zhì)，特別有益于改善食品的質(zhì)構(gòu)。

流變學(xué)是力學(xué)的一個分支，是研究物質(zhì)在力作用下產(chǎn)生形變程度的科學(xué)。主要研究和處理表觀上連貫的黏性物質(zhì)的變形問題，同時也研究和處理生產(chǎn)工藝過程中物質(zhì)的流動和物質(zhì)物理性質(zhì)變化的問題。流變學(xué)研究的對象包括固體、液體、黏彈性體以及塑性流體。流變性可以簡單的理解為，物體在力學(xué)作用下發(fā)生形變，在流動過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)[3]。動物血漿的流變性在調(diào)整食品的物性方面有著重要作用，另外可用于有效利用蛋白質(zhì)間的反應(yīng)、推測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化[4]，例如蛋白質(zhì)的變性可能會導(dǎo)致蛋白黏度的改變[5]。

食品的質(zhì)構(gòu)特性如硬度、脆性、膠黏性、回復(fù)性、彈性、凝膠強度等是食品極其重要的品質(zhì)因素，是消費者判斷許多食品質(zhì)量和新鮮度的主要標準之一。采用儀器測定來模擬人類對于食物的感覺，從而可準確地描述和控制質(zhì)地。蛋白凝膠類食品的質(zhì)構(gòu)反映了蛋白熱變形成的凝膠質(zhì)量以及凝膠的結(jié)構(gòu)[6－7]。

動物血漿蛋白作為重要的非肉蛋白具有良好的凝膠性質(zhì)，具有很大應(yīng)用于肉制品的潛力。以蛋白質(zhì)凝膠的質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)性質(zhì)作為指標，研究不同加熱方式對動物血漿蛋白的凝膠性質(zhì)的影響，為拓寬動物血漿的使用途徑提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

豬及鴨血漿：全血采自揚州屠宰場，4℃下經(jīng)2520 g離心15 min后取上清得血漿，雙縮尿法測定蛋白濃度并調(diào)整至10 mg/mL。

1.2 儀器

MCR301 流變儀：奧地利 Anton Paar；TA.XTPlus物性測試儀、TA－XT2i質(zhì)構(gòu)分析儀：英國Stable Micro Systems；UV－2450紫外分光光度計：日本 島津；AvantiJ－E高速冷凍離心機：美國 Beckman Coulter；F25－ME制冷加熱循環(huán)器：德國Jnlabo；AUY120電子天平：日本SHIMaDZU；SIM－F124型制冰機：日本三洋電子有限公司；HANNA211型臺式數(shù)顯溫度計：意大利HANNA Co.Ltd。

1.3 方法

1.3.1 豬鴨血漿加熱曲線的制作

30 mL血漿（4℃）加入50 mL燒杯中，在90℃水浴鍋中加熱，應(yīng)用高靈敏度熱電偶測定血漿的升溫曲線，每10 s采集1次溫度數(shù)據(jù)。

1.3.2 血漿熱致凝膠質(zhì)構(gòu)性質(zhì)測定

應(yīng)用質(zhì)構(gòu)分析儀，并在電腦上應(yīng)用Texture ExpertV1.0軟件來加以控制。應(yīng)用return to start模式測定樣品的硬度（Hardness），測前速度（Pre－test Speed）：2.0 mm/s，測中速度（Test Speed）：0.5 mm/s，測后速度（Post－test Speed）：5.0 mm/s，壓縮比（Ratio）：50%，負載類型（Trigger Type）：Auto－20 g，探頭類型（Probe）：P5（5mm CYLINDER STAINLESS），數(shù)據(jù)收集率（Data Acquisition Rate）：200 nm 點/s（Point Persecond PPS），樣品規(guī)格：高20.0 mm的圓柱體，測定時環(huán)境溫度：10℃～15℃。樣本數(shù)n=5。

1.3.3 血漿熱致凝膠流變性質(zhì)測定

50 mm平行板，頻率10 rad/s，應(yīng)變0.03，上下板間距1 mm～1.5 mm，升溫速率1℃/min，3℃/min以及90℃恒溫，10℃～75℃.10℃先預(yù)熱3 min，表面覆上液體石蠟，防止揮發(fā)。每60 s紀錄G′，G″，及tanδ值。

2 結(jié)果與分析

2.1 加熱升溫曲線

豬和鴨血漿實際及模擬升溫曲線，見圖1。

圖1顯示隨著加熱時間的延長，豬和鴨血漿溫度都呈上升趨勢，但并非呈線性增加。在加熱初始階段，血漿溫度上升速度較快，豬血漿升溫速度高于鴨血漿，升溫至50℃左右，豬和鴨血漿的升溫速度趨緩。50℃后的階段，鴨血漿升溫速度變快，55℃后同一個時間點下鴨血漿溫度高于豬血漿。從整個升溫趨勢看，升溫過程大體可分兩個階段來模擬，取豬、鴨血漿溫度曲線轉(zhuǎn)折點溫度的平均值作為模擬曲線的轉(zhuǎn)折點溫度，同時取豬、鴨血漿溫度曲線末端溫度的平均值作為模擬曲線的終點溫度，確定出升溫模擬曲線。

2.2 不同加熱方式對豬和鴨血漿質(zhì)構(gòu)、流變特性的影響

不同的加熱方式對樣的凝膠的形成影響較大，從而對樣品的質(zhì)構(gòu)、流變特性造成較大影響。

2.2.1 不同加熱方式對質(zhì)構(gòu)的影響

不同加熱方式對豬和鴨血漿質(zhì)構(gòu)特性的影響，見圖2。

圖2 不同加熱方式對豬和鴨血漿質(zhì)構(gòu)特性的影響Fig.2 The influence of different heating method for pig and duck plasma textural properties

圖2顯示，經(jīng)過1、3℃/min升溫加熱以及90℃恒溫加熱至75℃并75℃下保溫15 min后，豬血漿樣品的質(zhì)構(gòu)出現(xiàn)了明顯差別，1℃/min升溫方式形成的豬血漿凝膠硬度最高，90℃恒溫加熱形成的凝膠硬度最低。同樣，3種升溫方式里，鴨血漿經(jīng)1℃/min形成的凝膠硬度也相對較高。

在相同的加熱方式下，以1℃/min為例，豬血漿和鴨血漿凝膠的硬度數(shù)值也存在顯著差異，鴨血漿凝膠的硬度大于豬血漿凝膠，3℃/min以及90℃恒溫情況下比較，鴨血漿和豬血漿凝膠的對比也得出相似結(jié)論。這說明不同血漿的加熱凝膠質(zhì)構(gòu)特性有差異，鴨血漿會形成更加堅韌的凝膠。但經(jīng)平均值比較發(fā)現(xiàn)，3℃/min升溫方式下形成的豬血漿凝膠和鴨血漿90℃恒溫形成凝膠的硬度值不存在顯著差異，表明這兩種加熱方式下，豬血漿和鴨血漿的凝膠質(zhì)構(gòu)特性相似。以上結(jié)果表明，血漿種類和加熱方式的選擇兩者結(jié)合，可以有針對性的調(diào)控血漿熱致凝膠的硬度。

2.2.2 不同升溫方式對流變的影響

加熱方式對豬和鴨血漿流變特性的影響，見圖3。

圖3顯示，不同加熱方式對豬和鴨血漿流變特性的影響如圖3所示，圖3a表示當(dāng)加熱溫度在10℃～70℃時，其流變G′值是呈下降的趨勢，趨勢比較緩和，而且流變G′值較小。當(dāng)溫度在70℃～75℃時，樣品的流變G′值呈顯著的上升趨勢。圖3 b表示血漿以不同升溫方式加熱到75℃并保溫15 min后的流變G′變化曲線，可以看出不同升溫方式對最終流變G′影響較大。

不同加熱方式對豬和鴨血漿最終流變G′值的影響，見圖4。

圖4顯示，在相同的加熱升溫方式下，同樣以1℃/min為例，鴨血漿凝膠的最終G′要大于豬血漿凝膠的最終G′，說明鴨血漿凝膠的特性優(yōu)于豬血漿。

經(jīng)過1℃/min、3℃/min以及90℃恒溫加熱至75℃并75℃下保溫15 min后，豬血漿和鴨血漿形成凝膠的最終G′有著差別，1℃/min加熱升溫成凝膠的最終G′＞3℃/min＞90℃恒溫，說明血漿在1℃/min加熱升溫下形成的凝膠特性好于3℃/min，90℃恒溫加熱升溫下形成的凝膠特性最差。但鴨血漿的3種加熱升溫方式下的最終G′數(shù)值之間存在顯著差異，而豬血漿的1℃/min和90℃恒溫加熱升溫下的最終G′數(shù)值之間不存在顯著差異，表明鴨血漿流變特性比豬血漿更易受加熱方式的改變而產(chǎn)生變化。

圖4 不同加熱方式對豬和鴨血漿最終流變G′值的影響Fig.4 The influence of different heating method for pig and duck plasma final rheological G′

鴨血漿在90℃恒溫加熱升溫方式下的最終G′數(shù)值與豬血漿在3℃/min和90℃恒溫加熱升溫方式下的最終G′數(shù)值之間不存在明顯差異，說明在這3種升溫方式下，豬、鴨血漿的流變特性基本一致。

3 結(jié)論與討論

3.1 不同加熱方式對質(zhì)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)凝膠的形成是蛋白質(zhì)分子間的相互作用以及蛋白質(zhì)從天然狀態(tài)到變性狀態(tài)構(gòu)造變化的過程。適度變性的蛋白質(zhì)分子聚集，形成有規(guī)則的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此過程被稱為凝膠作用。早在1948年，F(xiàn)erry[8]提出蛋白質(zhì)凝膠的形成經(jīng)兩步完成的：第一步是天然構(gòu)象蛋白質(zhì)多肽鏈受熱而變性展開；第二步是變性的蛋白質(zhì)因聚合作用而形成較大分子的凝膠體。血漿蛋白經(jīng)過熱處理后，不同的加熱方式使得蛋白質(zhì)分子的解聚和伸展程度不同，使反應(yīng)基團暴露出來的多少不同，特別是球蛋白的疏水基團，從而影響蛋白質(zhì)之間的相互作用通過加熱可使血漿形成具有彈性的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)凝膠體的性質(zhì)，因此加熱方式不同，形成凝膠的硬度不同。加熱過程中的溫度、時間及速率等參數(shù)影響凝膠特性。通常加熱時間越久、溫度越高、速率越快，則蛋白質(zhì)聚合程度越大，所形成的凝膠體可能較硬。本試驗采用的3種升溫方式是1、3℃/min以及90℃恒溫，其中1℃/min加熱升溫使得血漿蛋白的疏水基團充分暴露，在后續(xù)的75℃加熱過程中形成的凝膠硬度最高。

3.2 不同加熱方式對流變的影響

在升溫初期黏度隨著溫度的增加而下降，這種現(xiàn)象可用“剪切稀化”效應(yīng)來解釋。這是因為在這段溫度范圍內(nèi)，由于溫度的升高促進了溶液中的蛋白質(zhì)分子的熱運動，同時增大了液體體積，使每一分子平均占有的體積增大，從而使液體的黏度降低。

在70℃～75℃中，溶液的黏度隨著溫度的增加而增加。這可能是由于在該溫度范圍內(nèi)，血漿蛋白部分變性，削弱了表面水合層[9]，也降低了水合斥力[10]，這些均有利于提高其黏度。同時，蛋白質(zhì)分子間開始聚合形成較大聚合物，而這會大大提高其溶液的黏度。

血漿由于加熱變性引起的蛋白質(zhì)分子構(gòu)造變化導(dǎo)致了血漿白蛋白和其它球蛋白形成凝膠。而且，其變性又導(dǎo)致了凝聚。蛋白質(zhì)凝膠的形成是蛋白質(zhì)分子間的相互作用以及蛋白質(zhì)從天然狀態(tài)到變性狀態(tài)的構(gòu)造變化的過程。分子的構(gòu)造特性、靜電作用、疏水作用以及二硫鍵的形成都被認為是蛋白質(zhì)形成凝膠的非常重要的因素[11－12]。1℃/min的加熱升溫方式的流變G′最大，說明不同加熱方式對物質(zhì)內(nèi)部的凝膠形成是有影響的，在該條件下，血漿蛋白形成的凝膠能力好，強度高，可能在此條件下上述因素產(chǎn)生了正面的影響。

3.3 不同樣品質(zhì)構(gòu)、流變差別

在食品體系中，凝膠形成能力是蛋白質(zhì)的一個重要機能。凝膠強度不僅僅受外界加工條件的影響，食品蛋白質(zhì)種類是凝膠形成的內(nèi)在基礎(chǔ)。不同的蛋白質(zhì)可以形成不同構(gòu)造特性的凝膠，本文研究表明，血漿蛋白來源所引起凝膠的差異比加熱方式形成凝膠的差異更大。

鴨血漿和豬血漿的主要成分是血漿白蛋白和血漿球蛋白。不同種類血漿蛋白的靜電性質(zhì)、分子的空間構(gòu)造的以及自由巰基反應(yīng)能力都存在差異。據(jù)報道，和牛血清相比，豬血清蛋白分子中的巰基被遮蔽，不能自由地與其它蛋白質(zhì)分子的巰基形成二硫鍵，從而影響了豬血清凝膠的形成能力，導(dǎo)致豬血漿蛋白的凝膠強度低于牛血清[13－14]。可以推斷，靜電性質(zhì)、分子的空間構(gòu)造的以及自由巰基反應(yīng)能力的差異是鴨血漿的加熱凝膠強度高于豬血漿的重要原因。

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