聚合乳清蛋白包埋油脂功能特性的研究

張鐵華, 姜 楠, 張 興, 王君寶, 馬 琳, 宋開永,劉迪茹, 郭明若

(吉林大學軍需科技學院,吉林長春 130062)

隨著人們生活水平的逐步提高,乳制品因其獨特的功能特性而備受消費者青睞.然而其中過高的乳脂肪含量與消費者日趨高蛋白低脂肪的消費理念相悖,脂肪替代品應運而生.乳清蛋白是由干酪生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品乳清經(jīng)過特殊工藝濃縮精制而成的一類蛋白質(zhì),具有豐富的營養(yǎng)價值[1].而乳清濃縮蛋白(whey protein concentration,WPC)是指從巴氏殺菌的乳清中盡量去除非蛋白質(zhì)成分,蛋白質(zhì)含量在34%～82%的產(chǎn)品[2].乳清蛋白具有突出的功能特性,包括成膠性、持水性、攪打起泡性、乳化性、涂層性和微膠束化.經(jīng)過改性后的乳清蛋白可進一步提高其功能特性,并作為脂肪替代品應用于食品中,改善食品的口感、質(zhì)地,提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性和延長貨架期[3].

隨著食品中脂肪含量的降低,某些脂溶性營養(yǎng)物質(zhì)隨之流失,營養(yǎng)價值下降,可以通過以改性乳清蛋白為基質(zhì)的脂肪替代品來強化某些脂溶性營養(yǎng)物質(zhì),如魚油、月見草油等.魚油是是二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等ω-3多不飽和脂肪酸的重要來源.研究表明,DHA和EPA具有維護腦和視網(wǎng)膜的功能及延緩腦衰老,預防和治療心血管疾病,抑制腫瘤的發(fā)生、生長和轉(zhuǎn)移,抗炎、抑制過敏反應等[4-7].月見草油的主要功效成分為γ-亞麻酸,具有防止血脂沉降和抑制血小板集聚的作用,可作為抗血栓劑.同時還具有降低膽固醇,防止動脈硬化,減肥,抗炎抗衰老等作用[8].

本項目以WPC-80為主要原料,采用加熱改性的方法,比較了包埋魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在乳化性、乳化穩(wěn)定性、流變學特學以及質(zhì)構(gòu)特性等性質(zhì)方面的變化,為以乳清蛋白為基質(zhì)并包埋功能性油脂的脂肪替代品在食品中的應用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳清濃縮蛋白WPC-80,美國進口;魚油,長春市康美諾保健食品有限公司;月見草油,美國NBTY公司;氫氧化鈉(分析純),十二烷基磺酸鈉(分析純),北京化學試劑公司.

1.2 儀器與設備

METTLER TOLEDO電子分析天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;PHS-3C型累磁pH計,上海精科有限公司;IKA C-MAG HS7型磁力攪拌器,德國艾卡公司;JJ-0.06/60型均質(zhì)機,廊坊通用機械有限公司;UV-2550型紫外分光光度計,日本SHIMADZU公司;CT-3型質(zhì)構(gòu)測定儀,美國Brookfield公司;DV-Ⅲ型流變儀,美國Brookfield公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 聚合乳清蛋白凝膠的制備[9]

將乳清濃縮蛋白WPC-80粉末溶解于蒸餾水中,攪拌均勻,使其充分溶解,制成質(zhì)量百分比為10%的乳清蛋白溶液,并在4℃條件下過夜保存.

在室溫下,將10%的乳清蛋白溶液用2 mol/L氫氧化鈉調(diào)整pH值至8.5,將魚油按2.5%、月見草油按4%的質(zhì)量比添加到乳清蛋白溶液中,沒有添加油脂的樣品作為對照樣,并用均質(zhì)機以7 000 r/min的轉(zhuǎn)速均質(zhì)50 s,85℃水浴條件下加熱30 min并迅速冷卻至室溫,在4℃條件下保存24 h形成具有流動性的凝膠.

1.3.2 凝膠乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定

根據(jù)Pearce等[10]的方法,分別于盛裝有包埋魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的容器底部取樣100 μL,用5 mL 0.1%的SDS溶液將其稀釋,混合均勻后,于500 nm波長下測定吸光度值,以SDS溶液作為空白對照.對于同一樣品,室溫放置10 min后再次取樣,并測定其吸光度值.乳化性EAI及乳化穩(wěn)定性ES按式(1)、式(2)進行計算.

式(1)、式(2)中:A0為初始乳化液的吸光度值;A10為放置10 min后的乳化液的吸光度值;φ為乳化液中油相的比例.

1.3.3 凝膠黏度的測定[11]

室溫下,用玻璃棒按順時針方向攪打凝膠樣品,直至樣品成均勻黏稠的糊狀.然后采用美國Brookfield公司生產(chǎn)的DV-Ⅲ型流變儀進行黏度測試.對于包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠,采用LV4型號的轉(zhuǎn)子,對于不包埋油脂的聚合乳清蛋白凝膠,采用LV3型號的轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)速均設定為100 r·min-1,總測量時間為1 min,每隔5 s取一個數(shù)據(jù)點,取平均值作為最終的黏度值,每個樣品做3次平行.

1.3.4 凝膠流變學特性的測定

取形成凝膠第7天的樣品,在室溫下,用玻璃棒按順時針方向攪打凝膠樣品,直至樣品成均勻黏稠的糊狀.然后采用美國Brookfield公司生產(chǎn)的DV-Ⅲ型流變儀進行凝膠流變學特性測試.測定溫度為25℃,剪切率(s-1)分別為0.0,0.05,0.10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.35,0.40時,樣品黏度的變化情況,每個樣品做3次平行.

1.3.5 凝膠質(zhì)構(gòu)特性的測定

與凝膠黏度測定相同,在室溫下,用玻璃棒按順時針方向攪打凝膠樣品,直至樣品成均勻黏稠的糊狀.然后采用美國Brookfield公司生產(chǎn)的CT-3型質(zhì)構(gòu)測定儀進行凝膠質(zhì)構(gòu)特性測試.采用的測試類型為TPA質(zhì)構(gòu)分析,探頭型號為TA11/1000,觸發(fā)點負載為4.5 g,測試速度和返回速度均為1 mm/s,下壓距離為10 mm,數(shù)據(jù)頻率為10點/s,循環(huán)次數(shù)為兩次,每個樣品做3次平行[12].

2 結(jié)果與分析

2.1 包埋不同功能性油脂聚合乳清蛋白凝膠的乳化性和乳化穩(wěn)定性

圖1為分別包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在形成凝膠1～7 d內(nèi)的乳化性情況.

圖1 包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的乳化性Fig.1 Emulsifying properties of encapsulated fish oil and evening primrose oil with polymerized whey protein gel

由圖1可以看出,魚油凝膠的乳化性明顯優(yōu)于月見草油凝膠的乳化性(p＜0.01),平均比月見草油凝膠高41.22%.這可能是因為魚油為動物性油脂,月見草油為植物性油脂,而乳清蛋白為動物性蛋白,根據(jù)相似相容的原理,加熱改性后的乳清蛋白凝膠更易與魚油乳化.同時發(fā)現(xiàn),隨著凝膠天數(shù)的增加,魚油凝膠和月見草油凝膠的乳化性均有所降低.魚油凝膠第一天乳化性最好,為119.62 m2·g-1,在形成凝膠的1～3 d乳化性下降不明顯(P＞0.05),第4天出現(xiàn)明顯下降(p＜0.05);月見草油凝膠第1天乳化性最好,為70.9 m2·g-1,在形成凝膠的1～7 d內(nèi)乳化性下降不明顯(P＞0.05).

圖2為分別包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在形成凝膠1～7 d內(nèi)的乳化穩(wěn)定性情況.由圖2可知,魚油凝膠的乳化穩(wěn)定性優(yōu)于月見草油凝膠的乳化穩(wěn)定性(p＜0.01),平均比月見草油凝膠高8.2%.隨著凝膠天數(shù)的增加,魚油凝膠和月見草油凝膠的乳化穩(wěn)定性均有所降低.魚油凝膠第1天乳化穩(wěn)定性最好,為原來的98.63%,在形成凝膠的3～7 d乳化穩(wěn)定性出現(xiàn)明顯下降(p＜0.05).月見草油凝膠第1天乳化穩(wěn)定性最好,為原來的97.48%,乳化穩(wěn)定性在凝膠形成的5～7 d明顯降低(p＜0.05).

圖2 包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的乳化穩(wěn)定性Fig.2 Emulsifying stability of encapsulated fish oil and evening primrose oil with polymerized whey protein gel

2.2 包埋不同功能性油脂聚合乳清蛋白凝膠的黏度變化

圖3 為分別包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在形成凝膠1～7 d內(nèi)的黏度情況.

圖3 包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的黏度Fig.3 Viscosity of encapsulated fish oil and evening primrose oil with polymerized whey protein gel

由圖3可以看出,未包埋油脂的凝膠黏度明顯小于魚油凝膠黏度(p＜0.01)和月見草油凝膠黏度(p＜0.01),平均比魚油凝膠低38.84%,比月見草油凝膠低46.47%.魚油凝膠黏度明顯低于月見草油凝膠黏度,平均比月見草油凝膠低16.57%.這可能是因為乳清蛋白改性的過程為蛋白質(zhì)分子在一定程度上展開,通過暴露出來的巰基—二硫鍵交互反應而形成可溶的凝聚物,凝聚網(wǎng)絡或顆粒凝膠由球蛋白顆粒交聯(lián)在一起,形成網(wǎng)絡的膠束,網(wǎng)絡膠束間相互交聯(lián)最終形成凝膠[13].包埋了油脂后,由于油脂分子可進入到交聯(lián)的網(wǎng)絡膠束中,故黏度顯著增加.由圖3還可以看出,隨著凝膠形成天數(shù)的增加,3種凝膠黏度均近似成線性模型增長.魚油凝膠在3～7 d黏度顯著增加(p＜0.05),第7天黏度最大為2180.26 mPa·s;月見草油凝膠在4～7 d黏度顯著增加(p＜0.05),第7天黏度最大為2830.88 mPa·s;未包埋油脂的凝膠從第2天起黏度顯著增加(p＜0.05),第7天黏度最大為1439.42 mPa·s.

2.3 包埋不同功能性油脂聚合乳清蛋白凝膠的流變學特性

圖4為分別包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在形成凝膠第7天的流變學特性情況.由圖4可以看出,3種凝膠在實驗所設定的剪切速率范圍內(nèi)均表現(xiàn)為剪切變稀,呈假塑性[14].魚油凝膠在剪切速率為0～0.30 s-1時剪切變稀比較明顯(p＜0.05),而大于0.30 s-1時剪切變稀不明顯,月見草油凝膠在剪切速率為0～0.25 s-1時剪切變稀比較明顯(p＜0.05),而大于0.25 s-1時剪切變稀不明顯,未包埋油脂的凝膠在剪切速率為0～0.30 s-1時剪切變稀比較明顯(p＜0.05),而大于0.30 s-1時剪切變稀不明顯.這是因為聚集顆粒含不規(guī)則的間隙液體,使得顆粒的體積增大,對聚集顆粒施加剪切應力,使得聚集顆粒逐漸變小為規(guī)則的球形顆粒,在這種狀態(tài)下,隨速度梯度的增加,顆粒的大小及溶液黏度均減少.當作用于聚集顆粒的力比離子間作用力大許多時,表觀黏度可忽略,此時流體可視為牛頓流體,因此剪切速率越大,其對黏度的影響越小[15].

圖4 包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的流變學特性Fig.4 Rheological properties of encapsulated fish oil and evening primrose oil with polymerized whey protein gel

2.4 包埋不同功能性油脂聚合乳清蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

圖5 為分別包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白在形成凝膠1～7 d內(nèi)的質(zhì)構(gòu)特性情況.由圖5可以看出,未包埋油脂的凝膠其硬度明顯低于魚油凝膠(p＜0.01)和月見草油凝膠(p＜0.05),平均比魚油凝膠低5.81%,比月見草油凝膠低3.97%.這可能是因為乳清蛋白在改性過程中將油脂分子包埋在其因交聯(lián)作用形成的網(wǎng)絡膠束中,填補其空間,網(wǎng)絡更加緊密,故硬度增大.魚油凝膠硬度略高于月見草油凝膠,但差異不顯著(P＞0.05).隨著凝膠形成天數(shù)的增加,3種凝膠的硬度都略有增加,第7天硬度最大,魚油凝膠為13.7 g,月見草油凝膠為13.4 g,未包埋油脂的凝膠為12.35 g,但增加不顯著(P＞0.05).

圖5 包埋了魚油和月見草油的聚合乳清蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性Fig.5 Textural properties of encapsulated fish oil and evening primrose oil with polymerized whey protein gel

3 結(jié) 論

通過對比分析熱改性所得聚合乳清蛋白包埋魚油、月見草油后主要功能特性變化.在乳化性方面,魚油凝膠顯著優(yōu)于月見草油凝膠;在乳化性及乳化穩(wěn)定性方面,魚油凝膠略高于月見草油凝膠,且隨著凝膠天數(shù)的增加,兩種凝膠的乳化性和乳化穩(wěn)定性均降低;在黏度方面,魚油凝膠和月見草油凝膠均明顯高于未包埋油脂的凝膠,且隨著凝膠天數(shù)的增加,3種凝膠黏度均成線性模型增長;在流變學特性方面,3種凝膠均表現(xiàn)為剪切變稀,隨著剪切速率的增大,對黏度的影響越小.在質(zhì)構(gòu)特性方面,隨著凝膠天數(shù)的增長,硬度略有增加,其中魚油凝膠和月見草油凝膠的硬度均顯著高于未包埋油脂的凝膠.綜上所述,包埋油脂的聚合乳清蛋白凝膠在主要功能特性上的變化表現(xiàn)出更好的應用開發(fā)前景.

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