糊精改性酪蛋白的制備及乳化特性研究

趙建偉， 王麗華， 楊新穎， 李丹丹， 田耀旗*

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122）

糊精改性酪蛋白的制備及乳化特性研究

趙建偉1，2， 王麗華1，2， 楊新穎1，2， 李丹丹1，2， 田耀旗*1，2

（1.食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江南大學(xué)，江蘇 無錫 214122；2.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122）

酪蛋白是一種優(yōu)良的乳化劑，在等電點(diǎn)PI=4.6附近容易凝沉，采用糊精對酪蛋白進(jìn)行接枝改性，拓寬酪蛋白在酸性食品中的應(yīng)用范疇。作者以目標(biāo)蛋白乳化性為指標(biāo)進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定了糊精改性酪蛋白制備的最佳工藝，并研究了該改性酪蛋白在不同pH條件下的乳化性和乳化穩(wěn)定性。結(jié)果表明，在pH為7.8，溫度為110℃，酪蛋白質(zhì)量濃度為20mg/mL，酪蛋白與糊精質(zhì)量比為3∶1，反應(yīng)時(shí)間為60min條件下，制備得到的改性酪蛋白乳化性達(dá)到0.887。此外，發(fā)現(xiàn)改性酪蛋白在pH 4和pH 5的條件下，乳化性較改性前分別提高了50.9%和110.7%，乳化穩(wěn)定性與改性前相比，在pH 4和pH 5時(shí)分別提高了54.8%和108.7%。

改性酪蛋白；糊精；乳化性；乳化穩(wěn)定性

酪蛋白是乳蛋白質(zhì)中的一大類，含有人體必需的8種氨基酸，是一種全價(jià)蛋白質(zhì)（含有全部必需氨基酸的蛋白質(zhì)）[1-2]。除具備營養(yǎng)功能外，酪蛋白還具有一定的乳化性，在食品制造中有廣泛地應(yīng)用。然而酪蛋白的乳化性對環(huán)境變化非常敏感，尤其是在其等電點(diǎn)PI=4.6附近，蛋白的溶解性及乳化性顯著降低，因此在酸性食品體系中的應(yīng)用受到了極大限制。糊精是一種葡萄糖值（DE）較小的淀粉不完全水解產(chǎn)物，它無色無味安全性高，制備工藝簡單，且具有多羥基結(jié)構(gòu)，溶解性好，同時(shí)生產(chǎn)量大，價(jià)格低廉[3]。酪蛋白改性有很多方法，主要有物理，化學(xué)和酶法改性。各種方法對酪蛋白改性機(jī)理不同，對其功能性質(zhì)影響也不同。目前，最常用的方法有酶解、熱處理和葡聚糖接枝等，而糊精對酪蛋白的改性研究未見報(bào)道。作者擬采用美拉德反應(yīng)，將糊精與酪蛋白進(jìn)行接枝反應(yīng)，旨在提高其在酸性條件下的乳化性，以擴(kuò)大酪蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料 玉米淀粉，濟(jì)南郭氏偉業(yè)化工有限公司產(chǎn)品；酪蛋白，河南向富精細(xì)化工發(fā)展有限公司產(chǎn)品；中溫α-淀粉酶活力10 000 U/g；大豆油，上海嘉里食品工業(yè)有限公司；十二烷基硫酸鈉（SDS），上海耐因?qū)崢I(yè)有限公司；其他所有試劑均為分析純。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器 Ntcolet 5DXC紅外光譜儀：Nteolet公司產(chǎn)品；TU-1900雙光束紫外可見分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限責(zé)任公司產(chǎn)品；SHZ-88水浴恒溫振蕩器：北京中儀提供；pH510型臺(tái)式pH儀：杭州科盛機(jī)電設(shè)備有限公司產(chǎn)品；HH-S恒溫?cái)?shù)顯油浴鍋：杭州天一化工儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品；LGJ-10冷凍干燥機(jī)：北京四環(huán)科學(xué)儀器廠產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 糊精制備 稱取25 g玉米淀粉→加100 mL蒸餾水置入84℃水浴鍋中，充分?jǐn)嚢?0 min溶解→使用0.1 mol/L NaOH或者HCl調(diào)節(jié)pH至6.0→移入已84℃恒溫的蒸餾水中，加適量的中溫α-淀粉酶水解→100℃煮沸10 min滅酶→烘箱干燥12 h。酶解工藝條件：溫度84℃、時(shí)間20min、酶用量16 U/g[4]。

1.2.2 糊精改性酪蛋白制備 稱取一定量的酪蛋白，溶于0.05 mol/L pH 7.8的磷酸鹽緩沖液中，按一定比例加入糊精，充分?jǐn)嚢枞芙狻Ｈ?mL混合液于帶塞的旋口試管中，適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度下，反應(yīng)一定時(shí)間后置于冰浴冷卻，冰箱保存?zhèn)溆?。冷凍干燥后得到改性酪蛋白[5-9]。

1.2.3 糊精改性酪蛋白優(yōu)化工藝 根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果，選取L9（33）正交表進(jìn)行試驗(yàn)，因素水平表如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experimental design

1.2.4 乳化性測定 蛋白乳化特性的測定是采用Pearce描述的方法[10]并稍加改進(jìn)。取15mL質(zhì)量濃度為lmg/mL的待測樣品溶液，用1 mol/L的鹽酸調(diào)節(jié)到所需pH，加入5 mL大豆色拉油，在室溫下以6 000 r/min高速剪切3min，取適量樣品，以1mg/mL的SDS將其稀釋100倍后，以SDS溶液為空白對照，測量500 nm處的吸光值A(chǔ)0。用0min的吸光度A0表示乳化性。

1.2.5 乳化穩(wěn)定性測定 方法同乳化性的測定。取15 mL質(zhì)量濃度為lmg/mL的待測樣品溶液，用鹽酸調(diào)節(jié)到所需pH，加入5 mL大豆色拉油，在室溫下以6 000 r/min攪拌3min，在10min取樣，以1 mg/mL的SDS稀釋100倍，測量500 nm處的吸光值A(chǔ)1，以SDS溶液為空白。用10min的吸光度A1表示乳化穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 糊精改性酪蛋白條件優(yōu)化

根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮選取酪蛋白質(zhì)量濃度、糊精酪蛋白質(zhì)量比，時(shí)間3個(gè)因素設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，選取L9（33）正交表，具體方案和結(jié)果見表2。

結(jié)果表明，糊精與酪蛋白反應(yīng)中，酪蛋白濃度對改性酪蛋白乳化性的影響最大，反應(yīng)時(shí)間影響次之，底物配比影響最小。實(shí)驗(yàn)得到改性酪蛋白制備的最佳條件為：酪蛋白質(zhì)量濃度20 mg/mL，酪蛋白與糊精質(zhì)量比為3∶1，反應(yīng)時(shí)間60min。在最優(yōu)制備條件下，改性酪蛋白乳化性達(dá)到0.887。

2.2 改性酪蛋白與原酪蛋白乳化性對比

酪蛋白和改性酪蛋白（酪蛋白質(zhì)量濃度20 mg/ mL，酪蛋白與糊精質(zhì)量比為3∶1，反應(yīng)時(shí)間60 min）的乳化性與pH的關(guān)系如圖1所示。由圖1可知，酪蛋白的乳化性受pH值影響較大。在pH值4～5之間，由于等電點(diǎn)的出現(xiàn)，使其溶解性下降，因而導(dǎo)致了其乳化活性的下降。當(dāng)pH值遠(yuǎn)離等電點(diǎn)，分子間的靜電斥力增加，使溶液界面膜加厚，同時(shí)有利于膠束的形成[11]，因此乳化活力得到提高。而接枝酪蛋白乳化性在pH=4時(shí)提高了50.9%，pH=5時(shí)提高了110.7%。即當(dāng)pH達(dá)到酪蛋白的等電點(diǎn)，改性酪蛋白乳化活性顯著提升，說明了接枝分子對蛋白質(zhì)的保護(hù)作用。

表2 正交試驗(yàn)方案和結(jié)果Table 2 Results of orthogonal experimental design

圖1 不同pH下酪蛋白及改性酪蛋白的乳化性Fig.1 Emulsibility of the casein and the dextrin-modified casein at different pHs

2.3 改性酪蛋白與原酪蛋白乳化穩(wěn)定性對比

由圖2可知，pH對酪蛋白和改性酪蛋白的乳化穩(wěn)定性影響較大。與原酪蛋白乳化穩(wěn)定性相比，改性酪蛋白在pH=4時(shí)提高了54.8%，pH=5時(shí)提高了108.7%。改性酪蛋白在pH=4.6左右乳化性和乳化穩(wěn)定性較高的原因可能是改性酪蛋白的等電點(diǎn)向高酸性偏移（偏移至pH=4）的結(jié)果，因此在pH= 4.6時(shí)溶解度大大增加。

圖2 不同pH下的乳化穩(wěn)定性Fig.2 Emulsion stability of the casein and the dextrinmodified casein at different pHs

2.4 紅外光譜分析

紅外光譜是分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成的變化的一種有效手段。圖3分別顯示了改性酪蛋白和糊精-酪蛋白混合物的紅外光譜圖。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在波長為1 350 cm-1左右時(shí)，接枝物的透過率明顯增強(qiáng)，這是O-H面內(nèi)變形振動(dòng)造成的。當(dāng)?shù)鞍着c麥芽糊精反應(yīng)時(shí)，末端的羰基與蛋白的氨基以化學(xué)共價(jià)鍵相連，從而引起末端糖環(huán)內(nèi)的羥基產(chǎn)生變形振動(dòng)[12]，這說明發(fā)生了酪蛋白和糊精發(fā)生了接枝反應(yīng)。

圖3 紅外光譜圖Fig.3 FT-IR spectra of modified casein and physical m ixture of casein and dextrin

3 結(jié)語

1）由正交試驗(yàn)得出，在110℃，pH=7.8時(shí)糊精改性酪蛋白反應(yīng)的最適條件為：酪蛋白質(zhì)量濃度20mg/mL，酪蛋白與糊精質(zhì)量比為3∶1，反應(yīng)時(shí)間60 min。在此條件下，改性酪蛋白在pH=4和pH=5時(shí)乳化性分別提高了50.9%和110.7%。

2）采用紅外光譜圖證實(shí)了酪蛋白與糊精的反應(yīng)生成了接枝共聚物，使改性酪蛋白等電點(diǎn)向低pH環(huán)境偏移，從而顯著提高酪蛋白在等電點(diǎn)區(qū)域的溶解度、乳化性和乳化穩(wěn)定性。

3）該改性酪蛋白適用于于酸性飲料等食品中，彌補(bǔ)了酪蛋白在酸性飲料中容易凝沉的缺陷。

[1]YANGM in，LIANG Qi，QIAO Haijun，etal.Study on the influence of glucose on the stability of caseinm icelles in skim milk[J]. Science and Technology of Food Industry，2012，33（24）：81-84.（in Chinese）

[2]ZHU Shaojuan，SHIYonghui，LE Guowei.Effects of ultrasound on the hydrolysis of casein by trypsin[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2005（2）：50-54.（in Chinese）

[3]XU Jin，XU Xuem ing，JIN Zhengyu，etal.Influence of limitdextrin onwheatstarch retrogradation[J].Journal of Food Science and Biotechnology，2014，11：1136-1141.（in Chinese）

[4]PFFox，A Brodkorb.The caseinm icelle：Historicalaspects，currentconceptsand significance[J].International Dairy Journal，2008，18（7）：677-684.

[5]LIU Y，GUO R.pH-dependentstructuresand propertiesof caseinm icelles[J].Biophysical Chem istry，2008，136：67-73.

[6]SRINIVASS，PRAKASH V.Bioactive peptides from bovin a-casein：isolation，characterization and multifunction properties[J]. International Journal of Peptide Research and Therapeutics，2010，16：7-15.

[7]JING H，KITTSD D.Chemical and biochemical properties of casein-sugarmaillard reaction products[J].Food and Chem ical Toxicology，2002，40：1007-1015.

[8]ANEMA SG，SIEW K L，EDWIN K L，etal.Rheologicalpropertiesofacid gels prepared from heated pH-adjusted skim milk[J]. Agricultural Food Chem istry，2004，52：337-343.

[9]HAO Xiaomin，WANGSui，CUILingfei.Study on enzymatic hydrolysis to corn starch byα-amylase[J].Food Science，2006，27（2）：141-143.

[10]ANEMA SG.Effectofm ilk concentration on heat-induced，pH-dependent dissociation of casein from m icelles in reconstituted skim m ilk at temperaturesbetween 20 and 120℃[J].Agricultural Food Chem istry，1998，46：2299-2305.

[11]劉娟.酪蛋白-葡聚糖接枝改性研究[D].無錫：江南大學(xué)，2008.

[12]ZHANG Yan，SHIGuqin.Preparation and emulsibility of dextrin-modified casein[J].Enzyme and M icrobial Technology，2010，46：438-443.

Casein M odification by Dextrin and Emulsibility Characterization of theCom p lex

ZHAO Jianwei1，2， WANG Lihua1，2， YANG Xinying1，2， LIDandan1，2， TIAN Yaoqi*1，2
（1.State Key Laboratory of Food Science and Teconolgy，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi214122，China）

The isoelectric precipitation atpH 4.6 of casein lim its itsapplication asa good emulsifier in food industry.In this study，dextrin-modified casein was prepared which could be used in acid foods.The optim ization of protein emulsibility was carried out by orthogonal experiment.The emulsibility and emulsion stability of dextrin-modified casein were studied under different pH values.The optimal conditions for themodificationwere as follows：3mg/m L of casein，3∶1 of casein to dextrin （w/w），pH 7.8，and 110℃for 60m in.The emulsibility of themodified casein reached to 0.887.Furthermore，the emulsibility of dextrin-modified caseinwas increased by 50.9%and 110.7% atpH=4 and pH=5，w ith theemulsion stability increased by 54.8%and 108.7%，respectively.

modified casein，dextrin，emulsibility，emulsion stability

TQ 93

A

1673—1689（2017）04—0389—04

2015-04-28

國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD37B01-04）。

趙建偉（1971—），男，江蘇無錫人，工學(xué)碩士，副教授，主要從事食品科學(xué)與工程研究。E-mail：zhaojw@jiangnan.edu.cn

*通信作者：田耀旗（1981—），男，湖北黃岡人，工學(xué)博士，副教授，主要從事食品科學(xué)與工程研究。E-mail：yqtian@jiangnan.edu.cn

趙建偉，王麗華，楊新穎，等.糊精改性酪蛋白的制備及乳化特性研究[J].食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào)，2017，36（04）：389-392.