低灰分血漿蛋白粉制備工藝優(yōu)化

王文婷,侯成立,宋 璇,吳立國(guó),朱 杰,張德權(quán),*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院,生物物理研究所生物力學(xué)與工程研究室,陜西楊凌 712100)

低灰分血漿蛋白粉制備工藝優(yōu)化

王文婷1,2,侯成立1,宋 璇1,2,吳立國(guó)1,朱 杰2,張德權(quán)1,*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193;2.西北農(nóng)林科技大學(xué)理學(xué)院,生物物理研究所生物力學(xué)與工程研究室,陜西楊凌 712100)

為有效利用動(dòng)物血液,優(yōu)化血漿蛋白粉的制備工藝,本文從分離、濃縮與噴霧干燥工藝出發(fā),探討了不同的離心轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間對(duì)血漿蛋白總濃度、血紅蛋白殘留量及收集率的影響,不同的超濾壓力、pH對(duì)血漿蛋白粉水分、粗蛋白及灰分含量的影響,不同的進(jìn)口溫度和進(jìn)料速率對(duì)血漿蛋白粉水分含量、粗蛋白、提取率及氮溶解指數(shù)的影響。結(jié)果表明:最佳離心條件為離心轉(zhuǎn)速5000 r/min,離心時(shí)間10 min;最佳超濾條件為超濾壓力0.6 MPa,血漿液pH為9;最佳噴霧干燥工藝為進(jìn)口溫度150 ℃,進(jìn)料速率0.178 mL/s。經(jīng)本工藝優(yōu)化,血漿蛋白粉的灰分降至6%左右。本研究結(jié)果可為低灰分血漿蛋白粉生產(chǎn)與制備工藝的改進(jìn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

血漿蛋白粉,工藝優(yōu)化,噴霧干燥,灰分

動(dòng)物血液富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和生物活性成分[1],其中蛋白質(zhì)占17%～22%[2]。動(dòng)物血液經(jīng)離心分離可獲得血漿,經(jīng)干燥制得血漿蛋白粉。血漿蛋白具有較好的保水性、乳化性和凝膠性等功能特性[3-5],可用作食品添加劑[6-7],已廣泛應(yīng)用于肉制品[8]、乳酪[9]、烘焙類食品[10]的生產(chǎn)加工。

目前,市場(chǎng)上血漿蛋白粉生產(chǎn)企業(yè)眾多,生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,灰分含量7%～14%,蛋白含量71%～81%,產(chǎn)品總體顏色深、溶解性差。在我國(guó),血漿蛋白粉以飼料產(chǎn)品為主,食品級(jí)的血漿蛋白粉非常少。血漿蛋白粉品質(zhì)的影響因素很多,包括原料品質(zhì)、抗凝劑選擇、離心條件、濃縮條件和干燥條件等。血液經(jīng)抗凝離心分離得血漿液,直接噴霧干燥得普通的血漿蛋白粉,經(jīng)微濾、超濾或納濾濃縮脫鹽、脫灰分等處理后再經(jīng)噴霧干燥可制得低灰分的血漿蛋白粉[11]。離心、濃縮和噴霧干燥等環(huán)節(jié)對(duì)血漿蛋白粉品質(zhì)的影響尤為重要,其中,灰分是衡量血漿蛋白粉品質(zhì)的重要指標(biāo),在飼料應(yīng)用上,灰分含量高會(huì)影響早期斷奶仔豬日增重及采食量[12],在食品應(yīng)用上,灰分含量過(guò)高會(huì)影響血漿蛋白的凝膠特性[8],根據(jù)前期研究,市場(chǎng)上的血漿蛋白粉普遍灰分含量高,蛋白含量低,產(chǎn)品品質(zhì)差異較大,因此開(kāi)發(fā)低灰分血漿蛋白粉可提升血漿蛋白粉品質(zhì),進(jìn)一步加大其在飼料工業(yè)和食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

目前,關(guān)于低灰分血漿蛋白粉制備工藝相關(guān)的研究較少,本研究通過(guò)比較不同的離心條件、濃縮條件及噴霧干燥條件對(duì)血漿蛋白粉品質(zhì)的影響,確定低灰分血漿蛋白粉的最優(yōu)制備工藝,以期為低灰分血漿蛋白粉的生產(chǎn)制備提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬血液 取自北京市第五肉聯(lián)廠,使用潔凈容器收集豬血,檸檬酸鈉抗凝,使血液中抗凝劑的最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.345%[13]。檸檬酸鈉、氯化鈉、氫氧化鈉、鹽酸均為國(guó)產(chǎn)分析純 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;Hemoglobin(豬) 東京化成工業(yè)株式會(huì)社。BCA試劑盒 美國(guó)Thermo公司。

CR22GII高速冷凍離心機(jī) 日本Hitachi公司;SD-BASIC噴霧干燥器 英國(guó) Labplant 公司;HI9916型pH計(jì) HANNA Instrument公司;T6紫外分光光度計(jì) 北京普析通用有限公司;PC-2002電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Digieye系統(tǒng) 英國(guó)Verivide公司;馬弗爐 賽默飛世爾科技;DMJ60-2二級(jí)膜分離實(shí)驗(yàn)機(jī) 濟(jì)南博納生物技術(shù)有限公司;LGJ-25C冷凍干燥機(jī) 北京四環(huán)科學(xué)儀器廠;UDK159凱氏定氮儀 意大利VELP公司;MJ33快速水分測(cè)定儀 瑞士梅特勒-托利多公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 血漿蛋白分離工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 以血漿總蛋白質(zhì)量濃度、血漿收集率、血紅蛋白質(zhì)量濃度為評(píng)價(jià)指標(biāo),比較不同離心轉(zhuǎn)速和離心時(shí)間對(duì)豬血漿分離效果的影響,確定豬血漿分離的最優(yōu)工藝參數(shù)。測(cè)定血紅蛋白的吸收峰并制備血紅蛋白的標(biāo)準(zhǔn)曲線[14]。

取10 mL全血靜置分層后的上層液體于離心管內(nèi),分別在離心轉(zhuǎn)速為1000、2000、3000、4000、5000、6000、8000 r/min,離心10 min,每組轉(zhuǎn)速設(shè)6個(gè)重復(fù),取上清液測(cè)定血漿蛋白總濃度和血紅蛋白殘留量,測(cè)量上清液總質(zhì)量計(jì)算血漿的收集率;固定離心轉(zhuǎn)速為3000 r/min,離心時(shí)間分別為5、10、15、20、25 min。取上清液測(cè)定血漿蛋白總濃度和血紅蛋白殘留量,測(cè)量上清液總體積計(jì)算血漿的收集率,篩選最優(yōu)離心工藝。每組設(shè)6個(gè)重復(fù)。

1.2.2 血漿蛋白膜濃縮工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 超濾膜截留率以離心分離后的血漿為對(duì)象,研究不同超濾壓力和pH對(duì)純化效果的影響。每次血漿用量為500 mL,固定超濾壓力為0.6 MPa,調(diào)節(jié)血漿液pH為9、10、11,并在室溫條件下超濾。將經(jīng)過(guò)超濾的透過(guò)液直接進(jìn)行納濾,直到納濾結(jié)束。重復(fù)3次。固定血漿液pH為11,設(shè)置超濾壓力為0.4、0.5、0.6 MPa,將經(jīng)過(guò)超濾的透過(guò)液直接進(jìn)行納濾,直到納濾結(jié)束。每組3個(gè)重復(fù)。

將納濾濃縮液30 mL和超濾濃縮液100 mL混合。將血漿原液、超濾濃縮液、超濾-納濾混合液分別進(jìn)行冷凍干燥,分別測(cè)定產(chǎn)品的水分含量、粗蛋白含量和粗灰分含量[15]。

1.2.3 血漿蛋白噴霧干燥工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn) 取超濾濃縮血漿液200 mL,進(jìn)行噴霧干燥工藝優(yōu)化研究。固定進(jìn)料速率為0.178 mL/s,進(jìn)口溫度分別為130、140、150、160、170 ℃。記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的粘壁情況及出口溫度。以血漿中干物質(zhì)為基準(zhǔn),計(jì)算產(chǎn)品提取率,測(cè)定蛋白粉的水分含量、蛋白質(zhì)含量和氮溶解指數(shù),每組3個(gè)重復(fù);設(shè)置進(jìn)料速度為0.133、0.178和0.222 mL/s,進(jìn)口溫度為140、150和160 ℃,進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn),見(jiàn)表1。記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的粘壁情況和出口溫度,計(jì)算產(chǎn)品提取率,測(cè)定蛋白粉的水分含量、蛋白含量和氮溶解指數(shù),每組3個(gè)重復(fù)。(經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn),進(jìn)料速率為0.089 mL/s時(shí),進(jìn)料速度緩慢;進(jìn)料速率為0.267 mL/s時(shí),進(jìn)料速度較快,水分含量高不易噴干。故本實(shí)驗(yàn)選取進(jìn)料速率為0.133、0.178和0.222 mL/s)。

表1 噴霧干燥血漿蛋白粉全面實(shí)驗(yàn)Table 1 Comprehensive experiment of spray drying of plasma protein powder

1.2.4 血漿收集率測(cè)定 空離心管質(zhì)量W(g),離心前血液和離心管的質(zhì)量W1(g),離心后分離出血漿,剩下的血液和離心管的質(zhì)量W2(g)。血漿收集率按式(1)計(jì)算

收集率(%)=(W1-W2)/(W1-W)×100

式(1)

1.2.5 血漿蛋白總濃度測(cè)定 血漿蛋白總濃度采用BCA法測(cè)定。使用BCA試劑盒,血漿原液稀釋50倍,按血漿稀釋液:BCA反應(yīng)液1∶20的比例充分混勻,在37 ℃反應(yīng)30 min,在波長(zhǎng)562 nm下測(cè)定吸光值,通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較,確定血漿蛋白總濃度(mg/mL)。

1.2.6 血紅蛋白質(zhì)量濃度測(cè)定 血紅蛋白質(zhì)量濃度測(cè)定參照李偉峰等[16]、王莉等[14]方法,并確定了血紅蛋白的最大吸收峰在407.40 nm處。

1.2.7 蛋白粉中蛋白含量、水分含量及灰分含量測(cè)定 采用GB 50095-2010方法測(cè)定蛋白粉中粗蛋白含量,采用水分測(cè)定儀測(cè)定水分含量,采用GB 50094-2010方法測(cè)定灰分含量。

1.2.8 氮溶解指數(shù)測(cè)定 稱取血漿蛋白粉1 g,加入25 mL超純水,充分?jǐn)嚢杌靹?1000×g離心10 min,取上清10 mL用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)量,其值為0.4 g原樣品的蛋白質(zhì)溶解量。

氮溶解指數(shù)(%)=水溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量/總蛋白質(zhì)質(zhì)量×100

式(2)

1.2.9 血漿蛋白粉提取率測(cè)定 參考文獻(xiàn)[16]的方法，血漿蛋白粉提取率為收集到的噴霧干燥血漿蛋白粉W(g)與噴霧干燥前血漿中干物質(zhì)質(zhì)量的比,公式如下:

提取率(%)=(W×100)/(500×c×10-3)

式(3)

式(3)中,c為血漿蛋白質(zhì)量濃度,mg/mL。

1.2.10 數(shù)據(jù)分析 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel和SPSS 22軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,采用ANOVA進(jìn)行方差分析,Duncan法進(jìn)行多重比較,分析結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,以p<0.05表示差異顯著。

圖1 不同離心轉(zhuǎn)速對(duì)豬血漿分離效果的影響Fig.1 Effect of different centrifugal speed on separation注:n=6,同一曲線上不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(p<0.05)。圖2同。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同離心條件對(duì)血漿分離效果的影響

2.1.1 不同離心轉(zhuǎn)速對(duì)血漿分離效果的影響 不同離心轉(zhuǎn)速對(duì)豬血漿分離效果的影響見(jiàn)圖1。不同離心轉(zhuǎn)速對(duì)血漿收集率、血紅蛋白質(zhì)量濃度及血漿蛋白總濃度影響顯著(p<0.05)。轉(zhuǎn)速由1000 r/min提升至2000 r/min時(shí),血漿收集率顯著降低(p<0.05),可能是由于細(xì)胞物質(zhì)的沉降，但轉(zhuǎn)速較低，細(xì)胞與血漿不能徹底分離，因此血漿收集率下降；當(dāng)轉(zhuǎn)速由2000 r/min提升至5000 r/min時(shí)，隨轉(zhuǎn)速增加細(xì)胞與血漿分離，血漿收集率顯著增加(p<0.05);繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速,收集率增加緩慢,差異不顯著(p>0.05);隨離心轉(zhuǎn)速增加至5000 r/min,血漿中殘留的血紅蛋白顯著減少(p<0.05);繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速,血紅蛋白的質(zhì)量濃度無(wú)顯著降低(p>0.05)。轉(zhuǎn)速由1000 r/min升至3000 r/min,血漿全蛋白濃度顯著增加,由3000 r/min增加至6000 r/min,血漿全蛋白濃度維持在穩(wěn)定水平,當(dāng)轉(zhuǎn)速增加至8000 r/min時(shí),血漿蛋白總濃度顯著下降。轉(zhuǎn)速提升至3000 r/min血漿蛋白總濃度增加,可能是血漿中含有血細(xì)胞,轉(zhuǎn)速較低時(shí),血漿中含有的血細(xì)胞較多,故使得血漿蛋白含量偏低,隨轉(zhuǎn)速增加,細(xì)胞物質(zhì)沉降,因此血漿總蛋白濃度增加,而轉(zhuǎn)速增加至8000 r/min時(shí),部分血漿蛋白被離心去除,故總蛋白質(zhì)量濃度降低[17]。綜上所述,5000 r/min可使大部分血細(xì)胞與血漿分離,繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速對(duì)分離血細(xì)胞效果不大,故選定離心轉(zhuǎn)速為5000 r/min。

2.1.2 不同離心時(shí)間對(duì)豬血漿分離效果的影響 不同離心時(shí)間對(duì)豬血漿分離效果的影響見(jiàn)圖2。當(dāng)離心轉(zhuǎn)速為5000 r/min，離心時(shí)間為10 min時(shí)，血漿蛋白的總濃度最大，為72.45 mg/mL，繼續(xù)增加離心時(shí)間，血漿蛋白總濃度顯著降低(p<0.05)，可見(jiàn)，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，使部分血漿蛋白被去除；同時(shí)，離心25 min與離心5 min血漿中血紅蛋白質(zhì)量濃度有顯著差異(p<0.05)，但離心時(shí)間由10 min增加至25 min，隨離心時(shí)間的延長(zhǎng)，血漿中血紅蛋白質(zhì)量濃度無(wú)顯著影響，離心10 min即可達(dá)到離心25 min的效果。綜合考慮，離心10 min較為合適。

圖2 不同離心時(shí)間對(duì)豬血漿分離效果的影響Fig.2 Effect of different centrifugal time on separation

李偉鋒等[16]比較不同離心條件對(duì)雞血漿的分離效果,得出最佳工藝為3000 r/min離心15 min,此時(shí)血漿總蛋白質(zhì)量濃度為48.890 mg/mL,血漿得率為55.201%,血紅蛋白含量為2.393 mg/mL。孟曉霞[17]比較了不同離心條件對(duì)牛血漿分離效果的影響,得出最佳離心條件為3000 r/min離心30 min,此時(shí)所得血漿總蛋白含量為114.338 mg/mL,血漿得率為56.476%,血紅蛋白含量為2.313 mg/mL。與上述研究相比,本研究5000 r/min離心10 min,所得血漿得率為97.1%,血紅蛋白含量為0.39 mg/mL,血漿蛋白總濃度為69.9 mg/mL,提高了血漿收集率,降低了血紅蛋白的含量。血漿總蛋白含量的差異,除與物種有關(guān)外,還與動(dòng)物的年齡和大小有關(guān),血液中的蛋白和細(xì)胞成分也不相同,這也導(dǎo)致了分離所得血漿蛋白純度的差異。因此,本實(shí)驗(yàn)選定離心轉(zhuǎn)速為5000 r/min,離心時(shí)間為10 min,此時(shí)分離得到的血漿為澄清的淡黃色液體,血漿得率高,血紅蛋白殘留量少,血漿蛋白總濃度較高。

表2 不同超濾壓力對(duì)血漿液濃縮效果影響(%)Table 2 Effect of different ultrafiltration pressure on concentration of plasma(%)

注：n=3,同一行不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(p<0.05),血漿原液、濃縮及混合血漿均經(jīng)冷凍干燥處理。表3同。

表3 不同血漿液pH對(duì)血漿濃縮效果影響(%)Table 3 Effect of different plasma pH on concentration of plasma(%)

2.2 不同膜濃縮條件對(duì)血漿濃縮效果的影響

2.2.1 不同壓力對(duì)血漿純化效果的影響 不同壓力(0.4、0.5、0.6 MPa)下血漿超濾濃縮液、超濾濃縮-納濾混合液凍干粉的水分含量、灰分含量及蛋白含量結(jié)果見(jiàn)表2。超濾后濃縮液與超濾濃縮-納濾混合液凍干粉在水分、灰分及蛋白含量上具有顯著差異(p<0.05)。血漿原液凍干粉的水分含量最高,達(dá)9.92%±0.44%,灰分含量達(dá)11.95%±0.49%,蛋白含量最低,為73.21%±0.01%。0.5 MPa和0.6 MPa壓力超濾濃縮凍干粉水分、蛋白及灰分含量均無(wú)顯著差異(p>0.05),其水分含量均低于0.4 MPa壓力超濾獲得的血漿蛋白粉,蛋白含量均高于0.4 MPa壓力超濾濃縮獲得的血漿蛋白粉,超濾過(guò)程以壓力為驅(qū)動(dòng)力,因此壓力由0.4 MPa增加至0.6 MPa,溶質(zhì)透過(guò)率會(huì)增加[18]。此外,三種壓力條件下獲得的超濾濃縮-納濾混合液的凍干粉灰分含量均無(wú)顯著差異(p>0.05),但高于超濾濃縮獲得的血漿蛋白粉。

綜上所述,超濾壓力為0.6 MPa時(shí)超濾純化效果最好。與未超濾濃縮、超濾濃縮和納濾混合液相比,超濾濃縮的方法可顯著降低水分和灰分含量,提高蛋白質(zhì)量。另外,經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),超濾后血漿溫度在33 ℃左右,pH在7左右,因此與加熱蒸發(fā)濃縮的方法相比,超濾濃縮的方法不僅可以降低能耗,且超濾過(guò)程中條件溫和,可避免血漿中蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆的變性[19];另外,超濾分離環(huán)境密閉,避免了污染,生產(chǎn)效率高,分離效果良好[20]。胡奇?zhèn)11]研究結(jié)果表明壓力為0.12 MPa時(shí)所得血漿粗蛋白和免疫球蛋白含量最高,這可能是由于不同的膜分離設(shè)備造成的。

2.2.2 不同pH對(duì)超濾純化效果的影響 不同pH下血漿超濾濃縮液、超濾濃縮-納濾混合液凍干粉的水分含量、灰分含量及蛋白含量結(jié)果見(jiàn)表3。不同pH超濾條件對(duì)產(chǎn)品水分、灰分和蛋白含量影響差異顯著(p<0.05)。血漿液pH為9時(shí)產(chǎn)品蛋白含量最高,灰分含量和水分含量均較低。pH為10時(shí)產(chǎn)品灰分含量最低,但此時(shí)水分含量略高,蛋白含量略低。pH為11時(shí),產(chǎn)品水分和蛋白含量均較高,灰分含量和pH為9時(shí)差異不顯著(p>0.05),混合液的灰分含量均高于直接超濾的濃縮液,但堿性太強(qiáng)易導(dǎo)致蛋白變性,綜合考慮,血漿液pH為9時(shí)超濾效果較好,此時(shí)蛋白含量最高,灰分和水分含量均較低。此結(jié)果與胡奇?zhèn)11]研究結(jié)果一致。

影響蛋白過(guò)濾的首要因素是pH。血漿中的蛋白質(zhì)主要為白蛋白和球蛋白,白蛋白的等電點(diǎn)為4.0,α、β、γ三種球蛋白的等電點(diǎn)分別為5.06、5.1和7.1,因此,隨著血漿液的pH偏離蛋白的等電點(diǎn),溶液中的蛋白所帶的靜電荷增多,蛋白間的斥力增加,可避免產(chǎn)生凝膠層,防止?jié)獠顦O化現(xiàn)象的發(fā)生,故濃縮效果好。但研究顯示,IgG在pH4～10范圍內(nèi)穩(wěn)定,但當(dāng)pH低于4或大于10時(shí),其穩(wěn)定性急劇下降[21]。

綜上所述,超濾壓力為0.6 MPa,血漿液pH為9時(shí)超濾效果最好,此時(shí)水分含量低,為5.99%,灰分含量低,為6.95%,粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,為79.69%。

2.3 不同噴霧干燥條件對(duì)血漿干燥效果的影響

2.3.1 不同進(jìn)口溫度對(duì)血漿噴霧干燥效果的影響 各溫度下的產(chǎn)品狀態(tài)、提取率、水分含量、出口溫度、蛋白含量及氮溶解指數(shù)見(jiàn)表4。進(jìn)口溫度為120 ℃時(shí),血漿液無(wú)法噴干。進(jìn)口溫度由130 ℃上升至170 ℃,隨進(jìn)口溫度的升高,出口溫度顯著升高,經(jīng)一元線性回歸分析,出口溫度與進(jìn)口溫度間具有良好的線性關(guān)系,決定系數(shù)R2=0.9916。進(jìn)口溫度和出口溫度對(duì)蛋白類產(chǎn)品的理化性質(zhì)有明顯影響。血漿液在進(jìn)口處停留時(shí)間極短,但物料從在干燥器中沉降到旋風(fēng)分離器的過(guò)程中,需要持續(xù)受熱[22],此過(guò)程可能會(huì)使血漿中含有的免疫球蛋白失活。

表4 不同進(jìn)口溫度對(duì)血漿蛋白粉品質(zhì)的影響Table 4 Effect of different inlet temperatures on quality of plasma protein powder

注：n=3,同一行不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(p<0.05)。表5同。

表5 不同進(jìn)口溫度與進(jìn)料速率對(duì)噴霧干燥血漿蛋白粉品質(zhì)的影響Table 5 Effect of different inlet temperatures and feeding rate on quality of plasma protein powder

血漿中主要的蛋白質(zhì)為纖維蛋白原、白蛋白和球蛋白,纖維蛋白變性溫度約為55～60 ℃,白蛋白和球蛋白的變性溫度分別接近74 ℃和67 ℃左右[23],因此,進(jìn)口溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蛋白變性,溶解度降低。

進(jìn)口溫度由130 ℃上升至150 ℃,蛋白粉提取率沒(méi)有顯著差異(p>0.05),繼續(xù)增加進(jìn)口溫度,提取率顯著下降(p<0.05),且溫度升至160 ℃時(shí),出現(xiàn)焦糊。這可能是因?yàn)?溫度上升至160 ℃時(shí),出口溫度較高,蛋白逐漸變性,部分蛋白粘到噴口或霧化器中,導(dǎo)致提取率降低。水分含量隨進(jìn)口溫度的增加,呈現(xiàn)先降低后維持穩(wěn)定的狀態(tài),150 ℃到170 ℃的水分含量沒(méi)有顯著差異(p>0.05)。此結(jié)果與李偉峰等[16]的研究結(jié)果一致。

氮溶解指數(shù)隨進(jìn)口溫度的增加,先增加后趨于穩(wěn)定,出口溫度為(81.00±1.00) ℃時(shí),氮溶解指數(shù)最大,出口溫度為(69.32±1.46) ℃氮溶解指數(shù)最小,此時(shí)對(duì)應(yīng)的蛋白含量最低。出口溫度為(97.11±1.78) ℃,氮溶解指數(shù)略降低,但與出口溫度為(81.00±1.00) ℃和(88.42±1.16) ℃無(wú)顯著差異,此時(shí)蛋白已出現(xiàn)焦糊。綜合以上結(jié)果,進(jìn)口溫度為150 ℃時(shí)的干燥效果較好,此時(shí)產(chǎn)品的含水率為5.99%,蛋白含量為73.00%,氮溶解指數(shù)為99.56%。

2.3.2 不同進(jìn)口溫度與進(jìn)料速率對(duì)血漿噴霧干燥效果的影響 不同進(jìn)口溫度與進(jìn)料速率組合下的出口溫度、水分含量、提取率、蛋白含量及氮溶解指數(shù)和產(chǎn)品狀態(tài)見(jiàn)表5。對(duì)同一溫度,隨進(jìn)料速率的增加,出口溫度均顯著下降(p<0.05);對(duì)同一進(jìn)料速率,隨進(jìn)口溫度的增加,出口溫度顯著升高(p<0.05)。經(jīng)一元線性回歸分析,進(jìn)料速率和出口溫度之間具有良好的線性關(guān)系,進(jìn)口溫度為140、150和160 ℃所對(duì)應(yīng)的決定系數(shù)R2分別為0.9986、0.9970和0.9999。

進(jìn)口溫度為140 ℃和150 ℃時(shí),隨進(jìn)料速率的增加,提取率均顯著增加(p<0.05)。而進(jìn)口溫度為160 ℃時(shí),隨進(jìn)料速率的增加,提取率無(wú)顯著變化(p>0.05)。進(jìn)口溫度為150 ℃、進(jìn)料速率為0.222 mL/s時(shí),提取率與160 ℃無(wú)顯著差異,但出口溫度要顯著低于160 ℃(p<0.05)。隨進(jìn)料速率的增加,水分含量顯著增加(p<0.05),此結(jié)果與李偉峰[16]和Renatav[24]等的研究結(jié)果一致。進(jìn)口溫度為160 ℃,進(jìn)料速率由0.133 mL/s增加至0.178 mL/s時(shí),水分含量無(wú)顯著增加;當(dāng)進(jìn)料速率達(dá)到0.222 mL/s時(shí),水分含量顯著增加(p<0.05),出口溫度呈現(xiàn)顯著下降,因此產(chǎn)品焦糊情況減輕。進(jìn)口溫度為140 ℃,進(jìn)料速率由0.133 mL/s增加至0.178 mL/s時(shí),粗蛋白含量無(wú)顯著差異(p>0.05),進(jìn)料速率增加至0.222 mL/s時(shí),粗蛋白含量顯著下降(p<0.05)。進(jìn)口溫度為150 ℃和160 ℃時(shí),不同進(jìn)料速率所得蛋白粉的粗蛋白含量無(wú)顯著差異(p>0.05)。對(duì)相同進(jìn)口溫度,不同進(jìn)料速率所得蛋白粉氮溶解指數(shù)無(wú)顯著差異(p>0.05)。

進(jìn)料速率為0.133 mL/s時(shí),隨進(jìn)口溫度的增加,出口溫度顯著升高(p<0.05),產(chǎn)品水分含量沒(méi)有顯著差異(p>0.05),提取率顯著增加。進(jìn)料速率為0.178 mL/s時(shí),隨進(jìn)口溫度的增加,出口溫度和產(chǎn)品水分含量顯著增加,150 ℃和160 ℃提取率差異顯著(p<0.05)。進(jìn)料速率為0.222 mL/s時(shí),出口溫度顯著增加,但160 ℃和150 ℃產(chǎn)品水分含量差異不顯著,兩者間蛋白提取率差異不顯著。

本研究進(jìn)口溫度與胡奇?zhèn)11](230 ℃)、孟曉霞[17](170 ℃)的研究結(jié)果不同,主要原因可能是噴霧干燥設(shè)備不同。此外,李偉鋒認(rèn)為進(jìn)口溫度不同還與料液的溫度有關(guān),但本實(shí)驗(yàn)進(jìn)口溫度與李偉鋒[16](150 ℃)的研究結(jié)果一致,在本實(shí)驗(yàn)中血漿液溫度為4 ℃,李偉鋒所用實(shí)驗(yàn)血漿的溫度為25 ℃。料液溫度不同,但進(jìn)口溫度相同,這可能是因?yàn)楸狙芯繃婌F干燥前血漿液進(jìn)行了濃縮,因此,料液的固形物含量可能也是影響進(jìn)口溫度的一個(gè)原因。

綜上所述,較佳的工藝是進(jìn)口溫度為150 ℃,進(jìn)料速率為0.178 mL/s。此時(shí)產(chǎn)品水分含量為6.99%,提取率為33.89%,蛋白含量為71.79%,氮溶解指數(shù)為98.92%。

經(jīng)本工藝優(yōu)化,血漿蛋白粉的灰分降至6%左右,遠(yuǎn)低于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品的灰分含量(≥10%),比國(guó)外同類型產(chǎn)品降低1個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

離心轉(zhuǎn)速為5000 r/min,離心時(shí)間為10 min時(shí),血漿與血細(xì)胞分離效果較好,血漿蛋白含量高,血紅蛋白殘留量少;超濾壓力為0.6 MPa,血漿液pH為9時(shí)超濾效果最好,此時(shí)蛋白含量最高,灰分含量最低,產(chǎn)品水分含量最低;進(jìn)口溫度為150 ℃,進(jìn)料速率為0.178 mL/s干燥效果最好,此時(shí)獲得的血漿蛋白粉水分含量為6.99%,蛋白含量為71.79%,氮溶解指數(shù)為98.92%。經(jīng)工藝優(yōu)化,可將血漿蛋白粉產(chǎn)品灰分含量降至6%左右。

[1]Ofori J A,Hsieh Y P. The use of blood and derived products as food additives[M]. In Y. El-Samragy(Ed.),Food Additive,Shanghai:In Tech. 2012:229-256.

[2]Wismer-pedersen J. Use of haemoglobin in foods-a review[J]. Meat Science,1988,24(1):31-45.

[4]Hurtado S,Saguer E,ToldrM,et al. Porcine plasma as polyphosphate and caseinate replacer in frankfurters[J]. Meat Science,2012,90(90):624-628.

[5]倪娜,王振宇,陳麗,等. 血漿蛋白功能特性及其在肉制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工 學(xué)刊,2012,(11):132-135.

[7]王鵬,王霞,徐幸蓮,等. 鈉替代條件下血漿蛋白對(duì)雞肌原纖維蛋白熱誘導(dǎo)凝膠性質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)家禽,2012,34(14):25-30.

[8]孔保華,張立娟,刁新平. 影響豬血漿蛋白熱誘導(dǎo)凝膠質(zhì)構(gòu)特性及持水性因素的研究[J]. 食品科學(xué),2010,31(7):75-80.

[9]Lipner S. Method of preparing comminuted meat products:U.S. Patent,3.644.128[P]. 1972-02-22.

[10]邵秀芝,寧維穎. 血漿蛋白的功能特性及其在食品中的應(yīng)用[J]. 肉類工業(yè),2004(3):24-26.

[11]胡奇?zhèn)? 血漿蛋白粉加工工藝及應(yīng)用研究[D]. 無(wú)錫:江南大學(xué),2005:6-34.

[12]江國(guó)永,于偉,潘勇,等. 兩種血漿蛋白粉對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響研究[J]. 飼料與畜牧,2011(1):52.

[13]倪娜,王振宇,陳麗娟,等. pH對(duì)羊血漿蛋白熱誘導(dǎo)凝膠特性的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技,2015(7):160-166.

[14]王莉,張淑琴,趙君,等. 紫外分光光度法檢測(cè)血漿游離血紅蛋白[J]. 中國(guó)輸血雜志,2006,19(6):477-479.

[15]董艷,高瑞昶,潘勤,等. 超濾和納濾分離技術(shù)提取純化地黃低聚糖的研究[J]. 中草藥,2008,39(3):359-363.

[16]李偉鋒,王鵬,徐幸蓮,等. 噴霧干燥雞血漿蛋白粉工藝優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2012,28(21):248-255.

[17]胡奇?zhèn)? 血漿蛋白粉加工工藝及應(yīng)用研究[D]. 無(wú)錫:江南大學(xué),2005:17-19.

[18]蔣超,張彧,陳歷俊,等. 超濾法分離干酪乳清中蛋白的研究[J]. 大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,29(6):413-417.

[19]胡奇?zhèn)?過(guò)世東,王春維,等. 血漿蛋白濃縮工藝的研究[J]. 飼料工業(yè),2004,25(12):6-10.

[20]李明浩,李曉東,王洋. 超濾在生產(chǎn)濃縮乳蛋白類產(chǎn)品中的應(yīng)用[J]. 包裝與食品機(jī)械,2012,30(5):52-56.

[21]張和平,杜文,郭軍,等. 免疫乳中IgG的穩(wěn)定性及蔗糖的保護(hù)作用[J]. 中國(guó)乳品工業(yè),2002,30(6):3-7.

[22]郭晉育,吳明文,尹倫,等. 噴霧干燥血漿蛋白粉品質(zhì)的影響因素[J]. 畜牧與飼料科學(xué),2011,32(6):84-85.

[23]Saguer E,Alvarez P,Fort N,et al. Heat-induced gelation mechanism of blood plasma modulated by Cysteine[J]. Journalof Food Science,2015,80(3):515-521.

[24]Renatav T,Catherine B,Míriamd H. Influence of process conditions on the physicochemical properties of acai(Euterpe oleraceae Mart.)powder produced by spray drying[J]. Journal of Food Engineering,2008,88(3):411-418.

Optimization of preparation technology of low ash plasma protein powder

WANG Wen-ting1,2,HOU Cheng-li1,SONG Xuan1,2,WU Li-guo1,ZHU Jie2,ZHANG De-quan1,*

(1.Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences/ Key Laboratory of Agro-Products Processing,Ministry of Agriculture,Beijing 100193,China;2.Laboratory of Biomechanics and Engineering,College of Science,Northwest A&F University,Yangling 712100,China)

Different separating technique,concentration technique and spray drying technique were investigated in this study in order to utilize animal blood effectively and optimize the preparation technique of plasma protein powder. First,the effects of different centrifugal speeds and times on the concentration of total plasma protein,hemoglobin residues and yield were studied. Besides,the effects of different ultrafiltration pressure and pH on moisture content,crude protein content and ash content of plasma protein powder were analyzed. Finally,the effects of different inlet temperatures and feeding rates on moisture content,protein content,extraction ratio and nitrogen soluble index of plasma protein powder were investigated. The results indicated that the best centrifugal condition was at 5000 r/min for 10 min. The best ultrafiltration condition was at 0.6 MPa airflow pressure,and the pH of plasma was 9. The best spray drying technique was under inlet temperature 150 ℃ and feeding rate 0.178 mL/s. After this optimization technique,the ash content of plasma protein powder decreased to 6%. The results can provide basic data and reference for the improvement of low ash plasma protein powder preparation technique.

plasma protein powder;process optimization;spray drying;ash

2017-02-20

王文婷(1989-)，女，碩士研究生，研究方向：肉品加工，E-mail:wangwentingbiome@163.com。

*通訊作者:張德權(quán)(1972-)，男，博士，研究員，研究方向：肉品科學(xué)與技術(shù)，E-mail:dequan_zhang0118@126.com。

國(guó)家農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程-肉品質(zhì)形成機(jī)理與調(diào)控技術(shù)CAAS-ASTIP-2016-IFST；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)人才支撐計(jì)劃-農(nóng)業(yè)科研杰出人才及其創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)(2016-2020)。

TS251.93

B

1002-0306(2017)15-0175-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.033