超高壓處理對乳清分離蛋白凝膠特性的影響

衛(wèi)永華 ，劉永娟，楊莉，張志健，劉會(huì)平

1(山西師范大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾，041000) 2(陜西理工大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 漢中，723000) 3(天津科技大學(xué) 食品工程與生物技術(shù)學(xué)院，天津，300457)

超高壓(ultra-high pressure，UHP)處理技術(shù)是21世紀(jì)備受食品研究者關(guān)注的一種食品冷加工技術(shù)。與熱處理相同，它也可以引起蛋白質(zhì)變性、伸展[1-2]，內(nèi)部疏水基團(tuán)暴露。若此時(shí)蛋白質(zhì)濃度、pH值、壓力大小、處理時(shí)間等因素合適，分子間或分子內(nèi)的氫鍵、二硫鍵、范德華力、疏水作用力等將相互作用，形成穩(wěn)定的、包裹有水分或其他成分的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即超高壓凝膠。由于超高壓處理不會(huì)破壞氨基酸、維生素、色素和風(fēng)味物質(zhì)等低分子化合物中的共價(jià)鍵，故可以較大程度地保持食品原材料的色、香、味及營養(yǎng)成分[3-4]，加工出質(zhì)地、消化性、風(fēng)味等與熱處理不同的蛋白質(zhì)凝膠[5-7]。

近幾年來，超高壓技術(shù)在乳制品、魚糜制品以及蛋白質(zhì)凝膠食品中有著廣泛的應(yīng)用。付強(qiáng)認(rèn)為鰱魚魚糜經(jīng)超高壓處理后，不僅凝膠品質(zhì)顯著提高，而且風(fēng)味和營養(yǎng)成分損失較小[8]。王安琪等認(rèn)為，處理壓力的增大有利于提高魚糜樣品的剪切力、硬度、回復(fù)性、彈性和咀嚼性，且相關(guān)指標(biāo)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)熱殺菌(巴氏滅菌和高壓蒸汽滅菌)[9]；郭麗萍研究了超高壓結(jié)合熱處理對豬肉蛋白質(zhì)相互作用力的影響，發(fā)現(xiàn)處理后的肌原纖維蛋白質(zhì)巰基含量極顯著下降(p<0.01)，二硫鍵含量、疏水性極顯著上升(p<0.01)[10]。王苑等認(rèn)為肌原纖維蛋白與大豆分離蛋白經(jīng)超高壓處理后所得新型凝膠的硬度、彈性及保水性均比傳統(tǒng)熱凝膠要好，且結(jié)構(gòu)光滑致密[11]。

乳清蛋白具有良好的凝膠特性和營養(yǎng)特性，其在凝膠食品的組織結(jié)構(gòu)調(diào)整方面具有廣泛的應(yīng)用[12-14]。然而，目前國內(nèi)關(guān)于超高壓處理對乳清蛋白凝膠影響的研究還未見報(bào)道。本研究以乳清分離蛋白(whey protein isolated，WPI)為試驗(yàn)原料，對其進(jìn)行不同壓力、時(shí)間、WPI濃度、pH值和CaCl2條件下的超高壓處理，以考察超高壓處理?xiàng)l件對乳清分離蛋白凝膠特性的影響，為乳清蛋白在超高壓凝膠食品中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原料

乳清分離蛋白(WPI)(采用低溫離子交換技術(shù)生產(chǎn)，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)92%)，購于美國Hilmar公司；其他所有試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設(shè)備

HPP.M1型超高壓處理設(shè)備，天津市華泰森淼生物工程技術(shù)有限公司；Anke TDL-5-A臺式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；JSM-6380LV掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社JEOL；TA3XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀，英國Stable Micro System公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 超高壓WPI凝膠制備工藝[15]

使用封口機(jī)將配制好的WPI溶液密封于耐高壓的聚乙烯袋中(不留氣泡)，然后放入壓力腔內(nèi)，浸沒于傳壓介質(zhì)中，設(shè)置壓力和時(shí)間參數(shù)后進(jìn)行超高壓處理。處理后樣品置冰箱4℃保藏，所有性質(zhì)的測定在24h后進(jìn)行，即只考慮不可逆的變化。

1.3.2 超高壓處理?xiàng)l件對WPI凝膠特性影響的研究

以凝膠強(qiáng)度、保水性和得率為考察指標(biāo)，分別進(jìn)行處理壓力(100、200、300、400和500 MPa)、處理時(shí)間(10、20、30和40 min)、蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度(120、140、160、180、200、220 g/L)、pH(3.0、4.0、5.0、6.0、7.0和8.0)和CaCl2濃度(0.03、0.06、0.09、0.12、0.15和0.18 mol/L)的單因素試驗(yàn)。

1.3.3 WPI凝膠強(qiáng)度的測定[16]

將超高壓處理凝膠用質(zhì)構(gòu)儀的TPA軟件系統(tǒng)測定。采用直徑為6 mm的圓柱型探針(P/6)以1 mm/s的恒定速度穿透凝膠，凝膠塊高度為10 mm，直徑24 mm。凝膠的硬度以探針的第一次壓縮循環(huán)中的最大力來表示，單位用g表示。所有測定值采用附屬解析軟件分析后直接從電腦中輸出。每個(gè)條件取3個(gè)樣品測定求其平均值。

1.3.4 WPI凝膠保水性測定[17]

將5 g左右凝膠放入離心管中于5 000×g離心10 min，然后倒出離心管內(nèi)游離水分，稱重。每個(gè)樣品平行測定3次，取其平均值。凝膠的保水性(water-holding capacity，WHC)則為：

WHC/%=(w2/w1)×100

(1)

式中：w1，離心前凝膠的質(zhì)量，g；w2，離心后凝膠的質(zhì)量，g。

1.3.5 WPI凝膠得率測定

用吸水紙除去凝膠表面的水分后，稱取凝膠塊質(zhì)量。凝膠得率計(jì)算公式如下：

Y/%=(m2/m1)×100

(2)

式中：m1，超高壓處理前WPI溶液質(zhì)量，g；m2，超高壓處理后形成凝膠塊的質(zhì)量，g。

1.3.6 WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察[17]

將凝膠樣品切成2 mm×2 mm×1 mm的小片，用2.5%(體積分?jǐn)?shù))戊二醛在4 ℃條件下固定16 h，再分別用30%、50%、70%、80%、90%、95%、100%(體積分?jǐn)?shù))的酒精溶液依次脫水，然后進(jìn)行冷凍干燥，最后進(jìn)行離子濺射鍍金處理，用掃描電子顯微鏡觀察凝膠的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.7 WPI凝膠(或溶液)樣品中巰基和二硫鍵含量的測定

超高壓凝膠(或溶液)樣品中的巰基和二硫鍵含量分析采用郭麗萍的Ellman試劑分析法進(jìn)行[10]。每個(gè)樣品平行測定3次，取其平均值。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 處理壓力對WPI凝膠的影響

2.1.1 處理壓力對WPI凝膠特性的影響

將WPI樣品分別溶解于pH 7.0、濃度0.06 mol/L的CaCl2溶液中，配制成質(zhì)量濃度為160 g/L的溶液，分別經(jīng)100～500 MPa的壓力處理30 min，研究不同壓力對凝膠特性的影響。結(jié)果如表1所示。

表1 處理壓力對WPI凝膠特性的影響Table 1 The effects of applied pressure on the properties of WPI gel

注：表中同一指標(biāo)值所標(biāo)示字母不同時(shí)表示樣品指標(biāo)有顯著差異(p<0.05)，表2、3、4和5與此相同。

由表1可以看出，WPI溶液經(jīng)100 MPa和200 MPa壓力處理后不形成凝膠。當(dāng)處理壓力達(dá)到300 MPa時(shí)，形成凝膠的強(qiáng)度、得率和保水性均很低。隨著壓力的繼續(xù)升高，凝膠強(qiáng)度和保水性均顯著增加(p<0.5)。但WPI凝膠得率在400 MPa具有最大值，隨后呈現(xiàn)降低的趨勢。這意味著變性乳清蛋白在400 MPa時(shí)對水分的包裹能力最強(qiáng)，當(dāng)壓力進(jìn)一步增大時(shí)，可能凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到的擠壓作用也隨之增大，造成水分流失，得率下降[18]。

2.1.2 處理壓力對WPI凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響

處理壓力對凝膠中巰基和二硫鍵含量影響的結(jié)果如圖1所示。

圖1 處理壓力對WPI凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響Fig.1 The effects of treatment pressure on SH group and disulfide bond content in WPI gel processed by UHP注：圖中同一指標(biāo)值所標(biāo)示字母不同時(shí)表示樣品指標(biāo)有顯著差異(p<0.05)，圖3、5、7和9與此相同。

天然β-乳球蛋白中包埋著許多疏基，在超高壓的作用下，β-乳球蛋白分子變性，球狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露于溶劑當(dāng)中。新暴露出來的巰基將在氧化作用或巰基/二硫鍵交換作用下形成二硫鍵，從而對WPI凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)起著重要的穩(wěn)定作用[10]。由圖1可以看出，隨著壓力增大，凝膠中巰基含量顯著下降(p<0.01)，二硫鍵含量顯著上升(p<0.01)。這表明隨著壓力的增大，WPI分子中越來越多的巰基轉(zhuǎn)化為二硫鍵，使蛋白質(zhì)分子間的交聯(lián)作用增強(qiáng)，凝膠品質(zhì)得以提高。

2.1.3 處理壓力對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

處理壓力對凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，當(dāng)處理壓力為300 MPa時(shí)，球狀蛋白分子展開程度低，變性蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用也少，形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中孔洞較大。隨著壓力的上升，二硫鍵廣泛形成，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越致密，孔洞越細(xì)小[19-22]。這一方面提高了凝膠的強(qiáng)度，另一方面增加了凝膠體內(nèi)毛細(xì)管作用力，有利于提高凝膠的持水能力和得率。另有報(bào)道，超高壓有助于氫鍵的形成[23]，這也是壓力升高導(dǎo)致凝膠保水性增強(qiáng)的又一原因。

2.2 處理時(shí)間對WPI凝膠的影響

2.2.1 處理時(shí)間對WPI凝膠特性的影響

將WPI樣品分別溶解于pH 7.0、濃度0.06 mol/L的CaCl2溶液中，配制成質(zhì)量濃度為16 g/L的溶液，分別經(jīng)500 MPa的壓力處理10～30 min，研究不同處理時(shí)間對凝膠特性的影響。結(jié)果如表2所示。

表2 處理時(shí)間對WPI凝膠特性的影響Table 2 The effects of treatment time on the properties of WPI gel

質(zhì)量濃度為160 g/L的WPI溶液在室溫條件下，經(jīng)500 MPa處理10 min就可形成凝膠。但由表2可知，處理時(shí)間≤20 min時(shí)，WPI凝膠強(qiáng)度和得率均較低，保水性也較差；處理時(shí)間高于20 min后，凝膠強(qiáng)度、得率和保水性均顯著提高(p<0.5)，但凝膠強(qiáng)度在處理時(shí)間超過30 min后，變化不顯著(p<0.5)。有研究表明，超高壓處理雖然可以促進(jìn)蛋白分子變性、凝聚，但聚合到一定程度時(shí)，延長處理時(shí)間對蛋白交聯(lián)效果影響不再顯著，甚至?xí)?dǎo)致凝膠已有致密、有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，使其凝膠硬度降低[24]。

2.2.2 處理時(shí)間對WPI巰基和二硫鍵含量的影響

處理時(shí)間對凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響如圖3所示。

圖3 處理時(shí)間對WPI凝膠(或溶液)中巰基和二硫鍵含量的影響Fig.3 The effects of treatment time on SH group and disulfide bond content in WPI gel or solution processed by UHP

由圖3可以看出，WPI溶液經(jīng)500 MPa的壓力處理0～20 min時(shí)，巰基含量隨處理時(shí)間的延長顯著下降(p<0.01)，二硫鍵含量顯著上升(p<0.01)。而當(dāng)處理時(shí)間大于20 min后，巰基含量變化不明顯，二硫鍵的含量仍緩慢增加。但如2.2.1所述，此時(shí)二硫鍵含量的增加只引起凝膠得率和保水性能的提高，并未對凝膠強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

2.2.3 處理時(shí)間對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

處理時(shí)間對凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果如圖4所示。

如圖4所示，在500 MPa壓力、處理時(shí)間為10 min時(shí)，WPI凝膠主要為顆粒狀聚集物，蛋白質(zhì)分子之間交聯(lián)作用很弱；當(dāng)處理時(shí)間延長至20 min時(shí)，蛋白質(zhì)分子展開程度增大，初步形成一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但相互之間交聯(lián)作用仍然較弱；WPI凝膠表現(xiàn)出較低的凝膠強(qiáng)度、得率和保水性。當(dāng)處理時(shí)間分別為30 min和40 min時(shí)，WPI分子間的交聯(lián)作用比較充分，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，表現(xiàn)出較好的凝膠特性。由此可見，蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成都需要一個(gè)過程，并非瞬間完成。

圖4 不同處理時(shí)間下超高壓WPI凝膠掃描電鏡圖Fig.4 The scanning electron microscopic pictures of gels processed by UHP with different treatment time

2.3 WPI質(zhì)量濃度對凝膠的影響

2.3.1 WPI質(zhì)量濃度對凝膠特性的影響

將WPI樣品分別溶解于pH 7.0、濃度0.06 mol/L的CaCl2溶液中，配制成120～220 g/L的溶液，分別經(jīng)500 MPa的壓力處理30 min，研究不同WPI濃度對凝膠特性的影響。結(jié)果如表3所示。

表3 WPI濃度對凝膠特性的影響Table 3 The effects of protein concentration on the properties of WPI gel

前期預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量濃度為100 g/L的WPI溶液在室溫下，經(jīng)500 MPa、30 min高壓處理后不能形成凝膠。由表3可知，當(dāng)質(zhì)量濃度增至120 g/L時(shí)，即有較低強(qiáng)度的凝膠生成，并且凝膠強(qiáng)度隨著蛋白質(zhì)濃度的增大而增大。此結(jié)果表明，與熱致凝膠相同，一定質(zhì)量濃度的WPI也是超高壓凝膠形成的基本條件[25]。

在質(zhì)量濃度為120～220 g/L范圍內(nèi)，隨著蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度增加，凝膠得率提高幅度較大(p<0.5)。這說明高蛋白濃度凝膠包裹水分的能力要明顯高于低濃度蛋白凝膠。當(dāng)WPI質(zhì)量濃度大于180 g/L時(shí)，凝膠保水性呈現(xiàn)下降趨勢(p<0.5)。這可能是對蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)較大的包裹能力而言，水分相對不足造成的。

2.3.2 WPI質(zhì)量濃度對凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響

WPI質(zhì)量濃度對凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響如圖5所示。

圖5 蛋白濃度對WPI凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響Fig.5 The effects of WPI concentration on SH group and disulfide bond content in WPI gel processed by UHP

由圖5可以看出，不同WPI質(zhì)量濃度溶液經(jīng)500 MPa相同壓力處理后，凝膠中的巰基和二硫鍵含量均隨WPI質(zhì)量濃度增加而增加(p<0.5)，且較高WPI質(zhì)量濃度(>160 g/L)凝膠中的二硫鍵含量要高于低質(zhì)量濃度(<160 g/L)凝膠。這可能與高濃度凝膠中巰基更易碰撞、結(jié)合形成二硫鍵有關(guān)，也是高質(zhì)量濃度WPI凝膠的特性整體上優(yōu)于低濃度凝膠的原因。

2.3.3 WPI質(zhì)量濃度對凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

WPI對凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果如圖6所示。

由圖6可以看出，隨著WPI質(zhì)量濃度的增大，蛋白質(zhì)分子側(cè)鏈間相互交聯(lián)的機(jī)會(huì)增大，蛋白質(zhì)之間的交聯(lián)作用逐漸增強(qiáng)，致使凝膠結(jié)構(gòu)越牢固[26]。與此同時(shí)，凝膠網(wǎng)絡(luò)中的孔洞逐漸減小，質(zhì)地變得細(xì)膩。不同WPI質(zhì)量濃度凝膠微觀結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果與其二硫鍵含量的測定結(jié)果相符。

圖6 不同WPI質(zhì)量濃度的超高壓凝膠掃描電鏡圖Fig.6 The scanning electron microscopic pictures of gels processed by UHP with different WPI concentration

2.4 pH對WPI凝膠的影響

2.4.1 pH對WPI凝膠特性的影響

將WPI樣品分別溶解于pH 3.0～7.0、濃度0.06 mol/L的CaCl2溶液中，配制成160 g/L的溶液，分別經(jīng)500 MPa的壓力下處理30 min，研究不同pH值對凝膠特性的影響。結(jié)果如表4所示。

表4 pH值對WPI凝膠特性的影響Table 4 The effects of pH on the properties of WPI gel

pH值可通過改變分子的凈電荷改變分子間的吸引力、排斥力以及分子和溶劑之間的相互作用，從而使不同pH值的蛋白質(zhì)溶液形成凝膠的特性各不相同[27]。如表4所示，當(dāng)WPI溶液pH值在乳清蛋白等電點(diǎn)(大約4.5～5.5)時(shí)，形成的凝膠強(qiáng)度、得率和保水性均較差。而WPI溶液pH值偏離等電點(diǎn)時(shí)，凝膠的品質(zhì)則會(huì)升高，且偏中性環(huán)境的凝膠特性更高。

蛋白質(zhì)在適宜pH值下才能接近到合適的距離，發(fā)生分子間的巰基-二硫鍵作用，完成分子交聯(lián)。并且只有在二硫鍵與疏水作用力、靜電作用力等達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，才能形成具有較高強(qiáng)度、得率和持水能力的不可逆性凝膠網(wǎng)絡(luò)[25]。當(dāng)pH值低于乳清蛋白等電點(diǎn)時(shí)，WPI凝膠則主要由分子間靜電作用和離子鍵維持，分子間二硫鍵作用很弱，分子間作用力以斥力為主[28]，所形成的凝膠的特性相對較低(p<0.5)；在pH值高于乳清蛋白等電點(diǎn)的時(shí)候，凝膠中由分子間二硫鍵發(fā)揮主要作用，其各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)均較高；在等電點(diǎn)附近，由于蛋白質(zhì)分子帶靜電量最少，相互之間靜電排斥也最小，蛋白質(zhì)分子在展開之前就發(fā)生物理性凝聚[26]，因而形成的凝塊缺乏彈性，含水量和得率也較低。但本研究對凝膠保水性評價(jià)時(shí)，由于凝膠在離心前后水分損失量較小，反而使得凝膠在等電點(diǎn)時(shí)表現(xiàn)出較高的保水性。

2.4.2 pH值對WPI巰基和二硫鍵含量的影響

pH值對凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響如圖7所示。

圖7 pH值對WPI凝膠中巰基含量和二硫鍵的影響Fig.7 The effects of pH on SH group and disulfide bond content in WPI gel processed by UHP

由圖7可以看出，在接近中性環(huán)境中，WPI凝膠中的巰基含量要明顯低于強(qiáng)酸性環(huán)境，而二硫鍵含量變化趨勢與巰基相反。這表明中性環(huán)境更有利于巰基/二硫鍵之間交換反應(yīng)的發(fā)生。此結(jié)果與2.4.1部分中不同pH凝膠的品質(zhì)表現(xiàn)趨勢相一致。

2.4.3 pH值對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

pH值對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同pH值下超高壓WPI凝膠掃描電鏡圖Fig.8 The scanning electron microscopic pictures of gels processed by UHP with different pH

由圖8可知，WPI溶液pH值在3.0～5.0時(shí)，經(jīng)超高壓處理生成的凝膠中并未表現(xiàn)出明顯的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)分子仍以球狀結(jié)構(gòu)存在(圖8-a、8-b和8-c)，凝膠表現(xiàn)出較差的特性；當(dāng)WPI溶液pH≥6.0，經(jīng)高壓處理生成的凝膠中，蛋白質(zhì)分子展開程度明顯增大，分子間相互作用增強(qiáng)，凝膠網(wǎng)絡(luò)也越來越致密(圖8-d、8-e、8-f)。相應(yīng)地，凝膠的強(qiáng)度、保水性和得率均較高。此結(jié)果與不同pH凝膠中的二硫鍵含量測定結(jié)果相一致。

2.5 CaCl2濃度對WPI凝膠的影響

2.5.1 CaCl2濃度對WPI凝膠特性的影響

將WPI樣品分別溶解于pH 7.0、濃度0.06～0.18 mol/L的CaCl2溶液中，配制成160 g/L的溶液，分別經(jīng)500 MPa的壓力下處理30 min，研究不同CaCl2濃度對凝膠特性的影響。結(jié)果如表5所示。

表5 CaCl2濃度對WPI凝膠特性的影響Table 5 The effects of CaCl2 on the properties of WPI gel

變性蛋白質(zhì)分子由于靜電排斥力而保持分離狀態(tài)，加入金屬鹽，可以屏蔽這些靜電排斥力，使盡可能多的蛋白質(zhì)分子相互接近。另外Ca2+可與蛋白質(zhì)通過氫鍵等形成“鍵橋”，這樣可加速凝膠網(wǎng)絡(luò)形成[28]，提高凝膠顆粒硬度[29]。由表5可知，CaCl2在0～0.15 mol/L能夠增加WPI凝膠強(qiáng)度(p<0.5)；當(dāng)CaCl2濃度大于0.15 mol/L時(shí)，則會(huì)引起凝膠強(qiáng)度下降，可能原因是上升的CaCl2濃度引起蛋白質(zhì)的過度聚集，阻止了蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)形成，導(dǎo)致凝膠脆性的增加[30-31]；WPI凝膠得率則隨著金屬鹽濃度的上升呈下降趨勢，可能是由CaCl2用量的增加造成變性蛋白質(zhì)分子凝集速度過快，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹的水分減少造成的。WPI凝膠保水性在CaCl2濃度為0.06 mol/L時(shí)具有最大值，CaCl2濃度進(jìn)一步上升則會(huì)使蛋白質(zhì)膠凝速度過快，顆粒大小不均勻，毛細(xì)管作用降低，最終導(dǎo)致凝膠保水性下降[32]。

2.5.2 CaCl2濃度對WPI巰基和二硫鍵含量的影響

CaCl2濃度對凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響如圖9所示。

圖9 CaCl2對WPI凝膠中巰基和二硫鍵含量的影響Fig.9 The effect of CaCl2 on SH group and disulfide bond content in WPI gel processed by UHP

由圖9可以看出，CaCl2的添加對WPI凝膠中巰基和二硫鍵含量沒有明顯影響(p<0.5)，這表明Ca2+對蛋白質(zhì)分子中巰基的暴露與二硫鍵的形成沒有影響。

2.5.3 CaCl2濃度對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

CaCl2濃度對WPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)影響的結(jié)果如圖10所示。

圖10 含不同濃度CaCl2的超高壓WPI凝膠掃描電鏡圖Fig.10 The scanning electron microscopic pictures of gels processed by UHP with different CaCl2 concentration

如圖10所示，隨著CaCl2濃度的增加，蛋白質(zhì)的交聯(lián)作用增強(qiáng)，形成的凝聚體顆粒增大，有助于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。但當(dāng)CaCl2濃度大到一定程度時(shí)，蛋白質(zhì)發(fā)生過度凝聚造成網(wǎng)絡(luò)空隙增大。這也是造成凝膠細(xì)膩程度變差、得率和保水性下降的原因。

3 結(jié)論

(1)當(dāng)處理壓力≥300 MPa、處理時(shí)間≥10 min、蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度≥120 g/L時(shí)，WPI溶液經(jīng)超高壓處理后才可以形成凝膠，且隨著處理壓力增大、處理時(shí)間延長和蛋白質(zhì)濃度的提高，凝膠中的游離巰基含量逐漸下降，二硫鍵含量明顯增加，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于致密，質(zhì)地逐漸細(xì)膩，凝膠強(qiáng)度、得率和保水性呈現(xiàn)增大的趨勢；

(2)WPI溶液pH在等電點(diǎn)以上且接近中性時(shí)，形成的凝膠中二硫鍵含量高，凝膠網(wǎng)絡(luò)致密，凝膠強(qiáng)度、得率和保水性較高；在等電點(diǎn)附近及以下時(shí)，凝膠的特性和品質(zhì)較差；

(3)添加CaCl2對形成凝膠中的二硫鍵含量不產(chǎn)生影響，但其可以通過鍵橋作用提高凝膠強(qiáng)度；凝膠得率與CaCl2濃度呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)CaCl2濃度為0.06 mol/L時(shí)，凝膠具有較大持水能力，之后保水性隨Ca2+濃度的升高而下降。