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  • 低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠的凝膠特性
  • 來源:網絡        2019-12-06         3001
【摘要】

低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠的保水性和斷裂應變隨著離子濃度的增加逐漸減小,而斷裂應力和凝膠孔徑則隨著離子濃度的增加出現了先增大后減小的變化趨勢。鈣離子形成的凝膠強度更大。相對于乳清蛋白而言,低酰基結冷膠的添加對混合凝膠性質影響更為顯著。鈣離子和鈉離子在促進凝膠形成上無協同效應。

多糖和乳清蛋白相互作用研究一直是食品領域的研究熱點,目前關于乳清蛋白和多糖的相互作用研究主要集中在乳清蛋白和果膠、黃原膠、卡拉膠膠體上。結冷膠是另一種可用于食品工業中的微生物胞外多糖,其因為具有使用量少、香味釋放性好、耐熱及復配性好等優點,使用越來越廣泛,但迄今為止,關于乳清蛋白和結冷膠的相互作用研究還非常匱乏。因此,本研究以乳清蛋白和結冷膠作為研究對象,以期為我國的乳品工業和新型食品的開發提供理論指導。

乳清蛋白

低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠的凝膠特性

1、離子和濃度對低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠不透明性的影響

隨著離子濃度的增大,混合凝膠的不透明指數也隨之增大,空白組的不透明指數與加入離子的其他組差異顯著(p<0.05),當離子濃度超過一定值之后,混合凝膠的不透明指數則基本保持恒定。混合體系內低酰基結冷膠和乳清蛋白濃度越高,混合凝膠的不透明指數越大。與鈉離子相比,鈣離子濃度對混合凝膠不透明指數的影響更為顯著(p<0.05),和對混合凝膠宏觀形貌的研究結果一致。在對低酰基結冷膠乳清蛋白混合凝膠宏觀形貌觀察時發現,混合凝膠是不透明凝膠。當體系內低酰基結冷膠濃度固定不變時,乳清蛋白濃度較低的混合凝膠呈現乳白色,表面光滑且質地均勻。隨著乳清蛋白濃度的增加,混合凝膠會呈現出乳清蛋白的黃色凝膠成型性減弱且質地變得粗糙。當乳清蛋白含量固定不變時,體系內結冷膠濃度較小時,形成的凝膠較軟;結冷膠濃度增大,混合凝膠則變得堅實且尺寸穩定性越好。這是因為低酰基結冷膠形成的凝膠硬而脆,故而當體系內低酰基結冷膠濃度增大,形成的混合凝膠就更堅實。

2、混合凝膠的力學性質

2.1、離子種類及其濃度對低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠斷裂應變的影響

無論是添加鈉離子還是鈣離子,混合凝膠的斷裂應變均隨著離子濃度的增大而略有減小,這兩種離子的區別并不明顯。體系內低酰基結冷膠濃度越大,乳清蛋白濃度越低,混合凝膠的斷裂應變則越大。相對于乳清蛋白而言,結冷膠濃度的增大對混合凝膠斷裂應變的影響程度更顯著(p<0.05),這是因為混合凝膠形成的網絡結構骨架主要是由低酰基結冷膠提供的,而乳清白主要是以聚集體的形式填充在結冷膠形成的網絡結構中,因此低酰基結冷膠濃度越高,形成的網絡結構越致密,混合凝膠的結構越強。

2.2、混合凝膠斷裂應力的變化對凝膠強度的影響

凝膠強度可用斷裂應力進行表征,斷裂應力越大,說明凝膠越強。隨著離子濃度的升高,混合凝膠的斷裂應力出現了先增大后減小的變化趨勢,當鈉離子和鈣離子濃度分別為60mM和10mM或20mM時,混合凝膠的斷裂應力存在最大值。獲相同凝膠強度時需要的二價離子濃度比一價離子更低。陽離子誘導凝膠理論認為叼,陽離子的添加可以減小低酰基結冷膠分子鏈上羧基(負電荷)之間的靜電排斥,促使結冷膠雙螺旋結構的聚集,增強凝膠強度;但過多的陽離子又會增大分子鏈間的排斥作用,因而離子濃度存在一個最佳值。鈉離子可以通過水分子與結冷膠分子形成羧基鈉離子-水分子鈉離子羧基的鏈接,而二價鈣離子則形成羧基鈣離子羧基的鏈接方式,故而達到相同凝膠強度時鈣離子所需的濃度更低。

3、混合凝膠網絡孔徑

低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠網絡孔徑的變化規律

當乳清蛋白濃度維持恒定時,低酰基結冷膠濃度越大,混合凝膠的孔徑越小。當結冷膠濃度是0.1%時,凝膠孔徑約為280-320nm,但當結冷膠濃度增大至0.3%時,孔徑減小到200-280nm,說明結冷膠濃度越大,形成的網絡結構越致密。當結冷膠濃度保持恒定時,凝膠的網絡孔徑則隨著乳清蛋白含量的增加而略有增大。

對比低酰基結冷膠和乳清蛋白濃度的影響,不難發現,低酰基結冷膠濃度對混合凝膠網絡孔徑的影響更加明顯,這可能是因為局部濃度增加所致。對于本研究中使用的乳清蛋白而言,其未經過熱處理,自身不能形成有效的網絡結構,混合凝膠的網絡骨架是由低酰基結冷膠形成的,低酰基結冷膠濃度越大,分子間的作用越強,形成的網絡結構越致密。而乳清蛋白不是網絡的主要形成物質因而其對孔徑的影響較小。離子種類和離子濃度對混合凝膠孔徑也有影響,隨著離子濃度的增加,混合凝膠的孔徑先減小而后增大,即存在一個最佳離子濃度,在此濃度下,混合凝膠的孔徑最小。鈣離子誘導得到的混合凝膠網絡孔徑均小于鈉離子誘導凝膠,表明鈣離子更利于形成致密結構的混合凝膠。這部分的研究結果和混合凝膠力學性質的研究結果一致。

4、混合凝膠的保水性

保水性是凝膠一個非常重要的性質,有研究者發現,低酰基結冷膠具有優異的保水性,但其受離子的影響顯著。低酰基結冷膠-乳清蛋白混合凝膠的保水性會隨著離子濃度的增大而略有降低。體系內低酰基結冷膠濃度越大、乳清蛋白濃度越小,混合凝膠的保水性則越好。結冷膠凝膠會形成含有大量孔隙的海綿狀網絡結構,低酰基結冷膠濃度越高,形成的網絡結構越致密,故而保水性越好。與低酰基結冷膠相比,乳清蛋白對凝膠保水性的影響更微弱。這和我們對混合凝膠孔徑以及力學性質的研究結果一致。

5、鈉離子和鈣離子的協同效應

一價和二價陽離子都有促進基體高分子聚集的作用,當兩者共存時,一方面可能由于離子的相互競爭從而阻礙結冷膠的雙螺旋構型聚集表現為凝膠弱化;另一方面,可能產生協同作用,使得混合凝膠增強。

鈉離子和5mmol/L的鈣離子對混合凝膠力學性質的影響

當體系中沒有鈉離子加入時,混合凝膠的斷裂應力和斷裂應變均為最大,斷裂應力約為13kPa,隨著鈉離子濃度的升高,混合凝膠的裂應力和斷裂應變逐漸降低,這要歸因于鈉離子濃度較低時,結冷膠上的羧基和鈉離子的鏈接不能形成足夠多的氫鍵,并減弱了鈣離子在羧基間形成的鏈接,故而隨著鈉離子濃度的升高,凝膠會弱化。同時,在鈣離子存在的情況下,二者之間無法形成有序的雙螺旋構型,因此可以認為鈣離子和鈉離子在促進混合凝膠形成上不存在協同效應。

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