李 芳，華欲飛，孔祥珍

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122)

大豆蛋白乳狀液酸凝膠的制備及表征

李 芳，華欲飛*，孔祥珍

(江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無(wú)錫214122)

主要以高穩(wěn)定性的大豆蛋白乳狀液為原料，通過(guò)葡萄糖酸內(nèi)酯(GDL)誘導(dǎo)形成凝膠。實(shí)驗(yàn)主要研究了乳狀液油體積分?jǐn)?shù)的變化對(duì)油滴粒徑的影響以及油體積分?jǐn)?shù)的變化對(duì)大豆蛋白乳狀液酸凝膠的流變性質(zhì)、質(zhì)構(gòu)和乳清分離的影響。結(jié)果表明:在此實(shí)驗(yàn)的油體積分?jǐn)?shù)研究范圍內(nèi)，隨著油體積分?jǐn)?shù)的增大，大豆蛋白乳狀液的油滴粒徑增大。大豆蛋白乳狀液的油體積分?jǐn)?shù)越大，形成凝膠的時(shí)間越短，但是凝膠pH越高，酸凝膠(pH4.6)的強(qiáng)度越大。此外，油體積分?jǐn)?shù)增大，大豆蛋白乳狀液酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。

大豆蛋白，乳狀液酸凝膠，流變，質(zhì)構(gòu)，乳清分離

乳狀液凝膠正引起越來(lái)越廣泛的關(guān)注。Chen，Dickinson和 Edwards［1］研究發(fā)現(xiàn)乳狀液形成的凝膠的強(qiáng)度要比蛋白凝膠的強(qiáng)度大的多。乳狀液凝膠形成的方式有很多種，熱誘導(dǎo)凝膠是應(yīng)用最廣泛的一種。而在常溫下使用酸誘導(dǎo)形成凝膠則是至今為止公認(rèn)的最杰出的能夠獲得理想凝膠質(zhì)構(gòu)的膠凝方式。葡萄糖酸內(nèi)酯(GDL)是最常用的酸凝固劑，利用GDL能夠快速水解形成葡萄糖酸，從而降低體系pH這一原理，添加GDL來(lái)降低乳化體系的pH至蛋白的等電點(diǎn)，凈電荷為0，顆粒間的相互排斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲?，顆粒絮凝，并最終使得大豆蛋白乳狀液發(fā)生相變形成聚集態(tài)乳狀液凝膠。在蛋白等電點(diǎn)pH4.6處凝膠的強(qiáng)度最大［2］。大豆蛋白的乳化性和凝膠性已被廣泛應(yīng)用于香腸、湯料、奶酪、蛋糕等食品體系。例如，在肉制品行業(yè)中，其作用在于替代部分精肉，改變精肉與脂肪比例，生產(chǎn)出的肉制品蛋白質(zhì)含量高，膽固醇減少，成本降低;同時(shí)，由于蛋白質(zhì)的乳化凝膠作用使產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)加強(qiáng)，口感好，保存期延長(zhǎng);將大豆分離蛋白用于雞肉制品中，可以提高烹飪的利用率和保存能力，使雞肉肉質(zhì)味道更好;或?qū)⒋蠖狗蛛x蛋白用于各種肉類(lèi)中，制造香腸、肉末夾心面包等，不僅可以提高質(zhì)量，降低產(chǎn)品中的脂肪和膽固醇含量，而且可以使產(chǎn)品外觀有進(jìn)一步地提高。大豆蛋白乳狀液酸凝膠的形成及物理性質(zhì)受多種因素的影響，這給大豆蛋白乳化體系酸凝膠制品的工業(yè)化生產(chǎn)帶來(lái)了許多不確定因素。而大豆蛋白的濃度、油體積分?jǐn)?shù)、溫度、GDL添加量等方面都是酸凝膠制備過(guò)程中應(yīng)主要考慮的因素。本課題以高穩(wěn)定性的大豆蛋白乳狀液為原料，在蛋白濃度、GDL添加比例和凝膠溫度固定的條件下，改變?nèi)榛w系的油體積分?jǐn)?shù)，制備不同的乳狀液和乳狀液酸凝膠樣品，并對(duì)其重要的流變性質(zhì)和物理性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂豆粕 山東萬(wàn)德福集團(tuán);大豆蛋白 實(shí)驗(yàn)室自制，純度為95.6%(干基);大豆油 金龍魚(yú)精煉一級(jí)大豆油;葡萄糖酸內(nèi)酯 美國(guó)Sigma公司;所用的其他化學(xué)試劑 均為分析純。

CR21GⅡ型冷凍離心機(jī)日本 Hitachi公司;APV1000高壓均質(zhì)機(jī) 英國(guó)APV公司;MCR301流變儀 奧地利Anton Paar公司;TA－TXZi質(zhì)構(gòu)儀美國(guó)TA公司;Mastersizer 2000激光粒度分布儀 英國(guó)Marlven公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆分離蛋白的制備 豆粕的醇洗:用85%乙醇在常溫(25℃)進(jìn)行攪拌浸提1h，料液比為1∶5，真空過(guò)濾。取濾餅，95%乙醇二次攪拌提取，料液比1∶2，真空過(guò)濾。濾餅在室溫下自然干燥 48h，4℃保存。

堿提酸沉法:室溫下，稱(chēng)取適量醇洗豆粕，按料液比1∶15加入去離子水低速攪拌1h，用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至7.0。在4℃下，9000r/min冷凍離心30min，取上清液，1mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至4.5，冷凍離心:4℃、9000r/min、30min，取沉淀。沉淀加去離子水充分?jǐn)嚢枞芙猓⑹褂?mol/L NaOH回調(diào)pH至7.0。溶液在4℃下9000r/min離心30min，棄去少量不溶物質(zhì)，上清液經(jīng)透析24h除鹽后，冷凍干燥，4℃保存。

1.2.2 大豆蛋白溶液的制備及熱處理 準(zhǔn)確稱(chēng)取適量大豆蛋白，用0.01mol/L，pH7.0的磷酸鹽緩沖液配制蛋白濃度為12mg/mL的大豆蛋白溶液，磁力攪拌3h充分溶解，4℃過(guò)夜。使用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至7.0，將大豆蛋白溶液放置于95℃水浴中加熱30min，快速冷卻至室溫，使用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至7.0。

1.2.3 大豆蛋白乳化液的制備 在加熱變性后的大豆蛋白溶液中添加適量大豆油，確保油體積分?jǐn)?shù)為20%～40%?；旌衔锵仁褂酶咚偌羟袡C(jī)在9000r/min剪切30s。粗分散體系再使用均質(zhì)機(jī)在80MPa的均質(zhì)壓力下均質(zhì)2次，4℃保存?zhèn)溆?。為了減小工藝誤差每個(gè)乳狀液樣品至少有3個(gè)平行樣。

1.2.4 乳狀液油滴平均粒徑的測(cè)定 使用Marlven激光粒度分布儀測(cè)定油滴的粒徑分布。均質(zhì)后，立即取0.5mL的乳狀液，使用11.5mL 0.05mol/L、pH8.0的Tris－HCl緩沖液(含1%SDS)稀釋。粒徑分布的主要指標(biāo)有d32和d43，均以μm為單位。d32代表乳狀液油滴體表的平均直徑。

1.2.5 大豆蛋白乳狀液酸凝膠的流變性質(zhì) 酸凝膠制備:30℃條件下，在乳狀液樣品中添加20%GDL顆粒(g GDL/g蛋白)，輕輕攪拌1min，酸化24h，最終酸凝膠的pH約為4.6(所需的20%GDL添加量為預(yù)實(shí)驗(yàn)中確定)。

時(shí)間掃描:溫度恒定在30℃，應(yīng)變0.5%，頻率1Hz，掃描時(shí)間16h。測(cè)定隨著時(shí)間的變化，混合體系動(dòng)態(tài)模量(G'，儲(chǔ)能模量;G″損耗模量)等參數(shù)的變化。添加了GDL的乳狀液樣品混勻后直接加于平臺(tái)上，選擇直徑50mm的平行板，縫隙1mm，擦去多余樣品，在平板頂部及周?chē)砑庸栌鸵苑乐箻悠匪终舭l(fā)。

頻率掃描:為了檢查時(shí)間掃描對(duì)凝膠流變性質(zhì)的影響，在30℃和0.5%的應(yīng)變條件下，在0.1～10Hz范圍內(nèi)進(jìn)行頻率掃描。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.6 大豆蛋白乳狀液酸凝膠質(zhì)構(gòu)的測(cè)定 酸凝膠硬度采用TA－TXZi質(zhì)構(gòu)儀測(cè)量。采用P0.5塑料探頭，直徑0.5mm，速度1mm/s，探入深度15mm，記錄探入過(guò)程中所需的應(yīng)力，探入過(guò)程中最大峰值為硬度。

1.2.7 大豆蛋白乳狀液酸凝膠乳清分離的測(cè)定Lucey等人［3］凝膠乳清分離測(cè)定方法:將添加了GDL的乳狀液迅速轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，為確保所形成凝膠在瓶頸處，所需乳狀液大約225g。30℃保溫24h直至乳狀液的終pH到達(dá)4.6。觀測(cè)在凝膠表面或者周?chē)欠裼腥榍宓拇嬖?。緩慢的倒出乳清，稱(chēng)重。凝膠靜置1min，再次將表面的乳清倒出，稱(chēng)重。乳清分離通常以分離出來(lái)的乳清占凝膠重量的比例來(lái)表示。每個(gè)乳狀液樣品需有6個(gè)平行樣。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆蛋白乳狀液油滴的平均粒徑

乳狀液的油滴粒徑大小及分布直接影響乳化體系的穩(wěn)定性以及凝膠的流變性質(zhì)［4］。由圖1可知，在20%～40%油體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，隨著油體積分?jǐn)?shù)的增大，油滴平均粒徑逐漸增大。這主要是因?yàn)榈鞍追€(wěn)定作用的減弱導(dǎo)致油滴間的疏水相互作用力增加［5］。添加了抗絮凝劑SDS的乳狀液的平均粒徑均小于未添加SDS乳狀液的平均粒徑。此外，在20%～30%油體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，乳狀液的粒徑在有和沒(méi)有SDS存在的情況下差異不大，而在35%和40%的油體積分?jǐn)?shù)條件下，SDS的存在與否對(duì)乳狀液的粒徑影響很大，這種粒徑間的差異性表明乳狀液發(fā)生了明顯的橋連絮凝［6］。相比于低油體積分?jǐn)?shù)，可供吸附蛋白量相對(duì)較少是橋連發(fā)生的主要原因。

圖1 不同油體積分?jǐn)?shù)的乳狀液的平均粒徑d32

2.2 大豆蛋白乳狀液的酸誘導(dǎo)凝膠

乳化體系的流變性質(zhì)研究，一般是用儲(chǔ)能模量G'，損耗模量 G″和損耗角正切(tanδ =G″/G')來(lái)反映。損耗角正切表征體系的粘彈性特征，損耗角正切越大，則粘性成分越占優(yōu)勢(shì)，體系越表現(xiàn)為流體的特征;損耗角正切越小，則彈性成分占優(yōu)勢(shì)，體系越表現(xiàn)為固體的特征。一般以損耗角正切等于1為界限。

根據(jù) Ruis［7］等人的定義，在 1Hz，0.05% 應(yīng)變條件下乳狀液時(shí)間掃描過(guò)程中G'和G″交叉點(diǎn)為體系的凝膠點(diǎn)，到達(dá)凝膠點(diǎn)所需要的時(shí)間稱(chēng)為凝膠時(shí)間，凝膠時(shí)刻的pH為凝膠pH。對(duì)于20%～40%油體積分?jǐn)?shù)的乳狀液，在同樣的GDL添加量和凝膠溫度下，油體積分?jǐn)?shù)越大，乳狀液所形成的酸凝膠的儲(chǔ)能模量G'越大。圖2為添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液(φ=0.25)在30℃條件下的酸化過(guò)程，也是典型的乳狀液酸化膠凝曲線。從圖中可以看出，凝膠過(guò)程開(kāi)始時(shí)，G'和G″都比較平穩(wěn)，幾乎沒(méi)有變化;而在凝膠點(diǎn)附近，G'和G″快速增加，當(dāng)達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，G'和G″曲線趨于平緩，這可以從圖中的損耗角正切(tanδ)變化曲線得到。

圖2 大豆蛋白乳狀液(φ=0.25，20%GDL，30℃)酸凝膠曲線

2.3 大豆蛋白乳狀液凝膠時(shí)間及凝膠pH的測(cè)定

表1列出了30℃下不同油體積分?jǐn)?shù)乳狀液酸凝膠的特征參量。可以看出，在同樣的GDL添加量和同樣的反應(yīng)溫度下，油體積分?jǐn)?shù)越大，凝膠時(shí)間越短，凝膠pH越高。在同樣的蛋白濃度水平上，增加油體積分?jǐn)?shù)，也就是間接地增加了GDL/蛋白濃度。Kohyama等人［8］的動(dòng)態(tài)粘度彈性研究表明，凝膠速率受GDL濃度控制，也就是說(shuō)，增加GDL濃度能提高凝固速率，從而縮短凝膠時(shí)間。GDL水解是一個(gè)緩慢的過(guò)程;凝膠時(shí)間的縮短直接導(dǎo)致了體系pH變化幅度的減小。

表1 30℃下不同油體積分?jǐn)?shù)乳狀液酸凝膠特征參量

2.4 酸凝膠的頻率掃描

乳狀液中加入GDL酸化24h后，為了驗(yàn)證乳狀液酸化膠凝的結(jié)果，在0.1～10Hz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行頻率掃描。圖3為添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液(φ=0.25)在30℃條件下酸化24h后的頻率掃描結(jié)果。結(jié)果表明，在0.1～10Hz范圍內(nèi)，酸凝膠G'＞G″，且具有良好的線性。在實(shí)驗(yàn)研究的油體積分?jǐn)?shù)范圍內(nèi)，φ越大，G'越大。這是由于隨著油體積分?jǐn)?shù)增加，蛋白分子間相互作用加強(qiáng)，相互間的聚合濃度增加，從而形成較緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.5 大豆蛋白乳狀液酸凝膠的硬度與乳清分離

添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液在30℃條件下保溫24h，形成pH4.6的大豆蛋白乳狀液酸凝膠。圖4為油體積分?jǐn)?shù)對(duì)酸凝膠的硬度及乳清分離的影響。從圖4可以看出，油體積分?jǐn)?shù)增大，酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。Van Vliet［9］研究發(fā)現(xiàn):存在于蛋白凝膠體系中的油滴，根據(jù)它們與周?chē)z基質(zhì)的相互作用的不同，通?？梢苑譃榛顒?dòng)的和非活動(dòng)的填充粒子兩類(lèi)。在凝膠的形成過(guò)程中，隨著油體積的增加，活動(dòng)填充粒子會(huì)引起凝膠彈性模量(G')的增加，然而非活動(dòng)填充粒子則會(huì)引起彈性模量的減?。?0］。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很明顯，油滴在凝膠過(guò)程中作為活動(dòng)填充粒子，增強(qiáng)了凝膠基質(zhì)。

圖3 大豆蛋白乳狀液酸凝膠(φ =0.25，20%GDL，30℃)頻率掃描曲線

圖4 油體積分?jǐn)?shù)對(duì)大豆蛋白乳狀液酸凝膠(pH4.6)硬度及乳清分離的影響

乳清分離是指凝膠在沒(méi)有外力作用下的自然收縮，主要反映凝膠失水(或者是乳清)的能力。油體積分?jǐn)?shù)增大，凝膠基質(zhì)增強(qiáng)，其包埋乳清的能力越大，這也是隨著油體積分?jǐn)?shù)增大乳清分離減小的主要原因。

3 結(jié)論

蛋白濃度為12mg/mL的大豆蛋白分散液中添加20%～40%(v/v)油，均質(zhì)后可以形成粒徑分布均勻的高穩(wěn)定性乳狀液。在此實(shí)驗(yàn)的油體積分?jǐn)?shù)研究范圍內(nèi)，隨著油體積分?jǐn)?shù)的增大，大豆蛋白乳狀液的油滴粒徑增大。

添加了20%GDL的大豆蛋白乳狀液在30℃條件下酸化24h形成凝膠(pH為4.6)。而且，油體積分?jǐn)?shù)越大，凝膠時(shí)間越短，但是凝膠pH越高，酸凝膠(pH4.6)的強(qiáng)度越大。頻率掃描結(jié)果顯示:酸凝膠在0.1～10Hz范圍內(nèi)具有良好線性。大豆蛋白乳狀液的油體積分?jǐn)?shù)增大，酸凝膠的硬度增大，乳清分離減小。

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Preparation and characterization of acid－induced soy protein emulsion gel

LI Fang，HUA Yu－fei*，KONG Xiang－zhen

(School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China)

The acid－induced soy protein－stabilized emulsion gel was investigated in this paper.The oil volume fraction significantly affected the average droplet size as well as the rheology，texture and whey separation of emulsion gels.The results showed that increasing the oil volume fraction(φ)increased the average droplet size within the experimental range of oil volume fraction.The increasing of the oil volume fraction decreased the gelation time，but increased the gelation pH.The gel strength at pH4.6 after GDL addition of 24h increased with the oil volume fraction.Increasing of hardness and decreasing of whey separation of acid－induced emulsion gels with the increasing of oil volume fraction were observed.

soybean protein;acid emulsion gel;rheology;texture;whey separation

TS201.2+1

A

1002－0306(2011)09－0141－04

2010－09－06 *通訊聯(lián)系人

李芳(1979－)，女，博士研究生，研究方向:植物蛋白科學(xué)與技術(shù)。

江南大學(xué)青年基金項(xiàng)目(2008LQN019);廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2008B011000013)。