李妍 ，李海梅，楊與爭(zhēng)，王紅，張列兵，4

（1.北京工商大學(xué)北京市食品添加劑工程技術(shù)研究中心，北京100048；2.中國(guó)糧油控股有限公司研發(fā)部，北京100020；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院，北京100083；4.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，哈爾濱150030）

0 引言

濃縮乳清蛋白（WPC）是干酪加工副產(chǎn)物乳清經(jīng)膜過(guò)濾后濃縮干燥得到的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在34%～80%的乳基配料。其富含各種必需氨基酸，尤其是支鏈氨基酸，并且具有良好乳化、凝膠、持水性和發(fā)泡性，廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)[1-2]。然而乳清蛋白應(yīng)用中面臨的最大挑戰(zhàn)是其在熱處理過(guò)程中的穩(wěn)定性。熱處理是多數(shù)食品加工必不可少的工序，乳清蛋白在熱處理過(guò)程中容易發(fā)生變性，產(chǎn)生絮凝、分層沉淀，使其應(yīng)用受到一定的限制[3]。

乳清蛋白的熱穩(wěn)定性受離子環(huán)境、pH值、熱處理溫度等影響[3]。磷酸鹽可以改善牛乳蛋白的熱穩(wěn)定性[4-5]，研究認(rèn)為磷酸鹽對(duì)牛乳環(huán)境鈣離子及酪蛋白結(jié)構(gòu)的影響而增強(qiáng)其熱穩(wěn)定性[6]。對(duì)于磷酸鹽對(duì)乳清蛋白熱穩(wěn)定性的影響研究很少。本研究探討了各種磷酸鹽和鈣離子濃度對(duì)WPC80熱穩(wěn)定性的影響，并分析磷酸鹽改善WPC熱穩(wěn)定的能力與鈣離子濃度的關(guān)系。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 WPC溶液制備

按溶液蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.5%將WPC80溶于40℃去離子水中，攪拌器轉(zhuǎn)速為500 r/min，攪拌30 min后備用。

1.2 熱穩(wěn)定性測(cè)定

向WPC水溶液中分別添加不同濃度的三聚磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、焦磷酸鈉以及乙二胺四乙酸二鈉，充分溶解后，用HCl或NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值至所需值，140℃油浴中測(cè)定各溶液的熱絮凝時(shí)間（HCT）。

1.3 鈣離子濃度

鈣離子濃度采用鈣離子選擇電極測(cè)定

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

采用SPASS進(jìn)行多重比較分析，采用Excel軟件進(jìn)行作圖和標(biāo)準(zhǔn)差分析。

2 結(jié)果分析

2.1 磷酸鹽對(duì)WPC80熱穩(wěn)定性的影響

圖1為不同磷酸鹽不同質(zhì)量濃度下WPC80的HCT變化。由圖1可以看出，磷酸鹽種類(lèi)和濃度的變化對(duì)WPC熱穩(wěn)定性的影響不同。磷酸氫二鈉和三聚磷酸鈉鹽對(duì)WPC熱穩(wěn)定性影響趨勢(shì)相近，隨著鹽濃度增加，HCT值呈先上升后下降的趨勢(shì)，添加量質(zhì)量濃度為1 g/L時(shí)WPC溶液的熱穩(wěn)定性最高。磷酸氫二鈉和焦磷酸鈉改善WPC溶液熱穩(wěn)定性的效果也是隨著磷酸鹽質(zhì)量濃度的增加而逐漸增加，添加1.5 g/L的HCT值最高。磷酸氫二鈉和焦磷酸鈉對(duì)HCT的影響低于磷酸氫二鈉和三聚磷酸鈉。

在pH值為6.8～7.2范圍內(nèi)，添加相同磷酸鹽相同質(zhì)量濃度條件下，WPC80的熱穩(wěn)定性都會(huì)隨pH的增大而增強(qiáng)。說(shuō)明pH值變化對(duì)WPC80熱穩(wěn)定性有重要影響，前面的研究也證實(shí)這一點(diǎn)[7]。

圖1 不同磷酸鹽不同質(zhì)量濃度下WPC80的HCT變化

2.2 鈣離子對(duì)WPC熱穩(wěn)定性的影響

通過(guò)向WPC溶液中添加不同濃度乙二胺四乙酸二鈉（EDTA）螯合鈣離子，改變?nèi)芤旱拟}離子濃度，分析鈣離子變化對(duì)WPC熱穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，WPC溶液鈣離子濃度變化對(duì)其熱穩(wěn)定性影響很大，隨鈣離子濃度降低HCT增大，WPC熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，兩者呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。并且，在pH值為6～7.5范圍內(nèi)，相同鈣離子濃度下，隨著pH值增大，HCT有增大的趨勢(shì)，pH越高、鈣離子濃度越低，這種趨勢(shì)越明顯。

圖2 鈣離子濃度與WPC熱穩(wěn)定性關(guān)系

2.3 磷酸鹽對(duì)WPC溶液鈣離子濃度的影響

不同磷酸鹽對(duì)WPC溶液游離鈣離子的影響差異明顯（見(jiàn)圖3）。三聚磷酸鈉與焦磷酸鈉對(duì)鈣離子的影響變化趨勢(shì)相近，隨著鹽濃度增加，鈣離子濃度顯著降低（P＜0.05）；相同鹽濃度下，三聚磷酸鈉比焦磷酸鈉對(duì)WPC溶液游離鈣離子的螯合作用更大，鈣離子濃度更低（P＜0.05）。磷酸氫二鈉和磷酸二氫鈉對(duì)鈣離子的降低效果隨濃度的增加變化趨勢(shì)不明顯，僅磷酸氫二鈉添加量質(zhì)量濃度1.5g/L（pH=7.0和pH=7.2）時(shí)，WPC溶液游離鈣離子濃度有較明顯降低（P＜0.05）。

圖3為添加不同磷酸鹽對(duì)WPC80溶液鈣離子濃度影響。由圖3可以看出，在所研究的pH值范圍內(nèi)，隨著pH值升高，WPC溶液鈣離子濃度呈明顯降低趨勢(shì)。

2.4 WPC熱穩(wěn)定性與游離鈣離子濃度間的相關(guān)性分析

添加不同濃度的磷酸鹽后，WPC溶液的游離鈣離子濃度和熱穩(wěn)定性都發(fā)生變化，分析鈣離子濃度和HCT之間的相關(guān)性（spearman檢驗(yàn)），具有相關(guān)性的結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，只有pH值為7.2條件下，添加不同質(zhì)量濃度的磷酸氫二鈉和焦磷酸鈉的WPC溶液中鈣離子濃度與HCT值變化呈顯著負(fù)相關(guān)，其他各組樣品中兩參數(shù)之間均不具有統(tǒng)計(jì)相關(guān)性。

圖3 不同磷酸鹽對(duì)WPC80溶液鈣離子影響

表1 不同pH值鈣離子濃度與HCT之間的相關(guān)性檢驗(yàn)

3 討論

磷酸鹽可以提高牛乳的熱穩(wěn)定性。研究認(rèn)為磷酸鹽能改善乳制品熱穩(wěn)定性的主要原因是其可減少鈣離子與酪蛋白的結(jié)合，保持酪蛋白原有的負(fù)電荷，從而保持分子間的靜電排斥作用；同時(shí)磷酸鹽同鈣離子的結(jié)合減弱酪蛋白的疏水互相作用，避免酪蛋白間的聚集或沉淀[8]。但是磷酸鹽對(duì)乳清蛋白熱穩(wěn)定性的影響報(bào)道不多。Dewit等對(duì)脫鹽和非脫鹽乳清的熱穩(wěn)定性研究發(fā)現(xiàn)，在pH值為6.2～7.4范圍內(nèi)，相同鈣離子濃度的脫鹽乳清受熱時(shí)會(huì)發(fā)生大量蛋白質(zhì)凝集，而正常乳清并未發(fā)生這種現(xiàn)象[9]。分析兩者的區(qū)別，主要在于磷酸鹽和檸檬酸鹽存在形式不同，脫鹽乳清中磷酸根離子少可能與其熱不穩(wěn)定性有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)添加磷酸鹽可以改善WPC溶液中清蛋白的熱穩(wěn)定性，三聚磷酸鈉和磷酸氫二鈉的改善效果最好。并且這種改善作用在pH值為6.8～7.2范圍內(nèi)隨pH值增大作用增強(qiáng)。pH是影響WPC熱穩(wěn)定的重要因素，前期研究也表明在pH值為6-8范圍內(nèi)，隨pH升高，WPC熱穩(wěn)定性增強(qiáng)[7,10]。本研究在磷酸鹽存在的情況下，兩者存在一定的協(xié)同作用。

鈣離子也是影響WPC熱穩(wěn)定性的重要因素，在乳清蛋白等電點(diǎn)的堿性范圍內(nèi)隨著鈣離子濃度增加，乳清蛋白熱凝聚增強(qiáng)[11]。乳清蛋白變性后展開(kāi)的蛋白質(zhì)分子在遠(yuǎn)離蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的pH值和較低離子濃度時(shí)，由于靜電斥力而保持分離狀態(tài)，不會(huì)互相接近而凝聚，而較高的鈣離子濃度會(huì)屏蔽這些靜電斥力，使變性的蛋白質(zhì)分子互相接近、聚集，形成凝膠[12]。本研究也表明在pH值為6～7.5范圍內(nèi)鈣離子濃度與WPC溶液熱穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)。

已有研究證實(shí)鈣離子螯合劑可以改變?nèi)榈鞍兹芤旱碾x子環(huán)境，尤其是鈣離子濃度，從而增強(qiáng)乳清的溶解性[13-15]。磷酸鹽改善清蛋白的熱穩(wěn)定性也與其鈣離子螯合作用有關(guān)。本研究分析了添加不同種類(lèi)和不同濃度磷酸鹽的WPC溶液游離鈣離子含量的變化。添加磷酸鹽一定程度上可以降低WPC溶液的游離鈣離子濃度，但大部分情況下鈣離子濃度降低程度與乳清蛋白熱穩(wěn)定性改善效果并不具有相關(guān)性。這說(shuō)明除螯合鈣離子之外，磷酸鹽與乳清蛋白之間還存在其他有助于增強(qiáng)后者熱穩(wěn)定性的作用機(jī)制，有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

添加磷酸鹽能夠改善WPC溶液的熱穩(wěn)定性，改善效果因磷酸鹽種類(lèi)、濃度以及溶液pH值的不同而不同。在pH值為6.8～7.2范圍內(nèi)，三聚磷酸鹽和磷酸氫二鈉的效果較好。WPC溶液鈣離子濃度的變化與其熱穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)。磷酸鹽對(duì)鈣離子的螯合作用并非磷酸鹽改善WPC熱穩(wěn)定性的唯一原因，磷酸鹽改善乳清蛋白熱穩(wěn)定性的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。本研究結(jié)果為生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)用磷酸鹽改善WPC熱穩(wěn)定性提供參考。

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