蛋清蛋白界面吸附、聚集行为及应用特性研究

【摘要】：蛋清蛋白是一种来源广泛的全价蛋白,由于其良好的界面吸附能力日益受到食品研究者关注,然而,目前对蛋清蛋白稳定的乳液性质及其活性成分的运载特性仍缺乏科学认知。本文以蛋清蛋白(EWP)的乳化性和聚集行为为着力点,开发蛋清蛋白在乳液体系及活性成分运载中的应用。具体结果如下:论文首先研究了酸和酸热处理对EWP理化特性、结构和乳化能力的影响。同时,通过测量盐和加热处理对乳液液滴粒径和微观结构的影响,评估经酸和酸热处理的EWP(分别为AEP和AHEP)在pH3.0-4.2之间制备的乳液的稳定性,以确定酸和酸热处理对蛋清蛋白乳化性能的改善效果。结果表明,经酸或酸热处理后,EWP的乳化能力增强,更多的疏水性氨基酸和带电基团暴露在分子表面,但蛋白二结构变化不大。吸附在油-水界面的蛋白质主要是卵转铁蛋白和卵白蛋白,AEP和AHEP制备的乳液在低于等电点(pI≈5.0)的pH范围内贮存3周后仍然稳定,未出现相分离,但在接近或高于pI的pH范围内出现明显的分层聚集。相比较而言,AHEP制备的乳液比AEP制备的乳液具有更好的热稳定性;乳液的盐稳定性取决于乳滴表面的净电荷,在pH 3.0时,乳液在≤100 mMNaCl条件下能保持稳定性,粒径几乎未发生变化,在其他pH条件下,乳液仅对50 mMNaCl具有良好的耐受性。考察了酶水解对蛋清蛋白理化属性的影响,以及复合果胶对水解EWP的协同稳定效果(评估了耐热性、耐盐性和抗氧化性)。向EWP溶液中加入不同量的PC 10F酶,在pH 7.0、50℃下水解2 h。结果显示随着酶浓度的增加,卵转铁蛋白和卵白蛋白逐步被水解,并且更多的疏水性氨基酸(酪氨酸)暴露于极性环境中。另外,EWP的DPPH和ABTS自由基清除活性也随着酶添加量的增加而增强。加入果胶可有效稳定乳液液滴,表现出较小的平均直径和分散系数,相比之下,水解EWP复合0.3%果胶制备的乳液具有出更好的热稳定性和盐稳定性,但是由于界面蛋白分子间较弱的相互作用而表现出较差的抗氧化能力。流变学测试表明,水解EWP制备的乳液粘度较低,并且G'对频率的依赖性较强,充分证明液滴之间的交联较弱。为了挖掘蛋清蛋白(EWP)作为Pickering乳液稳定剂的潜力,探究了 EWP微凝胶颗粒的制备和其界面吸附及乳化特性。EWP微凝胶颗粒是通过将EWP在90℃加热45min,然后在10MPa下均质处理制备而成。测定了不同pH(3.0和3.8)及蛋白质浓度(2-10%)下制备的微粒的理化指标、微观结构及其构建的Pickering乳液特征。结果显示在pH 3.0时,提高蛋白质浓度或加入150 mMNaCl会导致微凝胶颗粒形态发生从纤维状到粒状的转变,这与蛋白质之间的空间距离和静电斥力变化有关;在pH3.8时,在各个蛋白质浓度下均形成粒状微粒,但颗粒粒径随着蛋白浓度的提高而增大。这一类EWP微凝胶颗粒的结构主要由疏水相互作用和氢键作用维持,而蛋白分子间引力和斥力的平衡是决定颗粒形态的主要因素。从构建的Pickering乳液性质看,粒状微凝胶颗粒表现出更高的界面蛋白吸附量和储存模量。研究了蛋清蛋白微凝胶颗粒对姜黄素的包埋效率和保护效果,考察了微凝胶颗粒制备条件(pH和乙醇浓度)对EWP的去折叠和再聚集行为的影响。结果表明EWP微凝胶颗粒的姜黄素负载量与热变性过程中蛋白质的结构及颗粒的微观结构密切相关。相比较而言,在pH 3.0条件下形成的纤维颗粒比pH 3.8条件下形成的粒状颗粒具有更高的姜黄素负载量。而随着饱和姜黄素溶液添加量的增加,更多的乙醇介入溶剂环境,导致蛋白热变性后β-折叠结构增加且形成更粗糙的凝胶结构,而对应的微凝胶颗粒粒径增加且姜黄素负载能力降低。在pH 3.0和3.8时,姜黄素最高负载量分别为11.53和9.89 mg/g蛋白质,从姜黄素降解率和清除自由基能力测试结果可以看出,EWP微凝胶颗粒包埋能有效减缓姜黄素降解并保护其抗氧化活性。进一步通过测试低脂蛋黄酱的流变学行为研究了蛋清蛋白微凝胶颗粒(EWPM)和果胶溶胶(PS)复合添加在阻滞流动方面的效果。为了更好地分析EWPM和PS对低脂蛋黄酱流变性能的协同作用机制,还测试了各蛋黄酱样品的质构特性、颜色、微观结构和热稳定性。结果发现,在EWPM和PS质量比例为2:4时,样品表示出最高的粘度和硬度,这主要归因于由蛋白质和果胶分子之间的斥力诱导更大的蛋白质聚集体颗粒形成,这一推测被激光共聚焦显微镜观察到的蛋黄酱样品的微观结构所证实。随着EWPM添加量的增加,蛋黄酱样品的黄值增加,但耐热性下降,因为热处理会增强颗粒之间的相互作用,导致粘度增加。从激光共聚焦显微镜结果还能看出,蛋清蛋白微凝胶颗粒在蛋黄酱体系中以类球形填充剂的形式存在着,而果胶则是在分散相中形成网络结构,因此相比较而言微凝胶颗粒对体系色度的影响比果胶小。