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      瓜爾豆膠產品中心 / Product Center

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      大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究

      發布日期:2014-11-09 14:39:55
      大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究介紹
      大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究:
      大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究,研究了不同水解時間的瓜爾豆膠對蛋白質-多糖Maillard反應共聚物的乳化特性的影響及不同水相 條件下共聚物與酪朊酸鈉乳化特性的差異。研究表明,瓜爾豆膠的酸水解時間對大豆分離蛋白-多糖共聚物的 乳化活性和乳化穩定性都有明顯的影響。水解40miii的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白反應10 d的共聚物具有優良 的乳化性能;在Q 3mol/L NaCl和pH 4. 0的酸性條件下,共聚物的乳化活性和乳化穩定性都明顯高于商品乳化 劑酪朊酸鈉;在90 °C熱處理60 min后其乳化活性和乳化穩定性仍接近未經熱處理時的酪朊酸鈉的乳化活性和 穩定性。該共聚物作為安全高效的天然高分子食品乳化劑具有廣闊的應用前景。
      大豆分離蛋白具有良好的乳化功能,但其主要是 由結構緊密的7S和11S亞基組成,在水中的溶解性 較差,從而限制了它在食品工業中的應用。將大豆 分離蛋白與多糖在低于蛋白質分子變性溫度和低水 分活度的條件下發生Maillard反應可以將多糖分子 共價結合到大豆蛋白上,從而改變大豆分離蛋白的功 能特性。Maillard反應發生于蛋白質分子中的游離 氨基和多糖分子的還原羰基之間,在干熱的條件下不 需添加任何化學試劑即可自發進行,屬于“綠色加工 工藝”12]。國外己經研究了不同葡聚糖、麥芽糊精、果 膠等多糖與牛血清蛋白、酪朊酸鈉、乳清蛋白、-乳 球蛋白、溶菌酶等動物蛋白間的Maillard反應,并發 現其共聚物都具有優良的乳化特性8],但對植物蛋 白方面的研究還少見報道。
      文中研究了將大豆分離蛋白與瓜爾豆膠通過 Maillard反應形成蛋白質-多糖共聚物,比較共聚物 與商品乳化劑酪朊酸鈉在熱處理、高鹽濃度及酸性條 件等常見食品加工環境下乳化性能的差異,嘗試開發 具有優良乳化性能的新型天然食品乳化劑的可行性。 大豆分離蛋白的溶解性很低,在高粘度的多糖溶液中 不能與多糖分子有效接觸,反應效率低下。因此文中 采用酸水解瓜爾豆膠形成低粘度的水解物,以増加其 與大豆分離蛋白的相容性。
      1試驗材料和方法 1.1材料與試劑
      大豆分離蛋白(蛋白質含量89. 47%)、瓜爾豆膠 (印度)、酪朊酸鈉(德國)、食用花生油。十二烷基磺 酸鈉(生化試劑)、NaOH、HCl、NaH2P〇4、NaHP〇4、 冰乙酸、二水合乙酸鈉、KBr、NaCl、P2O5,均為分析
      純。
      1.2主要儀器與設備
      721型分光光度計、真空干燥機、pHs- 25酸度 計、隔水式電熱恒溫培養箱、高速分散均質機FJ- 200、恒溫水浴鍋、微量移液器。
      1.3實驗方法
      1. 3. 1大豆分離蛋白-瓜爾豆膠水解物混合物的制
      將瓜爾豆膠以1%的質量濃度溶于蒸餾水中,用 1. 0 mol/L HCl 調至 pH1. 5, 80°C水解 20, 40, 60, 80 和120 min。水解完畢后,迅速冷卻至室溫,用1.0 mol/ L NaOH調至pH8.0,轉入半透膜中,于4°C透析 24 h以除去小分子的糖類。然后按照蛋白質): m(多糖)為2: 1的比率加入大豆分離蛋白,攪拌均勻 后用1. 0 mol/ L NaOH調至pH 8.0,放于4 °C水化24 h備用。
      1.3.2蛋白質-多糖共聚物的制備
      將水化后的混合液于50°C下真空干燥至半固體 狀態,轉入P2〇5干燥器中進一步干燥,將干燥的樣品 粉碎混勻,放置在盛有飽和KBr溶液的密閉容器中 (相對濕度79%),在60°C的條件下反應,間隔不同時 間取樣,樣品于干燥器中干燥12 h備用。
      1.3. 3乳化活性的測定[9]
      按0. 3%的質量濃度取反應后的樣品分散于20
      mL pH7. 0的磷酸鹽緩沖液(0■ 05 mol/ L)中,攪拌分 散后于4 °C下水化12 h。加入4. 0 mL花生油,待恢
      復到室溫后用分散均質機以固定轉速高速剪切均質 1 min(25°C)。立即從乳濁液的底部吸取100見乳 濁液,迅速分散于10.0 mL 0. 1%的十二烷基磺酸鈉 溶液中,于500 nm波長下測定該稀釋液的吸光度 A 0。研宄表明,吸光度A 0正比于乳濁液液滴的界面 面積,A0越大則蛋白質的乳化活性越高。
      1.3.4乳化穩定性的測定[9]
      將新制備的乳濁液靜置30 min,從乳濁液底部 取100 R乳濁液,迅速分散于10. 0 mL 0. 1%的十二 烷基磺酸鈉溶液中,于500 nm波長下測定此時的吸 光度A 3 0。乳化穩定性計算公式:
      A 30
      ES30=X 100%
      A0
      1.3.5酸性pH值對乳化特性的影響
      取大豆分離蛋白、酪朊酸鈉及大豆分離蛋白-瓜 爾豆膠水解物的Maillard反應共聚物,分別用pH4. 0 的醋酸緩沖液(0.05 mol/L)配制成質量濃度為
      0.3%的分散液,乳化活性和乳化穩定性的測定方法 同 1. 3. 3 和 1. 3. 4。
      1.3. 6離子強度對乳化活性的影響
      按1 . 3. 5中所述的取樣方法取樣,分別分散于 含有 0.05 mol/L, 0■ 10 mol/L, 0.20 mol/L, 0.30 mol/L NaCl 的 pH7. 0 磷酸鹽緩沖液(0■ 05 mol/L) 中,配制成質量濃度為0. 3%的分散液,乳化活性和 乳化穩定性的測定方法同1 .3 .3和1. 3. 4。
      1.3. 7熱處理對乳化活性的影響
      按1 . 3.5中所述的取樣方法取樣,用0. 05 mol/ L磷酸鹽緩沖液(pH 7. 0)配制成質量濃度為0■ 3% 的樣品分散液,在90°C恒溫水浴一定的時間,快速冷 卻到室溫,加入花生油,大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究,均質后測定乳化活性和乳化 穩定性。
      2結果與分析
      2.1瓜爾豆膠水解時間對共聚物乳化特性的影響
      瓜爾豆膠是粘度極高的中性多糖,在pH 3. 0以 下的酸性溶液中會發生酸水解,多糖分子糖苷鍵被隨 機切斷,平均分子質量逐漸減小,粘度急劇下降。圖 1是水解時間對共聚物乳化活性的影響關系曲線。 從圖1中看出,隨著反應時間的延長,共聚物的乳化 活性經歷先逐漸增加然后逐漸下降的趨勢。水解20 min的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白混合物反應7 d后 乳化活性即達到最高值,然后逐漸下降;隨著瓜爾豆 膠水解時間的延長,共聚物達到最高乳化活性所需要 的反應時間逐漸增加,水解40 min時共聚物達到最 高乳化活性所需的反應時間為10 d,當瓜爾豆膠的水 解時間高于40 min時,共聚物達到最大乳化活性的 時間推遲到第13天。而且水解時間高于60 min時, 共聚物的乳化活性普遍降低。這說明共聚物的乳化
      活性受多糖鏈長的影響,多糖分子鏈長太短對共聚物 的乳化活性不利,而且也使共聚物達到最高乳化活性 的時間延長。
       
      圖1瓜爾豆膠水解時間對蛋白質-多糖共聚物 乳化活性的影響
      瓜爾豆膠水解時間對共聚物乳化穩定性的影響 見圖2。
       
      圖2瓜爾豆膠水解時間對蛋白質-多糖 共聚物乳化穩定性的影響
      從圖2中看出,反應1 d后共聚物的乳化穩定性 都急劇增加,隨著反應時間的延長,共聚物的乳化穩 定性逐漸增加,水解20min的樣品其乳化穩定性在第 10天達到最大值,而其他樣品在反應第7天達到最 高值,然后逐漸下降,這表明過度的反應降低了共聚 物的乳化穩定性。從圖2中還可以看出,瓜爾豆膠水 解時間越長,共聚物的乳化穩定性越高。圖1和圖2 的數據表明,瓜爾豆膠水解40 min,反應10 d的蛋白 質-多糖共聚物具有優良的乳化活性和乳化穩定性, 因此下面的乳化特性實驗采用該條件下制備的樣品 進行。
      2.2離子強度對共聚物乳化特性的影響
      離子強度對共聚物乳化活性和乳化穩定性的影 響見圖3和圖4,共聚物由瓜爾豆膠水解40min的水 解物與大豆分離蛋白混合物反應10 d制得(下同)。
       
      圖3離子強度對蛋白質-多糖共聚物(瓜爾豆 膠水解40 min,反應10 d)乳化活性的影響
       
      圖4離子強度對蛋白質-多糖共聚物(瓜爾豆 膠水解40 min,反應10 d)乳化活性的影響 從圖3看出,在0.3 mol/L的NaCl范圍內,共聚 物的乳化活性逐漸下降,NaCl濃度為0. 05m〇l/L時, 大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究,共聚物的乳化活性明顯下降,在0. 05~ 0. 2 mol/ L內 乳化活性沒有明顯的變化;當NaCl濃度達到 0. 3mol/L時,乳化活性又明顯降低,但仍略高于未加 NaCl時酪朊酸鈉的乳化活性;NaCl濃度為0. 05~ 0. 2mol/ L時酪朊酸鈉的乳化活性無明顯差異且略高 于未加NaCl時的乳化活性;當NaCl濃度增加到 0. 3mol/L時,其乳化活性急劇下降。大豆分離蛋白 的乳化活性最低,在實驗的離子強度范圍內緩慢下 降,這是因為大豆分離蛋白的溶解度很低,在水中很 難溶解,其乳化活性受離子強度的影響很小。共聚物 的乳化穩定性隨離子強度的變化呈現先下降然后增 加的趨勢(圖4),在0. 1mol/L的NaCl濃度范圍內, 乳化穩定性約下降20%c,但仍維持在65%c的較高水 平,在0. 1~ 0. 2mol/L的NaCl濃度時乳化穩定性沒 有明顯的差異;當體系的NaCl濃度增加到0. 3m〇l/L 時,共聚物的乳化穩定性反而增加。酪朊酸鈉的乳化 穩定性在0. 1mol/L的NaCl濃度范圍內緩慢增加, 此后則隨著NaCl濃度的增加急劇下降,在0. 3mol/ L 的NaCl濃度時降至50%c以下。大豆分離蛋白的乳 化穩定性最低,在0. 1~ 0. 2moV L的NaCl濃度時明 顯增加,隨后急劇下降。從圖3和圖4可以看出,共 聚物的乳化活性和乳化穩定性雖然受離子強度的影 響比較明顯,但其乳化特性明顯優于商品乳化劑酪朊 酸鈉,更優于大豆分離蛋白。
      2.3酸性條件下的共聚物乳化特性比較
      pH值對共聚物與酪朊酸鈉和大豆分離蛋白的乳 化特性的影響見表1。從表中看出,在pH7. 0和4. 0 時,共聚物的乳化活性都顯著高于酪朊酸鈉和大豆分 離蛋白,而且pH4.0時共聚物的乳化活性仍然接近 pH7. 0時酪朊酸鈉的水平,其乳化穩定性也維持在 63%c的較高水平,酪朊酸鈉和大豆分離蛋白在pH4. 0 時的乳化活性處于很低的水平,雖然它們的乳化穩定 性較高,但此時的乳化穩定性沒有任何的意義。
      表1不同pH條件下共聚物與酪朊酸鈉和大豆
      分離蛋白的乳化特性比較
      乳化劑乳化活性(()D500nm)乳化穩定性/%
      pH 7. 0pH 4.0pH 7. 0pH 4. 0
      共聚物1. 170. 708363
      酪朊酸鈉0. 740. 087387
      大豆分離蛋白0. 490. 072477
      2. 4熱處理對共聚物乳化特性的影響
      90 °C熱處理對3種乳化劑乳化特性的影響見圖 5和圖6。隨著熱處理時間的延長,共聚物的乳化活 性逐漸下降,20min的熱處理造成共聚物的乳化活性 損失較大,隨著熱處理時間增加到60min,共聚物的 乳化活性下降的幅度減小,但仍與未經熱處理的酪朊 酸鈉的乳化活性相當。酪朊酸鈉的乳化活性在實驗 的加熱時間內幾乎不受影響,而大豆分離蛋白的乳化 活性反而逐漸增加。這是因為酪朊酸鈉是結構高度 展開的線性蛋白質分子,加熱對蛋白質分子的高級結 構影響不大,而大豆分離蛋白是致密的球形分子,大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究,熱 處理使球蛋白分子變性展開,疏水基團暴露出來,從 而增加了乳化活性。熱處理導致共聚物的乳化穩定 性緩慢下降,熱處理60 min時的乳化穩定性僅比未 經熱處理時降低15%>左右,酪朊酸鈉的乳化穩定性 則隨著熱處理時間的延長顯著下降。大豆分離蛋白 的乳化穩定性在20 min的熱處理時增加了約1倍, 但經60 min的熱處理后,乳化穩定性則稍有下降。 
      食品與發酵工業
      NATION INDUSTRIES
       
       
       
      比較熱處理對3種乳化劑的乳化活性和乳化穩定性 的影響發現,共聚物的乳化特性受熱處理的影響,但 經60min的熱處理后其乳化活性和乳化穩定性仍然 保持較高的水平;熱處理對酪朊酸鈉的乳化活性沒有 明顯的影響,但降低了其乳化穩定性;適度的熱處理 改善了大豆分離蛋白的乳化特性,而過度熱處理降低 了其乳化穩定性。
       
      ^^1
       
      圖5 90°C熱處理對蛋白質-多糖共聚物(瓜爾豆 膠水解40 min,反應10 d)乳化活性的影響
       
      圖6 90°C熱處理對蛋白質-多糖共聚物(瓜爾豆 膠水解40 min,反應10 d)乳化活性的影響
      3結論
      瓜爾豆膠在食品中主要作為食品穩定劑和增稠 劑,是食品中粘度最高的膠體之一,可以穩定食品乳 濁液中的液滴上浮(乳析)和蛋白質的沉淀,但其本身 沒有乳化性能。1%的瓜爾豆膠溶液其粘度可達4. 0 Pa*s,在如此高的粘度條件下,大豆分離蛋白極難分 散于膠體溶液中及達到完全水化。因此文中沒有研 宄單純的瓜爾豆膠和1%的瓜爾豆膠和大豆分離蛋 白共混體系的乳化性能。通過鹽酸水解,大豆蛋白瓜爾豆膠水解物反應共聚物的乳化特性研究,瓜爾豆膠的 分子質量大大降低,其粘度也急劇下降,水解40 min 時的粘度僅約為0. 025Pa*s。在該條件下,1%的瓜 爾豆膠與大豆分離蛋白的相容性大大增加,從而有利 于制備較高濃度的蛋白質-多糖混合液。同時,瓜爾 豆膠水解物的分子量較小,可以降低多糖與蛋白質間
      的空間位阻作用,有利于反應的進行。
      通過研宄發現,瓜爾豆膠的酸水解時間對大豆分 離蛋白-多糖共聚物的乳化活性和乳化穩定性都有 明顯的影響。隨著Maillard反應時間的延長,水解時 間越長,共聚物的乳化活性越低,但其乳化穩定性反 而越高。水解40 min的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白反 應10 d的共聚物具有優良的乳化性能,在0. 3mol/L 濃度的NaCl和pH4. 0的酸性條件下共聚物的乳化 活性和乳化穩定性都明顯高于商品乳化劑酪朊酸鈉, 在90 °C下熱處理60 min時其乳化活性和乳化穩定性 仍接近未經熱處理時的酪朊酸鈉的乳化活性和穩定 性。因此,通過Maillard反應制備的蛋白質-多糖共 聚物有用作安全高效的天然高分子乳化劑的潛力。
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