加热方式对血浆流变学及质构性质的影响

唐建凤

（江苏省扬州商务高等职业学校，江苏扬州 225009）

我国家畜血液资源丰富，目前只有很少一部分用于医药、饲料和食品中，绝大部分都作为废弃物排放。不仅造成了环境污染，也造成大量的优质蛋白质不能被有效、充分地利用，形成巨大浪费。从新的食用蛋白质资源的开发、副产物的有效利用、减少屠宰场污染以及提高企业经济效益等目的出发，家畜血液的进一步开发利用是十分必要的。家畜血液中约含有18%的蛋白质，常被称作“液体肉”。近年来，家畜血液及其蛋白质成分在食品中的有效利用逐渐得到了重视。这主要是因为家畜血液有很高的营养价值和多种机能特性，如凝胶形成性、保水性和乳化性等[1-2]。血液中比较容易回收的成分为血浆，血浆中含有血清，约占血液总量的65%。血清蛋白质具有良好的保水性和乳化性等。血清或血浆作为功能性的食品添加剂被用于食品加工，主要是由于通过加热它可以形成凝胶，用于替代卵白。其所形成凝胶结构作为保持水分、脂肪和其它成分的基质，特别有益于改善食品的质构。

流变学是力学的一个分支，是研究物质在力作用下产生形变程度的科学。主要研究和处理表观上连贯的黏性物质的变形问题，同时也研究和处理生产工艺过程中物质的流动和物质物理性质变化的问题。流变学研究的对象包括固体、液体、黏弹性体以及塑性流体。流变性可以简单的理解为，物体在力学作用下发生形变，在流动过程中表现出来的性质[3]。动物血浆的流变性在调整食品的物性方面有着重要作用，另外可用于有效利用蛋白质间的反应、推测蛋白质结构的变化[4]，例如蛋白质的变性可能会导致蛋白黏度的改变[5]。

食品的质构特性如硬度、脆性、胶黏性、回复性、弹性、凝胶强度等是食品极其重要的品质因素，是消费者判断许多食品质量和新鲜度的主要标准之一。采用仪器测定来模拟人类对于食物的感觉，从而可准确地描述和控制质地。蛋白凝胶类食品的质构反映了蛋白热变形成的凝胶质量以及凝胶的结构[6－7]。

动物血浆蛋白作为重要的非肉蛋白具有良好的凝胶性质，具有很大应用于肉制品的潜力。以蛋白质凝胶的质构、流变学性质作为指标，研究不同加热方式对动物血浆蛋白的凝胶性质的影响，为拓宽动物血浆的使用途径提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

猪及鸭血浆：全血采自扬州屠宰场，4℃下经2520 g离心15 min后取上清得血浆，双缩尿法测定蛋白浓度并调整至10 mg/mL。

1.2 仪器

MCR301 流变仪：奥地利 Anton Paar；TA.XTPlus物性测试仪、TA－XT2i质构分析仪：英国Stable Micro Systems；UV－2450紫外分光光度计：日本 岛津；AvantiJ－E高速冷冻离心机：美国 Beckman Coulter；F25－ME制冷加热循环器：德国Jnlabo；AUY120电子天平：日本SHIMaDZU；SIM－F124型制冰机：日本三洋电子有限公司；HANNA211型台式数显温度计：意大利HANNA Co.Ltd。

1.3 方法

1.3.1 猪鸭血浆加热曲线的制作

30 mL血浆（4℃）加入50 mL烧杯中，在90℃水浴锅中加热，应用高灵敏度热电偶测定血浆的升温曲线，每10 s采集1次温度数据。

1.3.2 血浆热致凝胶质构性质测定

应用质构分析仪，并在电脑上应用Texture ExpertV1.0软件来加以控制。应用return to start模式测定样品的硬度（Hardness），测前速度（Pre－test Speed）：2.0 mm/s，测中速度（Test Speed）：0.5 mm/s，测后速度（Post－test Speed）：5.0 mm/s，压缩比（Ratio）：50%，负载类型（Trigger Type）：Auto－20 g，探头类型（Probe）：P5（5mm CYLINDER STAINLESS），数据收集率（Data Acquisition Rate）：200 nm 点/s（Point Persecond PPS），样品规格：高20.0 mm的圆柱体，测定时环境温度：10℃～15℃。样本数n=5。

1.3.3 血浆热致凝胶流变性质测定

50 mm平行板，频率10 rad/s，应变0.03，上下板间距1 mm～1.5 mm，升温速率1℃/min，3℃/min以及90℃恒温，10℃～75℃.10℃先预热3 min，表面覆上液体石蜡，防止挥发。每60 s纪录G′，G″，及tanδ值。

2 结果与分析

2.1 加热升温曲线

猪和鸭血浆实际及模拟升温曲线，见图1。

图1显示随着加热时间的延长，猪和鸭血浆温度都呈上升趋势，但并非呈线性增加。在加热初始阶段，血浆温度上升速度较快，猪血浆升温速度高于鸭血浆，升温至50℃左右，猪和鸭血浆的升温速度趋缓。50℃后的阶段，鸭血浆升温速度变快，55℃后同一个时间点下鸭血浆温度高于猪血浆。从整个升温趋势看，升温过程大体可分两个阶段来模拟，取猪、鸭血浆温度曲线转折点温度的平均值作为模拟曲线的转折点温度，同时取猪、鸭血浆温度曲线末端温度的平均值作为模拟曲线的终点温度，确定出升温模拟曲线。

2.2 不同加热方式对猪和鸭血浆质构、流变特性的影响

不同的加热方式对样的凝胶的形成影响较大，从而对样品的质构、流变特性造成较大影响。

2.2.1 不同加热方式对质构的影响

不同加热方式对猪和鸭血浆质构特性的影响，见图2。

图2 不同加热方式对猪和鸭血浆质构特性的影响Fig.2 The influence of different heating method for pig and duck plasma textural properties

图2显示，经过1、3℃/min升温加热以及90℃恒温加热至75℃并75℃下保温15 min后，猪血浆样品的质构出现了明显差别，1℃/min升温方式形成的猪血浆凝胶硬度最高，90℃恒温加热形成的凝胶硬度最低。同样，3种升温方式里，鸭血浆经1℃/min形成的凝胶硬度也相对较高。

在相同的加热方式下，以1℃/min为例，猪血浆和鸭血浆凝胶的硬度数值也存在显著差异，鸭血浆凝胶的硬度大于猪血浆凝胶，3℃/min以及90℃恒温情况下比较，鸭血浆和猪血浆凝胶的对比也得出相似结论。这说明不同血浆的加热凝胶质构特性有差异，鸭血浆会形成更加坚韧的凝胶。但经平均值比较发现，3℃/min升温方式下形成的猪血浆凝胶和鸭血浆90℃恒温形成凝胶的硬度值不存在显著差异，表明这两种加热方式下，猪血浆和鸭血浆的凝胶质构特性相似。以上结果表明，血浆种类和加热方式的选择两者结合，可以有针对性的调控血浆热致凝胶的硬度。

2.2.2 不同升温方式对流变的影响

加热方式对猪和鸭血浆流变特性的影响，见图3。

图3显示，不同加热方式对猪和鸭血浆流变特性的影响如图3所示，图3a表示当加热温度在10℃～70℃时，其流变G′值是呈下降的趋势，趋势比较缓和，而且流变G′值较小。当温度在70℃～75℃时，样品的流变G′值呈显著的上升趋势。图3 b表示血浆以不同升温方式加热到75℃并保温15 min后的流变G′变化曲线，可以看出不同升温方式对最终流变G′影响较大。

不同加热方式对猪和鸭血浆最终流变G′值的影响，见图4。

图4显示，在相同的加热升温方式下，同样以1℃/min为例，鸭血浆凝胶的最终G′要大于猪血浆凝胶的最终G′，说明鸭血浆凝胶的特性优于猪血浆。

经过1℃/min、3℃/min以及90℃恒温加热至75℃并75℃下保温15 min后，猪血浆和鸭血浆形成凝胶的最终G′有着差别，1℃/min加热升温成凝胶的最终G′＞3℃/min＞90℃恒温，说明血浆在1℃/min加热升温下形成的凝胶特性好于3℃/min，90℃恒温加热升温下形成的凝胶特性最差。但鸭血浆的3种加热升温方式下的最终G′数值之间存在显著差异，而猪血浆的1℃/min和90℃恒温加热升温下的最终G′数值之间不存在显著差异，表明鸭血浆流变特性比猪血浆更易受加热方式的改变而产生变化。

图4 不同加热方式对猪和鸭血浆最终流变G′值的影响Fig.4 The influence of different heating method for pig and duck plasma final rheological G′

鸭血浆在90℃恒温加热升温方式下的最终G′数值与猪血浆在3℃/min和90℃恒温加热升温方式下的最终G′数值之间不存在明显差异，说明在这3种升温方式下，猪、鸭血浆的流变特性基本一致。

3 结论与讨论

3.1 不同加热方式对质构的影响

蛋白质凝胶的形成是蛋白质分子间的相互作用以及蛋白质从天然状态到变性状态构造变化的过程。适度变性的蛋白质分子聚集，形成有规则的蛋白质网络结构，此过程被称为凝胶作用。早在1948年，Ferry[8]提出蛋白质凝胶的形成经两步完成的：第一步是天然构象蛋白质多肽链受热而变性展开；第二步是变性的蛋白质因聚合作用而形成较大分子的凝胶体。血浆蛋白经过热处理后，不同的加热方式使得蛋白质分子的解聚和伸展程度不同，使反应基团暴露出来的多少不同，特别是球蛋白的疏水基团，从而影响蛋白质之间的相互作用通过加热可使血浆形成具有弹性的网状结构凝胶体的性质，因此加热方式不同，形成凝胶的硬度不同。加热过程中的温度、时间及速率等参数影响凝胶特性。通常加热时间越久、温度越高、速率越快，则蛋白质聚合程度越大，所形成的凝胶体可能较硬。本试验采用的3种升温方式是1、3℃/min以及90℃恒温，其中1℃/min加热升温使得血浆蛋白的疏水基团充分暴露，在后续的75℃加热过程中形成的凝胶硬度最高。

3.2 不同加热方式对流变的影响

在升温初期黏度随着温度的增加而下降，这种现象可用“剪切稀化”效应来解释。这是因为在这段温度范围内，由于温度的升高促进了溶液中的蛋白质分子的热运动，同时增大了液体体积，使每一分子平均占有的体积增大，从而使液体的黏度降低。

在70℃～75℃中，溶液的黏度随着温度的增加而增加。这可能是由于在该温度范围内，血浆蛋白部分变性，削弱了表面水合层[9]，也降低了水合斥力[10]，这些均有利于提高其黏度。同时，蛋白质分子间开始聚合形成较大聚合物，而这会大大提高其溶液的黏度。

血浆由于加热变性引起的蛋白质分子构造变化导致了血浆白蛋白和其它球蛋白形成凝胶。而且，其变性又导致了凝聚。蛋白质凝胶的形成是蛋白质分子间的相互作用以及蛋白质从天然状态到变性状态的构造变化的过程。分子的构造特性、静电作用、疏水作用以及二硫键的形成都被认为是蛋白质形成凝胶的非常重要的因素[11－12]。1℃/min的加热升温方式的流变G′最大，说明不同加热方式对物质内部的凝胶形成是有影响的，在该条件下，血浆蛋白形成的凝胶能力好，强度高，可能在此条件下上述因素产生了正面的影响。

3.3 不同样品质构、流变差别

在食品体系中，凝胶形成能力是蛋白质的一个重要机能。凝胶强度不仅仅受外界加工条件的影响，食品蛋白质种类是凝胶形成的内在基础。不同的蛋白质可以形成不同构造特性的凝胶，本文研究表明，血浆蛋白来源所引起凝胶的差异比加热方式形成凝胶的差异更大。

鸭血浆和猪血浆的主要成分是血浆白蛋白和血浆球蛋白。不同种类血浆蛋白的静电性质、分子的空间构造的以及自由巯基反应能力都存在差异。据报道，和牛血清相比，猪血清蛋白分子中的巯基被遮蔽，不能自由地与其它蛋白质分子的巯基形成二硫键，从而影响了猪血清凝胶的形成能力，导致猪血浆蛋白的凝胶强度低于牛血清[13－14]。可以推断，静电性质、分子的空间构造的以及自由巯基反应能力的差异是鸭血浆的加热凝胶强度高于猪血浆的重要原因。

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[1]Wismer Pedersen J.Utilization of animal blood in meat produts[J].Food Techenology,1979(8):76－80

[2]Nakajima Y,Umeda M.Animal blood protein[J].New Food Industry,1984(11):57－64

[3]陈克复,卢晓江,金醇哲,等.食品流变学及其测量[M].北京:轻工业出版社,1989:1－4

[4]杜长安,陈复生.植物蛋白工艺学[M].北京:中国商业出版社,1995:6－12

[5]李容和.大豆新加工技术原理与应用[M].北京:科学技术文献出版社,1993:1－15

[6]李里特.食品物性学[M].中国农业出版社,1998:2－3

[7]梁辉,戴志远.物性分析仪在食品质构测定方面的应用[J].食品研究与开发,2006(4):119－121

[8]白艳红,张小燕,赵电波.肌肉盐溶蛋白质凝胶机理及影响因素研究进展[J].肉类工业,2009(3):29－31

[9]Fennema O.Water and protein hydration[C]//Whitaker J,Tannenbaum S.Food proteins.Westport,Connecticut:AVI Publishing Company,1977

[10]Van Oss C J.Hydrophobicity and hydrophilicity of biosur2 faces[J].Curr Opin Colloid Interface Sci,1997(2):503－512

[11]Ziegler G R,Foegeding E A.The gelation of protein.In Advance In Food and Nutrition Research[M].San Diego:Academic Press,1990:204－197

[12]Ma C Y,Holme J.Effect of chemical modification on some phsysicochemical properties and heat coagulation of egg albumin[J].Food Sci,1982(47):1454－1459

[13]Potanin A A.On the mechanism of aggregation in the shear flow of suspensions[J].J.Colloid Interface Sci,1991,145(1):141－157

[14]倪晨,石彦国.血清蛋白质加热凝胶的形成[J].中国食品学报,2004(2):56－61