不同品种榛子粉、榛子蛋白粉凝胶特性的研究

殷贺中，梁丽松 ，王贵禧

(中国林业科学研究院林业研究所，国家林业局林木培育实验室，北京100091)

榛子(Hazelnut)与核桃、腰果和扁桃并称为“四大坚果”，为桦树科(Batulaceae)榛属(Corylus)植物。本属约20 个种，分布于亚洲、欧洲和北美洲;我国有8 个种，2 个变种，分布于东北、华北、华东、西北和西南［1］。榛仁除脂肪含量丰富外，还含有大量的蛋白质，具有极高的加工利用价值。目前，在我国榛子的加工处在初始阶段、产品单一，不能满足市场对加工产品多样性的需求［2］。已有的榛子加工产品主要是榛仁巧克力、榛仁蛋挞、榛子蛋白饮料、速溶榛子粉［3-4］等，市场规模不大、影响力小。榛子粉、榛子蛋白粉即可以作为一种加工产品，也可以作为某些加工产品的辅料［5］。蛋白质形成凝胶的重要前提就是需要其部分变性，致使蛋白质分子伸展形成更多相互作用，从而形成一定网络结构，锁住水分最终形成凝胶［6］。影响蛋白质凝胶的因素有很多，如蛋白质组成、蛋白质浓度、pH、加热温度以及凝固剂的种类和添加量［7-8］等，而蛋白质浓度和凝固剂的种类和添加量是影响蛋白质形成凝胶的重要因素。已有研究证明，蛋白的凝胶性能与其溶解性能紧密相关，比如商用大豆蛋白较差的溶解性直接导致其较差的凝胶性能［9］;而凝固剂的选择和添加量同样影响着蛋白质凝胶的特性。目前，对大豆蛋白、花生蛋白［10］、棉花种子蛋白、纤维蛋白、胶原蛋白和肌肉蛋白等的凝胶特性研究的较多，而关于榛子蛋白质凝胶性质的研究报道极少。凝胶的形成可以改进食品形态和质地，并且在提高产品的持水力、增稠等方面应用广泛，如添加到西式火腿、火腿肠等肉类制品中［11］;还可以作为一种良好的食品添加剂应用在乳制品、焙烤食品和保健食品等行业［12-13］。因此，深入研究榛子粉、榛子蛋白粉的凝胶特性，可以极大的丰富榛子的加工制品，对提高榛子蛋白质的加工利用价值具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

选取欧洲榛‘巴塞罗那’、平榛‘平榛1#’、平欧杂种榛‘辽榛3#’和‘达维’四个品种榛仁为试材 以上品种榛子均取自于中国林业科学研究院林业研究所山东安丘榛子实验园，于正常成熟时采收后运至中国林业科学研究院林业研究所农产品贮藏加工实验室，经脱苞、晾晒后装入聚乙烯塑料保鲜袋中，于0℃条件下放置，实验前将榛子坚果果壳去除，留取榛仁备用;葡萄糖酸内酯(GDL) 阿法埃莎(天津)化学有限公司。

索氏提取仪 上海洪纪仪器设备有限公司;TA.XT plus 质构仪 英国Stable Micro System 公司。

1.2 实验方法

1.2.1 榛子粉的制备 分别将未去皮榛仁和碱液法去皮榛仁粉碎，在50℃下索氏抽提12h 将脂质脱除［14］，残渣进行冷冻干燥，过80 目筛得榛子粉，于-80℃下保存备用。

1.2.2 榛子粉蛋白质含量测定 采用GB/T5009.5-1985 国标规定凯氏定氮法。

准确称取0.5g 榛子粉与硫酸和催化剂一同加热消化，使蛋白质分解，分解的氨与硫酸结合生成硫酸铵。然后碱化蒸馏使氨游离，用硼酸吸收后再以盐酸标准溶液滴定，根据酸的消耗量乘以换算系数，即为蛋白质含量，重复两次，取平均值。计算公式:

式中:V1:样品消耗盐酸标准液的体积(mL);V2:试剂空白消耗盐酸标准液的体积(mL);N:盐酸标准溶液的当量浓度;0.014:1N 盐酸标准溶液1mL 相当于氮克数;M:样品的质量(g);F:氮换算为蛋白质的系数。按16%计算乘以6.25 即为蛋白质含量。

1.2.3 榛子蛋白粉的制备 采用碱溶酸沉法提取榛子蛋白，准确称取一定量的榛子粉，按照料液比1∶12 配制榛子粉溶液，在用WH-2 微型漩涡混合仪混匀后，用0.1g/L NaOH 调pH8.0，然后在分散均质机下均质2.5min，在45℃水浴中浸提100min，取出冷却至室温后，在3500r/min 下离心10min，取上清液，用1%HCl(体积分数)调pH4.5，在3500r/min 下离心10min 后，倒去上清液，用0.02g/L NaOH 调节沉淀pH 至7.0，接着在冷冻干燥机下干燥得榛子蛋白粉［15］。其蛋白质提取率计算公式:

1.2.4 榛子粉、榛子蛋白粉凝胶的制备 按照榛子粉质量浓度分别为0.5、1.0、1.5g/L，GDL 添加量分别为0.0%、0.3%、0.6% 和0.9% (注:GDL 的添加量是指GDL 在最终凝胶体系中的质量分数)的实验设计进行榛子粉凝胶的制备;在预实验的基础上，配制1.0g/L榛子蛋白粉和0.6%GDL 进行榛子蛋白粉凝胶的制备。按照上述方法准确称取所需榛子粉、榛子蛋白粉以及GDL 后，置于10mL 离心管中，加入2mL 超纯水，在WH-2 微型漩涡混合仪混匀后，放入95℃水浴中30min 后迅速取出，立即用冰水冷却，然后转入4℃冰箱静止24h 后，取出，在室温下放置30min，回温至室温后进行测定［16］。

1.2.5 榛子粉、榛子蛋白粉凝胶特性的测定 采用TA.XT.plus 物性仪进行凝胶质构测定，主要参数为:运行模式:Texture Profile Analysis(TPA);测前速度:1.0mm/s，测试速度:5.0mm/s，测后速度:5.0mm/s;穿刺距离:10mm，时间:2s，数据采集速率:200pps;使用P5圆柱型平头探头。

图1 凝胶质构图Fig.1 Gelatin texture map

榛子粉凝胶组织结构参数为:硬度:第一次压缩过程中的峰力值;弹性:第二次压缩所用的时间与第一次压缩所用的时间之比。

1.3 数据处理

利用Excel 2003 软件统计所有数据，利用SPSS 13.0 软件进行差异显著性分析和相关性分析。

2 结果与讨论

2.1 榛子粉蛋白质含量

表1 结果表明，不同品种榛子粉蛋白质含量不同，其中，‘平榛1#’蛋白质含量最高，其次是‘辽榛3#’，‘巴塞罗那’和‘达维’含量较低。方差分析结果显示，不同品种间蛋白质含量存在较为明显的差异性(p ＜0.05)。

2.2 榛子粉凝胶特性研究

2.2.1 榛子粉凝胶的效果 凝胶特性是蛋白质形成交替立体网状结构的性能，是水分散于蛋白质的分散体系，具有较高的黏度、可塑性和弹性，有固体的性质。从表2 可以看出，榛子粉质量浓度为0.5g/L 时，在所选凝固剂(GDL)浓度范围内，均未形成凝胶;当榛子粉质量浓度分别达到1.0、1.5g/L 时，形成凝胶效果较好，说明榛子粉的质量浓度与其凝胶的形成密切相关。当榛子粉质量浓度分别为1.0、1.5g/L 时，在未添加凝固剂GDL 的条件下，也能形成凝胶，但结构不紧致，有不同程度的水分析出，效果不好;随着GDL添加量的增加，凝胶的结构变的紧致，但质地稍显粗糙，这可能与GDL 量的增加导致凝胶形成速度过快有一定的关系;以上结果分析可以得出，榛子粉的浓度是影响凝胶形成的关键因素之一，而GDL添加量的多少，影响着凝胶形成的速度，从而对凝胶的特性起到决定性的作用。

表1 榛子粉蛋白质含量Table 1 Protein content of hazelnut powder

表2 榛子粉凝胶效果Table 2 Effect of hazelnut powder gelatin

表3 不同品种榛子粉凝胶特性Table 3 Different varieties hazelnut powder gel of properties

2.2.2 榛子粉凝胶组织结构参数的分析 由表3 可知，榛子品种、榛子粉浓度和GDL 添加量对榛子粉凝胶特性均有较大影响。在GDL 添加量一定的条件下，凝胶的硬度、弹性均随着榛子粉浓度的增大而增大;在榛子粉浓度一定时，随着GDL 添加量的增大，凝胶硬度呈增强趋势。而凝胶弹性受榛子粉浓度的影响较大，榛子粉浓度越大，则凝胶弹性越大;凝胶弹性与GDL 添加量的关系并无明显规律。

当榛子粉质量浓度为1.0g/L 时，‘巴塞罗那’、‘平榛1#’、‘辽榛3#’以及‘达维’的凝胶弹性依次在GDL 添加量分别为0.9%、0.0%、0.3%、0.3%下获得最大值，而在榛子粉浓度为1.5g/L 的条件下，四个品种榛子粉的凝胶弹性分别在GDL 添加量为0.6%、0.0%、0.3%、0.6% 下获得较大值，可以得出并不是GDL 添加量越大，其弹性就越大。总的来看，四个品种榛子粉中，凝胶硬度较大的是‘辽榛3#’，其次是‘平榛1#’，较小的是‘达维’和‘巴塞罗那’;形成凝胶弹性较好的是‘平榛1#’和‘辽榛3#’，‘巴塞罗那’榛子粉的弹性较差。

分析结果显示，同一品种榛子粉在凝固剂GDL添加量一定的条件下，榛子粉浓度对凝胶的硬度和弹性影响显著(p ＜0.05)，说明榛子粉的浓度是影响凝胶硬度和弹性的关键因素之一;同一品种在榛子粉浓度一定的条件下，GDL 添加量不同，凝胶硬度和弹性也有显著差异(p ＜0.05)，说明榛子粉的凝胶性质受GDL 添加量的影响较显著;在同一榛子粉浓度和GDL 添加量的条件下，不同品种榛子粉的凝胶硬度和弹性差异显著(p ＜0.05)，说明榛子粉的凝胶硬度和弹性与品种密切相关。

2.3 榛子蛋白粉的制备及其凝胶特性研究

2.3.1 榛子蛋白质提取率 从图2 中可以看出，本实验所采取的榛子蛋白质的提取条件，其提取率均不高，最高的‘平榛1#’，也仅达到40%，而最低的欧洲榛‘巴塞罗那’蛋白质提取率不到35%。蛋白质提取率不但与榛子内部物理因素比如蛋白质的组成、分子结构密切相关，还受到实验条件如榛子粉的浓度、碱溶pH、提取温度、提取时间以及酸沉条件等外界因素的影响［17-18］。所以，优化榛子蛋白质的提取条件，对合理利用榛子蛋白质资源意义重大，在后续的研究中加以探讨。

图2 榛子蛋白质提取率Fig.2 Result of hazelnut protein extraction yield

2.3.2 不同品种榛子蛋白粉凝胶特性比较 由图3可以看出，不同品种榛子蛋白粉凝胶的硬度存在显著差异，其硬度由大到小依次为‘平榛1#’、‘辽榛3#’、‘达维’、‘巴塞罗那’。方差分析结果表明，‘平榛1#’和‘辽榛3#’榛子蛋白粉凝胶的硬度差异不显著(p ＞0.05)，‘巴塞罗那’和‘达维’蛋白粉凝胶硬度差异也不显著(p ＞0.05)，但‘平榛1#’和‘辽榛3#’榛子蛋白粉的凝胶硬度明显高于‘巴塞罗那’和‘达维’，差异显著(p ＜0.05)。

由图4 可以看出，不同品种榛子蛋白粉的凝胶弹性略有不同，按照凝胶弹性从大到小依次为‘巴塞罗那’、‘达维’、‘平榛1#’和‘辽榛3#’。方差分析结果表明，品种间榛子蛋白粉凝胶弹性没有显著差异性(p ＞0.05)。比较不同品种榛子蛋白粉的凝胶硬度和弹性可以发现，凝胶硬度高的品种，凝胶弹性反而差，反之亦然，推测榛子蛋白粉凝胶的硬度和弹性二者之间互相影响，这也为生产加工中如何选择榛子蛋白的凝胶条件、制取不同特性的蛋白凝胶［19-20］，从而丰富蛋白凝胶制品提供一定的理论依据。

图3 不同品种榛子蛋白粉凝胶的硬度Fig.3 Different varieties hazelnut protein powder gelatin hardness

图4 不同品种榛子蛋白粉凝胶的弹性Fig.4 Different varieties hazelnut protein powder gelatin elasticity

3 结论

在榛子粉凝固剂胶凝过程中，榛子粉的浓度和凝固剂GDL 的添加量对其凝胶性质均有显著性影响。凝胶的硬度和弹性随着榛子粉浓度的增大而增加;而当GDL 添加量增加时，凝胶的硬度相应的增强，其弹性的变化则与榛子蛋白质的品种有一定相关性。榛子粉形成凝胶硬度较大的条件是榛子粉浓度为1.5g/L、GDL 的添加量为0.9%，呈现品种间的差异，其中，‘辽榛3#’硬度最大，‘平榛1#’次之，‘达维’和‘巴塞罗那’较小，这与不同品种榛子粉蛋白质的含量存在一定的正相关性;而其凝胶的弹性在榛子粉浓度为1.5g/L 时，具有较大值，绝大部分数据表明在GDL 添加量较少时比其添加量为0.9%时的弹性要好，由此可见并不是GDL 添加量越大，凝胶弹性就越好。不同品种间榛子蛋白粉凝胶硬度有一定的差异性，‘平榛1#’＞‘辽榛3#’＞‘达维’＞‘巴塞罗那’，其中‘平榛1#’和‘辽榛3#’硬度明显大于另外两个品种;品种间凝胶弹性没有差异性，相比较硬度，凝胶弹性好的品种反而硬度差，反之亦然，推测榛子蛋白粉凝胶的硬度和弹性两者之间相互影响，具体的情况会做进一步的研究探讨。

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