影响乳清蛋白乳化体系热稳定性的因素

乳清蛋白是由干酪生产过程中产生的副产品乳清，经过特殊工艺浓缩精制而得的一类蛋白质。近年来，越来越多的奶粉企业使用乳清蛋白作为原料。它不仅纯天然、无毒无害，还提供人体所需的必须蛋白质，而且乳清蛋白有一股淡淡的乳香味以及很强的乳化性。乳清蛋白能够很好地分布在不饱和脂肪酸表面，延缓不饱和脂肪酸的氧化。但由于乳清蛋白是热敏性蛋白，热变性后在水中溶解性明显下降，直接影响其功能特性，使其使用范围受到限制。由于乳清蛋白的热稳定性对其生理活性和产品特性有重要影响，因此对其稳定性的研究成为奶粉生产过程中不可忽视的环节。

在配制乳化体系的过程中，乳清蛋白会吸附到油脂表面，降低油脂表面自由能，维持乳化体系的稳定。在加热过程中乳清蛋白的结构会发生变化，在最初加热阶段，乳清蛋白开始膨胀，随着加热程度的增加，乳清蛋白分子结构打开，此时乳清蛋白的乳化能力达到最佳。加入其他的壁材进行剪切，待壁材完全溶解后再加入油相一起剪切10min，均质后形成o/w型乳液。在配制乳清蛋白乳液的过程中，影响乳清蛋白乳液热稳定性的因素有加热条件、盐类（比如磷酸氢二钾）、均质压力、壁材中不同的填充物等，它们都会使乳清蛋白发生变性，从而破坏整个乳清蛋白乳化体系。本文主要是研究这些因素对乳清蛋白乳化体系的影响，探讨在乳液配制过程中如何通过通过控制和利用这些因素来生产出令人满意的乳清蛋白乳化体系。

材料与方法

实验材料

花生四烯酸油脂（嘉必优生物工程（武汉）有限公司）、乳清蛋白（Hilmar）、麦芽糊精DE值为20（Cargill）、一水结晶葡萄糖（Cargill）、磷酸氢二钾（国药）。

试验仪器

剪切乳化机（上海索维机电设备有限公司）、高压均质机（上海东华高压均质厂）、马尔文粘度计（英国马尔文仪器公司）。

实验方法

首先将壁材溶解于纯水中，乳化机12000r/min剪切10min，加入花生四烯酸油脂继续剪切10min后，采用高压均质机30MPa均质压力循环均质80s，得到乳清蛋白乳液。

乳化液粘度的测定

用Bohlin Visco 88粘度计测定均质料液粘度，得到不同温度条件下的粘度曲线。

粘度计参数设置：转子C30； Shear Value：600； Delay Time：5s； Integration Time：5s； Wait Time：2s； Number of Samples：30； Total test time：360s。

影响乳清蛋白乳液

热稳定性的因素

加热条件的影响

加热处理温度和时间对乳清蛋白乳化体系存在影响。乳清蛋白溶液在加热过程中结构会发生变化，刚开始加热时，乳清蛋白分子结构逐渐打开，随着加热程度的提高，当温度大于70℃以后，乳清蛋白逐步发生变性。

配制乳清蛋白乳液：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、25%麦芽糊精、1%磷酸氢二钾。剪切均匀后，将均质配成乳液。将配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分别放入80℃和70℃热水中保温。

图1可见，温度越高，蛋白乳液变性越快从而使溶液粘度激增。

盐类（比如磷酸氢二钾）的影响

加入盐类（比如磷酸氢二钾）对乳清蛋白乳化体系产生影响。配制乳清蛋白乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麦芽糊精、5%磷酸氢二钾；配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、34%麦芽糊精、1%磷酸氢二钾。将上述两配方中的物料分别称好，剪切均质后配成乳液。将配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分别放入70℃热水中保温。

由图2可见，磷酸氢二钾对乳清蛋白乳液变性的影响很大，随着磷酸氢二钾添加量的增加，乳清蛋白乳液变性的时间显著提前，溶液粘度明显变大。

均质压力的影响

按照配方一称取相应的物料，剪切后，分别进行30、35、40、45MPa循环均质10s。

由图3可见，随着均质的增大，蛋白乳液越容易变性，粘度也激增。

壁材中不同填充物的影响

壁材中不同的填充物对乳清蛋白乳液存在影响。按照如下配方配制乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麦芽糊精、1%磷酸氢二钾；配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、31%一水结晶葡萄糖、1%磷酸氢二钾。按照上述两个配方称好物料，剪切均质后配成乳液，放入72℃热水中保温。

由图4可见，配方二的保温效果更佳，主要原因是配方二中的一水结晶葡萄糖很容易和乳清蛋白发生美拉德反应，使疏水性基团在水——油界面发生变性，溶解于油滴中，亲水的多糖部分溶于水中，从而提高了乳化稳定性。

结论

乳清蛋白变性是一个复杂的过程，影响蛋白变性的因素有很多。本文主要是研究加热条件、盐类、均质压力、不同的填充物等因素对乳清蛋白乳化体系的影响。

加热条件对乳清蛋白乳化体系的影响：刚开始加热时，乳清蛋白分子结构逐渐打开，随着加热程度的提高，热处理破坏乳清蛋白分子的氢键，使乳清蛋白分子链展开，通过二硫键等共价键促成蛋白质聚合，形成有序的三维网状结构。当温度大于70℃，随着时间的递增蛋白分子逐渐形成三维网状结构，导致越来越多的乳清蛋白发生变性，且变性后的乳清蛋白不可逆，进而破坏整个乳清蛋白体系。因此配制乳清蛋白乳液时要把整个体系控制在合理的温度范围内。

盐类（比如磷酸氢二钾）对乳清蛋白乳化体系的影响：乳清蛋白在水溶液中的溶解度是由蛋白质周围亲水基团与水形成水化膜的程度以及蛋白质分子带有电荷情况决定的。在乳清蛋白乳液中加入磷酸氢二钾时，磷酸氢二钾对水分子的亲和力大于乳清蛋白，致使蛋白质分子周围的水化膜层减弱乃至消失。同时，磷酸氢二钾进入乳清蛋白后，由于离子强度发生改变，蛋白质表面电荷大量被中和，更加导致乳清蛋白溶解度降低，使蛋白质分子之间聚集而沉淀。随着磷酸氢二钾加入越多，乳清蛋白变性越严重，乳化体系破坏越大，因此配制乳清蛋白乳液时要控制磷酸氢二钾的添加量。

均质压力对乳清蛋白乳化体系的影响：均质压力主要作用于乳清蛋白分子间的二硫键，使均质后的乳清蛋白分子间通过非共价键发生交联，破坏蛋白质的二维结果，导致蛋白质变性。但是由于这种变性是可逆的，因此在配制乳清蛋白乳液时要控制合理的均质压力。

壁材中不同的填充物对乳清蛋白乳液的影响：在配制乳清蛋白乳液时通过加入一水葡萄糖，在加热条件下使一水葡萄糖和乳清蛋白发生美拉德反应，从而提高乳清蛋白的溶解性。

通过研究以上因素对乳清蛋白变性的影响，可以帮助我们抑制和利用热敏蛋白带来的不利影响，建立更加合理的乳清蛋白乳化体系。