盐诱导乳清蛋白冷凝胶形成机理及应用

2016-09-15张久龙黑龙江省完达山乳业股份有限公司

食品安全导刊 2016年21期

□ 张久龙　高琳　黑龙江省完达山乳业股份有限公司

盐诱导乳清蛋白冷凝胶形成机理及应用

□ 张久龙高琳黑龙江省完达山乳业股份有限公司

乳清蛋白由于消化吸收率高、氨基酸组成合理等特点，赋予其高营养价值，而且由于乳清蛋白可以提供食品特殊质地的凝胶和乳化等功能特性，使其在食品工业中得到了广泛的应用。传统凝胶的加工过程主要依靠于受热，所以其形成的过程比较激烈，这就容易限制乳清蛋白凝胶在某些领域的应用。与传统凝胶方法不同的是，乳清蛋白冷凝胶，有以下两个明显的特点：形成依靠的温度较低；加工过程不那么激烈，比较温和。这两方面的特点就弥补了传统凝胶方法的不足，比如在热敏性物质和生物活性物质等方面的应用，凭借其理想的包埋效果等优点，现已备受食品加工等相关领域的青睐。

乳清蛋白具有大的应用空间，其形成的固有胶体性状，拓展了其在功蛋白质冷凝胶技术，主要得益其温和的加工过程。此过程使其避免了激烈的受热等加工过程，导致其在热敏性物质以及生物活性物质等方面有了功能性食品、食品添加剂及微胶囊等领域的应用，也弥补了传统微胶囊化方法所制备产品在液体制品中应用的缺陷。在当今社会，在替代脂肪和提高禽肉的黏弹性方面，乳清蛋白冷凝胶形成的颗粒或网络结构都起到了很好的作用，其对VE、益生菌和其他生物活性物质也有较好的包埋效果和携带作用。但是由于乳清蛋白冷凝胶研究起步较晚，从而限制了乳清蛋白冷凝胶的形成机理、加工方法，影响了其发展和应用。因此，促进乳清蛋白冷凝胶在实际工作中、生活中的应用，需要详尽并且系统的概述乳清蛋白冷凝胶的形成机理。本文为了促进乳清蛋白冷凝胶的进一步开发和应用，将从乳清蛋白冷凝胶形成过程、盐诱导冷凝胶形成机理以及其在微胶囊领域的应用加以综述。

乳清蛋白冷凝胶形成机理及其应用

在20世纪80年代，人们开始研究关于乳清蛋白如何形成冷凝胶的过程机理，并于20世纪90年代后期开始有了深入的研究，并以酶、盐或酸这3种方式诱导为主。与传统凝胶方式不同的是，乳清蛋白冷凝胶的形成主要分为两个阶段（如图1所示）：首先，经过热处理低离子强度并且远离等电点的天然乳清蛋白溶液，使蛋白质分子形成盘卷状，以促进其在静电相互作用下形成稳定分散的蛋白质凝聚物；其次，在一定温度的环境下，热变性乳清蛋白凝聚物在共价键、静电作用力或疏水作用下得以最终形成。

乳清蛋白冷凝胶盐诱导机理

图1　乳清蛋白冷凝胶形成过程示意图

在盐慢慢影响并且引导乳清蛋白变为冷凝胶质地的过程中，蛋白质通过热诱导的作用，使蛋白质分子中一种叫做疏水基团的物质呈现在外，在静电排斥力的作用下，蛋白质凝聚物逐渐形成，慢慢地形成稳定的分散体系。蛋白质凝聚物最终形成凝胶的质地，是通过盐离子屏蔽电子或者特殊离子的疏水相互作用。而钙离子除了上述引导蛋白质变质的作用外，另外主要还起到基团作用，就是蛋白质凝聚物所带的负离子。Marangoni等对这两种盐诱导凝胶形成的过程和过程中的一些现象产生的区别进行研究，研究结果发现，在NaCl引导变性乳清蛋白形成凝胶的过程中，变性乳清蛋白开始同时形成体积较小的凝聚物和体积较大的凝聚物，与之不同的是，在CaCl2的影响下，开始逐渐的引导乳清蛋白变成凝胶质地的过程中，变性乳清蛋白中所聚集的较小的蛋白凝聚物形成速度就开始逐渐变得较为缓慢，而较大的凝聚物形成的速度是很快的，所以，可以推测出NaCl诱导凝胶形成的过程是单独的，而CaCl2诱导凝胶形成的过程是双重的。

下面开始分析在盐诱导冷凝胶形成的过程。在这个过程中，凝胶形成的结构、空间中呈现的形状以及形成中还有形成后的特性都受到盐的类型和盐的浓度的影响。盐浓度影响着凝胶的微结构和透明程度，与此同时，研究的过程中也不能忽略纤细丝状凝胶是受到低浓度盐的引导，比较混浊的颗粒状的凝胶是受到浓度较高的盐的影响。凝胶的性质受离子类型影响较大的原因是因为引导冷凝胶形成机理的过程不同。化合价较高的Ca2+影响着蛋白质分子间静电力的屏蔽作用，除此之外，Ca2+会形成一种盐桥，影响着负电荷的蛋白质分子，从而导致CaCl2形成凝胶的能力高于NaCl，致使在诱导同等浓度的变性乳清蛋白形成相同性状凝胶的过程中，需要的CaCl2浓度要低于NaCl的浓度。

乳清蛋白冷凝胶在微胶囊技术中的应用

乳清蛋白冷凝胶由于起步较晚，因此，现阶段的相关应用有限，而将其应用于微胶囊领域的研究极少。Lingyun Chen等在其文章中提及了β-乳球蛋白形成的冷凝胶对VE的包埋在胃中仅释放20%，有很好的定位释放功能。Ainsley 等利用乳清蛋白冷凝胶对乳酸菌进行包埋，活菌数在108cfu/g以上，而且对模拟胃肠液有很好的耐受性。而Brodkorb等利用WPI形成的冷凝胶对NFBC 338进行包埋，在3周4 ℃储藏试验中包埋后的活菌数量始终在108cfu/g以上，而对照实验组的活菌数量在第2周降到了106cfu/g左右；在耐热试验中，冷凝胶体系也较明显的起到了对菌体的保护作用。张久龙等利用葡萄糖酸-δ-内酯诱导乳清蛋白形成的颗粒状冷凝胶，在pH 1.5的酸环境下对双歧杆菌的保护性最好，作用120 min后菌落数下降2个数量级，菌体存活率分别达到1.7%和2.1%。张久龙等采用7.5 mmol/L CaCl2诱导8%乳清蛋白形成的网络状冷凝胶，在pH 1.5的酸环境下对双歧杆菌的保护性最好，作用120 min后菌落数下降3个数量级，菌体存活率达到0.42%。

由此可见，冷凝胶体由于可形成网络或颗粒微结构，加之形成的过程较其他凝胶法缓和，使其在加工和储藏过程中对生物活性成分有很好的保护作用。而且随着对冷凝胶形成机理的深入研究，不仅可以通过改变诱导方式获得不同凝胶性质的冷凝胶，而且在同种方式诱导下，通过改变凝胶剂种类或蛋白浓度等条件，同样可以根据自己的需求制备出不同流变学性质和微观结构的冷凝胶，极大地满足了当今市场的多样性的需求。因此，将冷凝胶体系应用到益生菌微胶囊领域有很大的研究、开发前景和实际意义。