鸡蛋蛋白与大豆分离蛋白间相互作用及其凝胶特性的研究

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鸡蛋液具有丰富的营养和良好的凝胶特性,是优质的动物性蛋白来源,但是其应用范围较窄,多为鲜食和应用在鸡蛋布丁、鸡蛋干及蒸蛋糕等以鸡蛋为主的产品中,在以其它蛋白为主的凝胶体系中使用较少,这样就限制了鸡蛋营养价值和凝胶特性在其它凝胶类产品中的发挥。大豆分离蛋白(SPI)是优质的植物蛋白,价格低廉,市场上使用它的产品较多,但是其蛋氨酸含量低于联合国粮农组织(FAO)与世界卫生组织(WHO)建议的配比,拉低了其蛋白质的氨基酸评分,同时,其凝胶性不足以满足食品生产的需要,因此本论文以凝胶性为着力点进行研究,将鸡蛋液和SPI在营养和凝胶性上进行互补复配,制备高蛋白质浓度的复合凝胶并阐述蛋白质之间的相互作用,弥补SPI的劣势,并为动物蛋白和植物蛋白的复配提供一定的理论基础;同时考虑到鸡蛋液中除蛋白质以外的脂质等其它成分对复合凝胶性质的影响,进一步贴近食品生产的实际现状,更有利于为食品生产和开发工作提供理论支撑。首先,测定和比较pH为7的鸡蛋蛋清液(EW)、蛋黄液(EY)和全蛋液(TWE)的物理化学性质,并研究不同蛋白质浓度(4%-11%)下蛋清凝胶、蛋黄凝胶和全蛋凝胶的性质,以期为鸡蛋的实际应用提供更好的理论基础。结果表明,整个成胶过程中,蛋清液与全蛋液的储存模量(G’)变化趋势类似,而蛋黄液由于溶解度低和固形物含量高,使得保温和降温过程中G’显著低于蛋清液和全蛋液。凝胶质构性的结果表明,蛋白质浓度对凝胶的硬度和咀嚼性有极大影响(相关系数分别为0.887和0.895,p<0.01),而凝胶的弹性和内聚性主要受蛋白质种类的影响。当蛋白质浓度为10%时,全蛋凝胶在凝胶硬度上分别高于蛋清凝胶和蛋黄凝胶20%和53%,在咀嚼性上较两者分别高111%和76%,并保持了蛋黄凝胶的高内聚性。凝胶保水性随蛋白质浓度的增大而增大;相同蛋白质浓度下,三种凝胶的保水性大小与其固形物含量呈显著正相关(相关系数为0.877,p<0.01)。扫描电镜图片直接显示了三者微观结构的差异,即蛋清凝胶具有较均匀、刚性的颗粒型网络结构,蛋黄凝胶呈现为均匀、致密和较光滑的结构,全蛋凝胶的网络结构更偏向于蛋清凝胶,只是颗粒更小、网络更密集。其次,选择全蛋液和蛋黄液与SPI进行不同比例的复配研究,说明了全蛋液和蛋黄液与SPI复配过程中各部分起到的作用。蛋白质溶解度结果说明,加入25%的全蛋液或蛋黄液造成复合溶液的溶解度最大,较SPI的溶解度分别增大20%或9%。蛋黄液的低溶解度和高固形物含量对复合溶液的溶解度和固形物含量有显著的影响。全蛋液,尤其是蛋黄液的比例增大还会引起复合溶液总巯基含量和蛋白质表面疏水性增大。当全蛋液/蛋黄液的比例为75%时,复合溶液的蛋白质表面疏水性最大,相较于SPI,其增幅达到132%/565%。全蛋液相较于蛋黄液对复合凝胶G’和硬度的增强效果更大,这说明了蛋清蛋白是造成复合溶液G’和硬度增大的主要原因。蛋黄液的比例增大对复合凝胶的弹性无显著影响,但超过50%的全蛋液会造成凝胶的弹性显著降低。凝胶水分状态结果表明,加入鸡蛋液尤其是加入蛋黄液,可以提高结合水的稳定性。蛋白质之间的相互作用和少量来自全蛋液的非蛋白物质的填充使得TWE-SPI复合凝胶的网络呈现紧实的线性网络结构,而蛋黄液中过多的非蛋白成分的参与则造成其与SPI复合凝胶的网络结构粗糙、粘连。筛选出最佳的预热和谷氨酰胺转氨酶(TG)处理的条件后,研究预热和TG酶两种处理方式对TWE-SPI复合凝胶的各自及协同作用机理。结果表明,通过预热处理可以提高SPI溶液的蛋白质溶解度、表面疏水性,造成蛋白质及其它成分重新分布排列,使得凝胶微观结构变得平整,从而增强复合凝胶的G’和硬度,但是作用效果较小。添加TG酶对各溶液的蛋白质溶解度无显著影响,对SPI的表面疏水性也无影响,但可降低鸡蛋蛋白质的表面疏水性从而造成复合溶液蛋白质的表面疏水性下降18%,它主要是促进蛋白质之间的交联反应,使凝胶网络结构更加明显,从而引起复合凝胶G’和硬度显著增大。当同时采用预热和TG酶两种处理方式时,可以看到两者之间存在协同作用,实验结果显示复合溶液的蛋白质溶解度较对照组上升约27%,表面疏水性仅下降9%,蛋白质之间的交联良好,复合凝胶的网络结构紧实,硬度显著被提高。除了添加TG酶会造成复合凝胶的弹性下降以外,两种处理方式无论是单用还是协同使用,对SPI凝胶、全蛋凝胶和复合凝胶的弹性和内聚性几乎都没有影响。虽然添加TG酶会导致SPI凝胶、全蛋凝胶和复合凝胶的保水性下降,但是当同时采用预热和TG酶两种处理方式时,凝胶都可以保持其原有的高保水性。最后,从鸡蛋中含有油脂成分并且包埋良好的事实中得到启示,研究油的添加量(5%-20%)及油的种类对复合凝胶性质的影响,并使用此复合凝胶包埋油溶性活性物质β-胡萝卜素,既可以进一步提高此体系的营养性和凝胶性,又可以增加此体系的应用范围。实验选用含有不同比例饱和、单/多不饱和脂肪酸的大豆油、橄榄油和鲱鱼油进行包埋。结果表明,乳液为剪切变稀,粘度的变化规律与所选用的油脂自身的粘度相关,油的添加量越多,乳液的表观粘度越大。测定包埋有不同添加量和不同种类的油的凝胶的应变扫描和频率扫描,结果显示油在此体系中属于活性填充物,包埋有油的凝胶的G’和损耗模量都随着油添加量的增多而增大,同时,在添加10%和15%油含量的凝胶之间有明显的提升,说明10%油含量可能是此体系性质的一个关键点。质构结果也说明包埋油后的凝胶体系在硬度和咀嚼性上会有进一步提高,如果添加量控制在合适的范围内,体系依旧能保持良好的弹性和内聚性。通过重物挤压法测定水和油的损失率,结果显示此凝胶体系对油有良好的包埋效果,且硬度的提高和水损失率的降低有利于减少油损失率。激光共聚焦图片表明,大部分油是被蛋白质及其它组分包裹在内部,油的添加量和油的种类对凝胶体系的微观结构几乎无影响。TWE-SPI复合体系是良好的载体,对β-胡萝卜素的保留率最大达到97%以上。
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