基于界面特性解析蛋清蛋白体系泡沫性质及其调控机理研究

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鸡蛋蛋清蛋白(EWP)具有良好的起泡性能,在冰淇淋、慕斯及烘焙制品等充气食品体系中具有广泛应用。在蛋品加工过程中,包括鸡蛋新鲜度、pH值、发泡时间、发泡方式及蛋黄残留量等多种因素均可造成蛋清蛋白体系的发泡性质不同程度的改变。但是实际生产中,由于鸡蛋品质差、蛋壳易破碎、人工操作失误等多种原因,打蛋和分蛋操作不可避免会造成蛋清液有蛋黄残留的现象发生,且现有的分离技术并无法保证蛋清和蛋黄完全分离,因此,会引起蛋清蛋白发泡性质下降。本文以蛋清蛋白为研究对象,分析了不同理化因子对其发泡性质的影响规律,并以少量蛋黄残留后的蛋清蛋白为研究模型,模拟实际蛋液体系,通过酶法预处理提高了蛋清蛋白发泡能力,对其组分结构、改善机制进行了详细解析。同时,提出物理改性方法成功制备了蛋清蛋白微凝胶颗粒,提高了蛋清蛋白泡沫稳定性。通过对蛋清蛋白及其微凝胶颗粒在气-水界面的吸附稳定性分析,明确了发泡性质与界面性质的相关关系。本研究不仅为蛋清蛋白组分结构、界面性质及发泡性质的关联提供理论支持,也提升了蛋液加工的技术水平,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。具体研究内容与结果如下:1.本文考察了鸡蛋新鲜度、pH值及蛋黄残留量对高蛋白浓度下(12.5%)蛋清蛋白发泡特性的影响,确定了pH值和蛋黄残留量是影响蛋清蛋白发泡的关键因子。通过对不同pH值蛋清蛋白的微观结构、表观粘度及在面糊中的应用的研究,发现pH值7.0时蛋清蛋白表面粘度高,发泡性能好,容纳空气的能力最高,形成的泡沫体系气泡分布较为均匀,且此条件下的蛋清蛋白在面糊体系中应用效果最佳。而蛋黄残留对蛋清蛋白发泡特性影响结果表明,蛋黄残留量达到0.5%后,蛋清蛋白表观粘度低,蛋白间弱相互作用被破坏,发泡能力显著下降,此时的蛋清蛋白在面糊体系中应用会造成产品品质明显下降。蛋黄残留对蛋清蛋白发泡能力的破坏主要源自于蛋黄中的浆质部分,而蛋黄颗粒并不会造成蛋清蛋白发泡能力显著下降。2.基于蛋黄残留对蛋清蛋白发泡性能破坏显著且蛋黄浆质是主要作用因子的研究结果,以蛋黄残留量0.5%的蛋清蛋白为研究模型,采用脂肪酶、磷脂酶A2对蛋清蛋白发泡性质进行改善。通过对酶解时间、酶解温度、酶解pH值和酶添加量的研究,优化了最佳反应条件。研究发现,脂肪酶、磷脂酶A2在最优酶解条件下均可提高蛋清蛋白打发性,但泡沫稳定性并未增加。为了明晰酶解作用机理,对比研究了蛋黄组分(蛋黄浆质和蛋黄颗粒)酶解液对蛋清蛋白发泡性能的影响,并对酶解后的蛋黄组分结构进行表征。结果表明,脂肪酶对蛋黄结构破坏不明显,会造成蛋黄组分一定程度聚集,主要作用于蛋黄浆质;磷脂酶A2对蛋黄结构破坏程度显著,水解后的蛋黄颗粒减小,且主要作用于蛋黄颗粒。但酶解引起的蛋黄结构的变化仅提高了蛋清蛋白发泡能力,对其发泡稳定性未有显著提高。3.为提高蛋清蛋白泡沫稳定性,提出了物理改性手段。在蛋清蛋白最佳打发pH值7.0条件下,采用自上而下的方法将蛋清蛋白制备成蛋清蛋白微凝胶颗粒(EWPM)。制备好的蛋清蛋白微凝胶颗粒平均水合粒径为359 nm。研究发现,蛋黄残留0.5%对蛋清蛋白微凝胶颗粒的发泡性质并无影响。为深入解析蛋清蛋白及其微凝胶颗粒的界面吸附稳定机制,分别对蛋清蛋白和物理改性后的蛋清蛋白微凝胶颗粒发泡性质和在气-水界面的吸附稳定性进行研究。结果发现在相同蛋白浓度下,蛋清蛋白微凝胶颗粒发泡能力低于蛋清蛋白,但泡沫稳定性远远超过蛋清蛋白,且在纳微尺度下观察,蛋清蛋白微凝胶颗粒均可稳定于泡沫周边,表现出良好的皮克林稳定机制。基于此,研究了蛋清蛋白及其微凝胶颗粒泡沫稳定机制,发现微凝胶颗粒稳定的泡沫更能有效抵抗气泡的歧化与聚合。通过对蛋清蛋白和微凝胶颗粒体系界面剪切粘度的测定发现,蛋清蛋白形成的界面膜脆性强,易断裂,而蛋清蛋白微凝胶颗粒形成的界面膜韧性强,不易断裂。4.根据蛋清蛋白发泡能力高和蛋清蛋白微凝胶颗粒泡沫稳定性高的各自优点,进一步研究了蛋清蛋白和蛋清蛋白微凝胶颗粒复合体系界面性质及发泡特性。结果发现,在复合体系中,随蛋清蛋白微凝胶颗粒的浓度逐渐增加,激光共聚焦显微镜下观察到的气泡周围光圈亮度和厚度不断增加。在泡沫聚合实验中,即使复合体系中微凝胶颗粒的添加量只有30%,气泡聚合程度与纯蛋清蛋白相比也显著降低;泡沫歧化实验结果则表明仅由蛋清蛋白稳定的气泡在长时间后存留率很低,说明复合体系比单一蛋清蛋白和蛋清蛋白微凝胶颗粒体系都更能抵抗泡沫歧化现象。复合体系稳定后的泡沫在食品加工条件下的稳定性结果表明,无论稳定剂是蛋清蛋白还是微凝胶颗粒,气泡大小的增加程度均表现出冷冻(-20℃/30 min)<烘干(80℃/30 min)<微波处理(700 W/15 s),即微波处理后气泡最大。综合考虑发现,当蛋清蛋白比例大于70%时,气-水界面主要由蛋白质主导;而当蛋清蛋白比例小于50%后,气-水界面则主要由微凝胶颗粒主导。
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