不同品種花生蛋白流變特性的研究

芮 闖 侯彩云 蘇 楊 劉 瑩 安 瑜

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

不同品種花生蛋白流變特性的研究

芮 闖 侯彩云 蘇 楊 劉 瑩 安 瑜

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

對 8種花生蛋白的流變特性進(jìn)行了探討。靜態(tài)流變特性測定結(jié)果表明,8種花生蛋白的流變模型為冪率模型,均為非牛頓流體。在同樣的流動方式下,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他幾種變化無明顯差別。動態(tài)流變特性測定結(jié)果表明,隨著溫度的升高,不同品種花生蛋白的貯藏模量、損失模量以及損失系數(shù)均呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。其中,忠毅 9616品種蛋白的貯藏模量最大,紅珍珠次之,花育 16最小;紅珍珠、奇山 208、的損失模量高于其他幾種,花育 16最低;忠毅 9616的損失系數(shù)最小,奇山 208最大。

花生蛋白 流變特性 模量

流變學(xué)是研究物質(zhì)在力作用下變性的科學(xué),主要研究和處理表觀上連貫的黏性物質(zhì)的變形問題,同時也研究和處理生產(chǎn)工藝過程中,物質(zhì)的流動和物理性質(zhì)變化的問題。流變性可以簡單的理解為,物質(zhì)在力學(xué)作用下發(fā)生形變,在流動過程中表現(xiàn)出來的性質(zhì)[1]。

花生蛋白質(zhì)是各種氨基酸由肽鍵相連而成的大分子有機物。作為一種食品原料,在食品工業(yè)、糧油工業(yè)中有著廣泛的用途。由于食品物料的流變特性與食品質(zhì)地的穩(wěn)定性和加工工藝設(shè)計等有重要關(guān)系[2]。因此通過對花生蛋白流變特性的研究,可以了解其蛋白的組分、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子形態(tài)等,能為產(chǎn)品配方、加工工藝、設(shè)備選型以及質(zhì)量檢測等提供科學(xué)的理論依據(jù)[3]。

采用流變儀測定不同品種的花生蛋白質(zhì)的表觀黏度和動態(tài)流變特性,研究剪切速率、蛋白質(zhì)濃度、溫度等因素對流變性能影響,得出不同花生品種與其流變特性之間的相關(guān)關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 原料與儀器

采用水酶法提取得到的品種分別為忠毅 22、忠毅 9616、白沙、豐花 5號、花育 16號、奇山 208、紅珍珠和河北黑花生等 8種的花生蛋白粉,其蛋白質(zhì)含量均不低于65%。

HZS-H恒溫水浴振蕩器:哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司;AR2000ex流變儀:英國 TA儀器設(shè)備有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 花生蛋白粉的制備

花生仁烘干,脫紅衣后粉碎,稱取一定量的花生粉,置于燒杯中,按固液比 1∶6加蒸餾水浸泡,超聲波處理 20 min,調(diào)至pH 8.5,65℃下水浴振蕩1 h,加入 4%酶活力為 2.4 AU/L的 Alcalase堿性蛋白酶,攪拌提取 2 h,溶液在 10 000 r/min條件下離心5 min,取上清液,調(diào)至 pH 4.0,10 000 r/min條件下再離心 5 min,取沉淀冷凍干燥后即得花生蛋白粉。

1.2.2 試驗樣品的制備

流變特性測量樣品的制備:準(zhǔn)確稱量 2 g不同品種的花生分離蛋白粉置于 50 mL燒杯中,加入 18 mL的蒸餾水,將燒杯放在恒溫震蕩器上,常溫下以500 r/min攪拌 30 min,使其混合均勻,備用。

1.2.3 靜態(tài)流變特性的測定

因花生分離蛋白液的黏度相對較低,因此采用AR2000ex流變儀的同心圓筒裝置進(jìn)行靜態(tài)流變特性的測定。將待測樣品傾倒于同心圓筒中,驅(qū)動圓錐形觸頭緩慢下降,直至進(jìn)入到設(shè)定距離。按照設(shè)定的程序,即溫度 25℃、剪切速率在 0～1 000 s-1范圍內(nèi)進(jìn)行流變試驗,數(shù)據(jù)采集與記錄由計算機自動完成。

1.2.4 動態(tài)流變特性的測定

采用 AR2000ex流變儀的平板式裝置對樣品進(jìn)行流變測定。首先,用取樣器取適量樣品,均勻涂于平板的下表面,驅(qū)動平板上表面緩慢下降,當(dāng)兩平板間距為 10 mm時,停止手動操作,進(jìn)行機器自動調(diào)節(jié)間距。待平板與樣品完全接觸后,除去多余的樣品,然后在試樣周圍涂抹一層硅油,以防止樣品在升溫過程中水分的蒸發(fā)。啟動流變儀,以固定的頻率施加恒定的力,溫度以 5℃/min的速率從 30℃升高到90℃,測定模量隨溫度升高的變化情況,數(shù)據(jù)采集與記錄由計算機自動完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 靜態(tài)流變特性的測定結(jié)果與分析

2.1.1 靜態(tài)測定花生蛋白液剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系

對 8種花生蛋白分離液進(jìn)行靜態(tài)流變特性的測定,尋求各品種之間的差異性,得到試驗結(jié)果如圖 1所示。

圖 1 8種花生蛋白液剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系

由圖 1可見,8種花生蛋白液在流動過程中需要的剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增加而增加,且各品種間的差異性較小,其中忠毅 9616剪切應(yīng)力隨剪切速率變化而增加的速率最大,紅珍珠則相對最小。亦即該 8種花生蛋白液中,忠毅 9616的靜態(tài)黏度最大,而紅珍珠黏度最小。

根據(jù)圖 1中試驗數(shù)據(jù)點的分布情況,對數(shù)據(jù)點進(jìn)行回歸擬和分析。結(jié)果表明,可以用冪率方程ζ= Kεn(式中:ζ為剪切應(yīng)力/Pa;K為黏度系數(shù) /Pa·Sn; n為流變特性指數(shù);ε剪切速率/1/s。)進(jìn)行表示[4],復(fù)相關(guān)系數(shù)都在 0.99以上。流變特性指數(shù) n<1,根據(jù)流體力學(xué)中假塑性流體的定義,可以得出在該條件下,8種花生蛋白液為非牛頓流體。

2.1.2 靜態(tài)測定花生蛋白液黏度與剪切速率的關(guān)系

液體受外力作用移動時,分子間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力的量度稱為黏度,各種液體都具有阻礙流動的特性。花生蛋白液的黏性只有在流動過程中才能表現(xiàn)出來,其大小用黏度度量[5]。圖 2為 8種花生蛋白液黏度與剪切速率的關(guān)系曲線。

圖 2 8種花生蛋白液黏度與剪切速率的關(guān)系

由圖 2可見,在初始剪切速率增加的很小范圍內(nèi),花生蛋白液黏度迅速下降。隨著剪切速率的不斷增大,蛋白液黏度緩慢下降,在剪切速率為 0.4～1.0 s-1區(qū)間內(nèi),黏度變化趨于平緩,而在 1～1 000 s-1范圍內(nèi)黏度基本無變化,為能夠直觀的體現(xiàn)出黏度與剪切速率的變化關(guān)系,僅選取剪切速率為0～1 s-1范圍作圖。即隨著剪切速率的增加,蛋白液的黏度下降并趨于恒定。原因是蛋白液中存在著蛋白分子之間的相互作用以及分子水合球之間的相互作用,因此初始過程中,液體黏度較大。隨著外界施加剪切力,分子間的作用力與水合結(jié)構(gòu)遭到破壞,從而黏度呈現(xiàn)下降趨勢[6]。隨著剪切不斷加強,液體逐漸趨于一個均勻穩(wěn)定的體系,黏度變化趨于平穩(wěn)。在同樣的流動方式下,8種花生蛋白液中,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他幾種變化無明顯差別。

2.2 動態(tài)流變特性的測定結(jié)果與分析

在實際運用過程中,由于加工條件 (如壓力、溫度等)的變化,花生蛋白液處于動態(tài)變化中,因此有必要考察花生蛋白在動態(tài)變化過程中的相關(guān)特性。

貯藏模量 (G′)、損失模量 (G″)和損失系數(shù)(tanδ)是動態(tài)流變特性測定過程中三個重要參數(shù),貯藏模量(G′)表示的是物質(zhì)受到力的作用時,阻礙物質(zhì)流動的特性;損失模量 (G″)表示的是物質(zhì)受到外力作用時的變形程度;損失系數(shù)(tanδ)則表示損失模量與貯藏模量的比值,能夠直觀的反映出兩者之間的關(guān)系[7]。本文主要考察貯藏模量 (G′)、損失模量(G″)和損失系數(shù)(tanδ)隨溫度升高的變化規(guī)律。

2.2.1 花生蛋白貯藏模量與溫度的關(guān)系

選取 8種花生蛋白,對其貯藏模量 (G′)隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行考察,結(jié)果如圖 3所示。

圖 3 8種花生蛋白貯藏模量(G′)與溫度的關(guān)系

由圖 3可見,除忠毅 9616品種的花生蛋白之外,其他 7種花生蛋白貯藏模量(G′)隨著溫度的升高而呈現(xiàn)遞增趨勢,這表明隨著溫度的升高,蛋白開始逐漸由“溶膠狀態(tài)”向“凝膠狀態(tài)”轉(zhuǎn)變,形成凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[8],具有較強的黏彈性。而忠毅 9616品種的花生,其蛋白質(zhì)的貯藏模量隨著溫度的升高呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢,由于蛋白液體系中含有較多的水分,升溫初始階段,被截留的水被釋放出來,從而使得體系的貯藏模量小幅降低。隨著溫度的升高,呈現(xiàn)出與其他品種共同的趨勢。比較試驗結(jié)果,可以得出,8種花生蛋白中,忠毅 9616的貯藏模量最大,紅珍珠次之,花育 16最小。

2.2.2 花生蛋白損失模量與溫度的關(guān)系

對 8種花生蛋白損失模量(G″)隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行研究,得如圖 4所示結(jié)果。

圖 4 8種花生蛋白損失模量(G″)與溫度的關(guān)系

由圖 4可見,在溫度由 30℃升至 70℃的過程中,除忠毅9616品種的花生蛋白之外,其余7種蛋白的損失模量(G″)的變化基本趨于平穩(wěn)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高,損失模量不斷遞增。忠毅 9616蛋白隨著溫度的不斷增加,損失模量呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。溫度超過 70℃時,花生蛋白 G″均呈遞增趨勢,即該溫度條件下,花生蛋白發(fā)生變性。從總體上看,品種紅珍珠、奇山 208、忠毅 9616的 G″高于其他幾種,花育16最低。

2.2.3 花生蛋白損失系數(shù)與溫度的關(guān)系

損失系數(shù)(tanδ)是損失模量與貯藏模量的比值,能夠直觀的反映出兩者之間的關(guān)系。對損失系數(shù)隨溫度變化關(guān)系進(jìn)行分析,可以更進(jìn)一步得出不同品種花生蛋白動態(tài)流變特性之間的差異。分析結(jié)果如圖5所示。

圖 5 8種花生蛋白損失系數(shù)與溫度的關(guān)系

由圖 5中損失系數(shù)的變化情況可以看出,隨著溫度的升高,奇山 208、豐花 5號與忠毅 9616三個品種的蛋白損失系數(shù)在初始階段變化平穩(wěn),隨后呈現(xiàn)快速下降的趨勢,當(dāng)溫度升超過 70℃,又趨于平穩(wěn)。其他幾種蛋白的損失系數(shù)隨溫度變化均呈快速下降的特點。損失系數(shù)呈大幅度下降趨勢,說明蛋白體系中產(chǎn)生了大量彈性成分,整個體系發(fā)生相變。由損失系數(shù)的變化趨勢可以看出,8種花生蛋白質(zhì),以忠毅 9616的損失系數(shù)為最小,奇山 208為最大。

3 結(jié)論

3.1 靜態(tài)流變特性測定結(jié)果表明,8種花生蛋白的流變模型為冪率模型,均為非牛頓流體。在同樣的流動方式下,8種花生蛋白液中,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他幾種變化無明顯差別。

3.2 動態(tài)流變特性測定結(jié)果表明,隨著溫度的升高,不同品種的花生蛋白的貯藏模量、損失模量以及損失系數(shù)均呈現(xiàn)出不同的變化趨勢。其中,忠毅9616品種蛋白的貯藏模量最大,紅珍珠次之,花育 16最小;紅珍珠、奇山 208、的損失模量高于其他幾種,花育 16最低;忠毅 9616的損失系數(shù)最小,奇山 208最大。

3.3 蛋白的貯藏模量、損失模量以及損失系數(shù)在70℃前后有著明顯的變化,因此 70℃為花生蛋白的變性溫度。

[1]陳克復(fù),盧曉江,金醇哲,等.食品流變學(xué)及其測量[M].北京:輕工業(yè)出版社,1989:1-4

[2]陳坤杰.蜂乳的流變特性研究[J].農(nóng)業(yè)機械報,2000,31 (4):64-66

[3]周宇英,唐偉強.食品流變特性的研究進(jìn)展[J].糧油加工與食品機械,2001,(8):7-9

[4]Macritchie F.Physicochemical properties of wheat protein in relatin to functionality[J].Adv.Protein Chem,36:82-89

[5]金日光.高聚物流變學(xué)及其在加工中的應(yīng)用 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1986:31-42

[6]Fennema O.R.著.食品化學(xué)[M].王璋,許時嬰,江波,等譯.第三版.北京:中國輕工業(yè)出版社,2003:322-328

[7]杜先鋒,許時嬰,王璋.淀粉凝膠力學(xué)性能的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2001,17(2):16-19

[8]PhillipsL G,Whitehead J.Structure function properties of food proteins[M].Academic PressNew York,1991:104-136.

Rheological Properties of Peanut Protein for DifferentVarieties

Rui Chuang Hou Caiyun Su Yang Liu Ying An Yu
(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agriculture University,Beijing 100083)

The rheological behavior of peanut protein for eight varieties is discussed;The static and dynamic rheological propertieswere investigated.Results:The rheologicalmodels of peanut protein for the eight varieties are of power-law model and are all non-Newtonian fluid.At the same flow,the largest viscosity is for variety Zhongyi 9616,next Huayu 16,and no significant difference for other varieties.W ith increasing temperature,peanut protein dis2 plays different trend for different variety in storage modulus,loss modulus and loss coefficient.Regarding to storage modulus,Zhongyi 9616 protein displays the largest,Red Pearl next,Huayu 16 minimum;regarding to loss modulus, Red Pearl and Qishan 208 display higher value than others,Huayu 16 minimum;Zhongyi 9616 displays the smallest loss coefficient,and Qishan 208 the largest.

peanut protein,rheological properties,modulus

TS213 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)03-0069-04

國家科技支撐計劃(2006BAD05A06)

2009-03-27

芮闖,男,1984年出生,碩士,農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程

侯彩云,女,1963年出生,教授,博士生導(dǎo)師,谷物加工