牛血漿蛋白凝膠特性研究

孟曉霞，彭增起，靳紅果，吳定晶，馮云，崔國梅

（南京農業大學食品與科技學院，江蘇 南京 210095）

牛血是屠宰后的副產品，量大且具有很高的開發利用價值。牛血約為活體重的8%，分離后得到的血漿中蛋白質含量為6%～8%[1]，是寶貴的蛋白質資源。血漿蛋白具有良好的凝膠特性、乳化性和發泡性，將其添加到肉制品中，尤其是灌腸類肉制品，不僅可以提高其得率、持水力，還能夠改善其質構，提高其質量和營養價值[2]，添加到蛋糕中，可以代替部分雞蛋蛋白且具有良好的感官品質[3-4]。

我國對于動物血液在食品中的利用還比較少，只有少部分豬血作為食用，加工成傳統血豆腐、血腸等，另有極少部分加工為飼用血粉用。對于血漿蛋白粉的開發利用，主要用于飼料，用于食品中較少，而且大多采用的是豬血，很少使用牛血。與中國不同，歐洲最早加工動物血液產品僅用于食品原料，后來才用于動物飼料。Satterlee[5]等研究了牛血漿蛋白在肉制品中的應用。Caldironi和Ockerman[6］將牛血漿蛋白加入香腸中，發現其與肉具有相似的乳化性，可代替部分原料肉，且具有良好的風味。Caldironi[7]等在香腸中添加5%的牛血漿蛋白和10%的牛肉，加工出的產品具有良好的感官品質。此外，在餅干等食品工業中，血漿可代替蛋白，作為粘合及凝膠產品的原料。國內外對于牛血漿蛋白的加工特性研究較少，且牛血漿的加工制品血漿蛋白粉也很少有人研究。本試驗以經過噴霧干燥的牛血漿蛋白粉為對象，主要研究不同加工條件如加熱溫度、離子強度、pH對牛血漿蛋白凝膠特性的影響，為其在食品工業中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

牛血：購自麒麟門宰牛場。新鮮的牛血裝在潔凈的容器中，加入20%的抗凝劑檸檬酸鈉使最終濃度達1.0%，攪拌均勻，4℃冷藏20 h，用雙層紗布過濾，3000r/min離心20min，收集上層為血漿，放入4℃的冷庫中靜置數小時備用，然后經過噴霧干燥（190℃/90℃）得到牛血漿蛋白粉（蛋白質含量80%），備用。化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與試劑

Beckman AvantiJ-E高速離心機：美國Beckman Coulter公司；質構儀TA-XT2i：英國Stable Micro Systes公司；HH-42水浴鍋：常州國華電器有限公司；pH 211 HANNA臺式酸度計：葡萄牙HANNA公司；T25 digital ULTRA-TURRAX高剪切分散乳化機：德國IKA公司；EC200電導率儀：德國Lovibond；MUL-9000 H20純水機：昆山總馨機械有限公司；SANYO制冰機（SIM-F124）：日本三洋公司；SD-Basic噴霧干燥器：英國Labplant。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 凝膠制備方法

將牛血漿蛋白粉溶于水中，放入水浴鍋中以1℃/min的速率從25℃開始加熱到85℃，保溫20 min后冷卻至室溫，然后在4℃冷藏12 h，測其凝膠強度、保水性、蒸煮損失。

1.3.2 凝膠強度測定

在4℃下用質構分析儀測定凝膠強度。將凝膠切成高20 mm的小圓柱體，將樣品的中心置于質構儀探頭的正下方樣品臺上，選用的是球形探頭P/0.5s，進行一次壓縮，壓縮形變為50%。測試過程中最大力即為破斷強度，對應的壓縮距離為凹陷深度，凝膠強度等于破斷強度與凹陷深度的乘積，單位（g·mm）。測定條件如下：測前速度：2.0 mm/s；測試速度：1.0 mm/s；測后速度：1.0 mm/s；壓縮百分比：50%；觸發力：1.0 g；觸發類型：auto；數據獲取速率：200 pps；停留時間：5 s。測試完成后，用儀器自帶軟件Texture Expert Exceed 2.64a內部宏TPA.MAC對測試結果進行處理，得到凝膠強度，用（g·mm）表示。

1.3.3 凝膠煮制損失測試

稱量蒸煮前燒杯和牛血漿蛋白的總重量W1（g），煮制后除去水分稱總重W2（g），牛血漿蛋白的煮制損失按下式計算：

煮制損失/%=（W1-W2）/（W1-W）×100

式中：W為燒杯重，每個處理有3組平行樣品，求平均值。

1.3.4 凝膠保水性測定（WHC）

參照E.Allen Foegeding[8]的方法。

將制備好的凝膠置于離心機中，5000 g/min離心10 min后，稱總重，去除離心出的水分，再稱重，按照下式計算凝膠保水性。

WHC/%＝（W3-W0）/（W4-W0）×100

式中：W3為離心管和離心除水后凝膠的總重量；W4為離心前離心管和凝膠重；W0為離心管重。每個處理3組平行樣品，求平均值。

1.3.5 統計分析

所有數據均采用SAS 8.01（Statistics Analysis System，SAS，SAS Institute Inc，Cary，NC，USA，2000）進行方差分析，如果方差分析效應顯著，使用Ducan's Multiple-rang test進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同蛋白濃度對凝膠特性的影響

表1為不同蛋白濃度的血漿蛋白溶液以1℃/min的速率從25℃開始加熱到85℃，保溫20 min后形成的凝膠的特性。

表1 不同蛋白濃度對牛血漿蛋白凝膠特性的影響（n=3）Table 1 Effect of different protein concentration on the gel properties of bovine plasma proteins（n=3）

由表1可知，當血漿蛋白濃度為3.2%時，加熱后蛋白變性，但沒有凝膠形成。當濃度提高到4.0%時有微弱的凝膠形成，此時凝膠很弱，無法測定其蒸煮損失和保水性。而當濃度為4.8%時能夠較好的形成凝膠，凝膠強度顯著增大。當蛋白濃度為5.6%時，凝膠強度繼續上升，且保水性增強，蒸煮損失下降（P<0.05）。試驗結果表明血漿蛋白形成凝膠的強度隨蛋白濃度的增加而增大，這是由于蛋白質的濃度增大，分子間的接觸幾率增大，容易產生蛋白質分子間的吸引力和凝膠作用[9]。牛血漿蛋白形成凝膠的最低濃度為4.0%。

2.2 不同加熱溫度對凝膠特性的影響

表2為濃度4.8%的血漿蛋白溶液以1℃/min的速率從25℃開始加熱到不同的終點溫度，保溫20 min后形成的凝膠的特性。

表2 不同加熱溫度對牛血漿蛋白凝膠特性的影響（n=3）Table 2 Effect of different heating temperature on the gel properties of bovine plasma proteins（n=3）

由表2可知，當加熱到70℃時，此時不能形成凝膠，繼續升高溫度凝膠開始形成，溫度越高凝膠強度越大，加熱到80℃時就能夠很好的形成凝膠（P<0.05），到85℃時凝膠強度進一步加大，并且與前幾組處理差異顯著（P<0.05），而溫度升到90℃時的凝膠強度與85℃的處理差異不顯著（P＞0.05），可見溫度升高到85℃后凝膠特性趨于穩定。在70℃時因為不能形成凝膠，因而也無法測定蒸煮損失和保水性，而75、85、90℃處理組的凝膠蒸煮損失都較小，差異不顯著（P>0.05），同時在80℃處理組得到的凝膠蒸煮損失稍大，差異顯著（P<0.05），保水性也相對較差（P<0.05）。可以看出，隨著溫度的上升，蒸煮損失呈先上升后下降的趨勢，而保水性則是呈現先下降后上升的趨勢。但是，總的來說，當溫度85℃，凝膠強度較大，凝膠光滑有彈性，并且保水性較好，蒸煮損失也較小。溫度為90℃時，蛋白質嚴重變性，凝膠變硬，不利于生產。

2.3 不同離子強度對凝膠特性的影響

圖1和圖2為在血漿蛋白濃度4.8%條件下，不同離子強度的血漿蛋白溶液（pH=9.5），以1℃/min的速率從25℃開始加熱到85℃，保溫20 min后形成的凝膠的特性。

圖1 不同離子強度對牛血漿蛋白凝膠強度的影響Fig.1 Effect of different ionic strength on gel strength of bovine plasma proteins

由圖1可見，血漿蛋白凝膠強度隨離子強度的變化是先升高后降低，當離子強度為0.3 mol/L時，血漿蛋白凝膠強度最好（P<0.05）。低濃度的NaCl能夠得到較好的凝膠強度,這可能是由于“鹽溶”作用促進牛血漿蛋白的溶解,使得相鄰的蛋白質分子之間產生有效的連接,形成凝膠所必須的網絡結構。

圖2 不同離子強度對牛血漿蛋白凝膠蒸煮損失和保水性的影響Fig.2 Effect of different ionic strength on cooking loss and water holding capacity of bovine plasma proteins

由圖2可見，血漿蛋白凝膠的保水性隨離子強度的變化是先升高后降低。當NaCl濃度由0.1 mol/L提高到0.3 mol/L，血漿蛋白在加熱過程中的煮制損失顯著降低（P<0.05），而保水性、凝膠強度顯著增大（P<0.05）。當離子強度為0.3 mol/L時，血漿蛋白保水性最好，而蒸煮損失最低（P<0.05）。

2.4 不同pH對凝膠特性的影響

圖3和圖4為在血漿蛋白濃度4.8%條件下，不同pH的血漿蛋白溶液（不添加NaCl）以1℃/min的速率從25℃開始加熱到85℃，保溫20 min后形成的凝膠的特性。

圖3 不同pH對牛血漿蛋白凝膠強度的影響Fig.3 Effect of different pH on gel strength of bovine plasma proteins

由圖3可見，血漿蛋白凝膠強度隨pH的升高而增大，當pH為9.0時，血漿蛋白凝膠強度最大（P<0.05）。

圖4 不同pH對牛血漿蛋白蒸煮損失和保水性的影響Fig.4 Effect of different pH on cooking loss and water holding capacity of bovine plasma proteins

由圖4可見，血漿蛋白凝膠保水性隨pH的升高而增大，而蒸煮損失隨pH的升高而減小，當pH為9.0時，血漿蛋白保水性最好為97.38%（P<0.05）。結果表明，當血漿蛋白濃度為4.8%時，在不添加NaCl的情況下，pH為9.0時，牛血漿蛋白質凝膠煮制損失最低，保水性、凝膠強度最大，可以達到理想的工藝效果。pH對熱誘導凝膠形成的影響是通過對極性和非極性殘基的平衡的影響而產生的[10]。

2.5 離子強度和pH對牛血漿蛋白凝膠特性的影響

表3為兩因素三水平的析因試驗。在血漿蛋白濃度4.8%的條件下，以1℃/min的速率從25℃開始加熱到85℃，保溫20 min后形成的凝膠的特性。

表3 離子強度和pH對牛血漿蛋白凝膠特性的影響（n=3）Table 3 Effect of ionic strength and pH on gel properties of bovine plasma proteins（n=3）

由表3可知，NaCl濃度和pH對于牛血漿蛋白加熱過程中的煮制損失、保水性和凝膠強度均有顯著的互作效應（P＜0.01）。當pH在堿性范圍內（7.0～9.0）時，NaCl對血漿蛋白凝膠的煮制損失影響不顯著（P＞0.05），pH對于血漿蛋白的凝膠強度、蒸煮損失和保水性影響極顯著（P＜0.01）。在本試驗條件下，添加 0.5 mol/L NaCl，pH為9.0的處理組，血漿蛋白凝膠強度大，保水性好，而蒸煮損失小。

3 結論

牛血漿蛋白從25℃開始線性升溫，最終溫度為85℃保溫20 min可以形成良好的凝膠，且形成凝膠的最低蛋白濃度為4.0%。離子強度（NaCl）和pH對于血漿蛋白的凝膠強度、保水性、蒸煮損失有顯著的互作效應（P＜0.01）。在本試驗條件下，當血漿蛋白濃度為4.8%時，添加0.5 mol/L NaCl，pH為9.0的處理組，血漿蛋白凝膠強度大，保水性好，而蒸煮損失小。

[1]吳潤培.牛的綜合利用[M].北京:中國農業科技出版社,1986:219-234

[2]范素琴,陳鑫炳,于功明,等.豬血血漿分離蛋白對灌腸類制品質構影響的研究[J].肉類研究,2009(1):9-11

[3]周慶禮,王紫珺,鄧郁猛.畜血漿蛋白代替雞蛋生產蛋糕[J].西部糧油科技,1997,22(1):25-35

[4]邵秀芝,寧維穎.血漿蛋白的功能特性及其在食品中的應用[J].肉類工業,2004(3):24-26

[5]Satterlee L D,Free B,Levin E.Utilization of high protein tissue powders as a binder/extender in meat emulsions[J].Journal of food science,1973,38(2):306-309

[6]Caldironi H A,Ockerman H W.Incorporation of blood proteins into sausage[J].Journal of food science,1982,47(2):405-408

[7]Caldironi H A,Ockerman H W.Bone and Plasma Protein Extracts in Sausages[J].Journal of food science,2006,47(5):1622-1625

[8]Foegeding E A.Functional Properties of turkey salt-soluble Protein[J].Journal of food science,1987,52(6):1495-1499

[9]馬永昆,劉曉庚.食品化學[M].南京:東南大學出版社,2007:157-179

[10]Adebowale K O,Lawal O S.Foaming,gelation and electrophoretic characteristics of mucuna bean(Mucuna pruriens)protein concerntrates[J].Food chemistry,2003,83(2):237-246