糖基化交聯(lián)酪蛋白乳液凝膠特性

宋春麗，陳佳鵬，任健

(齊齊哈爾大學(xué) 農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾，161006)

糖基化交聯(lián)酪蛋白乳液凝膠特性

宋春麗*，陳佳鵬，任健

(齊齊哈爾大學(xué) 農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾，161006)

采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化酪蛋白與殼寡糖發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)制備糖基化交聯(lián)酪蛋白。考察了由該蛋白制備的乳液凝膠性質(zhì)，表征了小變形流變性質(zhì)(凝膠點(diǎn)及彈性模量，G′)、凝膠強(qiáng)度、凝膠的持水性及容重變化。流變分析結(jié)果表明：相對(duì)于酪蛋白制備的乳液凝膠，糖基化交聯(lián)酪蛋白制備的乳液凝膠時(shí)間縮短，而且G′值增加。凝膠的質(zhì)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，凝膠強(qiáng)度顯著增加。但是凝膠的持水性和容重沒(méi)有發(fā)生顯著變化。糖基化交聯(lián)修飾對(duì)酪蛋白乳液凝膠的形成時(shí)間和質(zhì)構(gòu)影響較大。

酪蛋白；糖基化；乳液凝膠；流變性質(zhì)

蛋白質(zhì)乳液凝膠是一類(lèi)重要的食品體系，在食品、化工及其他相關(guān)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用前景。譬如，牛奶或其他的奶制品就是一類(lèi)蛋白乳液，而相關(guān)的各種酸奶制品也可認(rèn)為是一類(lèi)蛋白乳液凝膠。與蛋白質(zhì)乳液相比，蛋白乳液凝膠的穩(wěn)定性更好，而且具有良好的質(zhì)構(gòu)及感官特性，甚至可以作為一種很好的活性物質(zhì)包埋載體，此類(lèi)體系越來(lái)越受到工業(yè)界的關(guān)注，因而在食品工業(yè)中的應(yīng)用潛力更好[1]。

酪蛋白是牛乳在等電點(diǎn)(pH 4.6)條件下沉淀所得的一大類(lèi)蛋白質(zhì)的總稱(chēng)，是乳中一種特有的蛋白質(zhì)。酪蛋白良好的功能性質(zhì)以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，使其作為食品配料具有巨大的優(yōu)勢(shì)：高營(yíng)養(yǎng)、無(wú)色、具有清淡的味道、加工穩(wěn)定性、無(wú)毒以及易于分離。對(duì)酪蛋白凝膠的研究，目前大都局限于用酪蛋白分散液直接酸化制得凝膠[2]，或?qū)⒗业鞍兹橐褐苯铀峄痆3]或酶促交聯(lián)制得乳液凝膠[4]。

本研究利用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(E.C. 2.3.2.13，TGase)的催化特性[5]，將酪蛋白分子與殼寡糖發(fā)生交聯(lián)和糖基化反應(yīng)制備糖基化交聯(lián)酪蛋白，該修飾反應(yīng)改變了酪蛋白的分子特性(如相對(duì)分子質(zhì)量、糖基含量等)。以該修飾蛋白制備乳液，采用流變學(xué)的方法分析新型蛋白質(zhì)制備的乳液凝膠的性質(zhì)，表征在乳液凝膠的形成過(guò)程中凝膠點(diǎn)及模量變化，同時(shí)分析了凝膠的持水性、容重及凝膠強(qiáng)度的變化。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

酪蛋白，購(gòu)于Sigma公司；TGase，江蘇一鳴精細(xì)化工有限公司；殼寡糖(分子質(zhì)量為1 kDa)，浙江金殼生物化學(xué)有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 主要設(shè)備儀器

高壓均質(zhì)機(jī)(GYB-4型)，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠(chǎng)；高級(jí)旋轉(zhuǎn)流變儀(Kinexus pro+型)，英國(guó)馬爾文公司；質(zhì)構(gòu)分析儀(TA-XT2型)，英國(guó)Stable Micro Systems公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 糖基化交聯(lián)酪蛋白乳濁液的制備

糖基化酪蛋白及交聯(lián)酪蛋白的制備方法參見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。將一定體積的糖基化酪蛋白溶液(pH 7.0)和大豆油混合，先粗均質(zhì)1 min，然后利用高壓均質(zhì)機(jī)在40 MPa的條件下均質(zhì)3次，最終得到酪蛋白修飾產(chǎn)物乳液，該乳液蛋白質(zhì)、油濃度分別為2%和20%。酪蛋白乳液制備方法同上。

1.3.2 酸凝膠的小變形流變性質(zhì)分析

取1.3.1中一定體積的乳液，加入葡萄糖酸內(nèi)酯，加入量為0.25g/g蛋白質(zhì)，于25 ℃攪拌2 min后，用流變儀測(cè)定蛋白質(zhì)酸凝膠形成過(guò)程中的動(dòng)態(tài)流變性質(zhì)。樣品分散液緩慢傾注充滿(mǎn)流變儀配備的夾具中(PP60)，在25 ℃保溫5 min。strain值為0.1%。時(shí)間掃描(time sweep)：在線(xiàn)性黏彈區(qū)內(nèi)，測(cè)定剪切頻率為0.1～100 Hz時(shí)，樣品在0～3 h內(nèi)的彈性模量(G′)隨剪切頻率的變化。并計(jì)算損失角(tan δ，tan δ =G″/G′，G″，黏性模量)。凝膠時(shí)間定義為G′≥1 Pa時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間[7]。

1.3.3 凝膠持水性和容重的測(cè)定

取1.3.1中乳濁液充填至干燥且稱(chēng)重的同一規(guī)格離心管中，加入葡萄糖酸內(nèi)酯，加入量為0.25 g/g蛋白)，于25 ℃水浴形成凝膠。24 h后稱(chēng)量其質(zhì)量(質(zhì)量為m1)，800 r/min離心10 min，排凈水分，稱(chēng)量離心管總質(zhì)量(m2)。蛋白的持水率(WHC)由公式(1)計(jì)算：

(1)

式中：m0，空離心管的質(zhì)量，g；m1，凝膠后樣品加離心管質(zhì)量，g；m2，離心后樣品加離心管質(zhì)量，g。

取上述乳濁液充填至同一規(guī)格的容器中，加入葡萄糖酸內(nèi)酯，加入量為0.25 g/g蛋白，于25 ℃水浴形成凝膠，24 h后取出稱(chēng)量其質(zhì)量以及凝膠高度，容重(ρ)的計(jì)算公式為：

(2)

式中：m，凝膠質(zhì)量，g；d，凝膠直徑，cm；h，凝膠高度，cm。

1.3.5 凝膠強(qiáng)度分析

利用TA-XT 2型物性?xún)x測(cè)定酪蛋白乳液凝膠的強(qiáng)度，方法參照文獻(xiàn)[8]。探頭型號(hào)為p/0.5，壓縮速率為0.5 mm/s。

2 結(jié)果與討論

2.1 乳液凝膠時(shí)間和形成過(guò)程中的模量分析

利用流變學(xué)方法檢測(cè)凝膠形成過(guò)程中凝膠點(diǎn)和最終彈性模量的變化。酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的乳液在凝膠形成過(guò)程中的一系列變化如圖1所示。

圖1 酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的乳液酸化過(guò)程的時(shí)間掃描曲線(xiàn)Fig.1 Monitored changes in storage modulus (G′) and tan δ of the emulsions stabilized by casein and its modified products

在時(shí)間掃描測(cè)試的前期，酸化的3種酪蛋白乳液的彈性模量(G′)幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，G′均明顯增加。依據(jù)G′≥1 Pa對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)為凝膠點(diǎn)這一理論[7]，則糖基化交聯(lián)酪蛋白乳液的凝膠時(shí)間最短，其次是酪蛋白，最后是交聯(lián)酪蛋白。可見(jiàn)，糖基的導(dǎo)入會(huì)很大程度上縮短凝膠時(shí)間。酪蛋白、交聯(lián)酪蛋白與糖基化交聯(lián)酪蛋白乳濁液所形成的凝膠，在測(cè)試終點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的最終G′分別為737、881和819 Pa。可見(jiàn)，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化酪蛋白分子發(fā)生了交聯(lián)，形成高分子聚合物，有利于增加凝膠的彈性模量。較高的彈性模量(G′)表明，酪蛋白修飾產(chǎn)物具有黏彈性物質(zhì)類(lèi)固體的性質(zhì)。此外，tanδ能夠表征凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生重排的可能性[7]，從圖1可以看出，糖基化交聯(lián)酪蛋白制備的乳液凝膠具有最低的損失角(tanδ)，損失角(tanδ)越小，表明蛋白質(zhì)所形成的凝膠體系中彈性成分所占的比例越大，其體系表現(xiàn)出固體的特征。tanδ的差異進(jìn)一步表明，糖基化交聯(lián)修飾反應(yīng)引起酪蛋白分子的一些化學(xué)鍵發(fā)生了改變，進(jìn)而影響了乳液凝膠的流變特性。

2.2 乳液凝膠強(qiáng)度分析

利用δ-葡萄糖酸內(nèi)酯對(duì)酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的乳液進(jìn)行酸化制備乳液凝膠。采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定所制乳液凝膠的凝膠強(qiáng)度，測(cè)定結(jié)果如表1所示。

表1 酪蛋白及其修飾產(chǎn)物的酸誘導(dǎo)乳液凝膠的凝膠強(qiáng)度

從表1可以看出，與酪蛋白乳液凝膠相比，其修飾產(chǎn)物所制凝膠強(qiáng)度增加，而且糖基化交聯(lián)酪蛋白乳液凝膠的強(qiáng)度最大。結(jié)果表明，共價(jià)交聯(lián)作用有利于增加乳液凝膠的強(qiáng)度，同時(shí)糖基的導(dǎo)入具有協(xié)同作用。這與相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道一致[9]。

2.3 乳液凝膠持水性及容重變化

酪蛋白及其修飾產(chǎn)物酸誘導(dǎo)的乳液凝膠的持水性及容重測(cè)定結(jié)果如圖2所示。

圖2 酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的酸誘導(dǎo)乳液凝膠的持水能力及容重變化Fig.2 Water holding capacity and bulk density of acid-induced emulsion gels stabilized by casein and its modified products

從圖2可以看出，與酪蛋白乳液凝膠相比，其修飾產(chǎn)物的乳液凝膠的持水性并沒(méi)有發(fā)生顯著的變化，均在99.5 g(水)/100 g(凝膠)以上。可見(jiàn)，在低離心力(800 r/min)的情況下，酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的乳液凝膠都具有較好的持水能力。這表明凝膠結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，不易被壞破，凝膠束縛的水分在低離心力下不會(huì)游離出來(lái)。此外，從容重的分析數(shù)據(jù)可以看出，酪蛋白及其修飾產(chǎn)物制備的乳液凝膠的容重沒(méi)有顯著差異，均在1.0左右。持水和容重?cái)?shù)據(jù)表明，3種酪蛋白乳液凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較致密，而且凝膠網(wǎng)絡(luò)的粒子空間大小沒(méi)有顯著差異。

3 結(jié)論

轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶催化酪蛋白和殼寡糖發(fā)生的糖基化和交聯(lián)反應(yīng)能夠顯著地改變酪蛋白乳液穩(wěn)定的凝膠性質(zhì)。該反應(yīng)導(dǎo)致乳液的均一性下降；同時(shí)該反應(yīng)顯著地縮短了凝膠時(shí)間、增強(qiáng)了凝膠強(qiáng)度，但是對(duì)凝膠的持水性和容重影響較小。

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Properties of emulsion gel stabilized by transglutaminase-induced glycosylated and cross-linked casein

SONG Chun-li*， CHEN Jia-peng， REN Jian

(Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

A glycosylated and cross-linked casein was obtained by transglutaminase (EC 2.3.2.13) in presence of oligochitosan. The emulsion gel stabilized by the modified caseins were investigated including rheological analysis, gel strength, bulk density and water holding capacity of the gel. Based on the mechanical spectra of the acid-induced gels, the emulsion stabilized by the modified casein showed shorter gelation time, enhanced gel strength than that of the casein. At the same time, there are no significant difference in bulk density and water holding capacity of the emulsion gels between casein and the modified product. This study demonstrated transglutaminase-induced modification showed significant impact on gelation time and texture of emulsion gel stabilized by the casein.

casein; glycosylation; emulsion gels; rheological properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612013

博士，副教授(本文通訊作者，E-mail：songchunlilily@sina.com)。

黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(B201421)

2016-04-08，改回日期：2016-05-20