環境條件對果膠/酪蛋白復合物的影響

張璐璐，譚慧林，張春蘭,2*

（1.塔里木大學生命科學學院，新疆阿拉爾 843300；2.南疆特色農產品深加工兵團重點實驗室，新疆阿拉爾 843300；3.新疆阿克蘇地區食品安全檢測中心，新疆阿克蘇 843000）

蛋白質和多糖是食品中的重要組成部分，通過分子相互作用，產生化學協同和物理空間協同，形成食品的高級結構，進而決定食品的質構、穩定和感官，并顯著影響其營養和功能性[1-3]。蛋白質與多糖在一定溫度、濕度條件下發生的美拉德反應，會使食品產生特有的色香味，同時美拉德反應產物——蛋白質多糖共價復合物在制備食品級乳液體系中也發揮著特有的作用。在食品體系中，更為常見的是蛋白質與多糖的非共價相互作用，例如靜電相互作用、疏水作用等。蛋白質和多糖形成的靜電復合物、凝膠在功能性成分的保護、遞送方面，以及Pickering乳液的乳化等方面發揮巨大潛力[4-8]。帶正電的蛋白質與帶負電荷的多糖形成的靜電復合物的粒徑大小以及穩定性會受到多種因素的影響，例如蛋白質與多糖的結構、兩者在食品體系中的混合比例、總濃度、pH值及各種加工條件（如超聲、加熱、剪切等），都會對它們的相互作用產生影響。酪蛋白和果膠是食品中常用的食品添加劑，酪蛋白是牛奶、羊奶中的主要蛋白質，具有較高的營養價值，故在食品中使用廣泛。果膠一般從柑橘皮、蘋果皮、葡萄皮等植物細胞中提取，食品中主要是利用其凝膠性生產膠凍、果醬和軟糖，也可用作乳化穩定劑和增稠劑。因此本試驗選擇食品中較常用的果膠和酪蛋白為對象，研究食品體系中的pH值、濃度、混合比例以及熱處理對其相互作用的影響。對果膠、酪蛋白相互作用進行研究，將對改進食品結構、設計新型食品有重要的實際應用價值。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PHS-3C型酸度計，上海儀電科學儀器股份有限公司；

JA5003電子天平，上海箐海儀器有限公司；

HH-501恒溫水浴鍋，江蘇金怡儀器科技有限公司；

752紫外可見分光光度計，上海箐海儀器有限公司；

UM-4T系列磁力攪拌器，北京優晟聯合有限公司；

酪蛋白、果膠為阿拉丁試劑有限公司生產；

磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氫氧化鈉、鹽酸疊氮化鈉等均為國藥集團化學試劑有限公司生產。

1.2 試驗方法

1.2.1 溶液的配制

1%酪蛋白原液的配制：稱取1.0g酪蛋白倒入燒杯中加入10mL0.1mol/L的NaOH使酪蛋白溶解，加pH為7的10mmol/L磷酸鹽緩沖液至100mL，置于磁力攪拌器上用1500r/min攪拌2h，靜置過夜待用。

1%果膠原液的配制：稱取1.0g果膠溶解在pH為7磷酸鹽緩沖液100mL中,在磁力攪拌器上用1500r/min攪拌2h，靜置過夜待用。

1.2.2 pH對果膠/酪蛋白復合的影響

將1%的果膠和酪蛋白分別稀釋成0.2%，以果膠:酪蛋白 =1:1(V:V)調 pH 為 3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0，以蒸餾水為空白，在600nm下測定體系的透光率。然后在85℃恒溫水浴鍋中加熱15min，再在600nm下測定體系的透光率。

1.2.3 濃度對果膠/酪蛋白復合的影響

選擇果膠、酪蛋白的濃度分別為0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%，將兩者以1:1的比例混合，調節pH為4.0，以蒸餾水為空白，在600nm下測定體系的透光率。在85℃水浴鍋加熱15min，再在600nm測定體系的透光率。

1.2.4 果膠/酪蛋白的比例對復合的影響

選擇果膠、酪蛋白的濃度均為0.2%，將果膠:酪蛋白分別以 3:1、2:1、1:1、1:2、1:3 混合，調節 pH 為 4.0，以蒸餾水為空白，在600nm下測定體系的透光率。然后在85℃水浴鍋加熱15min，在600nm測定體系的透光率。

1.2.5 加熱溫度對果膠/酪蛋白復合的影響

選擇0.2%果膠/酪蛋白1:1混合，調pH為4.0，在溫度分別為 55℃、65℃、75℃、85℃、95℃水浴加熱 15min，再采用分光光度計，以蒸餾水為空白，在600nm測定體系的透光率。

1.2.6 測定指標與方法

根據測得的透光率按照下式計算濁度。

式中，L為比色皿內徑寬度，cm。

2 結果與分析

2.1 pH值對果膠/酪蛋白復合的影響

圖1 不同pH值對果膠/酪蛋白復合的影響Fig.1 The effect of pH on pectin/casein complex

從圖1可以看出，體系在pH3.0～4.5加熱后濁度明顯上升，這可能是因為酪蛋白的pI在4.5左右，在pH3.0～4.5時，酪蛋白帶正電，果膠帶負電，兩者發生了強烈的靜電相互作用；pH在4.5～8加熱后濁度明顯下降，此時果膠與酪蛋白以共溶的形式存在，具有較高的透明度。相比未加熱的體系，85℃加熱15min后的濁度在pH3.0～5.5范圍內均高于未加熱的，這可能是加熱使蛋白質變性，進一步加劇了酪蛋白與果膠的聚合。因此我們選擇pH在4.0進行進一步的研究。

2.2 濃度對果膠/酪蛋白復合的影響

從圖2的數據中可以看出，隨著濃度的增加，果膠/酪蛋白混合體系的濁度也在不斷上升，表明形成的聚集物也在增加。相比未加熱的體系，果膠/酪蛋白溶液加熱后均有更高的濁度。這主要是由于在較強的靜電相互作用下（pH=4.0）使得果膠與酪蛋白分子強烈結合，進行加熱后更促進果膠/酪蛋白形成微凝膠網絡結構，因此加熱過的混合體系比未加熱的濁度要高。而且實驗中還發現當濃度過大時甚至會出現果膠/酪蛋白的絮凝、沉淀現象。

圖2 不同濃度對果膠/酪蛋白復合的影響Fig.2 The effect of concentration on pectin/casein complex

2.3 果膠與酪蛋白的比例對復合的影響

圖3 不同比例的果膠/酪蛋白對其復合的影響Fig.3 The effect of ratio on pectin/casein complex

圖3顯示了不同比例的果膠/酪蛋白對其復合的影響，從圖3中可以看出，在果膠/酪蛋白的比例為1:1時，混合體系的透明度較低，濁度較高。在pH=4.0時，酪蛋白質子化后帶正電荷，果膠與酪蛋白在靜電驅動下形成復合物。聚集狀態達到最佳，聚合物也是最多的時候，所以果膠:酪蛋白=3:1和2:1時，體系的濁度較低，這可能是因為當果膠含量多時，負電荷過多，沒有足夠的酪蛋白與果膠結合，也可能過多果膠的存在，阻礙了酪蛋白與果膠的聚合；而當酪蛋白含量多時，酪蛋白帶正電，與之結合的果膠不夠，酪蛋白剩余，所以在果膠:酪蛋白=1:3時濁度也較高。

2.4 加熱溫度對果膠/酪蛋白復合的影響

熱處理是對蛋白質影響較大的處理方法[9]。影響的程度取決于熱處理的時間、溫度以及有無氧化還原性物質存在等因素。圖4（見下頁）顯示了溫度對果膠/酪蛋白復合的影響，從圖4中可以看出隨溫度的升高，果膠/酪蛋白復合物的濁度也從0.44/cm增大到0.59/cm，這可能是因為溫度越高，越接近蛋白質的變性溫度，使蛋白質從天然狀態逐漸轉變為變性狀態，蛋白質的結構發生一定的變化，產生了聚集。經過加熱后，果膠/酪蛋白復合物形成的作用力除了靜電相互作用外，可能還有氫鍵結合、共價結合等作用。

圖4 溫度對果膠/酪蛋白復合的影響Fig.4 The effect of temperature on pectin/casein complex

2.5 果膠/酪蛋白復合物表征

使用Nano-ZS粒度儀測定復合物的粒徑。首先，復合物用相應pH值的磷酸鹽緩沖液稀釋100倍后再測定粒徑，多分散性指數（Polydispersity Index，PDI），以及乳液電位（ζ-potential）。

2.5.1 pH對果膠/酪蛋白復合物電位的影響

選擇0.2%的果膠/酪蛋白1:1混合，調pH在3～8之間，在85℃恒溫水浴鍋加熱15min，再測復合物的電位，進行比較分析。

圖5顯示了果膠/酪蛋白復合物的電位，在圖中可以看出，隨著pH（3.0～8.0）的增大，果膠/酪蛋白復合物的電位從-10.2mV降低到-48.6mV。即使是在較低的pH下，復合物依然帶有負電，這說明在此條件下酪蛋白的正電荷與果膠的負電荷發生了電荷中和，酪蛋白的正電荷全部被果膠的負電荷所中和。在高pH條件下，酪蛋白與果膠都帶有負電荷，兩者之間強烈的靜電相斥作用使得酪蛋白與果膠分子以共溶的形式存在。

圖5 果膠/酪蛋白復合物的電位Fig.5 The charge of pectin/casein complex

2.5.2 pH對果膠/酪蛋白復合物粒徑、PDI的影響

選擇0.2%的果膠/酪蛋白1:1混合，調pH在3～8之間，在85℃恒溫水浴鍋加熱15min，再測復合物的粒徑以及PDI，進行比較分析。

圖6 納米粒子的粒徑以及PDIFig.6 The size and PDI of pectin/casein complex

從圖6中看出果膠/酪蛋白復合物在pH 6.0～8.0時粒徑比較大，約在450nm左右，在此條件下果膠與酪蛋白帶有相同的負電荷，兩者不能發生聚集形成小粒徑的納米凝膠。從圖中可以看出在此范圍的PDI值也較大，粒徑分布較分散；而在pH 3.0～5.5范圍內粒徑較小，均在300nm以下，其中在pH 5.0時，復合物的粒徑最小，為162nm。在pH 4.0和4.5時，復合物的粒徑約240nm，PDI分別為0.19和0.17，說明其粒徑分布較集中。

3 結論

果膠/酪蛋白在pH 3.0～5.5范圍內的濁度均高于未加熱的；隨著濃度（0.1%～0.5%）的增加，果膠/酪蛋白復合物的濁度增大，當濃度過大時會出現絮凝現象；果膠/酪蛋白為3:1和2:1時，體系的濁度較低，在果膠:酪蛋白=1:1時濁度較高；隨溫度的升高（55～95℃），果膠/酪蛋白復合物的濁度也從0.44/cm增大到0.59/cm，溫度越高，越接近蛋白質的變性溫度，使蛋白質的結構發生一定的變化，產生了聚集。

隨著pH的增大，果膠/酪蛋白復合物的電位從-10.2mV降低到-48.6mV。果膠/酪蛋白復合物在pH 6.0～8.0粒徑比較大，約在450nm左右。而在pH 3.0～5.5范圍內粒徑較小，均在300nm以下，都是單峰，其粒徑分布較集中，說明形成了納米凝膠。由此可以看出，本文通過對果膠/酪蛋白納米粒子的形成條件進行研究，從而達到對復合物濁度、粒徑精準調控的目的，也為合理控制食品體系中蛋白質與多糖的相互作用提供了依據。

參考文獻：

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