汪 峰 湖北省營(yíng)養化學(xué)品生物合成工程技術(shù)研究中心

　　乳清蛋白是由干酪生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品乳清，經(jīng)過(guò)特殊工藝濃縮精制而得的一類(lèi)蛋白質(zhì)。近年來(lái)，越來(lái)越多的奶粉企業(yè)使用乳清蛋白作為原料。它不僅純天然、無(wú)毒無(wú)害，還提供人體所需的必須蛋白質(zhì)，而且乳清蛋白有一股淡淡的乳香味以及很強的乳化性。乳清蛋白能夠很好地分布在不飽和脂肪酸表面，延緩不飽和脂肪酸的氧化。但由于乳清蛋白是熱敏性蛋白，熱變性后在水中溶解性明顯下降，直接影響其功能特性，使其使用范圍受到限制。由于乳清蛋白的熱穩定性對其生理活性和產(chǎn)品特性有重要影響，因此對其穩定性的研究成為奶粉生產(chǎn)過(guò)程中不可忽視的環(huán)節。

　　在配制乳化體系的過(guò)程中，乳清蛋白會(huì )吸附到油脂表面，降低油脂表面自由能，維持乳化體系的穩定。在加熱過(guò)程中乳清蛋白的結構會(huì )發(fā)生變化，在最初加熱階段，乳清蛋白開(kāi)始膨脹，隨著(zhù)加熱程度的增加，乳清蛋白分子結構打開(kāi)，此時(shí)乳清蛋白的乳化能力達到最佳。加入其他的壁材進(jìn)行剪切，待壁材完全溶解后再加入油相一起剪切10min，均質(zhì)后形成o/w型乳液。在配制乳清蛋白乳液的過(guò)程中，影響乳清蛋白乳液熱穩定性的因素有加熱條件、鹽類(lèi)(比如磷酸氫二鉀)、均質(zhì)壓力、壁材中不同的填充物等，它們都會(huì )使乳清蛋白發(fā)生變性，從而破壞整個(gè)乳清蛋白乳化體系。本文主要是研究這些因素對乳清蛋白乳化體系的影響，探討在乳液配制過(guò)程中如何通過(guò)通過(guò)控制和利用這些因素來(lái)生產(chǎn)出令人滿(mǎn)意的乳清蛋白乳化體系。

　　材料與方法

　　實(shí)驗材料

　　花生四烯酸油脂(嘉必優(yōu)生物工程(武漢)有限公司)、乳清蛋白(Hilmar)、麥芽糊精DE值為20(Cargill)、一水結晶葡萄糖(Cargill)、磷酸氫二鉀(國藥)。

　　試驗儀器

　　剪切乳化機(上海索維機電設備有限公司)、高壓均質(zhì)機(上海東華高壓均質(zhì)廠(chǎng))、馬爾文粘度計(英國馬爾文儀器公司)。

　　實(shí)驗方法

　　首先將壁材溶解于純水中，乳化機12000r/min剪切10min，加入花生四烯酸油脂繼續剪切10min后，采用高壓均質(zhì)機30MPa均質(zhì)壓力循環(huán)均質(zhì)80s，得到乳清蛋白乳液。

　　乳化液粘度的測定

　　用Bohlin Visco 88粘度計測定均質(zhì)料液粘度，得到不同溫度條件下的粘度曲線(xiàn)。

　　粘度計參數設置：轉子C30; Shear Value：600; Delay Time：5s; Integration Time：5s; Wait Time：2s; Number of Samples:30; Total test time:360s。

　　影響乳清蛋白乳液

　　熱穩定性的因素

　　加熱條件的影響

　　加熱處理溫度和時(shí)間對乳清蛋白乳化體系存在影響。乳清蛋白溶液在加熱過(guò)程中結構會(huì )發(fā)生變化，剛開(kāi)始加熱時(shí)，乳清蛋白分子結構逐漸打開(kāi)，隨著(zhù)加熱程度的提高，當溫度大于70℃以后，乳清蛋白逐步發(fā)生變性。

　　配制乳清蛋白乳液：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、25%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。剪切均勻后，將均質(zhì)配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入80℃和70℃熱水中保溫。

　　圖1可見(jiàn)，溫度越高，蛋白乳液變性越快從而使溶液粘度激增。

　　鹽類(lèi)(比如磷酸氫二鉀)的影響

　　加入鹽類(lèi)(比如磷酸氫二鉀)對乳清蛋白乳化體系產(chǎn)生影響。配制乳清蛋白乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、5%磷酸氫二鉀;配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、34%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。將上述兩配方中的物料分別稱(chēng)好，剪切均質(zhì)后配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入70℃熱水中保溫。

　　由圖2可見(jiàn)，磷酸氫二鉀對乳清蛋白乳液變性的影響很大，隨著(zhù)磷酸氫二鉀添加量的增加，乳清蛋白乳液變性的時(shí)間顯著(zhù)提前，溶液粘度明顯變大。

　　均質(zhì)壓力的影響

　　按照配方一稱(chēng)取相應的物料，剪切后，分別進(jìn)行30、35、40、45MPa循環(huán)均質(zhì)10s。

　　由圖3可見(jiàn)，隨著(zhù)均質(zhì)的增大，蛋白乳液越容易變性，粘度也激增。

　　壁材中不同填充物的影響

　　壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液存在影響。按照如下配方配制乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀;配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、31%一水結晶葡萄糖、1%磷酸氫二鉀。按照上述兩個(gè)配方稱(chēng)好物料，剪切均質(zhì)后配成乳液，放入72℃熱水中保溫。

　　由圖4可見(jiàn)，配方二的保溫效果更佳，主要原因是配方二中的一水結晶葡萄糖很容易和乳清蛋白發(fā)生美拉德反應，使疏水性基團在水——油界面發(fā)生變性，溶解于油滴中，親水的多糖部分溶于水中，從而提高了乳化穩定性。

　　結論

　　乳清蛋白變性是一個(gè)復雜的過(guò)程，影響蛋白變性的因素有很多。本文主要是研究加熱條件、鹽類(lèi)、均質(zhì)壓力、不同的填充物等因素對乳清蛋白乳化體系的影響。

　　加熱條件對乳清蛋白乳化體系的影響：剛開(kāi)始加熱時(shí)，乳清蛋白分子結構逐漸打開(kāi)，隨著(zhù)加熱程度的提高，熱處理破壞乳清蛋白分子的氫鍵，使乳清蛋白分子鏈展開(kāi)，通過(guò)二硫鍵等共價(jià)鍵促成蛋白質(zhì)聚合，形成有序的三維網(wǎng)狀結構。當溫度大于70℃，隨著(zhù)時(shí)間的遞增蛋白分子逐漸形成三維網(wǎng)狀結構，導致越來(lái)越多的乳清蛋白發(fā)生變性，且變性后的乳清蛋白不可逆，進(jìn)而破壞整個(gè)乳清蛋白體系。因此配制乳清蛋白乳液時(shí)要把整個(gè)體系控制在合理的溫度范圍內。

　　鹽類(lèi)(比如磷酸氫二鉀)對乳清蛋白乳化體系的影響：乳清蛋白在水溶液中的溶解度是由蛋白質(zhì)周?chē)H水基團與水形成水化膜的程度以及蛋白質(zhì)分子帶有電荷情況決定的。在乳清蛋白乳液中加入磷酸氫二鉀時(shí)，磷酸氫二鉀對水分子的親和力大于乳清蛋白，致使蛋白質(zhì)分子周?chē)乃訙p弱乃至消失。同時(shí)，磷酸氫二鉀進(jìn)入乳清蛋白后，由于離子強度發(fā)生改變，蛋白質(zhì)表面電荷大量被中和，更加導致乳清蛋白溶解度降低，使蛋白質(zhì)分子之間聚集而沉淀。隨著(zhù)磷酸氫二鉀加入越多，乳清蛋白變性越嚴重，乳化體系破壞越大，因此配制乳清蛋白乳液時(shí)要控制磷酸氫二鉀的添加量。

　　均質(zhì)壓力對乳清蛋白乳化體系的影響：均質(zhì)壓力主要作用于乳清蛋白分子間的二硫鍵，使均質(zhì)后的乳清蛋白分子間通過(guò)非共價(jià)鍵發(fā)生交聯(lián)，破壞蛋白質(zhì)的二維結果，導致蛋白質(zhì)變性。但是由于這種變性是可逆的，因此在配制乳清蛋白乳液時(shí)要控制合理的均質(zhì)壓力。

　　壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液的影響：在配制乳清蛋白乳液時(shí)通過(guò)加入一水葡萄糖，在加熱條件下使一水葡萄糖和乳清蛋白發(fā)生美拉德反應，從而提高乳清蛋白的溶解性。

　　通過(guò)研究以上因素對乳清蛋白變性的影響，可以幫助我們抑制和利用熱敏蛋白帶來(lái)的不利影響，建立更加合理的乳清蛋白乳化體系。