□ 張久龍　高 琳　黑龍江省完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司

鹽誘導(dǎo)乳清蛋白冷凝膠形成機(jī)理及應(yīng)用

□ 張久龍高 琳黑龍江省完達(dá)山乳業(yè)股份有限公司

乳清蛋白由于消化吸收率高、氨基酸組成合理等特點(diǎn)，賦予其高營養(yǎng)價值，而且由于乳清蛋白可以提供食品特殊質(zhì)地的凝膠和乳化等功能特性，使其在食品工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)凝膠的加工過程主要依靠于受熱，所以其形成的過程比較激烈，這就容易限制乳清蛋白凝膠在某些領(lǐng)域的應(yīng)用。與傳統(tǒng)凝膠方法不同的是，乳清蛋白冷凝膠，有以下兩個明顯的特點(diǎn)：形成依靠的溫度較低；加工過程不那么激烈，比較溫和。這兩方面的特點(diǎn)就彌補(bǔ)了傳統(tǒng)凝膠方法的不足，比如在熱敏性物質(zhì)和生物活性物質(zhì)等方面的應(yīng)用，憑借其理想的包埋效果等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已備受食品加工等相關(guān)領(lǐng)域的青睞。

乳清蛋白具有大的應(yīng)用空間，其形成的固有膠體性狀，拓展了其在功蛋白質(zhì)冷凝膠技術(shù)，主要得益其溫和的加工過程。此過程使其避免了激烈的受熱等加工過程，導(dǎo)致其在熱敏性物質(zhì)以及生物活性物質(zhì)等方面有了功能性食品、食品添加劑及微膠囊等領(lǐng)域的應(yīng)用，也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)微膠囊化方法所制備產(chǎn)品在液體制品中應(yīng)用的缺陷。在當(dāng)今社會，在替代脂肪和提高禽肉的黏彈性方面，乳清蛋白冷凝膠形成的顆?；蚓W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)都起到了很好的作用，其對VE、益生菌和其他生物活性物質(zhì)也有較好的包埋效果和攜帶作用。但是由于乳清蛋白冷凝膠研究起步較晚，從而限制了乳清蛋白冷凝膠的形成機(jī)理、加工方法，影響了其發(fā)展和應(yīng)用。因此，促進(jìn)乳清蛋白冷凝膠在實(shí)際工作中、生活中的應(yīng)用，需要詳盡并且系統(tǒng)的概述乳清蛋白冷凝膠的形成機(jī)理。本文為了促進(jìn)乳清蛋白冷凝膠的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用，將從乳清蛋白冷凝膠形成過程、鹽誘導(dǎo)冷凝膠形成機(jī)理以及其在微膠囊領(lǐng)域的應(yīng)用加以綜述。

乳清蛋白冷凝膠形成機(jī)理及其應(yīng)用

在20世紀(jì)80年代，人們開始研究關(guān)于乳清蛋白如何形成冷凝膠的過程機(jī)理，并于20世紀(jì)90年代后期開始有了深入的研究，并以酶、鹽或酸這3種方式誘導(dǎo)為主。與傳統(tǒng)凝膠方式不同的是，乳清蛋白冷凝膠的形成主要分為兩個階段（如圖1所示）：首先，經(jīng)過熱處理低離子強(qiáng)度并且遠(yuǎn)離等電點(diǎn)的天然乳清蛋白溶液，使蛋白質(zhì)分子形成盤卷狀，以促進(jìn)其在靜電相互作用下形成穩(wěn)定分散的蛋白質(zhì)凝聚物；其次，在一定溫度的環(huán)境下，熱變性乳清蛋白凝聚物在共價鍵、靜電作用力或疏水作用下得以最終形成。

乳清蛋白冷凝膠鹽誘導(dǎo)機(jī)理

圖1　乳清蛋白冷凝膠形成過程示意圖

在鹽慢慢影響并且引導(dǎo)乳清蛋白變?yōu)槔淠z質(zhì)地的過程中，蛋白質(zhì)通過熱誘導(dǎo)的作用，使蛋白質(zhì)分子中一種叫做疏水基團(tuán)的物質(zhì)呈現(xiàn)在外，在靜電排斥力的作用下，蛋白質(zhì)凝聚物逐漸形成，慢慢地形成穩(wěn)定的分散體系。蛋白質(zhì)凝聚物最終形成凝膠的質(zhì)地，是通過鹽離子屏蔽電子或者特殊離子的疏水相互作用。而鈣離子除了上述引導(dǎo)蛋白質(zhì)變質(zhì)的作用外，另外主要還起到基團(tuán)作用，就是蛋白質(zhì)凝聚物所帶的負(fù)離子。Marangoni等對這兩種鹽誘導(dǎo)凝膠形成的過程和過程中的一些現(xiàn)象產(chǎn)生的區(qū)別進(jìn)行研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在NaCl引導(dǎo)變性乳清蛋白形成凝膠的過程中，變性乳清蛋白開始同時形成體積較小的凝聚物和體積較大的凝聚物，與之不同的是，在CaCl2的影響下，開始逐漸的引導(dǎo)乳清蛋白變成凝膠質(zhì)地的過程中，變性乳清蛋白中所聚集的較小的蛋白凝聚物形成速度就開始逐漸變得較為緩慢，而較大的凝聚物形成的速度是很快的，所以，可以推測出NaCl誘導(dǎo)凝膠形成的過程是單獨(dú)的，而CaCl2誘導(dǎo)凝膠形成的過程是雙重的。

下面開始分析在鹽誘導(dǎo)冷凝膠形成的過程。在這個過程中，凝膠形成的結(jié)構(gòu)、空間中呈現(xiàn)的形狀以及形成中還有形成后的特性都受到鹽的類型和鹽的濃度的影響。鹽濃度影響著凝膠的微結(jié)構(gòu)和透明程度，與此同時，研究的過程中也不能忽略纖細(xì)絲狀凝膠是受到低濃度鹽的引導(dǎo)，比較混濁的顆粒狀的凝膠是受到濃度較高的鹽的影響。凝膠的性質(zhì)受離子類型影響較大的原因是因?yàn)橐龑?dǎo)冷凝膠形成機(jī)理的過程不同?；蟽r較高的Ca2+影響著蛋白質(zhì)分子間靜電力的屏蔽作用，除此之外，Ca2+會形成一種鹽橋，影響著負(fù)電荷的蛋白質(zhì)分子，從而導(dǎo)致CaCl2形成凝膠的能力高于NaCl，致使在誘導(dǎo)同等濃度的變性乳清蛋白形成相同性狀凝膠的過程中，需要的CaCl2濃度要低于NaCl的濃度。

乳清蛋白冷凝膠在微膠囊技術(shù)中的應(yīng)用

乳清蛋白冷凝膠由于起步較晚，因此，現(xiàn)階段的相關(guān)應(yīng)用有限，而將其應(yīng)用于微膠囊領(lǐng)域的研究極少。Lingyun Chen等在其文章中提及了β-乳球蛋白形成的冷凝膠對VE的包埋在胃中僅釋放20%，有很好的定位釋放功能。Ainsley 等利用乳清蛋白冷凝膠對乳酸菌進(jìn)行包埋，活菌數(shù)在108cfu/g以上，而且對模擬胃腸液有很好的耐受性。而Brodkorb等利用WPI形成的冷凝膠對NFBC 338進(jìn)行包埋，在3周4 ℃儲藏試驗(yàn)中包埋后的活菌數(shù)量始終在108cfu/g以上，而對照實(shí)驗(yàn)組的活菌數(shù)量在第2周降到了106cfu/g左右；在耐熱試驗(yàn)中，冷凝膠體系也較明顯的起到了對菌體的保護(hù)作用。張久龍等利用葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯誘導(dǎo)乳清蛋白形成的顆粒狀冷凝膠，在pH 1.5的酸環(huán)境下對雙歧桿菌的保護(hù)性最好，作用120 min后菌落數(shù)下降2個數(shù)量級，菌體存活率分別達(dá)到1.7%和2.1%。張久龍等采用7.5 mmol/L CaCl2誘導(dǎo)8%乳清蛋白形成的網(wǎng)絡(luò)狀冷凝膠，在pH 1.5的酸環(huán)境下對雙歧桿菌的保護(hù)性最好，作用120 min后菌落數(shù)下降3個數(shù)量級，菌體存活率達(dá)到0.42%。

由此可見，冷凝膠體由于可形成網(wǎng)絡(luò)或顆粒微結(jié)構(gòu)，加之形成的過程較其他凝膠法緩和，使其在加工和儲藏過程中對生物活性成分有很好的保護(hù)作用。而且隨著對冷凝膠形成機(jī)理的深入研究，不僅可以通過改變誘導(dǎo)方式獲得不同凝膠性質(zhì)的冷凝膠，而且在同種方式誘導(dǎo)下，通過改變凝膠劑種類或蛋白濃度等條件，同樣可以根據(jù)自己的需求制備出不同流變學(xué)性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)的冷凝膠，極大地滿足了當(dāng)今市場的多樣性的需求。因此，將冷凝膠體系應(yīng)用到益生菌微膠囊領(lǐng)域有很大的研究、開發(fā)前景和實(shí)際意義。

結(jié)語

通過鹽誘導(dǎo)形成的乳清蛋白冷凝膠，其凝膠特性受多方面因素的共同作用影響。在同種誘導(dǎo)方式下，可以通過對蛋白質(zhì)濃度或誘導(dǎo)劑種類等條件的改變獲得不同結(jié)構(gòu)的或微觀結(jié)構(gòu)的冷凝膠。

隨著冷凝膠技術(shù)的不斷發(fā)展及誘導(dǎo)機(jī)理的日益完善，乳清蛋白冷凝膠憑借其特殊結(jié)構(gòu)特性和在加工過程中的特性，將廣泛地應(yīng)用在微膠囊、醫(yī)藥及食品等領(lǐng)域。

張久龍（1982-），男，遼寧莊河人，碩士研究生，工程師。研究方向：畜產(chǎn)品加工。