彭媛媛，王昱圭，湯雪纖，張甫生，鄭炯*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715) 2(食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(西南大學(xué))，重慶，400715)

酪蛋白酸鈉(sodium caseinate，NaCN)也稱酪朊酸鈉、干酪素鈉，是由水難溶性的酪蛋白經(jīng)過(guò)堿處理后得到的一種可溶性蛋白質(zhì)[1]。酪蛋白酸鈉因其良好的熱穩(wěn)定性[2]、乳化性、起泡性、持水性等功能特性，使其成為改善食品質(zhì)地與感官的重要原料，常作為乳化劑、增稠劑和穩(wěn)定劑被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)[3-5]。但環(huán)境因素往往影響著酪蛋白酸鈉的功能性質(zhì)，與大多數(shù)蛋白質(zhì)一樣，在等電點(diǎn)附近酪蛋白酸鈉通常會(huì)發(fā)生絮凝聚集產(chǎn)生沉淀[6]，從而使得酪蛋白酸鈉及其加工制品的結(jié)構(gòu)和流變特性發(fā)生顯著變化，影響其食用品質(zhì)，因此通常需要對(duì)酪蛋白酸鈉進(jìn)行改性修飾來(lái)提高功能性質(zhì)，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

多糖與蛋白質(zhì)之間的相互作用，在一定程度上能修飾蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)[7-8]。研究表明，陰離子多糖的添加，會(huì)與帶正電荷的蛋白質(zhì)形成穩(wěn)定的可溶性復(fù)合物，可以有效改善蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)以下發(fā)生的失穩(wěn)現(xiàn)象[9]。 KLEMMER等[10]發(fā)現(xiàn)多糖海藻酸鈉與豌豆分離蛋白等量復(fù)配體系在pH值為5.0時(shí)形成了可溶性復(fù)合物。而在酸性介質(zhì)中，MESSAOUD等[11]也發(fā)現(xiàn)海藻酸鹽與酪蛋白酸鈉之間的靜電作用會(huì)增強(qiáng)海藻酸鹽/酪蛋白酸鈉復(fù)合物的力學(xué)強(qiáng)度及穩(wěn)定性。蓋武軍[12]研究了水解桃膠與酪蛋白酸鈉之間的相互作用，結(jié)果表明兩者之間形成了高彈性、高緊密度的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。陳青等[13-14]分別研究了低酰基結(jié)冷膠/酪蛋白酸鈉和高?；Y(jié)冷膠/酪蛋白酸鈉2種復(fù)合凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)結(jié)冷膠含量越高，復(fù)合凝膠的硬度、彈性、保水性越好。HYUNNHO等[15]研究發(fā)現(xiàn)了在酸性條件下，羧甲基纖維素/酪蛋白酸鈉復(fù)合物與酪蛋白酸鈉單體相比更加穩(wěn)定，復(fù)合物可用作親脂性生物活性物質(zhì)(姜黃素)的載體材料。因此，在酸性條件下可利用加入多糖類物質(zhì)來(lái)改善酪蛋白酸鈉的相關(guān)性質(zhì)，使酪蛋白酸鈉具有更廣泛的應(yīng)用前景。

果膠是主要由D-半乳糖醛酸單元聚合而成的酸性大分子多糖，是植物細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)層的主要成分[16]。作為一種可溶性膳食纖維，果膠具有降低膽固醇，維持腸道健康，預(yù)防糖尿病等功效[17]。果膠屬于陰離子多糖，以其良好的凝膠特性，被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)之中[21]。根據(jù)酯化度的不同，可將果膠分為高酯果膠(high methoxyl pectin，HMP)和低酯果膠(low methoxyl pectin，LMP)[18]。高酯果膠只能在低pH值(pH 1.0～3.5)和高可溶性固形物(SS>50%)的條件下膠凝；而低酯果膠在較廣的pH值范圍(pH 2.0～6.0)內(nèi)以及二價(jià)陽(yáng)離子(如Ca2+)的存在下便具有良好的凝膠性能，對(duì)可溶性固形物含量的要求不高，故低酯果膠多應(yīng)用于低糖類食品的生產(chǎn)[19-20]。研究表明，在酸性條件下，低酯果膠帶有較多的負(fù)電荷，可以吸附在蛋白質(zhì)表面，并可以通過(guò)空間位阻作用和靜電作用穩(wěn)定體系[21-22]。因此向酪蛋白酸鈉溶液中加入適量的低酯果膠，能提高低于等電點(diǎn)的酸性體系的穩(wěn)定性。但目前，低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉結(jié)構(gòu)及功能特性影響的研究鮮有報(bào)道。因此，本實(shí)驗(yàn)以酪蛋白酸鈉為原料，在pH=4.0的酸性條件下考察了低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉流變學(xué)性質(zhì)、粒徑、Zeta電位及微觀結(jié)構(gòu)的影響，以期為低酯果膠作為穩(wěn)定劑在酸性乳制品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

低酯果膠(食品級(jí)，酯化度：20%)，河南恒銳食品生物科技有限公司;酪蛋白酸鈉(食品級(jí)，蛋白質(zhì)含量98%)，上海極威生物科技有限公司；一水合檸檬酸、CaCl2、蔗糖(分析純)，成都市科龍化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A型電子分析天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS-3C型酸度計(jì)，成都世紀(jì)方舟科技有限公司；AR-G2型旋轉(zhuǎn)流變儀，美國(guó)TA公司； Nano-ZS & MPT-2型Zeta電位及納米粒度儀，英國(guó) Malvern公司；JSM-6510LV型鎢燈絲掃描電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社(JEOL)。

1.3 方法

1.3.1 樣品的制備

參考劉麗婭[23]的方法稍有改動(dòng)，在前期預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選定pH 4.0，將質(zhì)量濃度為4 g/100mL的酪蛋白酸鈉溶解在純水中，90 ℃加熱60 min，使其完全溶解后靜置。前期預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)王スz的添加量高于1.5 g/100mL后，體系將由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，故選定低酯果膠加入量為0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5 g/100mL，并繼續(xù)于80 ℃條件下加熱，加熱過(guò)程不斷攪拌，20 min后取出混合液，待混合液稍冷后加入1.5 g/100mL CaCl2，并用檸檬酸調(diào)節(jié)pH值，冷卻，并在4 ℃條件下的冰箱靜置24 h后進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 流變特性的測(cè)定

參考劉麗婭[23]的方法稍做改動(dòng)：采用平板-平板測(cè)量系統(tǒng)，設(shè)置間隙1.0 mm，測(cè)定中所用平行板直徑40 mm，用稱量匙挖取適量樣品于平行板，下壓后，用刮板除去多余樣品，并用低粘度的硅油密封表面以防止水分蒸發(fā)。每個(gè)樣品測(cè)試前保留時(shí)間為180 s，且所有樣品的測(cè)量溫度均控制在25 ℃。

靜態(tài)流變測(cè)定：設(shè)置剪切速率從0～300 s-1遞增后，再?gòu)?00 s-1～0遞減，測(cè)定過(guò)程中剪切應(yīng)力和黏度的變化情況。采用Power-law模型對(duì)所得數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行回歸擬合，擬合系數(shù)R2表示方程擬合精度。Power-law方程表示如下：

σ=Kγn

(1)

式中：σ代表剪切應(yīng)力，Pa；K指稠度系數(shù)，Pa·sn；γ指剪切速率，s-1；n表示流體指數(shù)。

動(dòng)態(tài)黏彈性測(cè)定：控制掃描應(yīng)變值為1%，確保測(cè)定過(guò)程在樣品的線性黏彈區(qū)內(nèi)進(jìn)行，振蕩頻率設(shè)定為從0.1～10 Hz，觀察不同樣品的儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″以及損耗正切角tanδ隨頻率的變化情況。

動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描測(cè)定：固定掃描應(yīng)變值為1%，控制振蕩頻率為1 rad/s，觀察不同樣品的儲(chǔ)能模量G′、損耗模量G″及損耗正切角tanδ在3 600 s內(nèi)隨時(shí)間的變化。

1.3.3 Zeta電位的測(cè)定

吸取50 μL樣品溶液于10 mL離心管中，加入去離子水定容，再取出1 mL定容后的溶液加去離子水定容至5 mL。將樣品稀釋1 000倍后采用納米粒度儀測(cè)定LMP/NaCN復(fù)合體系的Zeta電位。測(cè)定條件如下：比色池規(guī)格是1 cm聚苯乙烯池，包含一對(duì)0.45 cm2鉑電極，距為0.4 cm。測(cè)定開(kāi)始前平衡時(shí)間為2 min，測(cè)定溫度控制在25 ℃。每組包含10～100次測(cè)量，依據(jù)數(shù)據(jù)重現(xiàn)性而定，計(jì)算3次重復(fù)得到的平均值為測(cè)定值。

1.3.4 粒徑大小的測(cè)定

將待測(cè)樣品用蒸餾水稀釋1 000倍后，采用納米粒度儀測(cè)定添加低酯果膠后酪蛋白酸鈉溶液的粒徑大小。在25 ℃下恒溫測(cè)定，所用光源為最大輸出功率10 W的He-Ne激光，檢測(cè)角為90°，檢測(cè)波長(zhǎng)為633 nm。避免多重光散射，每次循環(huán)掃描10～120次，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次。

1.3.5 微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將剛制備好的混合樣品迅速倒入90 mm的培養(yǎng)皿中，使樣品均勻平鋪在培養(yǎng)皿內(nèi)，靜置冷卻至室溫后放入冰箱凍藏24 h，使樣品完全結(jié)冰，再放入冷凍干燥箱中，于-50℃條件下進(jìn)行抽真空冷凍干燥72 h，使得樣品完全干燥。將干燥好后的樣品固定在雙面導(dǎo)電的樣品臺(tái)上，使用離子濺射儀使樣品具有導(dǎo)電性。使用掃描電子顯微鏡在500放大倍率下，對(duì)樣品的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，并選擇具有代表性的視野進(jìn)行記錄拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)使用Origin 8.0和Microsoft Excel繪制相關(guān)圖表。粒徑、Zeta電位數(shù)據(jù)使用SPSS 20.0對(duì)其進(jìn)行方差分析(ANOVA)，使用Duncun法(p<0.05)比較平均值之間的差異性。每次測(cè)試前需更換樣品，且每組實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次。

2 結(jié)果與分析

2.1 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉流變特性的影響

2.1.1 靜態(tài)剪切流變特性

圖1-A表示復(fù)合體系剪切應(yīng)力隨剪切速率的變化關(guān)系，而圖1-B表示的是復(fù)合體系黏度隨剪切速率的關(guān)系。由圖1-A可知復(fù)合體系的剪切應(yīng)力隨剪切速率的增大而增大，且隨低酯果膠濃度的升高，剪切應(yīng)力增大，當(dāng)?shù)王スz質(zhì)量濃度達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)剪切應(yīng)力達(dá)到最高。由圖1-B可以看出，復(fù)合體系的黏度在低剪切速率時(shí)隨著添加的低酯果膠濃度的上升而增加，而當(dāng)剪切速率提升后其黏度迅速降低最后趨于穩(wěn)定，呈現(xiàn)出典型的剪切稀化的流體特性。這是由于在剪切速率低的情況下，復(fù)合體系單位體積內(nèi)的大分子產(chǎn)生碰撞和纏繞的幾率大于外力所致的纏結(jié)斷裂，故表現(xiàn)出較高的黏度[24]，但當(dāng)剪切速率逐漸升高后，分子間的交聯(lián)結(jié)構(gòu)在剪切速率高的情況下遭到破壞，復(fù)雜的分子鏈重新解離釋放，引起了體系黏度下降并保持一定數(shù)值[25]。同時(shí)體系在升速和降速過(guò)程中形成的曲線較為重合，表明其具有較好的觸變性能[26]。

圖1 LMP/NaCN復(fù)合體系剪切應(yīng)力(A)及黏度(B)隨剪切速率變化曲線Fig.1 Curves of shear force (A) and (B) viscosity of LMP/ NaCN mixed system with shear rate注：“*”表示上行；“**”表示下行。

表1是由上述數(shù)據(jù)通過(guò)Power-law模型進(jìn)行擬合得到的結(jié)果。所得擬合曲線的決定系數(shù)R2均大于0.93，故模型的精度比較高。參數(shù)K代表體系的濃度和黏稠度，結(jié)果表明，隨著果膠濃度的升高，K值上升，體系表觀黏度也增大。指數(shù)n代表流體假塑性程度，結(jié)果中n值均小于1，表明在剪切速率范圍(0.1～300 s-1)內(nèi)，體系屬于假塑性流體[27]，隨著濃度的增大，n值逐漸減小，體系的剪切變稀現(xiàn)象進(jìn)一步增強(qiáng)，假塑性流體行為也更加明顯[17]。從表1可以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)K的變化規(guī)律比指數(shù)n的復(fù)雜，這可能是由于在低酯果膠質(zhì)量濃度小于0.3 g/100mL時(shí)，其與Ca2+形成橋聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)不佳，而鈣離子能夠與酪蛋白酸鈉中αs-及β-酪蛋白上的磷酸絲氨酸發(fā)生交聯(lián)作用，故體系在低果膠濃度時(shí)主要表現(xiàn)出酪蛋白酸鈉的流變學(xué)特性，隨低酯果膠的濃度增大，帶負(fù)電荷的低酯果膠一部分與酪蛋白酸鈉通過(guò)靜電作用結(jié)合，另一部分在溶液中呈線性鏈狀構(gòu)象的低酯果膠分子與Ca2+相互纏結(jié)，形成“蛋盒”模式結(jié)合區(qū)[28]，當(dāng)連接區(qū)的分子數(shù)增多，分子間作用力逐漸增強(qiáng)，同時(shí)分子鏈間以及分子間的相互纏結(jié)也加劇，使得體系黏度增大[29]。

表1 LMP/NaCN復(fù)合體系Power-Law方程擬合參數(shù)Table 1 Power-Law parameters for LMP/NaCN mixed system

2.1.2 動(dòng)態(tài)黏彈流變特性

圖2表示的是復(fù)合體系的動(dòng)態(tài)模量隨角速度變化的曲線圖，由圖可知，體系的儲(chǔ)能模量(G′)和損耗模量(G″)均隨角速度的增加而增加，且同一樣品的G′始終大于其G″，說(shuō)明體系在25℃時(shí)是以彈性為主[30]，表現(xiàn)出較強(qiáng)的膠體行為[31]。同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)：隨著低酯果膠濃度提高，體系的G′和G″均有提高，說(shuō)明體系的彈性逐漸增強(qiáng)，當(dāng)果膠的含量達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)，體系擁有最大的G′，此時(shí)體系具有最佳的凝膠強(qiáng)度。當(dāng)果膠含量大于0.9 g/100mL時(shí)，G′和G″增加得更快，這可能是因?yàn)樵趐H=4.0時(shí)，少量帶負(fù)電荷的低酯果膠加入，能吸附在帶有正電荷的酪蛋白酸鈉表面，一定程度上控制了酪蛋白酸鈉的絮凝失穩(wěn)現(xiàn)象，但低酯果膠此時(shí)與Ca2+形成的網(wǎng)聯(lián)結(jié)構(gòu)不佳，大量果膠加入之后，在與蛋白質(zhì)形成較強(qiáng)靜電作用的同時(shí)，自身形成凝膠形成空間位阻[32]，其產(chǎn)生的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使體系彈性性能增強(qiáng)。

在動(dòng)態(tài)流變學(xué)中，由于分子內(nèi)部存在摩擦力，高分子化合物中分子鏈段的運(yùn)動(dòng)存在滯后現(xiàn)象，并不與交變應(yīng)力的運(yùn)動(dòng)完全一致，故在交變應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生力學(xué)損耗角δ(應(yīng)力與應(yīng)變的相位差角)，tanδ為損耗角正切，是損耗模量與儲(chǔ)能模量的比值[33]。圖3表示測(cè)試中的tanδ隨頻率變化的曲線，由圖可知，體系tanδ均呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明隨著頻率增大，體系分子鏈的運(yùn)動(dòng)越容易，幾乎所有的tanδ值均處于0.1～1，說(shuō)明樣品主要顯現(xiàn)出彈性，是典型的弱凝膠體系特征[34]，當(dāng)添加1.5 g/100mL的果膠時(shí)，這種特性更為突出。

圖2 LMP/NaCN復(fù)合體系動(dòng)態(tài)模量隨角速度變化曲線Fig.2 Curves of dynamic modylus of LMP/NaCN mixed system with angular

圖3 LMP/NaCN復(fù)合體系tanδ隨頻率變化曲線Fig.3 Curves of tanδ of LMP/NaCN mixed system with frequency

2.1.3 動(dòng)態(tài)時(shí)間掃描

圖4-A和圖4-B分別為體系儲(chǔ)能模量(G′)和損耗角正切(tanδ)隨時(shí)間變化的曲線。由圖可知，隨著果膠濃度的增大，體系的儲(chǔ)能模量增大而損耗角正切減小，在質(zhì)量濃度達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)，具有最高的儲(chǔ)能模量和最低的損耗角正切值。通過(guò)輔助線可以發(fā)現(xiàn)，施加剪切力的初期，儲(chǔ)能模量有輕微的下降，隨著剪切時(shí)間的延長(zhǎng)，儲(chǔ)能模量回復(fù)到初始值并略有上升，最后趨于平衡。這可能是由于，最初所施加的剪切力能夠破壞體系原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但同時(shí)樣品也具有較強(qiáng)的回復(fù)性能，體系內(nèi)分子以及分子鏈間可以隨著時(shí)間的延長(zhǎng)能形成新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[31]，這與動(dòng)態(tài)黏彈體現(xiàn)出來(lái)性質(zhì)相一致。低酯果膠質(zhì)量濃度0.3 g/100mL的體系，儲(chǔ)能模量處于最低但較為穩(wěn)定，而其損耗角正切tanδ最大卻存在下降幅度，這可能是由于少量的果膠的加入與酪蛋白酸鈉發(fā)生“架橋絮凝”反應(yīng)[16]，蛋白質(zhì)膠粒仍存在聚集失穩(wěn)現(xiàn)象，體系中分子重排劇烈，水分子不能很好的被包裹在體系結(jié)構(gòu)中，體系彈性特征不明顯。隨著低酯果膠濃度的增大，tanδ逐漸減小，體系具有更強(qiáng)的彈性和固性特征。

圖4 LMP/NaCN復(fù)配體系儲(chǔ)能模量G′(A)及損耗角正切(B)隨保留時(shí)間變化曲線Fig.4 Curves of storage modulus G′(A) and tanδ (B) with retention time in LMP/NaCN mixed system

2.2 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉Zeta電位的影響

Zeta電位是指帶電粒子的“擴(kuò)散雙電層”產(chǎn)生的電勢(shì)，代表體系中所有微粒的平均電位，可以通過(guò)Zeta電位觀測(cè)新形成復(fù)合物表面的電荷密度變化，衡量蛋白質(zhì)與多糖之間的相互作用，反映體系的穩(wěn)定性[35-37]。前期實(shí)驗(yàn)表明，未添加果膠時(shí)，大部分酪蛋白酸鈉溶液體系會(huì)在酸化過(guò)程中產(chǎn)生較大的海綿狀物質(zhì)，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行Zeta電位的測(cè)定。圖5表示低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉Zeta電位的影響，由圖可知，所有樣品的Zeta電位均為負(fù)值，表明在pH=4.0時(shí)酪蛋白酸鈉仍帶有少量負(fù)電荷，此時(shí)與低酯果膠之間的相互作用主要是：蛋白質(zhì)分子上帶有正電荷的片段和果膠側(cè)鏈上負(fù)電基團(tuán)之間的靜電引力。其他研究者也發(fā)現(xiàn)在黃原膠/酪蛋白酸鈉[38]以及CMC/酪蛋白酸鈉復(fù)合體系中存在類似的現(xiàn)象[23]。隨著低酯果膠的添加量逐漸增大，體系的Zeta電位值逐漸升高，且不同的低酯果膠添加量也使得樣品間Zeta電位值存在著顯著性差異(p<0.05)。體系中Zeta電位的絕對(duì)值均小于25 mV，意味著體系粒子間存在著較強(qiáng)的靜電吸引作用。低酯果膠分子結(jié)構(gòu)中含有較多未被甲基化的羧酸基團(tuán)，因而帶有大量的負(fù)電荷，能夠通過(guò)靜電相互作用吸附在帶正電荷的蛋白質(zhì)表面。隨著低酯果膠添加量的增加，一部分果膠吸附在蛋白質(zhì)表面的，另一部分與體系內(nèi)Ca2+形成點(diǎn)狀或棒狀交聯(lián)[39]，而體系內(nèi)的靜電排斥作用減弱，逐漸形成果膠網(wǎng)絡(luò)包裹蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，且在低酯果膠質(zhì)量濃度為1.5 g/100mL時(shí)，這種果膠附著層結(jié)構(gòu)最為明顯。

圖5 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉Zeta電位的影響Fig.5 Effects of low methoxyl pectin on Zeta potential of sodium caseinate注：字母不同表示有顯著差異(p<0.05)，下圖同。

2.3 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉粒徑的影響

圖6反映了在pH=4.0時(shí)低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉平均粒徑的影響。由圖可知，隨著果膠濃度的增加，平均粒徑也不斷增加，且增加的程度也不斷加大，在果膠質(zhì)量濃度達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)，體系平均粒徑達(dá)到最大，這與NAKAMURA等[40]研究結(jié)果類似。表明酸性陰離子多糖低酯果膠通過(guò)靜電作用吸附在了酪蛋白顆粒表面而使其粒徑變大，且隨著果膠濃度增大，果膠吸附層的厚度和空間位阻作用也增大，使得蛋白質(zhì)聚集點(diǎn)降低，體系能在酸性條件下穩(wěn)定。控制適當(dāng)?shù)墓z吸附層厚度也成為維持體系在酸性條件下穩(wěn)定的重要手段之一[41]。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，在不同果膠濃度之間，體系平均粒徑大小存在著顯著性差異(p<0.05)。在果膠添加量為0.3 g/100mL時(shí)，體系失穩(wěn)現(xiàn)象在一定程度上得以改善，但仍出現(xiàn)了肉眼可見(jiàn)的絮凝現(xiàn)象，這是由于果膠濃度低，單個(gè)聚合物分子連接多個(gè)蛋白質(zhì)分子引起的“架橋絮凝”現(xiàn)象[42]，說(shuō)明在低果膠濃度的體系中，果膠可以通過(guò)吸附在蛋白質(zhì)表面來(lái)改善蛋白質(zhì)之間發(fā)生的聚集沉淀，但仍有可能導(dǎo)致體系出現(xiàn)多糖/蛋白質(zhì)復(fù)合物的失穩(wěn)。隨著果膠濃度的增加，果膠吸附層厚度增加形成空間阻力增大，復(fù)合體系平均粒徑增大，在宏觀上緩解了“架橋絮凝”現(xiàn)象的發(fā)生，體系也更加穩(wěn)定。

圖6 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉粒徑的影響Fig.6 Effects of low methoxyl pectin on sodium caseinate particle size

2.4 低酯果膠對(duì)酪蛋白酸鈉微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖7是添加不同質(zhì)量濃度的低酯果膠與酪蛋白酸鈉酸化凝膠體系在500倍下的掃描電鏡觀察圖。圖7-A表示在酸性條件下未添加低酯果膠的酪蛋白酸鈉體系微觀結(jié)構(gòu)示意圖。單一的酪蛋白酸鈉會(huì)在酸性條件下聚集絮凝產(chǎn)生沉淀。從圖中可以清晰地看到裸露的、大小不一的球形酪蛋白膠束，聚集成較為粗大的蛋白簇，這種主要通過(guò)蛋白質(zhì)分子間相互作用形成的簡(jiǎn)單聚合體，其間存在著連續(xù)相通的空隙小孔[43]，這種結(jié)構(gòu)具有較低的持水性。

圖7-B和圖7-C分別為添加0.3 g/100mL和0.6 g/100mL低酯果膠的酪蛋白酸鈉體系微觀結(jié)構(gòu)圖，果膠的加入對(duì)體系的影響較為明顯，在一定程度上緩解了單一酪蛋白酸鈉在酸性條件下出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象，但是由于果膠量少，其與酪蛋白發(fā)生“架橋絮凝”反應(yīng)[44-45]，加劇了蛋白質(zhì)的重排，蛋白質(zhì)聚集收縮形成了類似蜂窩狀的黑洞空隙小孔，使得體系束縛水的能力弱[46]。與圖7-A相比，隨著果膠濃度的增大可以發(fā)現(xiàn)體系中粗大的球形蛋白簇結(jié)構(gòu)有所減少，呈現(xiàn)更加明顯的蜂窩結(jié)構(gòu)，體系中孔洞開(kāi)始變得規(guī)則而致密的，球狀酪蛋白簇之間的連續(xù)性增強(qiáng)，體系在宏觀上表現(xiàn)出持水性和黏度增大，其對(duì)應(yīng)了流變學(xué)測(cè)定的結(jié)果。

圖7-D、圖7-E和圖7-F分別是添加0.9、1.2、1.5 g/100mL低酯果膠的酪蛋白酸鈉體系微觀結(jié)構(gòu)圖，可以發(fā)現(xiàn)隨著果膠濃度的增大，結(jié)構(gòu)整體空隙數(shù)目減少，體系變得更加致密，體系表面并出現(xiàn)出片狀、條狀結(jié)構(gòu)，體系連續(xù)性變佳，這可能是由于果膠濃度的增大緩解了“架橋絮凝”反應(yīng)。事實(shí)上，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)陰離子多糖黃原膠在酸乳中，可以通過(guò)靜電作用與空間位阻作用改善酪蛋白簇的原有結(jié)構(gòu)[26]，因此可以推測(cè)，陰離子多糖果膠也能通過(guò)靜電作用干擾其原有結(jié)構(gòu)，少量果膠填充在酪蛋白的空隙中，形成一種“嵌入”式結(jié)構(gòu)，使其表面更加光滑，分支更細(xì)，體系開(kāi)始更多的表現(xiàn)出低酯果膠的結(jié)構(gòu)特征。當(dāng)添加1.2 g/100mL的低酯果膠時(shí)，結(jié)構(gòu)表面孔隙消失，果膠的“嵌入”式結(jié)構(gòu)在體系中逐漸明顯。當(dāng)?shù)王スz添加量達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)，體系表面的條狀、片狀物質(zhì)開(kāi)始纏繞鉤掛，產(chǎn)生的位阻作用也更強(qiáng)。這可能是因?yàn)榈王スz分子中帶負(fù)電荷的羧基集團(tuán)與體系中的Ca2+之間形成了鹽橋，再加上體系分子間的氫鍵和側(cè)鏈間的疏水相互作用的存在[24]，使得體系結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能使體系在受到外界剪切作用時(shí)保持一定的抗性，從宏觀上表現(xiàn)出其固性特征不易被破壞。因此，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也能更好地詮釋在動(dòng)態(tài)流變特性上，體系果膠含量為1.5 g/100mL時(shí)總是擁有比其他體系更高的儲(chǔ)能模量的現(xiàn)象。

A-0;B-0.3 g/100mL;C-0.6 g/100mL;D-0.9 g/100mL;E-1.2 g/100mL;F-1.5 g/100mL圖7 不同LMP質(zhì)量濃度的LMP/NaCN復(fù)合體系電鏡掃描圖Fig.7 Electron microscopic scanning of LMP/NaCN mixed complex with different LMP concentrations

3 結(jié)論

LMP/NaCN復(fù)合體系是典型的剪切變稀的假塑性流體，隨著果膠含量的增大，體系具有更高的稠度系數(shù)和更低的流體指數(shù)。低酯果膠的添加可以優(yōu)化復(fù)合體系的流變性能。加入的果膠能附著在體系內(nèi)蛋白質(zhì)表面，隨著果膠濃度的提升，體系靜電吸引力增大，吸附層厚度增加，復(fù)合物粒徑隨之增大，并在低酯果膠濃度達(dá)到1.5 g/100mL時(shí)達(dá)到最大。體系結(jié)構(gòu)最初為蜂窩狀球型酪蛋白簇，果膠的加入在一定程度上能改善體系酪蛋白酸鈉失穩(wěn)聚集現(xiàn)象，使體系內(nèi)出現(xiàn)致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。低酯果膠能提高酪蛋白酸鈉在酸性條件下的穩(wěn)定性，可為酸性乳制品的生產(chǎn)提供理論依據(jù)，同時(shí)也可拓寬酪蛋白酸鈉在食品行業(yè)中的應(yīng)用范圍。