崔歡歡 秦奉達(dá) 李 艷 李 斌

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

蛋白質(zhì)是常見的食品組分，具有良好的凝膠性，蛋白質(zhì)基質(zhì)凝膠及其穩(wěn)定性受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[1-2]。采用中鏈甘油三酯或麥芽糊精部分取代油相[3]、超聲處理[4]、使用交聯(lián)劑[5]、多糖和蛋白共混[6]等方法均能改善蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性。課題組前期研究[7-8]發(fā)現(xiàn)，肉桂醛中的活性羰基可與蛋白質(zhì)的氨基發(fā)生席夫堿反應(yīng)生成亞胺鍵，促進(jìn)蛋白質(zhì)在油水界面上吸附，改善乳液特性。肉桂醛與蛋白質(zhì)間的相互作用可增強(qiáng)乳清蛋白乳液凝膠的黏彈性[9]。研究[10]表明，利用微/納米囊化的包封技術(shù)對(duì)植物精油進(jìn)行包載，可改善精油的親水性、理化穩(wěn)定性，拓展其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用。其中，納米乳液和微膠囊粉末是兩種常見的包封載體，前者是液體形態(tài)，后者為粉末狀。而乳清濃縮蛋白具有良好的凝膠性、持水性和乳化性[11]，是制備凝膠最常用的一種蛋白基質(zhì)。

試驗(yàn)擬先采用納米乳液和微膠囊包封技術(shù)對(duì)肉桂醛進(jìn)行包載，改善其親水性，隨后將其添加至乳清濃縮蛋白溶液中，再采用實(shí)際加工中常用的凝膠方式即熱誘導(dǎo)制備蛋白凝膠，表征凝膠的持水力、質(zhì)構(gòu)特性、微觀結(jié)構(gòu)以及流變特性，探究肉桂醛乳液及微膠囊對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠特性的影響，以期改善熱處理過程中蛋白凝膠的聚集現(xiàn)象及凝膠的穩(wěn)定性，旨在為實(shí)際加工中蛋白凝膠析水現(xiàn)象的改善和質(zhì)構(gòu)特性的提高提供新策略。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

乳清濃縮蛋白(WPC)：約為85%，Hilmar 8010，美國(guó)希爾瑪配料公司；

中鏈甘油三酯(MCT)：武漢博星化工有限公司；

大豆油：益海嘉里金龍魚糧油食品股份有限公司；

肉桂醛(CA)：美國(guó)Aladdin公司；

尼羅紅、異硫氫酸熒光素(FITC)：美國(guó)Sigma-Aldrich公司；

吐溫80：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

集熱式恒溫磁力攪拌器：DF-101S型，鞏義市英峪予華儀器廠；

數(shù)顯恒溫水浴鍋：HH-4型，常州國(guó)華電器有限公司；

質(zhì)構(gòu)儀：TA-XT plus型，北京超技儀器技術(shù)有限公司；

光學(xué)法微流變儀：Rheolaser MASTERTM型，法國(guó)Formulaction公司；

激光掃描共聚焦顯微鏡：FV3000型，日本OLYMPUS公司；

高速離心機(jī)：H185OR型，湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司；

激光粒度分析儀：Malvern 2000型，英國(guó)Malvern公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 乳液制備 CA和MCT為油相，質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為10%，其中CA含量分別為0.00%，0.10%，0.20%，0.50%，1.00%，2.00%，5.00%，加入7.5%吐溫80混合均勻，逐滴加至超純水中，700 r/min攪拌30 min后即得CA乳液，于4 ℃冰箱貯藏備用。根據(jù)肉桂醛含量，乳液分別命名為E0.00、E0.10、E0.20、E1.00、E5.00。

1.2.2 微膠囊制備 稱取5% WPC粉末溶于超純水中，4 ℃冰箱過夜以充分水合，得5% WPC溶液，作為水相。CA和大豆油作為油相，質(zhì)量分?jǐn)?shù)固定為10%，其中CA含量分別為0.00%，0.10%，0.25%，0.50%，1.00%。油水兩相按質(zhì)量比1∶9混合，依次經(jīng)高速剪切(12 000 r/min，3 min)、高壓均質(zhì)(62 MPa，循環(huán)5次)得到乳液。乳液進(jìn)行噴霧干燥，選用0.5 mm霧化噴嘴，進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度90 ℃，流量6 mL/min，收集得到的粉末即為微膠囊，于干燥器中貯藏備用。根據(jù)肉桂醛含量，微膠囊分別命名為M0.00、M0.10、M0.25、M0.50、M1.00。

1.2.3 蛋白凝膠制備

(1) 添加CA乳液的蛋白凝膠：制備16% WPC溶液，與CA乳液按質(zhì)量比1∶1混勻，最終體系中蛋白質(zhì)含量為8%、油相含量為5%。90 ℃水浴1 h，再冰浴30 min，于4 ℃冰箱靜置24 h，得熱致凝膠。最終凝膠中CA含量分別為0.00%，0.05%，0.10%，0.50%，2.50%。

(2) 添加CA微膠囊的蛋白凝膠：制備8% WPC溶液，添加2%微膠囊并充分分散，熱致凝膠制備方法同1.2.3(1)。根據(jù)微膠囊的出粉率和包埋率計(jì)算得最終凝膠中CA含量分別為0.00%，0.02%，0.04%，0.08%，0.14%。

(3) 空白蛋白凝膠：8% WPC溶液按1.2.3(1)凝膠形成方式制備空白凝膠，命名為WPC。

1.2.4 表征

(1) 粒徑：分散相選擇MCT(折射率1.440)和肉桂醛(折射率1.620)，連續(xù)相為水(折射率1.333)，轉(zhuǎn)速1 300 r/min，遮光率4%，平行測(cè)定4次。

(2) 質(zhì)構(gòu)：探頭型號(hào)為P/0.5，壓縮模式，測(cè)前速度1.5 mm/s；測(cè)試速度1.00 mm/s；測(cè)后速度1.00 mm/s，測(cè)試距離15 mm，返回高度20 mm，感應(yīng)力5 g，平行測(cè)定4次。

(3) 激光共聚焦顯微鏡(CLSM)：將染色劑尼羅紅、FITC同時(shí)與樣品混合，取20 μL制樣，90 ℃水浴1 h，冷卻后于4 ℃冰箱放置24 h，然后于40×顯微鏡下觀察樣品的微觀結(jié)構(gòu)。

(4) 微流變：樣品體積20 mL，初始溫度20 ℃，結(jié)束溫度90 ℃，升溫速率1 ℃/min，測(cè)量時(shí)間2 h。

1.2.5 持水力計(jì)算 稱取8 g混合溶液于10 mL離心管中制備凝膠，3 070 r/min、4 ℃離心20 min，稱量離心管和凝膠的總質(zhì)量。按式(1) 計(jì)算凝膠持水力。

(1)

式中：

CWH——凝膠持水力，%；

m0——離心前凝膠質(zhì)量，g；

m1——離心管質(zhì)量，g；

m2——離心后離心管和凝膠總質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016、Origin 2018、SPSS 25.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，P<0.05有顯著性差異。所有試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 CA添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠形成的影響

試驗(yàn)表明，隨著CA含量的增大，乳液的凝膠由乳白色逐漸變?yōu)榈S色或黃色，說明CA與WPC發(fā)生了席夫堿反應(yīng)。在WPC充足的情況下，CA含量增大使得席夫堿反應(yīng)程度加深，反應(yīng)產(chǎn)物增多，因此凝膠顏色加深[12]。而微膠囊中CA與蛋白質(zhì)的接觸減少，凝膠顏色相對(duì)較淺。WPC空白凝膠放置5 min后出現(xiàn)析水現(xiàn)象，而CA的添加可以有效改善凝膠的析水情況。這是因?yàn)镃A與蛋白質(zhì)發(fā)生共價(jià)作用，使凝膠網(wǎng)絡(luò)更加致密，保水力增強(qiáng)。

2.2 CA添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠黏彈性的影響

微流變是根據(jù)粒子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成的均方根位移(MSD)隨時(shí)間的變化關(guān)系得到樣品的黏彈性特征。MSD隨去相關(guān)時(shí)間線性增加，表明粒子在一定的去相關(guān)時(shí)間內(nèi)不受黏度影響，無規(guī)則運(yùn)動(dòng)較快，樣品以黏性為主[13]；MSD呈現(xiàn)平臺(tái)區(qū)，表明粒子受到彈性影響不能自由移動(dòng)，樣品以彈性為主[14]。由圖1可知，空白凝膠及低CA含量(0.0%～0.5%)的凝膠以黏性為主，樣品E5.00以彈性為主。而添加少量的CA微膠囊后，凝膠即顯示出良好的黏彈性。50 min后，彈性指數(shù)(EI)迅速上升，表明凝膠開始形成，液滴間相互作用增強(qiáng)[15]，其中樣品WPC和E0.00黏彈性最弱，樣品E5.00黏彈性最強(qiáng)。加熱使蛋白質(zhì)分子展開，巰基和疏水基團(tuán)充分暴露，并通過氫鍵和疏水相互作用等形成網(wǎng)絡(luò)將液滴固定在其中[11,16]。CA含量的增大增強(qiáng)了其與蛋白質(zhì)的相互作用，粒子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)受到凝膠網(wǎng)絡(luò)的阻礙[17]，從而提高蛋白凝膠的黏彈性。

2.3 CA添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠持水性的影響

由圖2可知，CA乳液或微膠囊的添加均能改善乳清濃縮蛋白凝膠的持水性，與宏觀觀察中析水現(xiàn)象改善的結(jié)果一致。蛋白凝膠的持水力隨CA含量的增大而顯著升高，表明乳液和微膠囊中的CA均可與乳清濃縮蛋白發(fā)生相互作用，使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密，液滴更牢固地填充在網(wǎng)絡(luò)中。CA乳液和微膠囊的添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠持水力的提升效果相當(dāng)，而微膠囊的添加同時(shí)可以增加蛋白質(zhì)含量，有利于提高凝膠的持水性能。Sala等[18]指出，乳液凝膠在液滴尺寸較小的體系中具有較高的持水能力。

圖1 蛋白凝膠的均方根位移及彈性指數(shù)隨時(shí)間的變化Figure 1 MSD and elasticity index profile of protein gels as a function of time

小寫字母不同表示差異顯著(P<0.05)圖2 蛋白凝膠的持水力Figure 2 Water holding capacity of different protein gels

2.4 CA添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性的影響

由表1可知，樣品E0.00的凝膠強(qiáng)度、硬度和黏附性分別是WPC凝膠的1.98，2.45，4.86倍。在蛋白質(zhì)和非離子型表面活性劑混合體系中，未達(dá)到臨界膠束濃度時(shí)，蛋白質(zhì)和表面活性劑均吸附至界面上[19]，因此乳液存在時(shí)，蛋白質(zhì)吸附至油水界面促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成。隨著CA含量的升高，蛋白凝膠的凝膠強(qiáng)度、硬度和黏附性整體呈上升趨勢(shì)。當(dāng)油水界面與凝膠基質(zhì)存在相互作用時(shí)，活性填料可以加強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)，且增強(qiáng)作用取決于活性填料的體積分?jǐn)?shù)[20]。

由表2可知，微膠囊的添加可顯著提高蛋白凝膠的凝膠強(qiáng)度、硬度和黏附性。加入微膠囊后，凝膠體系中蛋白質(zhì)含量增加，有利于形成更強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。CA以乳液形式添加能更有效地提升蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)，可能是因?yàn)榧{米乳液中油滴尺寸較小(納米級(jí))，能更有效地增強(qiáng)凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且有利于CA與蛋白之間的相互作用[16]。

2.5 CA添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

由圖3可知，熱處理后蛋白發(fā)生聚集，形成不連貫的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。添加乳液后，液滴填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連續(xù)。當(dāng)CA含量低于1.00%時(shí)，乳液粒徑較大，所以凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的孔徑較大。當(dāng)CA含量為5.00%時(shí)，乳液粒徑最小，更容易填充至凝膠基質(zhì)中，所以網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最為致密[21]。添加微膠囊后，蛋白凝膠的結(jié)構(gòu)明顯比WPC凝膠致密，微膠囊均勻分布在凝膠網(wǎng)絡(luò)中。相比乳液，CA以微膠囊形式添加時(shí)，其含量的升高并未顯著影響凝膠結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

通過納米乳液和微膠囊的方式改善香料組分肉桂醛的親水性，研究了其添加對(duì)乳清濃縮蛋白凝膠特性的影響。結(jié)果表明，乳液中的肉桂醛更易于與乳清濃縮蛋白發(fā)生席夫堿反應(yīng)，促使凝膠顏色由乳白色變?yōu)辄S色，而添加微膠囊的凝膠顏色變化不明顯。熱致蛋白凝膠出現(xiàn)嚴(yán)重的析水現(xiàn)象，添加含有肉桂醛的乳液或者微膠囊均可提高蛋白凝膠的持水性，改善析水現(xiàn)象。肉桂醛以不同的形式添加后，凝膠的黏彈性均增加，其中添加乳液的蛋白凝膠的黏彈性低于添加微膠囊的蛋白凝膠。在乳液和微膠囊兩種添加方式中，添加乳液的蛋白凝膠具有較強(qiáng)的凝膠強(qiáng)度、硬度和黏附性，而微膠囊液滴在蛋白凝膠中的穩(wěn)定性較好。以上結(jié)果表明，通過改變脂溶性肉桂醛的添加方式可調(diào)控蛋白凝膠的穩(wěn)定性及品質(zhì)，有望改善蛋白質(zhì)熱加工過程中的不穩(wěn)定性，并擴(kuò)展香料肉桂醛在食品中的應(yīng)用范圍。后續(xù)將進(jìn)一步分析探討肉桂醛的添加對(duì)其他方法如酸誘導(dǎo)制備的蛋白凝膠的影響

表1 添加CA乳液的蛋白凝膠質(zhì)構(gòu)特性?Table 1 Texture characteristics of protein gels in the presence of CA emulsions

表2 添加CA微膠囊的蛋白凝膠的質(zhì)構(gòu)特性?Table 2 Texture characteristics of protein gels in the presence of CA microcapsules

A.FITC染色的蛋白質(zhì) B.尼羅紅染色的油相 C.A和B的合成圖像圖3 蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)Figure 3 Microstructures of different protein gels