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瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響

發布日期:2014-10-10 18:34:02
瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響研究
瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響
瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,研究了不同pH值條件下瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液乳析穩定性和絮凝穩定性的影 響。研究結果表明,在瓜爾豆膠濃度低于0.04%時,隨著瓜爾豆膠濃度的增加,乳濁液的穩定性逐 漸增加。當多糖濃度高于Q 04%時,液滴發生排斥絮凝,體系的穩定性急劇下降,更高濃度的瓜爾 豆膠因與乳濁液液滴間的熱力學不相容性而導致體系發生各向同性和各向異性相分離。
瓜爾豆膠(guar gum) 是由 Cyamopsis tetragonolobus種子提取的半乳甘露聚糖。這種 非離子型多糖由0(1 — 6)連接的D-甘露糖骨 架和0(1^4)連接的分支或側鏈構成。甘露糖 與半乳糖的質量比為2: 1[1]。溶液中低濃度的 瓜爾豆膠分子以展開的隨機卷曲的構象分散于 水中,并且多糖分子可以自由移動或改變分子 構象。當瓜爾豆膠濃度増加時,分子間的接觸 増加而相互纏結,導致水相黏度急劇増加12]。 雖然瓜爾豆膠具有很好的増稠作用,但在一定 濃度時造成酪蛋白膠束排斥絮凝,因此在乳制 品的應用受到限制。Kalmand等發現,瓜爾 豆膠對酪蛋白膠束的排斥絮凝作用比黃原膠 弱。Tuinier等[1]研究了瓜爾豆膠及其酸水解物 對酪蛋白膠束絮凝的影響。研究表明,經過酸 水解的瓜爾豆膠與酪蛋白膠束的共容性増加。 有關瓜爾豆膠對乳濁液穩定性的影響則少見報 道。瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,本文研究了瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁 液穩定性的影響,并分析了其作用機理。
1材料與方法
1.1材料、試劑與儀器
瓜爾豆膠,印度進口;廚寶粟米油,購自 廣州超市;碩森大豆分離蛋白,哈爾濱黎明植 物蛋白廠;NaH2P〇4, NaHP〇4, NaOH,HCl,疊氮
鈉均為分析純。
F_-200高速分散均質器,上海標本模型 廠;高壓均質機,上海張堰輕工機械廠;pH& 3C精密pH計,上海雷磁儀器廠;&18型實 驗室生物顯微鏡,南京江南光電(集團)有限公 司;Nikon995 數碼相機,日本;Brookfield Digital Viscometer DV • I,美國;Mastersizer2000, Malvern Instruments Ltd,英國。
1.2實驗方法
1.2 1 瓜爾豆膠溶液的制備
將一定量的瓜爾豆膠(含水量14.50%,) 分散于20mmol/L的磷酸鹽緩沖液中,加熱到 80°C,攪拌保溫20min。充分溶解后用自來水 冷卻到室溫,補水定量。
1. 2 2大豆分離蛋白乳濁液的制備
將1. 5%的大豆分離蛋白分散于瓜爾豆膠 緩沖液中,用1. 0mol/ L的NaOH和HCl調節pH 到預定值。加入0.04%的疊氮鈉抑制微生物 繁殖,密封放置過夜。向大豆分離蛋白分散液 中加入V(油):V(水)=1: 9的粟米油。用高 速分散均質器分散預均質。然后用高壓均質機 一次均質(均質前用同pH條件的緩沖液清洗 均質機,均質壓力為:一級30 MPa,二級10 MPa)。新鮮制備的乳濁液經調節pH值后備 用。 1.2.3乳析穩定性試驗
取上述新鮮制備的乳濁液10mL于具塞刻 度試管中,25 °C靜置,定期記錄乳析層高度。
1.2.4顯微拍照
移取1mL放置6d后的乳濁液到燒杯中, 同等水相環境條件稀釋50倍。瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,在顯微鏡下以 400倍率觀察脂肪滴絮凝體的變化,用Nikon995 數碼相機拍片。
1.2.5乳濁液液滴平均粒徑的測定
用 Mastersizer2000(Malvem Instruments Ltd, UK)粒度測定儀測定室溫放置9d的乳濁液液 滴的平均粒徑d3,2 (^m)。
測定參數設定為:
分析模式,常規分析;
附件名稱,Hydro 2000 MU(A);
液滴粒子折射率,1. 530;
水折射率,1.330;
相對折射率,1. 530/1.330= 1. 150;
測定粒徑范圍,0.020~ 2000.0Um;
乳濁液粒子吸光度,0.1;
體■面平均粒徑(average volutm-suiface diar— eter)d3, 2,
^ imd'3
d 3,2 =2
/ Jind i
其中,叫為直徑di(ym)的液滴的數量。
2結果與分析
2.1有關非離子型中性多糖影響蛋白質乳濁 液穩定性的理論
一般認為非離子型多糖與蛋白質不發生相 互作用,當這2種高分子共存于乳濁液體系中 時,多糖分子不被吸附到蛋白質覆蓋的界面上。 相反,多糖分子被蛋白質分子排斥,在液滴周圍 形成排斥多糖分子的排斥區。在2個液滴相互 接近時,排斥區相互重疊,液滴間多糖分子的濃 度比體相的多糖分子濃度低,由此產生一個滲 透壓梯度,這種滲透壓梯度増加了液滴間溶劑 流出排斥區。排斥區的體積下降,液滴更加接 近,從而形成排斥絮凝,這種絮凝體的相互吸引
相互作用相當弱[4~6]。
有些報道認為非吸附的大分子(穩定 劑)也可以通過排斥穩定作用穩定乳濁液。當 足量未被吸附的高分子對液滴接近造成滲透壓 障礙時,排斥穩定作用就能發生,這種排斥穩定 作用通過具有一種自由的聚結高分子以足夠高 的濃度占據液滴間的空間而形成(當造成排斥 絮凝時,則需要更高的高分子濃度)。如果大分 子是一種水溶膠,這意味著同時體系黏度也増 加。
還有的報道認為,如果2種生物高分子 是非相互作用型的高分子(如一些非離子水溶 膠與蛋白質),蛋白質優先吸附到油-水界面,而 多糖分子將保留在水相或形成“二級吸附層’或 稱為‘膠體保護層”,這就是形成所謂的‘機械屏
障”(mechanical barrier)。
Tolstoguzovl9]從熱力學方面研究了含有多 糖和蛋白質的食品乳濁液體系。瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,指出蛋白質與 多糖在某些組成時是相容的,而在其他條件和 組成時是完全不相容的(相互排斥)。ToLstogi- zov解釋蛋白質■多糖不相容混合物對油/水乳 濁液穩定性的影響為形成一個新相,這個新相 能吸附到油-水界面上,從而形成一個具有2種 生物高分子的厚的膠狀‘界面層”。
生物多糖分子顯線性高分子,除了導致乳 濁液體系發生絮凝現象外,還引起乳濁液體系 的相分離,通過加入非吸附的高分子可以引起 膠體分散液中的相分離。這種相分離的理論解 釋是,當2個膠體粒子表面間的距離小于自由 卷曲的高分子的直徑時,高分子從這2個膠體 粒子間的區域排斥出來。由此造成的滲透壓不 平衡増加了膠體粒子間有效吸引的排斥力。在 足夠高的高分子濃度下,這種排斥力使分散液 分成富含膠體的相和貧含膠體的相。乳濁液的 液滴粒徑遠比線性高分子的直徑大,當體系中 存在足夠高濃度的高分子時,乳濁液滴間的排 斥現象就會發生[10]。Koczo等l11U人為球形液 滴和桿狀穩定劑分子間幾何形狀的差異造成體 系的熱力學不穩定性及由此導致相分離。這種 相分離與排斥絮凝造成的相分離相似。對于含 
2004年第30 louse. All 
有線性分子和球形粒子的溶劑來說,這與Floiy 的理論一致,即通過分離成兩部分一各向同 性相分離和各向異性相分離,體系的能量狀態 最低。
 
圖1含有線性多糖分子的乳濁液體 系的各向同性和各向異性相分離 (參考文獻[10J)
2. 2瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液乳析穩 定性的影響
不同pH條件下瓜爾豆膠對大豆分離蛋白 乳析穩定性的影響見圖2。從圖2中可以看 出,隨著pH從6. 5增加到7. 5,乳濁液的乳析 層相對高度逐漸下降。這是由于隨著pH值的 增加,大豆分離蛋白的溶解度增加,乳化性能增 加的緣故。從圖2還可以看出,隨著瓜爾豆膠 的質量分數從0.005%增加到0. 04%,大豆分 離蛋白乳濁液的乳析穩定性大大提高。特別是 在pH 6. 5時,隨著瓜爾豆膠濃度的增加,體系 的乳析層相對高度顯著降低。當瓜爾豆膠質量 分數增加到0. 08%時,所有體系乳析層相對高 度又急劇增加,高于0. 13%的體系都發生明顯
 
 
圖2不同pH條件下瓜爾豆膠對大豆 分離蛋白乳濁液乳析穩定性的影響 (室溫靜置16d)
的相分離現象。上層主要為濃縮液滴層,下層 為富含瓜爾豆膠的澄清溶液層。瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,瓜爾豆膠濃度 較高時,相分離現象與pH值的變化沒有明顯 的規律性,僅在pH 6.5時下層清液的高度比 pH 7.0和7.5的體系高出很多。這可能是在 pH 6. 5時液滴強烈絮凝導致與瓜爾豆膠的不相 容性增加,相分離加劇。
2. 3瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液絮凝穩 定性的影響
為了進一步研宄瓜爾豆膠影響大豆分離蛋 白乳濁液穩定性變化的原因,觀察了乳析層相 對高度不同的體系液滴的絮凝現象。
圖3~圖6是pH 7. 0的條件下,瓜爾豆膠 濃度對乳濁液液滴絮凝穩定性影響的顯微照 片。當瓜爾豆膠質量分數為0%時(見圖3),體 系呈現輕度的絮凝。隨著瓜爾豆膠濃度增加到 0. 04%,體系未出現明顯的絮凝現象,液滴分布 較均勻(見圖4)。而當瓜爾豆膠質量分數為 0.08%時(見圖5),液滴又形成明顯的絮凝。 pH 6. 5和7. 5的體系液滴絮凝現象與pH 7. 0的 體系相似,但在0. 08%的瓜爾豆膠質量分數 時,pH 6. 5的體系絮凝現象較強烈。這是由于 液滴的蛋白質吸附層表面正電荷較多,絮凝液 滴間相互吸引作用較強的緣故。當瓜爾豆膠濃 度為0. 25%時,體系的液滴發生強烈的絮凝
(見圖6)
 
圖3 pH 7. 0,瓜爾豆膠質量分數0%
(x 400,室溫放置6d)
結合圖2可以看出,乳濁液乳析層相對高 度于體系的絮凝強烈程度呈現明顯的相關性。 
參考文獻
隨著乳濁液液滴的絮凝程度由較強到弱再強的 變化,瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,體系的乳析層相對高度相應的由高到低 再到高的變化。這表明瓜爾豆膠引起的液滴的 絮凝是造成體系乳析穩定性下降的主要原因。
 
圖4 pH 7.0,瓜爾豆膠質量分數Q 04% (x 400,室溫放置6 d)
 
圖5 pH 7.0,瓜爾豆膠質量分數Q 08% (x 400,室溫放置6 d)
 
圖6 pH 7.0,瓜爾豆膠質量分數Q 25% (x 400,室溫放置6 d) 表1不同pH條件下瓜爾豆膠濃度對液滴 平均粒徑d3,2的影響
瓜爾豆膠質量^3 2 ^m
分數/%pH 6. 5pH 7.0pH 7. 5
02. 6592. 1962 088
0⑴52. 7412. 0772 014
0 042. 5491. 9651 895
瓜爾豆膠對體系液滴平均粒徑的影響見表 1。由表1看出,在研究的pH值范圍內,隨著 pH值的増加,液滴的平均粒徑逐漸下降,體系 的乳析穩定性逐漸増加(見圖2)。隨著瓜爾豆 膠質量分數由0. 005%増加到0.04%,液滴的 平均粒徑逐漸降低。由絮凝體的顯微結構可 知,粒徑的降低是由體系絮凝現象降低引起的。
3結果與討論
瓜爾豆膠質量分數較低時(<0.04%),明 顯改善了大豆分離蛋白乳濁液的穩定性。微觀 照片和平均粒徑的變化表明,這種在多糖濃度 下,瓜爾豆膠降低了液滴的絮凝現象,瓜爾豆膠對大豆分離蛋白乳濁液穩定性的影響,提高了體 系的乳析穩定性。這是由于非吸附的多糖分子 充斥于蛋白質包被的油滴之間形成“次級保護 層”的緣故,油滴間因多糖的存在而保持分散狀 態。在這種情況下,多糖的濃度還不能高到足 以引起液滴的排斥絮凝。但當瓜爾豆膠質量分 數増加到0.08%以上時,足夠高的多糖分子導 致液滴呈現強烈的排斥絮凝,使乳濁液的乳析 層相對高度急劇増加,更高質量分數的瓜爾豆 膠分子因熱力學不相容性最終導致乳濁液發生 各向同性和各向異性相分離。
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