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您当前位置:创联食用胶网 » 行业快讯 » 低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶的凝胶特性

  • 低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶的凝胶特性
  • 来源:网络        2019-12-06         3411
【摘要】

低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶的保水性和断裂应变随着离子浓度的增加逐渐减小,而断裂应力和凝胶孔径则随着离子浓度的增加出现了先增大后减小的变化趋势。钙离子形成的凝胶强度更大。相对于乳清蛋白而言,低酰基结冷胶的添加对混合凝胶性质影响更为显著。钙离子和钠离子在促进凝胶形成上无协同效应。

多糖和乳清蛋白相互作用研究一直是食品领域的研究热点,目前关于乳清蛋白和多糖的相互作用研究主要集中在乳清蛋白和果胶、黄原胶、卡拉胶胶体上。结冷胶是另一种可用于食品工业中的微生物胞外多糖,其因为具有使用量少、香味释放性好、耐热及复配性好等优点,使用越来越广泛,但迄今为止,关于乳清蛋白和结冷胶的相互作用研究还非常匮乏。因此,本研究以乳清蛋白和结冷胶作为研究对象,以期为我国的乳品工业和新型食品的开发提供理论指导。

乳清蛋白

低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶的凝胶特性

1、离子和浓度对低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶不透明性的影响

随着离子浓度的增大,混合凝胶的不透明指数也随之增大,空白组的不透明指数与加入离子的其他组差异显著(p<0.05),当离子浓度超过一定值之后,混合凝胶的不透明指数则基本保持恒定。混合体系内低酰基结冷胶和乳清蛋白浓度越高,混合凝胶的不透明指数越大。与钠离子相比,钙离子浓度对混合凝胶不透明指数的影响更为显著(p<0.05),和对混合凝胶宏观形貌的研究结果一致。在对低酰基结冷胶乳清蛋白混合凝胶宏观形貌观察时发现,混合凝胶是不透明凝胶。当体系内低酰基结冷胶浓度固定不变时,乳清蛋白浓度较低的混合凝胶呈现乳白色,表面光滑且质地均匀。随着乳清蛋白浓度的增加,混合凝胶会呈现出乳清蛋白的黄色凝胶成型性减弱且质地变得粗糙。当乳清蛋白含量固定不变时,体系内结冷胶浓度较小时,形成的凝胶较软;结冷胶浓度增大,混合凝胶则变得坚实且尺寸稳定性越好。这是因为低酰基结冷胶形成的凝胶硬而脆,故而当体系内低酰基结冷胶浓度增大,形成的混合凝胶就更坚实。

2、混合凝胶的力学性质

2.1、离子种类及其浓度对低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶断裂应变的影响

无论是添加钠离子还是钙离子,混合凝胶的断裂应变均随着离子浓度的增大而略有减小,这两种离子的区别并不明显。体系内低酰基结冷胶浓度越大,乳清蛋白浓度越低,混合凝胶的断裂应变则越大。相对于乳清蛋白而言,结冷胶浓度的增大对混合凝胶断裂应变的影响程度更显著(p<0.05),这是因为混合凝胶形成的网络结构骨架主要是由低酰基结冷胶提供的,而乳清白主要是以聚集体的形式填充在结冷胶形成的网络结构中,因此低酰基结冷胶浓度越高,形成的网络结构越致密,混合凝胶的结构越强。

2.2、混合凝胶断裂应力的变化对凝胶强度的影响

凝胶强度可用断裂应力进行表征,断裂应力越大,说明凝胶越强。随着离子浓度的升高,混合凝胶的断裂应力出现了先增大后减小的变化趋势,当钠离子和钙离子浓度分别为60mM和10mM或20mM时,混合凝胶的断裂应力存在最大值。获相同凝胶强度时需要的二价离子浓度比一价离子更低。阳离子诱导凝胶理论认为叼,阳离子的添加可以减小低酰基结冷胶分子链上羧基(负电荷)之间的静电排斥,促使结冷胶双螺旋结构的聚集,增强凝胶强度;但过多的阳离子又会增大分子链间的排斥作用,因而离子浓度存在一个最佳值。钠离子可以通过水分子与结冷胶分子形成羧基钠离子-水分子钠离子羧基的链接,而二价钙离子则形成羧基钙离子羧基的链接方式,故而达到相同凝胶强度时钙离子所需的浓度更低。

3、混合凝胶网络孔径

低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶网络孔径的变化规律

当乳清蛋白浓度维持恒定时,低酰基结冷胶浓度越大,混合凝胶的孔径越小。当结冷胶浓度是0.1%时,凝胶孔径约为280-320nm,但当结冷胶浓度增大至0.3%时,孔径减小到200-280nm,说明结冷胶浓度越大,形成的网络结构越致密。当结冷胶浓度保持恒定时,凝胶的网络孔径则随着乳清蛋白含量的增加而略有增大。

对比低酰基结冷胶和乳清蛋白浓度的影响,不难发现,低酰基结冷胶浓度对混合凝胶网络孔径的影响更加明显,这可能是因为局部浓度增加所致。对于本研究中使用的乳清蛋白而言,其未经过热处理,自身不能形成有效的网络结构,混合凝胶的网络骨架是由低酰基结冷胶形成的,低酰基结冷胶浓度越大,分子间的作用越强,形成的网络结构越致密。而乳清蛋白不是网络的主要形成物质因而其对孔径的影响较小。离子种类和离子浓度对混合凝胶孔径也有影响,随着离子浓度的增加,混合凝胶的孔径先减小而后增大,即存在一个最佳离子浓度,在此浓度下,混合凝胶的孔径最小。钙离子诱导得到的混合凝胶网络孔径均小于钠离子诱导凝胶,表明钙离子更利于形成致密结构的混合凝胶。这部分的研究结果和混合凝胶力学性质的研究结果一致。

4、混合凝胶的保水性

保水性是凝胶一个非常重要的性质,有研究者发现,低酰基结冷胶具有优异的保水性,但其受离子的影响显著。低酰基结冷胶-乳清蛋白混合凝胶的保水性会随着离子浓度的增大而略有降低。体系内低酰基结冷胶浓度越大、乳清蛋白浓度越小,混合凝胶的保水性则越好。结冷胶凝胶会形成含有大量孔隙的海绵状网络结构,低酰基结冷胶浓度越高,形成的网络结构越致密,故而保水性越好。与低酰基结冷胶相比,乳清蛋白对凝胶保水性的影响更微弱。这和我们对混合凝胶孔径以及力学性质的研究结果一致。

5、钠离子和钙离子的协同效应

一价和二价阳离子都有促进基体高分子聚集的作用,当两者共存时,一方面可能由于离子的相互竞争从而阻碍结冷胶的双螺旋构型聚集表现为凝胶弱化;另一方面,可能产生协同作用,使得混合凝胶增强。

钠离子和5mmol/L的钙离子对混合凝胶力学性质的影响

当体系中没有钠离子加入时,混合凝胶的断裂应力和断裂应变均为最大,断裂应力约为13kPa,随着钠离子浓度的升高,混合凝胶的裂应力和断裂应变逐渐降低,这要归因于钠离子浓度较低时,结冷胶上的羧基和钠离子的链接不能形成足够多的氢键,并减弱了钙离子在羧基间形成的链接,故而随着钠离子浓度的升高,凝胶会弱化。同时,在钙离子存在的情况下,二者之间无法形成有序的双螺旋构型,因此可以认为钙离子和钠离子在促进混合凝胶形成上不存在协同效应。

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参考文献

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