試驗設計 原料：乳清濃縮蛋白WPC 80，蛋白質(zhì)含量≥80%；低聚木糖，低聚木糖含量95%。 實(shí)驗方法：分別稱(chēng)取不同質(zhì)量的低聚木糖與乳清蛋白混合，用去離子水將其溶解，使得乳清蛋白質(zhì)量濃度為120 g/ L，低聚木糖的最終質(zhì)量濃度分別為10、30、60、90、120 g/L，室溫下磁力攪拌2 h，得到混合溶液；再用2.5 mol/L的NaHCO3將溶液pH調節為8.0，保鮮膜封口，于85℃恒溫水浴鍋中加熱2.5 h，期間分別在0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h時(shí)取樣，用冷水迅速降至室溫，凍干得糖基化乳清蛋白（GWP）粉末。 以接枝度確定糖基化時(shí)間制得糖基化乳清蛋白，通過(guò)紅外光譜圖分析其二級結構變化，再探究低聚木糖添加量對糖基化乳清蛋白的凝膠色差、持水性、質(zhì)構特性、微觀(guān)結構及流變性質(zhì)的影響。 試驗結果 （1）接枝度分析 由圖1可知，隨反應時(shí)間的延長(cháng)，不同低聚木糖添加量下的GWP接枝度持續增加，其中低聚木糖添加量為1%的GWP接枝度在2 h時(shí)達到最高，隨著(zhù)反應時(shí)間進(jìn)一步延長(cháng)，接枝度降低；當反應進(jìn)行到2 h時(shí)，GWP接枝度隨低聚木糖添加量的增加而升高，添加6%低聚木糖時(shí)，GWP接枝度達到（14.73±0.67）%，高于其他樣品組，但當低聚木糖繼續添加時(shí)，接枝度開(kāi)始降低，此外，GWP的接枝度在2 h之后隨時(shí)間的延長(cháng)增加幅度減小，說(shuō)明時(shí)間對其影響程度減弱，為避免持續加熱可能會(huì )對糖基化蛋白的風(fēng)味及色澤造成不良影響，所以后續糖基化乳清蛋白的制備時(shí)間選擇濕熱處理2 h。
（2）FTIR分析 由圖2可知，在3700~3200 cm-1處，相較于WPC而言，GWP的頻帶變寬且光譜的譜帶強度出現變化，這是由于低聚木糖糖鏈上含有大量-OH，在糖基化反應發(fā)生后，肽鏈接入糖鏈，羥基數量增加，而-OH在3500 cm-1左右處具有伸縮震動(dòng)，且大約在3300 cm-1處有-NH 的彎曲震動(dòng)，-OH的伸縮震動(dòng)及-NH的彎曲震動(dòng)引起了光譜圖的改變，由此說(shuō)明蛋白質(zhì)上的氨基參與了反應，形成酰胺；此外，羥基在1200~1000 cm-1處具有特征吸收峰，而GWP在1020 cm-1左右處較WPC有更強的吸收峰，進(jìn)一步說(shuō)明糖基化反應引入了大量-OH，此外，-CH在 3000 cm-1左右處反不對稱(chēng)的拉伸振動(dòng)則說(shuō)明了糖鏈的共價(jià)接入；通過(guò)對乳清蛋白糖基化前后的紅外光譜分析可知，糖基化反應引入了大量羥基，改變了蛋白質(zhì)分子的二級結構。
（3）凝膠色差分析 由表1可知，GWP凝膠的L*亮度值受低聚木糖添加量的影響顯著(zhù)（P<0.05），在所研究的濃度區間內，各GWP凝膠與黃油的L*亮度值均在85.00至90.00之間；各GWP樣品之間的a*紅度值差異不顯著(zhù)（P>0.05）；GWP凝膠的b*黃度值較WPC凝膠顯著(zhù)增加（P<0.05），此外，b*黃度值是影響GWP表觀(guān)色澤的主要參數，各GWP凝膠的b*黃度值處于WPC與黃油之間，表明在本試驗條件下制備出的GWP凝膠在色澤上相較于WPC更適合作為脂肪替代品來(lái)代替黃油、動(dòng)植物油，也可作為增稠劑添加在部分色澤相近的食品中如蛋黃醬、肉品腸等，且可改善此類(lèi)食品的感官品質(zhì)。
由圖3可知，乳清蛋白經(jīng)低聚木糖改性后其凝膠持水性顯著(zhù)提高（P<0.05），且隨著(zhù)低聚木糖添加量的增加持續升高，當低聚木糖添加6%時(shí)，GWP的凝膠持水性達到最高（82.15±0.41）%，較未改性乳清蛋白凝膠（62.15±1.10）%提高了（36.51±4.39）%，而當繼續添加低聚木糖時(shí)，GWP凝膠持水性開(kāi)始下降。
（5）質(zhì)構特性分析 由表2可知，當添加6%的低聚木糖時(shí)，GWP的凝膠硬度、彈性、內聚性及咀嚼性均達到最大值，其中，不同添加量的低聚木糖對GWP的凝膠硬度影響顯著(zhù)（P<0.05)，當低聚木糖添加6%時(shí)，GWP的凝膠硬度顯著(zhù)大于其他樣品組（P<0.05)；彈性反映的是凝膠在外部應力下發(fā)生形變后，恢復原狀的能力，GWP的凝膠彈性于6%時(shí)達到最大值，表明低聚木糖此添加量下，GWP形成的凝膠網(wǎng)狀結構緊密性達到最大程度，此時(shí)凝膠具有較好的彈性固體特征；咀嚼性是一個(gè)能客觀(guān)反映出食品口感的關(guān)鍵指標，低聚木糖添加量為6%時(shí)咀嚼性顯著(zhù)大于其他樣品組（P<0.05），表明此時(shí)GWP 凝膠口感最佳；各凝膠樣品的內聚性無(wú)顯著(zhù)區別（P>0.05），且當低聚木糖添加量繼續增加時(shí)，凝膠的硬度、彈性等指標均下降。
由圖4可知，WPC所成凝膠呈海綿網(wǎng)狀結構，是典型的堆積型凝膠，而GWP凝膠結構中細凝膠束增加，這與預凝膠時(shí)體系中固形物總濃度以及蛋白質(zhì)分子的變性與聚集的相對速率有關(guān)，且GWP凝膠孔徑比WPC凝膠大，不同低聚木糖添加量下的GWP的凝膠結構區別明顯，其中，接枝度相對較高的GWP(6% XOS)的凝膠網(wǎng)絡(luò )結構中孔洞分布規則、均勻，且孔徑大小適中，有利于截留更多的水分子，使凝膠持水性提升，而當低聚木糖繼續添加時(shí)，凝膠中的孔徑較大，凝膠致密程度開(kāi)始下降，使得水分子易流失，由此可知，低聚木糖的引入能夠顯著(zhù)改變乳清蛋白的網(wǎng)絡(luò )結構，進(jìn)而影響了乳清蛋白的凝膠特性。
由圖5（a）（b）可知，在25～90℃升溫階段，初始階段，各體系的儲能模量（G′）及損耗模量（G″）均很小，且G″>G′，說(shuō)明此時(shí)體系流動(dòng)性較大，以粘性為主，當溫度繼續升高時(shí)，蛋白質(zhì)分子因熱運動(dòng)加快而開(kāi)始交聯(lián)，各體系的G′與G″相繼驟增，且G′增加幅度遠大于G″，表明體系發(fā)生相轉變，開(kāi)始出現凝膠網(wǎng)絡(luò )結構，彈性固體特征逐漸明顯；90℃恒溫階段，各體系G′、G″繼續平穩增加，此階段二硫鍵促進(jìn)蛋白分子進(jìn)一步交聯(lián)；而90℃到25℃的降溫期間，G′、G″進(jìn)一步增大，此階段主要是變性蛋白分子間的氫鍵發(fā)揮作用；最終，WPC的G′及G″分別達到297.03 Pa、53.21 Pa，GWP的G′及G″分別為：463.75 Pa、82.81 Pa（1%XOS）；676.70 Pa、121.99 Pa（3%XOS）；1287.65 Pa、228.21 Pa（6%XOS）、1059.74 Pa、176.86 Pa（9%XOS）；760.17 Pa、166.82 Pa（12%XOS），可見(jiàn)GWP的G′及G″較WPC明顯增加，這表明低聚木糖的加入顯著(zhù)提高了乳清蛋白的粘彈性，且當添加6%的低聚木糖時(shí)，GWP的G′及G″值最大，說(shuō)明此時(shí)體系的粘彈性最高，其G′較未糖基化乳清蛋白提高了3.34倍，因此在低聚木糖添加量達到6%時(shí)，蛋白質(zhì)的糖基化修飾效果最佳，形成的凝膠結構最穩定，此時(shí)GWP具有最高的儲能模量；隨著(zhù)低聚木糖添加量繼續增加，凝膠的空間網(wǎng)絡(luò )結構被削弱，導致凝膠G′降低，以上研究結果也驗證了質(zhì)構特性的準確性。 由圖5（c）可知，溫度掃描開(kāi)始時(shí)，各體系的tanδ值（損耗模量（G″）與儲能模量（G′）的比值）均大于1，在同一掃描溫度下，GWP的tanδ值隨著(zhù)低聚木糖添加量的增加有增大趨勢；隨著(zhù)掃描溫度繼續升高，tanδ值均逐漸降低至小于1。WPC凝膠溫度為77. 05℃，GWP的凝膠溫度分別為：59.37℃（1%XOS）、63.40℃（3%XOS）、78.07（6%XOS）、84.65℃（9%XOS）、84.13℃（12%XOS），由此可知，隨著(zhù)低聚木糖添加量的增加，各GWP體系凝膠溫度逐漸升高，在低聚木糖添加量為6%時(shí)，GWP的凝膠溫度與WPC相近，均為78℃左右。
本研究通過(guò)分析不同添加量的低聚木糖與乳清蛋白在糖基化反應過(guò)程中，GWP接枝度變化趨勢，確定糖基化反應時(shí)間為2 h的GWP作為研究對象，此時(shí)經(jīng)6%低聚木糖修飾得到的GWP接枝度最大，通過(guò)分析各樣品紅外光譜圖的變化，則證明了低聚木糖糖鏈被共價(jià)引入蛋白體系，GWP制備成功，再進(jìn)一步分析不同低聚木糖添加量下的GWP的凝膠特性后,發(fā)現各GWP凝膠均具有良好的色澤,且持水性、質(zhì)構特性、粘彈性均得到改善。當低聚木糖添加量為6%時(shí)，GWP凝膠具有最好的持水性、最高的粘彈性，且凝膠的彈性、內聚性、咀嚼性等衡量食品感官品質(zhì)的重要指標都達到最佳。低聚木糖添加量大于6%后，GWP凝膠持水性、動(dòng)態(tài)黏彈性逐漸變差，其質(zhì)構特性各項指標也開(kāi)始下降。因此，在糖基化時(shí)間為2h時(shí)，經(jīng)6%低聚木糖修飾的GWP的凝膠特性最好，可作為脂肪替代品或增稠劑應用于烘培類(lèi)及其他與之色澤相近的食品中，例如餅干、蛋黃醬、雞肉香腸等，為進(jìn)一步改善乳清蛋白的凝膠特性、開(kāi)發(fā)乳清蛋白及低聚木糖在食品加工中的應用潛力提供了理論依據與數據支撐。
參考資料： 李倩文,張莉杰,張川,李陽(yáng),陳樹(shù)興.低聚木糖對糖基化乳清蛋白凝膠特性的影響[J/OL].中國乳品工業(yè):1-10. |
