徐红华;谢明明;丁瑞;马金玉;高子雯;关琛
【摘 要】研究了CaCl2对两种核诱导乳清浓缩蛋白(WPC)在聚合方面的影响.通过向WPC自发、均相核诱导WPC、二次核诱导WPC形成纤维过程中添加CaCl2,可提高纤维体系的硬度、黏度以及聚合率,并且对核诱导形成的纤维聚合物影响较大.添加CaCl2后,核诱导的硬度增加量是WPC自发硬度增加量的1.661倍(均相核诱导)和1.821倍(二次核诱导),黏度增加量的对应值为2.261倍(均相核诱导)与2.479倍(二次核诱导).添加CaCl2使纤维的形态发生变化,成弯曲聚集体.对于纤维形成的两种路径自发与核诱导,CaCl2的影响程度不同,与乳清浓缩蛋白自发纤维聚合能力相比,CaCl2对核诱导乳清浓缩蛋白聚合能力的提升幅度更大. 【期刊名称】《农业机械学报》
【年(卷),期】2018(049)010
【总页数】6页(P375-380)
【关键词】乳清浓缩蛋白;纤维;CaCl2;均相核;二次核;聚合
【作 者】徐红华;谢明明;丁瑞;马金玉;高子雯;关琛
【作者单位】东北农业大学食品学院,哈尔滨150030;东北农业大学食品学院,哈尔滨150030;东北农业大学食品学院,哈尔滨150030;东北农业大学食品学院,哈尔滨150030;东北农业大学食品学院,哈尔滨150030;东北农业大学食品学院,哈尔滨150030
【正文语种】中 文
【中图分类】TS201.1
0 引言镁钙砖
酸洗设备
乳清浓缩蛋白(WPC)在特殊条件下可以自组装形成纤维状聚合物[1-3]。由于乳蛋白纳米纤维具有特殊的功能性质(如凝胶性[4]、增稠特性[5]、稳定的乳化性[6-7]与泡沫稳定性[8])，近年来在食品行业中应用广泛。这种纤维状聚合物的形成过程可分为滞后期、生长期和稳定期[9]。纤维形成机理主要为二次成核理论，即初级成核与二次成核。初级成核是在滞后期蛋白质单体发生聚合形成稳定的均相核结构，均相核具有在纤维形成过程中最高的自由能；二次成核是指单体在均相核的表面有序排列，从而形成成熟纤维的过程[10-14]。研究
发现在乳清分离蛋白形成纤维过程中加入二次核(成熟纤维)，滞后期时间缩短，加速纤维的形成[15]，均相核诱导蛋白形成纤维的研究报道较少。Ca2+会影响蛋白质纤维自发形成的聚合结构，LOVEDAY等[16-17]研究发现β-乳球蛋白在形成纤维过程中添加一定的CaCl2，会促进纤维的形成，缩短滞后时间，但纤维的形态发生了变化，由长、细、半柔性变为短小、弯曲。但是，目前的研究主要集中在CaCl2对WPC自发形成纤维的影响方面，鲜有核诱导方面的报道。本文通过比较添加CaCl2与未添加CaCl2对WPC自发形成的纤维以及均相核/二次核诱导WPC在聚合过程中硬度、黏度以及聚合率的差异，探讨CaCl2对核诱导WPC聚合能力的影响，以期为改善乳清浓缩蛋白的应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
1.1.1 主要材料
乳清浓缩蛋白WPC-80，美国HILMAR公司；CaCl2，纯度99.99%，阿拉丁公司；硫黄素 T，Sigma公司；其他化学试剂均为分析纯。
1.1.2 主要仪器
CP153型电子精密天平，奥豪斯仪器有限公司；DELTA320型pH计，梅特勒-托利多仪器有限公司；3-18K型离心机，Sigma公司；KDN-102C型半自动定氮仪，上海纤检仪器有限公司；HHW型数显恒温水浴锅，常州丹瑞实验仪器有限公司；旋转流变仪，英国马尔文公司；TA-XT2 PLUS型物性测定仪，英国STABLE MICRO SYSTEM公司；JEM-1200EX型透射电子显微镜，日本日立公司；F-4500型荧光分光光度计，日本日立公司。
1.2 实验方法
短信通道
1.2.1 样品的制备
乳清浓缩蛋白自发形成纤维加钙(WPC自发+钙)：参照LOVEDAY等[18]的方法略有改动，将5.00 g WPC溶于去离子水中，用6 mol/L HCl调pH值为2.0，定容至100 mL。19 000 g、4℃下离心20 min，取中层清液，利用凯氏定氮法测定蛋白质含量，用pH值2.0的去离子水(6 mol/L HCl调去离子水至pH值2.0)稀释至3.0%。添加0.75 mol/L的CaCl2溶液，蛋白质量分数为2.8%，CaCl2终浓度为50 mmol/L。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。登船梯
乳清浓缩蛋白自发形成纤维(WPC自发)：上述3.0%蛋白溶液，添加与CaCl2相同体积的pH值2.0去离子水，蛋白质量分数为2.8%。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。
均相核诱导乳清浓缩蛋白形成纤维加钙(均相核诱导WPC+钙)：3.0%的WPC，90℃下加热2 h形成均相核[19-20]。均相核与3.0% WPC溶液以质量比1∶3混匀，蛋白质量分数为3.0%(pH值2.0)。添加0.75mol/L的CaCl2溶液，蛋白质量分数为2.8%，CaCl2终浓度为50 mmol/L。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。
均相核诱导乳清浓缩蛋白形成纤维(均相核诱导WPC)：3.0%的均相核WPC混合液，添加与CaCl2相同体积的pH值2.0去离子水，蛋白质量分数为2.8%。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。
二次核诱导乳清浓缩蛋白形成纤维加钙(二次核诱导WPC+钙)：3.0%的WPC，90℃下加热10 h形成成熟纤维即二次核。二次核与3.0% WPC溶液以质量比1∶3混匀，蛋白质量分数为3.0%(pH值2.0)。添加0.75 mol/L的CaCl2溶液，蛋白质量分数为2.8%，CaCl2终浓度为50 mmol/L。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。
二次核诱导乳清浓缩蛋白形成纤维(二次核诱导WPC)：3.0%的二次核WPC混合液，添加与CaCl2相同体积的pH值2.0去离子水，蛋白质量分数为2.8%。90℃水浴加热，并于4℃冰箱保存。
1.2.2 质构特性
将pH值2.0的3.0% WPC、均相核、二次核与11.0% pH值2.0的WPC溶液以体积比1∶1混匀，使其蛋白质量分数为7.0%。混合溶液加入0.75 mol/L CaCl2，蛋白质量分数为6.53%，CaCl2终浓度为50 mmol/L，于烧杯中90℃水浴加热5 h。对照样为蛋白质量分数7.0%的混合液，加入与CaCl2相同体积的pH值2.0去离子水,蛋白质量分数为6.53%。放置4℃冰箱12 h，次日取出恢复至室温(20℃)。采用质构剖面分析方法(Texture profile analyse, TPA)测定样品的硬度、胶粘性指数、弹性指数以及咀嚼性指数，参数设定为：测试前速度1 mm/s，测试速度1.7 mm/s，测试后速度2 mm/s，下压距离10 mm，引发力5 N，探头型号A-BE-D35[21]。
加钙样品较对照样硬度增加量为
N=NCa-N0
(1)
式中 N——硬度增加量，g
NCa——加钙样品硬度，g
N0——对照样硬度，g
加钙样品较对照样胶粘性指数增加量为
A=ACa-A0
(2)
式中 A——胶粘性指数增加量
ACa——加钙样品胶粘性指数
A0——对照样胶粘性指数
1.2.3 表观黏度
1.2.1节中的样品于90℃水浴加热0、1、2、3、4、5、7、10 h，使用旋转流变仪测定样品的黏度。选择直径60 mm的平行板，板间距150 nm，剪切速率变化范围为0.01～100 s-1，用一次性胶头滴管吸取2 mL溶液，使样品均匀分布于底部平板上[22],在剪切速率为10 s-1时取值。
加钙样品较对照样黏度的增加量为
B=BCa-B0
(3)
式中 B——加热10 h的黏度增加量，Pa·s
BCa——加钙样品在加热10 h的黏度，Pa·s
B0——对照样在加热10 h的黏度，Pa·s
1.2.4 蛋白聚合率
1.2.1节中的样品于90℃水浴加热0、2、5 h，取20 mL样液于50 mL离心管中，15 000 g、4℃离心30 min，取上层清液，利用凯氏定氮法测定蛋白含量，计算公式为
C=1-Ct/CWPC0h
(4)运动地垫
式中 C——蛋白聚合率
CWPC0h——WPC自发加热0 h的蛋白质量浓度，mg/mL
Ct——样品加热t时的蛋白质量浓度，mg/mL
电子围栏技术
1.2.5 Th T荧光分析
1.2.1节中的样品于90℃水浴加热，每隔1 h取样(0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 h)。用含有0.2 mol/L的NaCl、0.01 mol/L的磷酸缓冲液(pH值7.0)配制800 mg/L的甲硫磺素T(Th T)的溶液。用水系0.22 μm滤膜过滤，滤液即为Th T储备液。放置于棕瓶中并于4℃冰箱避光保存。测定时将Th T储备液用含有0.2 mol/L的NaCl、0.01 mol/L的磷酸缓冲液(p
H值7.0)稀释50倍，得到Th T工作液；取800 μL样品加入10 mL的Th T工作液中，旋涡震荡1 min后，于荧光分光光度计下比。设定参数为：激发波长460 nm，发射波长490 nm，狭缝宽度5 nm和10 nm，测定不同加热时间下样品的荧光强度[23]。
1.2.6 透射电镜
1.2.1节中的样品于90℃下加热5 h，在4℃冰箱中保存12 h，取出后放至室温。用超纯水将样品稀释至1 mg/mL，取稀释液滴于透射电镜专用铜网上吸附20 min，用滤纸吸除多余液体，在室温下干燥10 min，在80 kV电压下观察样品的微观结构[24]。
1.2.7 数据处理分析
试验数据采用SigmaPlot 10进行制图和IBM SPSS Statistics v 20.0软件对试验数据进行ANOVA方差分析，检验差异显著性(P<0.05)。数据均以平均值±标准差表示(n=3)。
2 结果与讨论
2.1 凝胶质构特性
结果如表1所示，未加钙样品其硬度与胶粘性均为核诱导WPC高于其自发聚合，并且二次核诱导略高于均相核诱导。CaCl2的加入可以明显改善WPC样品的凝胶质构，但核诱导的提高幅度更大，从CaCl2添加前后WPC凝胶硬度的提升差值可以看出(图1)，核诱导WPC分别是其自发聚合的1.661倍(均相核诱导)和1.821倍(二次核诱导)；胶粘性提升量分别是其自发聚合的2.544倍(均相核诱导)和2.129倍(二次核诱导)。上述结果可以发现，相对WPC自发聚合，CaCl2的加入对核诱导WPC聚合的影响更大。
表1 凝胶质构特性Tab.1 Textural properties of different samples参数WPC自发WPC自发+钙均相核诱导WPC均相核诱导WPC+钙二次核诱导WPC二次核诱导WPC+钙硬度/g(63.537±4.604)a(136.341±4.117)c(81.867±3.175)b(202.824±5.662)d(130.468±6.427)c(263.048±3.606)e胶粘性指数(23.763±2.448)a(37.303±3.050)c(29.997±1.504)b(64.443±4.181)d(38.164±4.181)c(66.999±3.760)d弹性指数(0.751±0.017)b(0.712±0.060)ab(0.821±0.084)bc(0.937±0.048)c(0.741±0.093)b(0.596±0.093)a咀嚼性指数(17.846±1.961)a(26.469±1.250)b(25.666±4.381)b(61.313±3.882)d(26.541±1.471)b(34.751±4.276)c
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