超声联合蛋白酶酶解对蛋黄粉溶解性及乳化稳定性的影响

发布时间：2020-04-13 23:13

【摘要】：蛋黄粉是以新鲜鸡蛋黄为原料,经干燥技术制成的富含蛋白质与脂质粉体,是新鲜鸡蛋最为理想的替代品,不仅保留了蛋黄高生物活性与优良加工性质,同时降低了运输的成本,有效延长了货架期。蛋黄粉的溶解性与乳化性是其加工特性中重要的因素。但蛋黄粉结构组成复杂,尤其是蛋黄颗粒溶解性不佳,不仅增加了蛋黄粉在生产加工中的不便,而且影响乳化稳定性、限制了其在冲调饮品或固体饮料等领域的市场应用。本论文旨在采用超声预处理联合枯草杆菌蛋白酶酶解技术对蛋黄粉进行亲水修饰,研究酶解对蛋黄粉的组成、结构与特性的影响,探究其溶解性改善的机理;进一步解析超声联合酶解亲水修饰对蛋黄粉不同部分(颗粒、浆质)稳定乳液乳化稳定性的影响并探究其乳化稳定性提升机理。本论文研究结果为蛋黄粉产品在速溶冲调制品以及乳化加工领域提供理论依据。主要研究内容和结果如下:(1)研究木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶亲水酶解修饰对蛋黄粉的溶解性的影响,通过结构性质的表征研究蛋白酶酶解改善蛋黄粉溶解性的作用机理。结果表明,枯草杆菌蛋白酶处理后显著提高了蛋黄粉的水分散性(WD)、溶解度和稳定系数(P0.05),分别为41.67%,98.16%和66.21%,而木瓜蛋白酶和胰蛋白酶处理后其溶解性无显著变化。水解度与酶活性位点有关,枯草杆菌蛋白酶主要作用于疏水性氨基酸残基侧链,处理后水解度更高。通过SDS-PAGE、粒径分布和SEM的表征发现枯草杆菌蛋白酶处理后得到的蛋黄粉的分子量低于其他酶处理组,小颗粒物质增多。表面疏水性和ζ电位结果表明枯草杆菌蛋白酶酶水解后分子疏水性下降、表面电荷量增加、静电力增强。低场核磁结果表明,三种酶水解改变了蛋黄粉中结合水的含量,导致其与水结合的能力发生变化。(2)研究了不同的超声功率及时间的预处理联合枯草杆菌蛋白酶酶解对蛋黄粉溶解性的影响,解析超声预处理联合酶解对蛋黄粉溶解性的改善机理。超声预处理(300 W,150 W,60 W)联合酶解显著改善了蛋黄粉的溶解性,其中超声功率60 W、处理20 min时蛋黄粉溶解性最好(P0.05),溶解度及稳定系数较对照组天然蛋黄粉分别提高了128.65%和211.80%,较酶解对照组蛋黄粉提高了24.33%和41.10%。超声预处理促进了酶解反应的进行,改变了蛋黄蛋白质的构象同时促进了可溶性聚集体的产生。SDS-PAGE与ζ电位的结果表明超声预处理并没有造成蛋白质成分的变化以及表面电荷数量的增加。超声预处理主要改变了蛋黄粉蛋白质的二级结构,FTIR图谱表明处理后蛋白质无规卷曲结构明显增多,分子柔性增强,埋藏在蛋白质内部的活性部位暴露,加速与酶的作用。蛋黄水解度随着超声功率和时间的增加,呈现先上升后下降趋势。粒径分析及SEM的结果表明超声处理组蛋黄粉颗粒粒径整体随着超声时间和功率的增加而轻微降低,加剧了小颗粒可溶性聚集体的产生,促进蛋黄粉的溶解。(3)研究了蛋黄颗粒形貌特征、结构特性及其内部作用力模式,解析了超声预处理联合酶解对蛋黄颗粒的结构与乳化稳定性的影响机制。SEM的结果表明超声联合酶解改性影响了蛋黄颗粒的聚集状态。蛋黄颗粒的三相接触角酶解改性后由106.3°降至93.4°,显著降低了颗粒的疏水性,ζ-电位表明颗粒改性后表面电荷数量略有降低(P0.05)。SDS-PAGE结果显示酶解后蛋黄颗粒部分蛋白质分子量减少。FTIR光谱和不同蛋白扰动剂下颗粒粒径变化的结果表明酶解后颗粒内部氢键作用得到加强,疏水相互作用和氢键是改性颗粒的主要内部作用力。通过改变蛋黄颗粒蛋白质浓度研究颗粒稳定乳液的乳化稳定性,结果表明超声联合酶解后,颗粒稳定的乳液乳析指数及热稳定性明显改善,其蛋白浓度在0.40%时,乳析指数降低了40.00%、热稳定性提高了81.82%、乳化稳定指数(ESI)增长了115.43%(P0.05);提高颗粒蛋白浓度能够显著提高酶解颗粒的乳液稳定性,蛋白浓度从0.2%增加到1.0%,酶解颗粒乳液ESI值提高135.27%(P0.05)。(4)研究了超声预处理联合酶解对蛋黄浆质成分稳定乳液的乳化稳定性的影响及添加阳离子瓜尔胶、油酸对改性浆质乳液的乳化稳定性的作用与机制。与未经处理的蛋黄浆质相比,超声预处理联合酶解显著改善了浆质成分稳定乳液的乳化稳定性,乳液ζ电位绝对值升高,初始水油界面张力显著降低,乳析率减少7.32%、ESI提高了近141.33%,且吸附到界面的蛋白质含量较低(P0.05)。同时乳析率、ESI的结果表明单独添加阳离子瓜尔胶以及在1%油酸存在下添加阳离子瓜尔胶均一定程度上改善了浆质乳液的乳化稳定性,相对于酶解蛋黄浆质乳液,ESI值最高分别增加了90.21%和88.03%,且随着阳离子瓜尔胶浓度的增加呈现上升后下降的趋势。离心稳定性系数的结果表明油酸存在下乳液乳化稳定性整体较单独添加阳离子瓜尔胶系列高。而乳液ζ-电位绝对值随阳离子瓜尔胶浓度增加而逐渐增高,荧光显微镜及粒径分析的结果表明蛋黄浆质稳定乳液粒径随阳离子瓜尔胶浓度增大而逐渐减小,未吸附蛋白浓度随阳离子瓜尔胶浓度增加呈现先增加后降低的趋势。
【图文】：

蛋黄,结构示意图

黄中丰富的蛋白质也赋予了蛋黄良好的功能性质，作为一种天然复杂质乳化剂体系，其具有优良的乳化性质，因此在食品工业中常被用做为乳化剂。蛋黄可以经过温和的稀释离心得到澄清黄色的上清液体（蛋黄溶性的蛋白质聚集体（蛋黄颗粒），且这一过程不会引起任何蛋白Bee and Cotterill 1979）。如图 1-1 所示，蛋黄由蛋黄颗粒悬浮在清澈的浆质中组成。颗粒与浆质成分分别占蛋黄干物质的约 22%和 78%，，其有约 52%的蛋黄蛋白质和 7%的脂质，其主要由高密度脂蛋白（Highotein，HDL）（约 70%）和卵黄高磷蛋白（约 16%）通过钙磷桥连接构的低密度脂蛋白（Low-density lipoprotein，LDL）（约 12%）也嵌入其分含有约 48%的蛋白质和 90%的脂质成分，15% 的磷脂，其主要由和 15%的卵黄球蛋白组成（Burley and Cook 1961，Dyer-Hurdon and Anton and Gandemer 1997）。

颗粒模型,蛋黄

图 1-2 pH 6.5 时蛋黄颗粒模型（Strixner et al 2014）Fig. 1-2 Schematic model of a granule from egg yolk at pH 6.5 (from Strixner et al 2014)LDL 是浆质的主要成分，其在蛋黄中的含量占绝对地位，占蛋黄蛋白质总量的约 68%（Anton et al 2003）。LDL 表现为直径在 17-60nm 的球形纳米粒子，其中由甘油三酯和胆固醇脂组成的脂质核心被磷脂和蛋白质组成的单层膜包围，以液体形式存在（如图 1-3）（Anton et al 2003，Jolivet et al 2006，Pascale et al 2008）。由于其密度低（0.982 g/mL）所以可溶于水溶液且不受 pH 和离子强度的影响。同时因为磷脂的结合力通常是疏水性的，故其在低密度脂蛋白结构的稳定性上起着重要的作用。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS253.4

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