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辛烯基琥珀酸酐复合超声改性提高鸡蛋全蛋液热稳定性

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-06-12
核心提示:随着人们对高蛋白食品需求的不断增加,全蛋液在食品加工业中的应用范围也逐渐扩大。但由于蛋内蛋白极易变性,在加工中全蛋液的热凝固温度必须控制在62~67 ℃,导致全蛋液的加工工艺以及灭菌都受到温度的限制,全蛋液自身的热敏性使其应用受到很大的局限。
   随着人们对高蛋白食品需求的不断增加,全蛋液在食品加工业中的应用范围也逐渐扩大。但由于蛋内蛋白极易变性,在加工中全蛋液的热凝固温度必须控制在62~67 ℃,导致全蛋液的加工工艺以及灭菌都受到温度的限制,全蛋液自身的热敏性使其应用受到很大的局限。因此近些年来国内外蛋品方面的学者大多把通过外部手段提高鸡蛋全蛋液的热稳定性作为研究的热点。目前,国内外的研究主要集中在通过酶、化学和物理方法修饰鸡蛋蛋白,以改善其热稳定性。目前国内外利用琥珀酸酐化学改性修饰蛋白的实例较多,但辛烯基琥珀酸酐(OSA)修饰蛋白质以提高其热稳定性的研究还相对较少。OSA是烯烃和顺丁烯二酸酐反应制得的高活性化学改性剂,含有与琥珀酸酐相似的两个二羧酸酐基,且经过水解仍含有疏水性基团。OSA对蛋白质的改性作用主要是由于其在改性过程中产生的电荷会影响蛋白质的静电和空间位阻,从而使得蛋白质的二级结构和三级结构发生变化,通过这种电荷-排斥反应解离蛋白质聚集体,进而改善鸡蛋蛋白的热稳定性。
 
  来自东北农业大学食品学院的曹文慧、徐丽娜、李彤、张华江*等人通过预热、超声与OSA修饰相结合的技术手段使得全蛋液形成稳定的络合物,在高温环境下,这种络合物可以防止蛋白质的进一步解开,从而使蛋白质之间在疏水缔合的同时将大的聚集体最小化,以此来改善鸡蛋蛋白质分散体的热稳定性。首先,经过预热的全蛋液通过OSA化学改性,OSA水解的二羧酸极性部分可能在蛋白质之间发生静电排斥,对提高热稳定性有一定的价值。其次,在超声处理期间其疏水基团会部分松动或暴露,OSA的8 个碳尾可能与暴露的疏水部分相互作用,且超声可以提高OSA的溶解度和分散性,优化OSA的修饰程度,使得全蛋液热凝固温度进一步升高,从而使鸡蛋全蛋液在食品加工行业中得到更广泛的应用。
 
  1、不同OSA添加量对全蛋液粒径分布及PDI的影响
 
  同一温度下,随着OSA添加量的增加,全蛋液PDI逐渐降低。75 ℃下,OSA添加量由0%增加至10%时,全蛋液PDI由0.501降为0.196(P<0.05);且在95 ℃和121 ℃下,OSA添加量由0%增加至10%时,全蛋液PDI由0.521和0.541分别减少至0.326和0.378(P<0.05)。结果表明OSA的加入使得全蛋液PDI显着减小(P<0.05),分散体系中粒径分布范围缩小,颗粒分散性较好。当OSA添加量由10%增加至20%时,75 ℃下超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液的PDI由0.196升为0.239(P<0.05);且在95 ℃和121 ℃下,超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液PDI分别由0.326和0.378升至0.352和0.391(P<0.05)。随着OSA的添加量增加,分散体系中缩小的粒径分布范围又逐渐扩大同一添加量时,随着温度的升高,全蛋液的PDI呈增大的趋势,OSA添加量为10%时,鸡蛋全蛋液在75 ℃温度下PDI为0.196,95 ℃为0.326,121 ℃为0.378,差异显着(P<0.05)。同一添加量不同温度整体PDI排列顺序为:PDI75 ℃<PDI95 ℃<PDI121 ℃,说明对于相同OSA添加量,温度升高可以提高全蛋液PDI,表明蛋液粒径分布宽度增加,复合物大分子在溶液中的分散指数增大,溶液中颗粒分散性较差,这可能是由于加热诱导蛋白质变性,使得蛋白质分子间相互作用增强,颗粒更容易聚集,颗粒粒径增大。经OSA酰化处理后,随着OSA添加量的增加,粒径分布均逐渐左移,而且体积分数逐渐增大,这说明OSA使得全蛋液中大颗粒数量减少,大颗粒被分散成了小颗粒,分散体系分散性加强。当OSA添加量为10%时,3 种温度下的未超声与超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液均表现为粒径最小,体积分数峰值达到最高。而继续加入OSA,分子粒径变大。当OSA添加量相同时,随着温度的升高,粒径分布向右偏移且体积分数下降。在超声条件下,75 ℃时,添加10%的OSA,粒径分布在10.1~342.0 μm之间且分散体系颗粒峰位在21 μm,随着温度的升高,峰位向粒径较大处偏移。当加热到95 ℃时,OSA添加量为10%时的峰位达到40.01 μm。而温度到121 ℃时,OSA添加量为10%时的峰位则偏移至56.78 μm。但在3 种温度下,经过超声-辛烯基琥珀酰化处理后的全蛋液粒径均比未经处理的小,且向左偏移的趋势明显,这说明此手段能够在一定程度上改善全蛋液的受热稳定性。
 
  2、不同OSA添加量对全蛋液浊度的影响
 
  不同温度下未超声与超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液浊度的变化。与未经处理的全蛋液相比,未超声与超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液在3 个温度环境下浊度均呈下降趋势。且在超声时,同一温度下,随着OSA添加量的增加,浊度逐渐降低:75 ℃时,全蛋液浊度由OSA添加量为0%时的79.8%降低为OSA添加量为10%时的45.6%;95 ℃时,全蛋液浊度由OSA添加量为0%时的81.2%降低为OSA添加量为10%时的57.5%;121 ℃时,全蛋液浊度由OSA添加量为0%时的85.7%降低为OSA添加量为10%时的58.9%,且差异显着(P<0.05)。而继续添加OSA会使经超声处理的全蛋液浊度有所回升:OSA添加量为15%,温度分别为75、95、121 ℃时,全蛋液浊度分别为47.4、59.8、60.6;添加OSA增至20%,温度分别为75、95、121 ℃时,全蛋液浊度分别为46.8、60.3、59.7,均显着增大(P<0.05)。
 
  3、不同OSA添加量对全蛋液流变学性质的影响
 
  3.1 全蛋液的静态流变性质
 
  全蛋液黏度在未超声和超声条件下随扫描频率及OSA添加量变化的曲线图。随着扫描频率的增加,全蛋液表观黏度均呈下降趋势。当扫描频率小于1时,黏度表现为线性下降;而当扫描频率继续增大时,黏度下降趋势趋于平缓。在OSA添加量为0~10%范围内,随着OSA添加量逐渐增大,全蛋液表观黏度逐渐变小,在10%时,表观黏度最低,说明OSA的添加使得全蛋液发生改性并分散了其聚集。继续添加OSA至15%、20%时,表观黏度又表现为逐渐增大,这可能是由于过量的OSA导致改性后的全蛋液又发生了变性并开始聚集。但总体来看,与未经处理以及未超声酰化的全蛋液相比,经OSA与超声复合改性全蛋液的黏度降低,流动性增强,表明超声-辛烯基琥珀酰化复合改性可以有效改善全蛋液的流变性质。
 
  3.2 全蛋液的动态流变性质
 
  未超声与超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液的G’与G’’均随着扫描频率的增大而增加。对比两组图发现,OSA添加量为0%、1%、2%、4%、5%时,全蛋液G’’<G’(tan δ<1),说明其表现出类固体的性质,与凝固性酸奶的特性相似;而当OSA的添加量达到10%、15%、20%时,全蛋液的G’’>G’(tan δ>1),说明此时其表现的是流体性质。tan δ由未处理时的0.56增加到最佳状态的OSA添加量(10%)时的1.12,而且在加入10% OSA时,G’与G’’总体较其他条件下小,这可能是由于全蛋液中蛋白质分子间相互作用力的减弱以及聚集体的分散都会促使全蛋液体现更低的G’与G’’,进而表现出更好的流体性质,为全蛋液的进一步深加工提供有利条件。
 
  4、不同OSA添加量对全蛋液溶解性的影响
 
  当OSA添加量在1%、2%、4%、5%、10%时,同一温度下的未超声与超声-辛烯基琥珀酰化全蛋液溶解度随着添加量增加而显着提高(P<0.05),且OSA添加量为10%时全蛋液溶解度达到最高,在超声条件下分别为90.6%(75 ℃)、89.7%(95 ℃)和86.6%(121 ℃),差异显着(P<0.05)。而当OSA添加量达到15%、20%时,同一温度不同添加量下,全蛋液溶解度又趋向降低,在超声条件下,75 ℃时全蛋液溶解度分别为89.2%(OSA添加量为15%)和87.1%(OSA添加量为20%);95 ℃时全蛋液溶解度分别为88.3%(OSA添加量为15%)和86.8%(OSA添加量为20%);121 ℃时全蛋液溶解度分别为85.7%(OSA添加量为15%)和85.1%(OSA添加量为20%),与添加10% OSA相比显着降低(P<0.05)。
 
  5、不同OSA添加量对全蛋液热稳定性的影响
 
  经过OSA酰化处理的全蛋液热变性温度及热焓均提高,且均在OSA为10%时达到最高,超声与OSA酰化结合处理时热变性温度从73.41 ℃(OSA添加量为0%)升高到95.91 ℃(OSA添加量为10%);热焓从36.1 J/g(OSA添加量为0%)增大至83.1 J/g(OSA添加量为10%),说明超声-辛烯基琥珀酰化处理后,蛋白质构象发生变化,蛋白质结构更加稳定。随着OSA添加量的增加,峰形越来越尖锐,这说明OSA使得全蛋液的热焓逐渐变大,同时说明其热稳定性得到了改善。在超声且OSA添加量为10%时,热变性温度达到最大,为95.91 ℃,且峰形最尖锐,这可能是因为折叠的蛋白质分子内部阴离子与阳离子基团之间存在分子内引力,聚集程度达到最大,而继续加入OSA会使得蛋白质内部疏水基团暴露,蛋白质之间发生强烈的静电排斥,疏水性增加,蛋白质结构又会渐渐伸展,则会引起热变性温度下降,热焓降低,热稳定性下降。
 
  结 论
 
  在添加10% OSA时,全蛋液的表观黏度、G’与G’’均最小,表明此时蛋白质之间聚集体达到最小化;PDI和平均粒径的减小、浊度的降低、溶解性的提高,都会使全蛋液的热稳定性得到改善;同时采用差示扫描量热仪测定改性后的全蛋液,发现在OSA添加量为10%时,热变性温度达到95.91 ℃,改善了鸡蛋全蛋液的热稳定性,为全蛋液进一步深加工以及灭菌提供了有效的方法。
 
 
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