蛋清蛋白流变特性的研究
更新日期:2017-12-27     来源:生物医学工程学杂志   浏览次数:245
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鸡蛋是人类丰富而平衡的膳食营养来源,它富含蛋白质、脂肪酸、铁、磷、维生素A,B1,B2,B6,B12,D,E,K和微量矿物质[1]。鸡蛋由蛋壳、蛋清和蛋黄三部分组成,这三部分分别占鸡蛋重量的10.3%、56.9%和32.8%。主要化学成分是水分74%,蛋白质12%,脂类12%及碳水化合物、矿物质等[8]。鸡蛋对人体有重要的营养和防治疾病作用。而且鸡蛋中的蛋白质对肝脏组织损伤有修复作用,可促进肝细胞的再生,食用鸡蛋对肝脏的功能保护有一定的作用[2];鸡蛋中的ω-3脂肪酸被认为能预防心率失常,增强免疫力,是促进人类大脑功能和视觉灵敏所必需的一种营养物;胆碱在促进大脑发育,维持正常肝功能和预防癌症方面有重要作用[3,4],鸡蛋中的微量元素,如硒、锌等都是具有防癌作用[6,7]。
蛋清的功能性质、生物活性功能都与蛋清的化学组成有关。采用分步添加硫酸铵沉淀法、离子交换技术和电泳方法等能将蛋清中的主要蛋白质组分进行分离,蛋清中的蛋白质主要有卵清蛋白、卵铁转运蛋白、卵类粘蛋白、溶菌酶、卵粘蛋白、半胱氨酸蛋白酶抑制剂和抗生物素蛋白。具有独特的加工特性如起泡性、乳化性、加热定形性以及粘合性等[11],蛋清蛋白已在食品工业中广泛应用。在焙烤食品及肉制品等的加工中,蛋清蛋白均是理想的添加物。
目前研究者和企业已从蛋黄中已经提取了卵磷脂、甘油三酯、脑甘脂、胆固醇和卵黄素等 生物活性物质,提高了鸡蛋的利用价值,但蛋清的受重视程度还远远不够,甚至被作为废料弃掉,既浪费了宝贵的蛋白资源,又污染了环境,因此,对蛋清蛋白进行开发研究,提高并综合利用蛋清蛋白,进一步提高鸡蛋的附加值具有重要的意义[9]。
鉴于蛋清蛋白在商业化生产中发挥着重要作用,蛋清蛋白的流变特性也得到了广泛研究。目前国外对蛋清蛋白加工理论、产品特性的研究较为全面和深入,并且对其流变特性的研究也较多,但是都是基于把蛋清蛋白加入到某种食品中,然后对这种食品的流变特性研究分析,对单一的蛋清蛋白流变特性研究微乎其微。而国内对蛋清蛋白的流变研究尚且处于发展阶段,本研究以几种市购的鸡蛋的蛋清为研究对象,利用RS6000旋转流变仪测定10、20、30、40℃四个不同温度下的流变特征参数(剪切应力、粘度、储存模量、损耗模量),对蛋清蛋白的流变特性进行系统全面的研究,在为我国蛋清蛋白及其相关产业的发展提供参考。
1 材料与方法
1.1材料
普通鸡蛋,购于四川省绵阳市不同农贸市场,于10℃冰箱中贮存。
1.仪器与设备
RS6000旋转流变仪(德国HAAKE公司)、恒温水浴箱、101型电热鼓风干燥箱(北京市永光明医疗仪器厂)、西门子冰箱、温度探针、保鲜膜。
1.1方法
1.1.1温度控制
10℃控制:将冰箱的变温室调至10℃,将样品杯放入,恒温30min;20℃控制:将冰箱的变温室调至20℃,将样品杯放入,恒温25 min;30℃控制:将恒温水浴箱调至30℃,将样品杯放入,恒温6 min;40℃控制:将恒温水浴箱调至40℃,水浴箱内实际水温恒温13 min;按以上方法进行恒温,样品可达到所需要的温度10℃、20℃、30℃、40℃,但还是会存在一定误差,我们用温度探针对样品杯进行测量,有时会出现比10℃、20℃低的现象,比30℃、40℃高的现象,由于当时所测时间段均为常温13℃,所以我们将这些温度存在误差的样品杯放在常温中回温,以达到所需要的温度。
1.1.2流变性质测定
采用德国HAAKE公司RS6000旋转流变仪对样品进行测定。选用C60/1°的锥板,将样品放入载物台上,启动仪器使平板进入设定的间隙,刮去平板外围多余的样品,选定测试模式,进行测定。
(1)控制剪切速率扫描。
剪切率从0.0001/s到200/s测定黏度和剪切应力的变化曲线。
(2)振荡模式下的应力扫描。
剪切应力扫描范围从0.01Pa到3 Pa,频率为1 Hz。
(3)振荡模式下的频率扫描。
频率扫描范围从0.01Hz到10Hz,剪切应力为1 Pa。
(4)蠕变回复在1 Pa的剪切应力下作用200s,在0 Pa的条件下恢复200s,测定蠕变恢复性能。
2 结果与分析
2.1 稳态剪切
图1 剪切应力与剪切速率关
Fig. 1 the shear stress Vs shear rate curve
从图1可知,在四个不同温度下蛋清蛋白的所有曲线都表现出剪切应力随剪切速率的增加而增大,但增大的趋势越来越小。整个曲线在刚开始的时候,斜率较大,但随着剪切速率的增加,斜率逐渐减小。这种现象的出现是因为蛋清蛋白溶液是一个由卵清蛋白、卵黏蛋白等组成的混合体系,是以聚合物的形式存在的。刚开始剪切的时候,随着切力的增大,大的颗粒以及溶解的大分子之间相互搅在一起,增加了溶液流动的阻力,溶液体现出弱的胀流现象,不易流动,对流动形成了障碍,表现出高黏度(如图3-2),有较大的斜率。随着剪切速率变大,蛋清蛋白的氢键被破坏,缠结点会逐渐解缠接,削弱了分子链间的作用力,降低了分子链运动的阻力,使黏度降低,表现为斜率下降。并且根据流变学原理,一般流体的剪切应力(τ)与剪切速率(λ)的关系为式中,K为稠度系数,数值与流体的稠度或浓度有关;n为流体流动指数或非牛顿指数,无因次,表示与牛顿流体偏离的程度,当τ与λ呈线性关系时,即n=1,该溶液表现为牛顿流体,当τ与λ呈非线性关系时,这类溶液表现为非牛顿流体。从图中可以看出,在温度为10~40℃时,n都小于1,所以表现为非牛顿流体特性。对于假塑性流体,n <1,n与1之差,反映了流体非线性性质的强弱;n偏离1的程度越大,表明流体的假塑性越强。根据流变曲线图1,得出稠度系数K和流体流动指数n均表现为随温度改变而改变,但n 值均小于1,说明蛋清蛋白为假塑性流体。稠度系数从大到小的顺序依次为为:20℃、10℃、40℃、30℃。稠度系数某种意义上代表的是流体的内摩擦即黏度,流动指数代表的是流体的粘性成分特征,表示与牛顿流体偏离的程度。出现这种现象主要是因为,在5-50℃,蛋清蛋白的表观粘度随着温度的增加而减小(图2),当温度处于在5-50℃时,随着温度的升高,蛋清蛋白的分子构象适当展开,促进了水分子与蛋白分子的作用,从而降低了蛋清蛋白的粘度;当温度大于50℃后,蛋白质的空间构象遭到破坏,降低了蛋白质的溶解度,从而蛋清蛋白的粘度不断增加。而在30℃时,随着剪切速率的增大,蛋清蛋白的粘度变化最小

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