食品品质改良剂：亲水胶体的性质及应用（之八）：蛋白质亲水胶体

食品品质改良剂：亲水胶体的性质及应用(之Jk) — — 蛋白质亲水胶体 至里± (英国Arthur Branwell＆Co．Ltd．58--62 High Street，Epping．Essex CM16 CAE) 在食品体系中用作胶凝剂、稳定剂功能 的蛋白质亲水胶体主要以明胶为主，此外鱼 膘胶、乳清浓缩蛋白、乳清分离蛋白、酪蛋白 及酪酸盐、蛋清粉等也在一定场合用作体系 稳定剂。 1 明胶(gelatine) 明胶来源于广泛存在于动物皮、筋、骨骼 中的胶原蛋白质。胶原蛋白质是由三螺旋结 构的肽链为基本单位，相互问连接成的网络 结构，不溶于水。通过水解使部分连接键断裂 后即成为具有水可溶性的明胶，三螺旋束 自 身也可拆散成三股单一的 一链，或者 一链加 链，或 链结构。结构上，明胶是由氨基酸 组成的大分子，具有典型的蛋白质特性 由于 生产时水解方式不同，商品明胶可分为A型 及 B型[ 1．1 A型明胶(gelatine type A)： 随动物种类及生长期的不同，其胶原三 螺旋结构体网络上共价连接键的数目有多有 少。一般 6～9个月猪的皮及骨头．或小牛骨 带有的这类连接键数目比较少．采用这种原 料，洗净后浸泡在稀酸溶液中(pH一3．5～4． 5，浸泡温度15℃)10~48h，等原料完全酸化 并达到最大溶胀后再调整 pH值，经热水提 取、过滤、去离子后再低温真空浓缩(一般从 5 浓缩至 35 )、杀菌(140℃ 6～8s)、干燥 粉碎、冻力测定、批号混合后即得到A型明 胶。由于用酸水解，A型明胶的等电点在6．8 ～ 8．5(骨胶)，及 7．5～9．5(皮胶)之间。 · 收稿时间：1997—10—24 2 』 1．2 B型明胶(gelatine type B) 2～5年牛的皮及牛骨等．其胶原上螺旋 结构体之间的共价连接键数目较多。这种原 料则需要用碱法水解，一般在室温下用石灰 乳浸泡原料 6～8周．使胶原连接键逐渐被水 解；也可利用氢氧化钠来浸泡原料，时间可缩 短到 10~14天0]。B型明胶的等电点在 4．5 ～ 5．3 A型及 B型明胶的等电点不同是因为 不同的酸碱处理，导致了明胶中酸性及碱性 氨基酸数目的差异，在同等冻力水平，B型明 胶比A型明胶的粘度要高。明胶含有 85 ～ 90 的蛋白质，其氨基酸组成中含有约 26 ～ 31 的甘氨酸，15 ～18 的脯氨酸及 l3 ～l5 的氢脯氨酸，并含有极为少见的 羟赖氨酸，但不含有色氨酸及半胱氨酸[ 。 商品明胶为浅黄色粉粒，无嗅无味，其最 主要的评价指标是：(1)冻力值(BIoom)．反 应了凝胶强度，测定方法为 6．67 的明胶溶 液在10℃置 16～18h后，用 l2．7ram 的圆柱 形探头下压明胶胶冻 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面 4ram深所需要的 重量 (g)，一般采用 LFAR胶冻 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 仪测 定0]。(2)粘度(也使用相同的浓度，于60℃ 测定．一般在 1．5～7．5×10_ Pa·s)。冻力 值可从 50的低冻力到 300的极高冻力．冻力 值与 链及 链上的成分有关，而粘度则取 决于分子量(单一a一链的分子量约 8～12．5 道尔顿，明胶的分子量是其倍数)。明胶的色 泽、凝胶透明度等也是品质的参考指标。明胶 不溶于冷水，但可吸水溶胀达 5～1O倍体积； 一 一 、 蠢一 一 攻咯l 一 一 一 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 82 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo[．23 No．4 明胶颗 粒度上升，吸水能力下降，加热温度 超过明胶的熔点后即成胶溶液，冷却后成为 胶冻。明胶的熔点随原料来源、冻力值、浓度 及含盐量等因素而不同。 明胶在食品工业上主要应用于：各类糖 果、肉制品(成胶冻)及乳制品等。通过选择不 同的冻力值、工艺及配方条件，可使产品达到 不同的外观、口感及效果。如生产明胶软牛厘 糖，一般可采用 7 ～8 的 A型、200B冻力 的明胶，及 37 的蔗糖，45 的葡萄糖浆外 加少许酸化剂、香精色素等。如果生产棉花糖 则应选择 240B以上的明胶；生产果汁口香 硬糖，则用 150B的明胶，典型配方有：蔗糖 3o ，葡萄糖浆 23 ，阿拉伯胶 10 ，明胶 3 ，果汁 15 等，阿拉伯胶的加人使在口中 融化时间延长。原则上，明胶含量升高，咬劲 增加；冻力上升．咬劲减弱；与琼脂或果胶混 用，能使结构变脆；与淀粉混用使弹性下降； 与阿拉伯胶混用增加硬度 。如果产品要求 弱凝胶，应选择高冻力(22o～250B)明胶；如 果产品固形物含量高，则选择低高冻力(100 ～ 175B)明胶。如果与卡拉胶或 CMC混用 (pH大于 6．o)，应选择 B型明胶，得到高凝 胶强度及高熔点口感。此外，A 型明胶比B 型明胶有更好的泡沫稳定性及与负电荷基团 的结合性能力。 在非食品工业上，明胶广泛用于生产药 物胶囊(与甘油混合)及照相感光材料等。目 前世界年产量约14~16×10 t。明胶的衍生 物包括冷水溶型明胶及水解明胶(也是一种 冷水溶型，用作乳化剂，但没有胶凝特性)也 已有商业化生产。 了棒状分子，溶液经冷冻干燥后，即成为预水 化型鱼胶。 商品鱼胶为白色粉粒，在中性水溶液中 不能水化，但在pH小于3．0的稀酸溶液中， 在搅拌条件下，1h后即成为乳 白色粘稠溶 液。鱼胶的等电点约 4．0，在中性条件下，鱼 胶蛋 白的分子链上约带有 8o 的正 电荷， 20 的负电荷。 鱼胶广泛用于澄清酒类，长期用作啤酒、 葡萄酒澄清剂，用于提高品质及增加产量。特 别是作为现代化啤酒贮藏期间的澄清剂，这 是由于冷藏啤酒的pH值约在4．0左右，将 pH值低于 3．0鱼胶溶液加人到啤酒中(添加 量约25ppm)，啤酒此时的 pH状态接近鱼胶 自身的等电点，使鱼胶分子既带有大量的正 电荷，也带有大量的负电荷，具有诱导酵母 (酵母细胞壁上带有磷酸根负离子)、蛋白质、 单宁等与其结合的功能i加之pH条件接近 鱼胶的等电点，鱼胶自身的可溶程度下降，当 与各种带电荷物质通过离子键或氢键结合 后，形成更为。沉重”的复杂结合物而逐渐从 啤酒中沉降出来被除去。 鱼胶在啤酒中广泛使用的原因是能明显 改进啤酒的品质(能提高清亮度、冷浊稳定 性、泡沫稳定性、挂杯性等)，具有清除啤酒中 带电荷微粒的功能，可使得啤酒更加澄清、稳 定，大大提高啤酒的过滤性能}同时又能形成 密实的沉积物，减少滤酒损失。更有意义的是 鱼胶可以缩短啤酒的后熟周期，由此提高设 备 的使用率，增加 了啤酒产量，降低操作成 本，从而产生明显的经济效益D]。 2 鱼胶(isinglass) 。 乳清浓缩蛋 白(whey pr。 ein c。n centrate J 鱼胶是自然界最纯净的天然蛋白质胶原 之一。结构上，其三螺旋分子束与束之间又通 过氢键结合形成相互折叠、盘缠的复杂空间 立体结构。商品化生产的鱼胶采用海洋鱼类 的鱼鳔为原料，经过长时间缓慢的特殊水解 处理后，将其不溶于水的天然复杂结构变成 乳清是生产干酪的副产品，过去只用作 饲料。随着近年来超滤、离子交换技术的工业 化应用，乳清浓缩蛋白(WPC)及乳清分离蛋 白(whey protein isolate)粉已开始商业化生 产。乳清约含乳糖 70 ，灰分 8 ，乳脂 1 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 第 23卷 第 1期 王卫平：食品品质改良剂：亲咪腔体的性质及应用(之八) 及 12 左右的蛋白质(干基)。经超滤处理可 得乳搪及乳清浓缩蛋白，取决于产品用途，商 品 WPC的蛋 白质含 量可从 25 到 高达 95 。其蛋白质主要成分是牛奶中除去了酪 蛋白后，在pH4．6条件下的水溶性蛋白质， 其中 乳球蛋白(1actoglobulin)约占 50％， a一乳清蛋白(1aetalbumin)约 12 ，免疫球蛋 白(immunoglobulins)约 10 ，牛血清蛋 白 (BSA)约 5 ，及部分其它蛋白质嘲，实际成 分与干酪生产工艺有关。 乳球蛋白受热易 变性，自身等电点约5．4，但有良好的酸稳定 性(pH2．2～4．8)；a一乳清蛋白的等电点为4． 2～4．5，在 pH5．4～9．0范围内非常稳定，热 稳定性相对较好；免疫球蛋白的分子量约一 百万，等电点在5．5～8．3，受热也易变性；牛 血清蛋白等电点约 5．1，在pH4．0以下发生 酸降解。 乳清浓缩蛋白粉的主要特征是有较为平 衡的亲水及疏水基团，含有胱氨酸及半胱氨 酸，具有螺旋的球状结构，受热易变性，但在 酸性条件下稳定。在浓缩过程中控制乳清蛋 白的受热程度、pH值变化范围、及各种矿物 元素的含量，如钙磷比，钠、钾含量等也可以 调整终产品乳清浓缩蛋白的溶解性、分散性 及热稳定性等。 蛋白含量高于 75 以上的乳清浓缩蛋 白及乳清分离蛋白(其蛋白质含量通常高于 9O ，并且乳脂含量很低)已具有明显的起 泡、疏松、胶凝及增稠等功能。乳清浓缩蛋白 粉需缓慢加入到剧烈搅拌的水中才能形成溶 液，卵磷脂的存在可以加快溶解过程。乳清蛋 白粉水溶液牯度很低，但当加热温度超过 65℃蛋白质开始变性后，粘度则直线上升；若 溶液的pH值接近乳清浓缩蛋白的等电点 (pH4．5～5．2)，粘度也会升高 在80"C左右， 5 浓度的 WPC7s开始形成乳白色软体蛋 白凝胶，若浓度在 8 以上则开始形成半透 明的坚固凝胶。凝胶形成的种类及强度还受 体系中其它因素的影响，在 pH7左右，添加 磷酸盐可获得硬性凝胶。乳清蛋白所形成的 凝胶有较好的冷冻一融化稳定性，经一l8℃ 深度冷冻后，其性质基本无变化。 在食品工业中，蛋白含量 35 以下的 WPC常用于替代脱脂奶粉；60 以下的 WPC常用作蛋白质增补剂，比如经热处理后 降低了溶解度的WPC产品用于面制品中改 进面团性质等；75 以上的WPC已具有良 好的乳化性能及凝胶特性。在 日本，WPC已 广泛用于鱼肉重组生产鱼糕，将低价值鱼肉 仿造成虾、蟹肉等。由于脂肪含量很低，乳清 分离蛋白还具有极好的搅打起泡性，在许多 方面可替代鸡蛋清，特别是在要求强化蛋白 质的酸性饮料中，能做到pH稳定性好，透明 度高。 4 酪 素(casein)及 酪 朊 酸 盐(ca seinates) 酪素即酪蛋白，是干酪的主要成分，酪素 与乳清中的蛋白质共同构成全部的牛奶蛋白 质。商品酪素为白色及淡黄色粉粒，有轻微奶 香气及滋味。在其等电点pH4．6范围不溶于 水，在pH3．0以下和5．5以上能溶胀于水中 形成具有一定粘度的溶液，其粘度值取决于 浓度、温度、pH及钙离子浓度等，在 pH6．5 以上有很好的热稳定性。酪素蛋白质约占全 部牛奶蛋白质含量的80 ，含有 20多种蛋 白质，但最主要有四大种，aS ，aS：，B， ，其中 比例为40：1b- 35—12[ ，此外还有 酪蛋 白等许多含量不稳定的其它蛋白质。所有酪 素都是含磷蛋白质，由磷酸与肽链上的丝氨 酸羟基结台成醋，但不同的醋化程度、二硫键 含量及氨基酸顺序不同导致了各种酪素蛋白 的性质差异。酪蛋白每摩尔带有的摩尔磷 (P)量分别是 s (8—9P)，aS2(10 13P)，，B (5P)，Jc(1P)，分子量均较小(2～2．4万道儿 顿)，在pH4．5～4．9的等电点附近均不溶， 并带有许多憎水基团，其亲水能力的大小顺 序是 as ，aS ， ，B。所有的酪蛋白都具有含量 高、分布相对均匀的脯氨酸，分子结构为随机 维普资讯 http://www.cqvip.com 食品与发酵工业 Food and Fermentation Industries Vo1．23 No．4 的线型松散结构，具有两亲性及良好的表面 活性 。 由于含有较多的磷酸基，aSz．娼 ．p酪素 与多价金属离子，特别是钙、锌离子的结合能 力都很强，结合后导致酪蛋白电负性下降，随 着温度、pH、离子强度等的变化．可以使得酪 素产生絮凝、沉淀及成凝胶现象。而K一酪素 则可在高钙浓度下仍保持良好的可溶性。 食品工业上，获得酪素的方法有：(1)在 20"C以上的鲜牛奶中添加凝乳酶．水解天然 酪素微粒表面的蛋 白成分(主要是 酪蛋 白)后，使内部酪蛋白在钙离子存在的条件下 发生沉淀。(2)鲜牛奶经发酵或调酸到pH4． 6条件下发生沉淀。将分离物干燥粉碎后即 成为干酪素，一般来说．干酪素的主要特征是 含有较多的疏水基团，几乎不含半胱氨酸，具 有线性松散型蛋白质结构，热稳定性好，但在 酸性条件下不稳定口]。在食品工业中主要用 作固体食品的营养强化剂．同时兼为加工过 程中的增稠及乳化稳定剂。 由于酪素的水溶性不好．可将其转化为 溶解性 良好的酪朊酸盐形式。最主要的是酪 酸钠(sodiu casein,ate)，由经氢氧化钠、碳 酸钠或碳酸氢钠处理的酪素水溶液经喷雾干 燥而成。酪朊酸钠易溶于永，pH呈中性，其 水溶液在酸性条件下会使酪蛋白产生沉淀。 酪朊酸钠具有良好的乳化及持水性能，常与 其它乳化剂配合广泛用于带油脂饮料(如椰 奶、花生奶、核桃奶等)中，起乳化稳定水相中 油脂的功能，也用作蛋白质营养强化剂。 此外占禽蛋含量 67 ～7O 的蛋清，也 是一种胶凝荆。蛋清中含有许多种类的清蛋 白。工业生产上，在将蛋黄分离后，蛋清经离 子交换处理除去溶菌酶以及均质等其它处 理，控温喷雾干燥后得到蛋清粉。蛋精粉在水 中有 良好的可溶性，在 pH5左右溶解度下 降，溶液粘度随剪切时间及剪切速率而下降。 蛋清具有良好的起泡、乳化及胶凝作用，其凝 胶为热不可逆型，用于重组鱼糕中增加弹性， 及蛋清酱等其它低胆固醇蛋制品中，也用于 西式火腿肠中增加嫩口感、持水性及脂肪稳 定性，也可用于糖果中控制糖结晶形成等 。 参 考 文 献 l Poppe J．Thickening and Cbelling Agents tor Food(A Iraeson，ed．)，B1ackie Academic＆ Profes sional，l992，98～ 123 2 Johnston— Banks F A．J．Soc．Leather Teehno1．Chem．，1984，68，lI1～ 1屿 3 BS 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