糖基化交聯酪蛋白乳液凝膠特性

宋春麗，陳佳鵬，任健

(齊齊哈爾大學 農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾，161006)

糖基化交聯酪蛋白乳液凝膠特性

宋春麗*，陳佳鵬，任健

(齊齊哈爾大學 農產品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾，161006)

采用轉谷氨酰胺酶催化酪蛋白與殼寡糖發生交聯反應制備糖基化交聯酪蛋白?？疾炝擞稍摰鞍字苽涞娜橐耗z性質，表征了小變形流變性質(凝膠點及彈性模量，G′)、凝膠強度、凝膠的持水性及容重變化。流變分析結果表明：相對于酪蛋白制備的乳液凝膠，糖基化交聯酪蛋白制備的乳液凝膠時間縮短，而且G′值增加。凝膠的質構發生了顯著變化，凝膠強度顯著增加。但是凝膠的持水性和容重沒有發生顯著變化。糖基化交聯修飾對酪蛋白乳液凝膠的形成時間和質構影響較大。

酪蛋白；糖基化；乳液凝膠；流變性質

蛋白質乳液凝膠是一類重要的食品體系，在食品、化工及其他相關領域都具有廣泛的應用前景。譬如，牛奶或其他的奶制品就是一類蛋白乳液，而相關的各種酸奶制品也可認為是一類蛋白乳液凝膠。與蛋白質乳液相比，蛋白乳液凝膠的穩定性更好，而且具有良好的質構及感官特性，甚至可以作為一種很好的活性物質包埋載體，此類體系越來越受到工業界的關注，因而在食品工業中的應用潛力更好[1]。

酪蛋白是牛乳在等電點(pH 4.6)條件下沉淀所得的一大類蛋白質的總稱，是乳中一種特有的蛋白質。酪蛋白良好的功能性質以及營養價值，使其作為食品配料具有巨大的優勢：高營養、無色、具有清淡的味道、加工穩定性、無毒以及易于分離。對酪蛋白凝膠的研究，目前大都局限于用酪蛋白分散液直接酸化制得凝膠[2]，或將酪蛋白乳液直接酸化[3]或酶促交聯制得乳液凝膠[4]。

本研究利用轉谷氨酰胺酶(E.C. 2.3.2.13，TGase)的催化特性[5]，將酪蛋白分子與殼寡糖發生交聯和糖基化反應制備糖基化交聯酪蛋白，該修飾反應改變了酪蛋白的分子特性(如相對分子質量、糖基含量等)。以該修飾蛋白制備乳液，采用流變學的方法分析新型蛋白質制備的乳液凝膠的性質，表征在乳液凝膠的形成過程中凝膠點及模量變化，同時分析了凝膠的持水性、容重及凝膠強度的變化。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

酪蛋白，購于Sigma公司；TGase，江蘇一鳴精細化工有限公司；殼寡糖(分子質量為1 kDa)，浙江金殼生物化學有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 主要設備儀器

高壓均質機(GYB-4型)，上海東華高壓均質機廠；高級旋轉流變儀(Kinexus pro+型)，英國馬爾文公司；質構分析儀(TA-XT2型)，英國Stable Micro Systems公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 糖基化交聯酪蛋白乳濁液的制備

糖基化酪蛋白及交聯酪蛋白的制備方法參見文獻[6]。將一定體積的糖基化酪蛋白溶液(pH 7.0)和大豆油混合，先粗均質1 min，然后利用高壓均質機在40 MPa的條件下均質3次，最終得到酪蛋白修飾產物乳液，該乳液蛋白質、油濃度分別為2%和20%。酪蛋白乳液制備方法同上。

1.3.2 酸凝膠的小變形流變性質分析

取1.3.1中一定體積的乳液，加入葡萄糖酸內酯，加入量為0.25g/g蛋白質，于25 ℃攪拌2 min后，用流變儀測定蛋白質酸凝膠形成過程中的動態流變性質。樣品分散液緩慢傾注充滿流變儀配備的夾具中(PP60)，在25 ℃保溫5 min。strain值為0.1%。時間掃描(time sweep)：在線性黏彈區內，測定剪切頻率為0.1～100 Hz時，樣品在0～3 h內的彈性模量(G′)隨剪切頻率的變化。并計算損失角(tan δ，tan δ =G″/G′，G″，黏性模量)。凝膠時間定義為G′≥1 Pa時對應的時間[7]。

1.3.3 凝膠持水性和容重的測定

取1.3.1中乳濁液充填至干燥且稱重的同一規格離心管中，加入葡萄糖酸內酯，加入量為0.25 g/g蛋白)，于25 ℃水浴形成凝膠。24 h后稱量其質量(質量為m1)，800 r/min離心10 min，排凈水分，稱量離心管總質量(m2)。蛋白的持水率(WHC)由公式(1)計算：

(1)

式中：m0，空離心管的質量，g；m1，凝膠后樣品加離心管質量，g；m2，離心后樣品加離心管質量，g。

取上述乳濁液充填至同一規格的容器中，加入葡萄糖酸內酯，加入量為0.25 g/g蛋白，于25 ℃水浴形成凝膠，24 h后取出稱量其質量以及凝膠高度，容重(ρ)的計算公式為：

(2)

式中：m，凝膠質量，g；d，凝膠直徑，cm；h，凝膠高度，cm。

1.3.5 凝膠強度分析

利用TA-XT 2型物性儀測定酪蛋白乳液凝膠的強度，方法參照文獻[8]。探頭型號為p/0.5，壓縮速率為0.5 mm/s。

2 結果與討論

2.1 乳液凝膠時間和形成過程中的模量分析

利用流變學方法檢測凝膠形成過程中凝膠點和最終彈性模量的變化。酪蛋白及其修飾產物制備的乳液在凝膠形成過程中的一系列變化如圖1所示。

圖1 酪蛋白及其修飾產物制備的乳液酸化過程的時間掃描曲線Fig.1 Monitored changes in storage modulus (G′) and tan δ of the emulsions stabilized by casein and its modified products

在時間掃描測試的前期，酸化的3種酪蛋白乳液的彈性模量(G′)幾乎沒有發生變化，而隨著時間的延長，G′均明顯增加。依據G′≥1 Pa對應的時間點為凝膠點這一理論[7]，則糖基化交聯酪蛋白乳液的凝膠時間最短，其次是酪蛋白，最后是交聯酪蛋白?？梢?，糖基的導入會很大程度上縮短凝膠時間。酪蛋白、交聯酪蛋白與糖基化交聯酪蛋白乳濁液所形成的凝膠，在測試終點時對應的最終G′分別為737、881和819 Pa?？梢?，轉谷氨酰胺酶催化酪蛋白分子發生了交聯，形成高分子聚合物，有利于增加凝膠的彈性模量。較高的彈性模量(G′)表明，酪蛋白修飾產物具有黏彈性物質類固體的性質。此外，tanδ能夠表征凝膠網絡結構發生重排的可能性[7]，從圖1可以看出，糖基化交聯酪蛋白制備的乳液凝膠具有最低的損失角(tanδ)，損失角(tanδ)越小，表明蛋白質所形成的凝膠體系中彈性成分所占的比例越大，其體系表現出固體的特征。tanδ的差異進一步表明，糖基化交聯修飾反應引起酪蛋白分子的一些化學鍵發生了改變，進而影響了乳液凝膠的流變特性。

2.2 乳液凝膠強度分析

利用δ-葡萄糖酸內酯對酪蛋白及其修飾產物制備的乳液進行酸化制備乳液凝膠。采用質構儀測定所制乳液凝膠的凝膠強度，測定結果如表1所示。

表1 酪蛋白及其修飾產物的酸誘導乳液凝膠的凝膠強度

從表1可以看出，與酪蛋白乳液凝膠相比，其修飾產物所制凝膠強度增加，而且糖基化交聯酪蛋白乳液凝膠的強度最大。結果表明，共價交聯作用有利于增加乳液凝膠的強度，同時糖基的導入具有協同作用。這與相關文獻的報道一致[9]。

2.3 乳液凝膠持水性及容重變化

酪蛋白及其修飾產物酸誘導的乳液凝膠的持水性及容重測定結果如圖2所示。

圖2 酪蛋白及其修飾產物制備的酸誘導乳液凝膠的持水能力及容重變化Fig.2 Water holding capacity and bulk density of acid-induced emulsion gels stabilized by casein and its modified products

從圖2可以看出，與酪蛋白乳液凝膠相比，其修飾產物的乳液凝膠的持水性并沒有發生顯著的變化，均在99.5 g(水)/100 g(凝膠)以上?？梢?，在低離心力(800 r/min)的情況下，酪蛋白及其修飾產物制備的乳液凝膠都具有較好的持水能力。這表明凝膠結構比較穩定，不易被壞破，凝膠束縛的水分在低離心力下不會游離出來。此外，從容重的分析數據可以看出，酪蛋白及其修飾產物制備的乳液凝膠的容重沒有顯著差異，均在1.0左右。持水和容重數據表明，3種酪蛋白乳液凝膠的網絡結構比較致密，而且凝膠網絡的粒子空間大小沒有顯著差異。

3 結論

轉谷氨酰胺酶催化酪蛋白和殼寡糖發生的糖基化和交聯反應能夠顯著地改變酪蛋白乳液穩定的凝膠性質。該反應導致乳液的均一性下降；同時該反應顯著地縮短了凝膠時間、增強了凝膠強度，但是對凝膠的持水性和容重影響較小。

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[4] DICKINSON E, YAMAMOTO Y. Rheology of milk protein gels and protein-stabilized emulsion gels cross-linked with transglutaminase[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44(6): 1 371-1 377.

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Properties of emulsion gel stabilized by transglutaminase-induced glycosylated and cross-linked casein

SONG Chun-li*， CHEN Jia-peng， REN Jian

(Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

A glycosylated and cross-linked casein was obtained by transglutaminase (EC 2.3.2.13) in presence of oligochitosan. The emulsion gel stabilized by the modified caseins were investigated including rheological analysis, gel strength, bulk density and water holding capacity of the gel. Based on the mechanical spectra of the acid-induced gels, the emulsion stabilized by the modified casein showed shorter gelation time, enhanced gel strength than that of the casein. At the same time, there are no significant difference in bulk density and water holding capacity of the emulsion gels between casein and the modified product. This study demonstrated transglutaminase-induced modification showed significant impact on gelation time and texture of emulsion gel stabilized by the casein.

casein; glycosylation; emulsion gels; rheological properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612013

博士，副教授(本文通訊作者，E-mail：songchunlilily@sina.com)。

黑龍江省自然科學基金項目(B201421)

2016-04-08，改回日期：2016-05-20