粒径分析法研究影响乳清蛋白热稳定性的因素

乳清蛋白是牛奶乳清中存在的一类蛋白质， 是牛奶乳清中的主要成分。在营养方面，乳清蛋 白在包括增强机体免疫力、构筑机体非特异性防 御屏障、创伤愈合、抗细菌和病毒、骨骼健康促进 及骨质疏松的预防和缓解等方面都有着积极的 作用。其次，乳清蛋白具有成胶性、热稳定性、乳 化稳定性、泡沫稳定性以及易溶解性等多种功能 特性，乳清蛋白功能多样，来源于天然食品，是可 获得的最经济的食物蛋白质资源之一，不仅是婴 幼儿食品蛋白的主要来源，还广泛应用于食品工 业各种食品中[1, 2]。 乳清蛋白的热稳定性对其生理活性和产品 特性有重要影响，在许多产品应用中也成为一个考 虑的重要因素，热处理是影响乳清蛋白变性的一个 重要因素，此外，pH与 Ca2+离子浓度对乳清蛋白的 热稳定性都有一定影响[3]。本文从加热温度、时间、 pH和碳酸钙浓度对乳清蛋白热稳定性的影响进 行了，为生产实践中的应用提供参考。 粒径分析是通过粒径分析仪对体系粒径特 征进行分析的一种技术，是一种能够较快分析体 系稳定性的一种方法，如果体系粒径分布呈高斯 分布状态，即平均值、中值和最频值恰好处在同 一位置，则示体系原处于比较稳定的状态。反 之，则体系存在不稳定性因素[5-7]。 1 材料与方法 1.1 材料与仪器 不同品牌乳清浓缩蛋白、柠檬酸、碳酸钙（食 品级）； 水浴锅（GFL，德国）、搅拌器、PHS-65 数显 pH计、粒径分析仪（Mastersizer 2000s，Malvern， 英国）。 1.2 试验方法 1.2.1 粒径分析仪条件 制定样液用 Malvern 粒径分析仪进行分析可 得到其粒度分布状态图谱。 粒径分析仪原理：颗粒在激光束的照射下， 其散射光的角度与颗粒的直径成反比关系，而散 粒径分析法研究影响乳清蛋白热稳定性的因素 刘翠平，苏米亚，杜 凌 （光明乳业股份有限公司技术中心，上海 200436） 摘 要：利用粒径分析法对影响乳清蛋白热稳定性的几个主要因素进行了研究。温度是影响乳清蛋白 热稳定性的重要因素，75 ℃是控制的一个关键点，加热时间越长，溶液 pH越低，乳清蛋白热稳定性越 差，5%的碳酸钙浓度对提高乳清蛋白热稳定性效果最佳。 关键词：乳清蛋白；热稳定性；粒径分析法 中图分类号：TS252.59 文献标识码：A 文章编号：1671-5187(2009)06-268-03 Study of Influencing Factors on Heat Stability of Whey Proteins by Particle Size Analysis Liu Cuiping, Su Miya, Du Ling （Technical Center of Bright Dairy&Food Co.，Ltd., Shanghai 200436, China） Abstract：Influencing factors on heat stability of whey proteins were analyzed by particle size analysis in the paper. The results showed that temperature is one of the important factors which influnced the heat stability of whey protein, 75 ℃ is one control point, the longer the heating time and the lower the pH value was, the worse heat stability of whey protein was, 5% concentration of calcium carbon－ ate had the best effet on improving the heat stability of whey protein. Key words：whey protein；heat stability；particle size analysis 收稿日期：2009-09-16； 作者简介：刘翠萍，女，工程师，从事乳品开发方面研究； 基金项目：南方大城市郊区牛场环境控制技术及奶牛应激综合防 控技术研究与产业化示范（编号 2006BAD04A14）。 《乳业科学与技术》 2009年第 6期 （总第 139期）268 射光随角度的增加呈对数规律衰减。由 He-Ne 激光器发射出的一束一定波长（633 nm）的激光 经滤镜后变成单一的平行光束。该光束照射到由 分散系统传输过来的颗粒样品后发生散射现象， 散射光的角度和颗粒直径成反比，散射光强随角 度的增加呈对数衰减，经傅立叶透镜后成像在排 列有多个检测器的焦平面上，散射光的能量分布 与颗粒直径分布直接相关。通过接受和测量散射 光的能量分布就可得出颗粒的粒度分布特征[4]。 具体参数设置如下： 颗粒折射率：1.500 颗粒吸收率：0.001 分散剂：水 相对折射率：1.449 分散剂折射率：1.330 分析软件：Mastersizer 2000配套软件 1.2.2 不同品牌乳清浓缩蛋白热稳定性测定 配制不同品牌 5%浓度WPC80溶液，80 ℃水 浴 5 min，测定粒径，分析比较。 1.2.3不同浓度梯度和加热温度乳清蛋白热稳定 性比较 以热稳定性较好的乳清蛋白为原料，配制 3%、5%、7%、9%浓度，分别在 60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃水浴加热 5 min，测定粒径，分析 比较。 1.2.4 影响乳清蛋白热稳定性因素正交试验分析 正交试验具有优良的均衡分散性和整 齐可比性，设计的试验点具有强烈的代表性，往 往能以较少的试验次数，分析出各因素的主次顺 序以及对试验指示的影响规律，筛选出满意的结 果，从而提高了试验的效率和分析质量[5]。 以加热温度、加热时间、pH值、碳酸钙浓度为 影响因素，以粒径结果为指标，设计 L9（34）正交试 验，确定各因素对乳清蛋白热稳定性的影响，试 验因素水平见表 1。 表 1 L9（34）正交试验因素水平 水平 因 素 加热温度 /℃ 加热时间 /min pH值 碳酸钙浓度 /% 1 60 5 5 0.3 2 75 10 6 0.5 3 90 15 7 0.7 2 结果与分析 2.1 不同品牌乳清蛋白热稳定性比较 6 个品牌的 WPC80 溶液 80 ℃水浴 5 min 后，肉眼观察均无絮状沉淀，感官无明显差异，采 用粒径分析仪分析，结果如图 1所示，加热后不 同品牌粒径表现出了明显差异，在 0~2 μm之间 （即蛋白稳定的区间）的粒径分布最低为 63.45%， 最高是 98.86%，1、3号品牌热稳定性较好，在 0~2 μm之间的粒径分布分别为 97.86%和 94.39%，进 一步分析，1号品牌 96.71%粒径分布在 0~1 μm， 而 3号品牌 90.01%粒径分布在 0~1 μm，1 号品 牌乳清蛋白热稳定性最佳。 体 积 /% 粒度 /μm 图 1 不同品牌乳清蛋白粒径分布图 2.2 不同浓度梯度和加热温度乳清蛋白热稳定 性比较 加热温度是影响热稳定性的一个重要因素， 以 1号品牌为原料，分别配制 3%、5%、7%、9%浓 度梯度的溶液，分别在 60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃水浴加热 5 min，测定粒径，分析不同浓 度乳清蛋白随加热温度上升热稳定性的变化，分 析结果如图 2所示。 0~ 2μ m 内 粒 径 百 分 数 /% 图 2 不同浓度和加热温度对乳清蛋白热稳定性的影响 由图 2可以看出，WPC80溶液浓度较低时， 随着加热温度的升高，对其乳清蛋白热稳定性影 响不大，无明显差异，3%浓度溶液的粒径分析结 果一直维持在 100%（在 0~2 μm之间）；5%浓度 的溶液在温度大于 80 ℃时，有少量粒径大于 2 μm，但在温度达到 100 ℃时，仍有 95.56%粒径位 于 0~2 μm之间；WPC80溶液浓度高于 7%时，加 热温度对乳清蛋白热稳定性的影响较大，7%和 9%浓度的 WPC80 溶液在 0~2 μm 内的粒径分 布，随着温度升高呈下降趋势，蛋白浓度越大，热 稳定性受温度影响就越大，由 70 ℃升到 80 ℃ 时，乳清蛋白粒径变化较大，说明 70 ℃左右是乳 清蛋白易热变性的一个温度区域。 2.3 影响乳清蛋白热稳定性因素正交试验分析 除了温度和加热时间，乳清蛋白在应用中热 刘翠平等：粒径分析法研究影响乳清蛋白热稳定性的因素 269 稳定性还受 pH、离子浓度等因素影响较大，配制 7%浓度的 1号品牌WPC80溶液，以加热温度、加 热时间、pH值、碳酸钙浓度为影响因素，以粒径结果 为指标，设计 L9（34）正交试验，确定各因素对乳清蛋 白热稳定性的影响，试验结果如表 2和图 3所示。 从表 2可以看出，影响乳清蛋白热稳定性的 主要因素是加热温度，其次是碳酸钙浓度和加热 时间，pH值的影响相对较小。由图 3可以看出，随 着加热温度升高，2 μm内粒径百分数呈下降趋 势，60 ℃到 75 ℃变化幅度较小，75 ℃到 90 ℃之 间乳清蛋白变化趋势明显，与试验 2.2结果一致， 说明在加热过程中这是乳清蛋白易变性区间；乳 清蛋白加热时间超过 5 min后，乳清蛋白粒径明 显增大，但加热时间由 10 min增加到 15 min后， 粒径增大趋势变缓；乳清蛋白粒径随 pH降低而 增大，酸性环境下乳清蛋白更易变性；从正交试 验中可以看出，适量浓度的碳酸钙溶液对乳清蛋 白有一定的保护作用，可增加乳清蛋白的热稳定 性，5%浓度的碳酸钙保护作用最佳。 3 结 论 乳清蛋白浓度、加热温度、加热时间、溶液 pH 和碳酸钙浓度都会影响乳清蛋白的热稳定性，蛋 白浓度越大，热稳定性受温度影响就越大。加热 温度的控制是控制乳清蛋白热稳定性的一个重 要因素，75 ℃~90 ℃之间是乳清蛋白易变性的温 度区域，Ca2+对乳清蛋白稳定性有一定的保护作 用，应用中如果需要添加碳酸钙，调整适量碳酸 钙浓度可提高乳清蛋白热稳定性。 另外，运用粒径分析法判定乳清蛋白的稳定 性，试验周期较短，结果也比较准确，重现性好， 是一种较好的稳定性检测方法，可以加快乳制品 新品的开发速度。 参考文献 [1] 李莹,林晓明.乳清蛋白营养特点与功能作用[J].中国食品与营 养, 2008,（6）:62-64. 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