呂璐 陳炎 喬連杰 凌云霄 吳明文 蔡克周 姜紹通

摘 要：研究超聲波處理對(duì)豬血漿蛋白電導(dǎo)率及其起泡性、乳化性和凝膠性的影響。結(jié)果表明：超聲波處理對(duì)豬血漿蛋白電導(dǎo)率及其起泡性、乳化性和凝膠性均有顯著影響（P<0.05）。當(dāng)頻率為100 kHz時(shí)，在超聲時(shí)間（0～3 h）和功率（0～300W）范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間和功率的增加，電導(dǎo)率和凝膠性均逐漸增大，在300W功率下處理3h，血漿蛋白凝膠強(qiáng)度達(dá)208.5 g，較對(duì)照組提高了62.3%（P<0.05）；起泡性和乳化性在超聲時(shí)間和功率范圍內(nèi)，表現(xiàn)出先增加再降低的趨勢。在150 W功率下處理2 h，血漿蛋白起泡性最高為19.8%，較對(duì)照組提高了43.5%

（P<0.05）；在300 W功率下處理2 h，血漿蛋白的乳化性最高為60.6%，較對(duì)照組提高了25.0%（P<0.05）；但過長的超聲時(shí)間不利于提高血漿蛋白粉的乳化性。提示，超聲波處理是一種有效的血漿蛋白改性方法。

關(guān)鍵詞：豬血漿蛋白；超聲波處理；功能性；改性

Effect of Ultrasound Treatment on Functional Properties of Plasma Protein

L? Lu1， CHEN Yan1， QIAO Lianjie1， LING Yunxiao2， WU Mingwen2， CAI Kezhou1，*， JIANG Shaotong1

（1. Key Laboratory for Agricultural Products Processing of Anhui Province， College of Biotechnology and Food Engineering，

Hefei University of Technology， Hefei 230009， China； 2. Huaibei Enbi Feed Co. Ltd.， Huaibei 235000， China）

Abstract： The effects of ultrasonic power and treatment time on the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of porcine plasma protein （PPP） were studied. The results showed that the electrical conductivity， foaming， emulsifying and gelling properties of PPP were significantly changed after ultrasound treatment （P < 0.05）. The electrical conductivity and gelling properties of PPP were increased with increasing ultrasonic time and power. The heat-induced gel strength of PPP ultrasonicated for 2 h at 300 W reached 208.5 g， being increased by 62.3% when compared with that of control （P < 0.05）. The highest foaming capacity of PPP of 19.8% was obtained upon ultrasonic treatment at 150 W for 2 h， indicating a 43.5% increase over that of control （P < 0.05）. The highest emulsifying capacity was achieved after ultrasonic treatment at 300 W for 2 h. However， foaming and emulsifying properties of PPP were decreased by ultrasound treatment for an excessively long time. In conclude， ultrasonic treatment is an effective method of plasma protein modification.

Key words： plasma protein； ultrasound treatment； properties； modification

中圖分類號(hào)：TS251.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2015）07-0001-05

doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201507001

蛋白質(zhì)作為人體三大營養(yǎng)素之一，在食品工業(yè)中是重要的營養(yǎng)來源，同時(shí)蛋白質(zhì)還具有其自身特有的功能特性，如起泡性、乳化性和凝膠性等，作為輔料廣泛被應(yīng)用于多種食品加工中[1]。食品蛋白的改性加工是當(dāng)前食品科學(xué)研究的一大熱點(diǎn)，也是獲得既安全又具備多種功能特性的食品輔料的一條有效途徑。相比化學(xué)改性可能會(huì)引入新化學(xué)基團(tuán)或者產(chǎn)生次生產(chǎn)物，物理方法改性主要是利用熱、電、磁和機(jī)械能作用對(duì)食品蛋白的分子結(jié)構(gòu)加以改善，具有無毒副作用及對(duì)產(chǎn)品營養(yǎng)性能影響較小等優(yōu)點(diǎn)，是一種更加安全可行的方案[2-3]。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者在食品蛋白物理改性加工方面做了大量工作，其中食品蛋白主要集中在大豆分離蛋白[4-5]、乳清蛋白[6-7]、乳球蛋白[8]、花生蛋白[9]、麥胚清蛋白[10]、雞蛋白蛋白[11]方面，采用的物理方法主要有擠壓[12]、微波[13]、超高壓[14]、高壓脈沖[15]、超聲[16]和高壓微射流[17]等多種方法。多數(shù)物理處理方法存在設(shè)備成本高、工序復(fù)雜等問題，相比超聲波處理具有操作簡單、成本低的優(yōu)點(diǎn)。超聲波是一種高頻的機(jī)械振蕩，在超聲過程中物料局部小區(qū)域壓縮和膨脹迅速交替，對(duì)物料施加張力和壓潰作用，產(chǎn)生“空蝕”，對(duì)蛋白質(zhì)大分子產(chǎn)生機(jī)械性斷鍵作用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蛋白的功能改性[18]，早期研究也認(rèn)為，超聲波處理只對(duì)蛋白質(zhì)的三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)有影響，對(duì)蛋白質(zhì)的一級(jí)、二級(jí)結(jié)構(gòu)并無明顯影響[20-21]。

豬血漿蛋白是一種公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)蛋白源，它除了含有豐富均衡的氨基酸外，還具有優(yōu)良的凝膠性、乳化性、起泡性和吸水性等多種功能，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于低溫火腿、糕點(diǎn)、面點(diǎn)、冰激淋等多種食品加工中[21]。國內(nèi)已有人開展利用美拉德反應(yīng)改性制備高凝膠性血漿蛋白粉的研究[22]，關(guān)于物理方法改性豬血漿蛋白粉的研究還未見報(bào)道，本實(shí)驗(yàn)研究了超聲波處理對(duì)豬血漿蛋白電導(dǎo)率、起泡性、乳化性和凝膠性的影響，以期為血漿蛋白粉功能提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷凍干燥豬血漿蛋白粉（粗蛋白含量79.2%、粗灰分含量8.5%、水分含量8.5%） 淮北恩彼飼料有限公司。

金龍魚玉米胚芽油（GB19111）購于合家福超市；HCl為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

TA-XT Plus物性分析儀 英國Stable Micro Systems公司；CT14RD臺(tái)式冷凍高速離心機(jī) 美國Beckman公司；HH-S恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；FA25高速乳化分散機(jī) 上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；FA1104N型分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；AM-501超聲鍋 濟(jì)南科爾超聲波設(shè)備有限公司；DDS307電導(dǎo)儀 上海雙旭電子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超聲時(shí)間對(duì)豬血漿蛋白功能特性的影響

將豬血漿蛋白粉溶于去離子水中，制備成不同濃度的蛋白溶液，在固定頻率為100 kHz、超聲功率300 W的超聲池中分別超聲處理0、0.5、1、2、3 h后，取出樣品再按照對(duì)應(yīng)檢測方法，檢測不同超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性和凝膠性的影響。每個(gè)處理組至少3 個(gè)平行，實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3 次。

1.3.2 不同超聲功率對(duì)豬血漿蛋白功能特性的影響

將豬血漿蛋白粉溶于去離子水中，制備成不同濃度的蛋白溶液，在固定頻率為100 kHz的超聲池中，在超聲功率分別為0、100、150、200、300 W時(shí)，均超聲處理2 h，取出樣品再按照對(duì)應(yīng)檢測方法，檢測不同超聲功率對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性和凝膠性的影響。每個(gè)處理組至少3 個(gè)平行，實(shí)驗(yàn)至少重復(fù)3 次。

1.3.3 電導(dǎo)率檢測

將8.0 g血漿蛋白粉溶于800 mL去離子水中，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯50 mL，然后置于超聲池中經(jīng)不同超聲功率和時(shí)間處理后，取出直接用電導(dǎo)儀測定血漿蛋白溶液的電導(dǎo)率。

1.3.4 起泡性和起泡穩(wěn)定性測定

參考Yin等[23]的方法，進(jìn)行一定調(diào)整，具體步聚為：將4.0 g血漿蛋白粉溶解到400 mL蒸餾水中，用3 mol/L的鹽酸溶液調(diào)pH 7.0，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯25 mL，置于超聲池中經(jīng)不同超聲功率和時(shí)間處理后，在高速剪切分散乳化機(jī)（10 000～12 000 r/min）中分散60 s，然后迅速轉(zhuǎn)移入50 mL量筒，記錄泡沫體積（V），按照式（1）計(jì)算起泡性。

（1）

將上述均質(zhì)后的泡沫在量筒中靜置30min后，記錄此時(shí)泡沫體積（V1），按照式（2）計(jì)算起泡穩(wěn)定性。

（2）

1.3.5 乳化性和乳化穩(wěn)定性

參考Liu等[24]的方法，進(jìn)行一定調(diào)整，具體步驟為：將4.0 g血漿蛋白粉溶解到400 mL去離子水中，用3 mol/L

的鹽酸溶液調(diào)pH 7.0，分裝于100 mL燒杯中，每燒杯20 mL，置于超聲池中經(jīng)不同超聲功率和時(shí)間處理后，向上述血漿蛋白粉溶液中分別加入20 mL玉米油，在高速剪切分散乳化機(jī)（10 000～12 000 /min）中分散60 s，轉(zhuǎn)移至50 mL透明刻度離心管中，置于80 ℃水浴鍋中，加熱30 min后，冷卻至室溫，再2 000 r/min離心10 min，測定此時(shí)的乳化層高度，按照式（3）計(jì)算乳化性。

（3）

式中：h1為離心管中乳化層的高度；h2為離心管中液體總高度。

將上述均質(zhì)乳化溶液在離心管中靜置30 mim后，測定此時(shí)乳化層高度，按照式（4）計(jì)算穩(wěn)定性。

（4）

式中：h1為30 min后的乳化層高度；h2為初始時(shí)的乳化層高度。

1.3.6 凝膠性測定

根據(jù)凌云霄等[22]的方法，具體調(diào)整為：稱取2.4 g血漿蛋白粉于100 mL燒杯中，加入去離子水40 mL，用高速均質(zhì)機(jī)分散加速溶解，靜置消泡后，置于超聲池中經(jīng)不同超聲功率和時(shí)間處理，用保鮮膜封口扎緊，再置于80 ℃水浴鍋中，加熱30 min后，取出于冰水中冷卻20 min，于4 ℃冰箱中存放過夜，測定凝膠強(qiáng)度前取出恢復(fù)到室溫。

測試條件為：測試前速率5 mm/s，測試速率2 mm/s，測試后速率5 mm/s，測試距離為15 mm，夾具為直徑1.27 cm的圓柱狀平頭探頭。凝膠強(qiáng)度用硬度，即探頭下壓過程中的最大感應(yīng)力（g/cm2）表示[25]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Origin 8.0分析軟件分析和作圖，結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，顯著性分析采用Student，t檢驗(yàn)方法，P<0.05被認(rèn)為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率的影響

小寫字母不同，表示差異顯著（P<0.05）。下同。

圖 1 超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率的影響

Fig.1 Effect of ultrasonic time on the electrical conductivity of PPP

由圖1可知，超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲時(shí)間的增加，血漿蛋白的電導(dǎo)率逐漸增大。在超聲時(shí)間達(dá)2 h時(shí)，電導(dǎo)率由對(duì)照組的1.55 mS/cm增加到2.12 mS/cm（P<0.05），在處理3 h后，電導(dǎo)率達(dá)到2.21 mS/cm，顯著高于對(duì)照組和1 h處理組（P<0.05）。

圖 2 超聲功率對(duì)血漿蛋白導(dǎo)率的影響

Fig.2 Effect of ultrasonic power on the electrical conductivity of PPP

由圖2可知，超聲功率對(duì)血漿蛋白電導(dǎo)率的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的電導(dǎo)率逐漸增大，當(dāng)功率增大到300 W時(shí)，電導(dǎo)率達(dá)到最大，為2.42 mS/cm，較對(duì)照組1.48 mS/cm提高了63.5%，差異顯著（P<0.05）。

2.2 超聲對(duì)血漿蛋白起泡性的影響

圖 3 超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白起泡特性的影響

Fig.3 Effect of ultrasonic time on foaming properties of PPP

由圖3可知，超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響均差異顯著（P<0.05），隨著超聲時(shí)間的增加，血漿蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢。血漿蛋白在處理1 h后，起泡性增長緩慢，在2 h時(shí)達(dá)到最大為17.5%，此時(shí)血漿蛋白的起泡性最好，在3 h時(shí)降低為15.8%；而對(duì)于起泡穩(wěn)定性，在處理1 h后達(dá)到最高為54.5%，當(dāng)延長超聲時(shí)間至3h，穩(wěn)定性反而下降至42.6%。

圖 4 超聲功率對(duì)血漿蛋白起泡特性的影響

Fig.4 Effect of ultrasonic power on foaming properties of PPP

由圖4可知，超聲功率對(duì)血漿蛋白起泡性的影響差異顯著（P<0.05），對(duì)其起泡穩(wěn)定性沒有明顯影響

（P<0.05），對(duì)于起泡性以150W處理組最高為19.8%，繼續(xù)增加功率起泡性呈現(xiàn)下降。可見，超聲處理血漿蛋白能一定程度上增加其起泡性，但過大的超聲功率反而會(huì)降低血漿蛋白粉的起泡性能。

2.3 超聲對(duì)血漿蛋白乳化性的影響

圖 5 超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白乳化特性的影響

Fig.5 Effect of ultrasonic time on emulsifying properties of PPP

由圖5可知，隨著超聲時(shí)間的增加，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性都有先增大后減小的趨勢，但超聲時(shí)間只對(duì)血漿蛋白乳化性影響差異顯著

（P<0.05）。在2 h時(shí)血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性最好，分別為60.6%、59.0%，較對(duì)照組分別提高了25.0%

（P<0.05）、16.1%（P>0.05）。可見，超聲處理雖能增加血漿蛋白乳化性，但過長的超聲時(shí)間反而會(huì)降低血漿蛋白的乳化性。

圖 6 超聲功率對(duì)血漿蛋白乳化特性的影響

Fig.6 Effect of ultrasonic power on emulsifying properties of PPP

由圖6可知，隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性都有先增大后減小的趨勢，在200 W時(shí)血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性最好，分別為60.2%、58.2%，較對(duì)照組分別提高了20.0%（P<0.05）、13.7%（P>0.05），但是在300 W時(shí)，血漿蛋白的乳化性、乳化穩(wěn)定性分別為45.9%和47.9%，相比對(duì)照組還要低。

2.4 超聲對(duì)血漿蛋白凝膠性的影響

圖 7 超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白凝膠性的影響

Fig.7 Effect of ultrasonic time on the heat-induced gel strength of PPP

由圖7可知，超聲時(shí)間對(duì)血漿蛋白凝膠性的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲時(shí)間的延長，血漿蛋白的凝膠性逐漸增加。在超聲處理0.5 h后，血漿蛋白凝膠強(qiáng)度即由對(duì)照組128.5 g增加到163.9 g（P<0.05），其后隨著時(shí)間延伸，增速延緩，在超聲處理3 h后，血漿蛋白凝膠強(qiáng)度增加到208.5 g，顯著高于對(duì)照組和0.5 h處理組

（P<0.05）。

由圖8可知，超聲功率對(duì)血漿蛋白凝膠性的影響差異顯著（P<0.05），隨著超聲功率的增加，血漿蛋白的凝膠性基本呈增加的趨勢。在300 W時(shí)血漿蛋白的凝膠強(qiáng)度最高，為190.5 g，相比對(duì)照組120.5 g提高了58.1%，差異顯著（P<0.05）。

圖 8 超聲功率對(duì)血漿蛋白凝膠性的影響

Fig.8 Effect of ultrasonic power on the heat-induced gel strength of PPP

3 結(jié) 論

超聲波處理過程中通過能量傳遞，能在蛋白溶液介質(zhì)中產(chǎn)生空化作用，進(jìn)而對(duì)大分子蛋白產(chǎn)生剪切力和溫度效應(yīng)。本實(shí)驗(yàn)研究了100 kHz超聲波不同處理時(shí)間和處理功率對(duì)豬血漿蛋白電導(dǎo)率及其起泡性、乳化性和凝膠性的影響。結(jié)論如下：1）超聲波處理是一種有效的血漿蛋白改性方法；2）超聲處理可以導(dǎo)致血漿蛋白電導(dǎo)率明顯變化；3）起泡性和乳化性在超聲處理時(shí)間和功率范圍內(nèi)，先增加后降低，需要注意適度的處理時(shí)間和功率；4）對(duì)于凝膠性，受超聲影響較大，在實(shí)驗(yàn)的超聲時(shí)間（0～3 h）和功率（0～300 W）范圍內(nèi)，隨著處理時(shí)間和功率的增加逐漸增大。

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