牟全生,楊 敏,王裕成,包鵬杰,雷敬敬,陳 浩,王海霞,楊繼濤

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,農(nóng)業(yè)資源化學(xué)與應(yīng)用研究所,甘肅蘭州 730070)

牛乳是人類(lèi)膳食中完美的食品之一,其天然營(yíng)養(yǎng)的特性被消費(fèi)者所青睞。牛乳含有人體所需的全部氨基酸、豐富的礦物質(zhì)和維生素等。蛋白質(zhì)是牛乳的重要營(yíng)養(yǎng)成分,乳蛋白主要包括兩大類(lèi),酪蛋白和乳清蛋白,其含量比例約為4∶1[1]。酪蛋白及其制品有著較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和良好的功能特性,可用作乳化劑、增稠劑和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等,在食品工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等行業(yè)廣泛應(yīng)用[2-4]。乳清蛋白是緊密的球狀蛋白,其功能特性廣泛,膽固醇、脂肪和乳糖含量低,易消化吸收,生物利用價(jià)值極高,常用作營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑[5]。

蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)決定其功能性質(zhì),可通過(guò)物理、化學(xué)、酶法修飾改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu),從而改變其性質(zhì)。化學(xué)修飾常用于改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì),其主要方法有?；?、酯化、糖基化、磷酸化和烷基化等[6-7]。其中,以美拉德反應(yīng)(Maillard reaction)為途徑的蛋白質(zhì)糖基化修飾,近年來(lái)被眾多的研究者用于改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。美拉德反應(yīng)是還原糖的羰基和蛋白質(zhì)的ε-氨基之間的復(fù)雜反應(yīng),其產(chǎn)物具有特殊的香氣、顏色,并具有抗過(guò)敏、抑菌、抗氧化的特性[8-9]。

近年來(lái),關(guān)于乳蛋白的糖基化產(chǎn)物性質(zhì)研究主要集中在生物活性方面。眾多研究指出,酪蛋白-糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物(Maillard reaction products,MRPs)具有降血脂、抗炎、抗腫瘤及降血壓作用[10-14]。另外,糖基化修飾顯著改善了酪蛋白的抗氧化性,具體表現(xiàn)為DPPH自由基清除活性提高,還原力增強(qiáng)[12,15-16]。然而,以脫脂牛乳為體系的糖基化產(chǎn)物功能性質(zhì)研究鮮有報(bào)道。

本文以脫脂乳為研究對(duì)象,以葡萄糖為糖基化試劑,采用水熱法進(jìn)行美拉德反應(yīng),系統(tǒng)研究了脫脂牛乳在不同葡萄糖添加量下的反應(yīng)程度,分析了糖基化產(chǎn)物的主要功能性質(zhì),以期為脫脂乳的糖基化修飾和糖基化乳蛋白的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮牛乳 采自甘肅省蘭州市安寧區(qū)營(yíng)門(mén)村牛奶廠;葡萄糖 煙臺(tái)市雙雙化工有限公司;鄰苯二甲醛(OPA) 阿拉丁試劑有限公司;十二烷基硫酸鈉(SDS) 煙臺(tái)市雙雙化工有限公司;大豆油 陜西省咸陽(yáng)市;四硼酸鈉 天津市化學(xué)試劑三廠;β-巰基乙醇 天津市凱信化學(xué)工業(yè)有限公司。

3K-15高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Sigma公司;JJ224BC型電子天平 常熟市雙杰測(cè)試儀器廠;PHS-3CpH計(jì) 上海三信儀器廠;TU-1901-雙光束紫外可見(jiàn)分光光度儀 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;AD500S-H均質(zhì)機(jī) 上海昂尼儀器儀表有限公司;Bettersize 2000激光粒度儀 丹東百特儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 脫脂乳制備 取新鮮牛乳經(jīng)3層紗布過(guò)濾除雜后,在25 ℃、4000 r/min的條件下離心20 min,除去上層脂肪,得到下層脫脂乳;加入0.02%(w/v)疊氮化鈉,防止微生物生長(zhǎng),并在4 ℃下保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)物制備 移取100 mL脫脂乳于水熱反應(yīng)釜中,用1 mol/L NaOH將溶液的pH調(diào)節(jié)至9.0,分別加入0、1、1.5、3、6、9 g葡萄糖,攪拌均勻后在100 ℃下加熱3 h。結(jié)束后,將樣品立即置于冷水浴中冷卻。反應(yīng)后的脫脂乳-葡萄糖混合物即為美拉德反應(yīng)產(chǎn)物。取適量反應(yīng)產(chǎn)物,用于糖基化程度測(cè)定;將剩余反應(yīng)產(chǎn)物在4 ℃下采用蒸餾水透析(分子截留量為1.0 kDa)48 h,并冷凍干燥,備用。

1.2.3 糖基化程度測(cè)定 根據(jù)文獻(xiàn)[12]方法,取400 μL反應(yīng)后的樣品,用pH7.0磷酸鹽緩沖液稀釋18倍,取100 μL稀釋后的樣品與3 mL鄰苯二甲醛試劑混勻,室溫下暗室放置5 min,以3 mL鄰苯二甲醛試劑與100 μL蒸餾水的混合液為參比,采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在340 nm測(cè)定吸光值,計(jì)算糖基化程度,公式如下:

糖基化程度(%)=(A0-A)×100/A0

式中,A0和A分別為反應(yīng)前和反應(yīng)后的樣品340 nm下的吸光值。

1.2.4 體系pH測(cè)定 采用pH計(jì)測(cè)定反應(yīng)結(jié)束后體系的pH[17]。

1.2.5 中間產(chǎn)物和褐變程度測(cè)定 參考文獻(xiàn)[18]方法,準(zhǔn)確移取20 μL反應(yīng)后的溶液,用蒸餾水稀釋360倍,采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在294 nm下測(cè)定吸光值,表示中間產(chǎn)物含量;準(zhǔn)確移取200 μL反應(yīng)后的溶液,用蒸餾水稀釋36倍,采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在420 nm下測(cè)定吸光值,表示褐變程度。

1.2.6 酪蛋白粒徑測(cè)定 將反應(yīng)后的樣品適度稀釋后采用激光粒度儀測(cè)定樣品中酪蛋白膠束粒徑(D43),泵速1800 r/min,顆粒折射率1.46,分散劑折射率1.33,吸收參數(shù)0. 001,測(cè)定3次,取平均值。

1.2.7 乳化性及乳化穩(wěn)定性測(cè)定 參考文獻(xiàn)[19]方法,準(zhǔn)確稱(chēng)取凍干后的樣品0.2 g,用0.2 mol/L pH7.0磷酸緩沖液定容至100 mL(濃度為2 mg/mL);取24 mL稀釋液與8 mL大豆油混合,10000 r/min轉(zhuǎn)速下高速分散處理1 min形成均一的乳狀液;分別在0、10和30 min時(shí)從底部取50 μL液體,并與5 mL質(zhì)量濃度為1 g/L的SDS溶液混勻,采用紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)在500 nm處測(cè)定吸光值,以SDS溶液作參比。乳化活力指數(shù)和乳化穩(wěn)定性計(jì)算公式如下。

乳化活力指數(shù)EAI(m2/g)=(2×2.303×A0×D)/[C×(1-θ)×φ×103]

乳化穩(wěn)定指數(shù)ESI(%)=A10/30×100/A0

式中:D為稀釋倍數(shù)(100);C為乳狀液形成前溶液中蛋白質(zhì)的濃度(2 g/mL);θ為乳狀液中油相體積分?jǐn)?shù)(0.25);φ為比色皿直徑(1 cm);A0為0 min吸光值;A10/30為乳液靜置10或30 min的吸光值。

1.2.8 發(fā)泡性及泡沫穩(wěn)定性的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[19]方法,準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g 凍干后的樣品,用0.2 mol/L pH7.0磷酸緩沖液溶解定容至100 mL,取30 mL樣品溶液置于50 mL燒杯中,于10000 r/min均質(zhì)1 min。分別于均質(zhì)后0、5、10、30 min讀取泡沫體積。

發(fā)泡性(%)=(V0/Va)×100

泡沫穩(wěn)定性(%)=(Vi/V0)×100

式中:V0為均質(zhì)后0 min時(shí)泡沫體積;Vi為分別表示放置5、10、30 min時(shí)的泡沫體積;Va為均質(zhì)前樣品溶液總體積。

1.2.9 吸油性的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[19]方法,準(zhǔn)確稱(chēng)取0.5 g凍干后的樣品,加入5 mL大豆油于稱(chēng)過(guò)質(zhì)量的15 mL離心管中渦旋混合5 min,靜置2 h后于4000 r/min下離心30 min,將上清液輕輕倒出,稱(chēng)量離心管和沉淀的質(zhì)量。

吸油性(g油/g糖基化蛋白質(zhì))=離心后沉淀質(zhì)量/MRPs初始質(zhì)量

1.3 數(shù)據(jù)處理

各組數(shù)據(jù)均為3次實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差,采用SPSS 18.0(SPSS Inc.,USA)進(jìn)行顯著性分析,采用Origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)程度及體系pH分析

脫脂乳與葡萄糖的美拉德反應(yīng)程度和體系pH變化如圖1所示。由圖1可知,隨著葡萄糖添加量的增加,脫脂乳中蛋白質(zhì)的糖基化程度顯著增大(p<0.05);當(dāng)葡萄糖添加量達(dá)到3 g/100 mL脫脂乳時(shí),糖基化程度達(dá)到最大值,之后隨著葡萄糖添加量的增加而降低。在不添加葡萄糖的情況下,脫脂乳經(jīng)加熱后糖基化程度為9.22%±1.28%,這是由于乳中含有的乳糖與乳蛋白發(fā)生了美拉德反應(yīng)。乳蛋白糖基化程度較低與乳糖含量有關(guān)。當(dāng)添加一定量的葡萄糖時(shí),還原糖含量增大,從而有大量氨基被糖基化,糖基化程度隨糖添加量的增大而增大。另一方面,在加熱過(guò)程,脫脂乳中乳清蛋白變性并與酪蛋白共價(jià)結(jié)合,致使乳蛋白發(fā)生不可逆熱聚集[20],從而使游離氨基被包埋而大幅度減少。糖基化程度以游離氨基含量為依據(jù),因此糖基化程度較高,且隨葡萄糖添加量的增大而顯著增加(p<0.05)。當(dāng)葡萄糖含量大于3 g/100 mL脫脂乳時(shí),大量的還原糖與乳蛋白相互作用,影響了酪蛋白膠束結(jié)構(gòu),抑制了膠束解離[21]或美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的熱聚集,使游離氨基含量增加,反應(yīng)程度降低。有關(guān)乳蛋白糖基化反應(yīng)的報(bào)道指出,蛋白質(zhì)糖基化程度隨還原糖添加量的增加而增大,當(dāng)糖添加量過(guò)高時(shí),糖基化程度緩慢增加,甚至不再發(fā)生顯著變化[22],這與本文研究結(jié)論不一致,原因在于文獻(xiàn)所用原料是單一乳蛋白,而本研究采用脫脂乳。相比而言,脫脂乳體系復(fù)雜,添加葡萄糖且高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱時(shí),體系中除了美拉德反應(yīng),還產(chǎn)生酪蛋白膠束的解離和聚集、乳清蛋白的自聚、乳清蛋白和酪蛋白的共價(jià)聚集、美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的相互聚集等,從而影響糖基化反應(yīng)過(guò)程及反應(yīng)程度。

就反應(yīng)體系pH而言,與不添加葡萄糖體系相比,當(dāng)乳體系中添加葡萄糖時(shí),糖基化反應(yīng)過(guò)程中生產(chǎn)小分子有機(jī)酸,使反應(yīng)后體系pH迅速降低[16]。然而,隨著葡萄糖含量的增加,體系pH降低至6.9左右,不再發(fā)生顯著變化(圖1)。這是由于反應(yīng)體系pH降低至接近中性時(shí),美拉德反應(yīng)受到抑制,因而生成的小分子酸含量變化不明顯。

圖1 葡萄糖添加量對(duì)脫脂乳糖基化程度和體系pH的影響Fig.1 Effects of glucose concentration on glycosylation degree and pH of skim milk-glucose system注:不同字母表示差異顯著(p<0.05);圖2～圖7同。

2.2 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物和褐變程度分析

294 nm波長(zhǎng)處吸光度主要用于反映蛋白質(zhì)糖基化過(guò)程中產(chǎn)生的無(wú)色中間產(chǎn)物,如糖、醛和小分子酮等;吸光度越大,中間產(chǎn)物越多[14,18]。由圖2可以看出,隨著葡萄糖添加量的增加,中間產(chǎn)物含量先增加再降低,且變化幅度較小。當(dāng)葡萄糖添加量增加到3 g/100 mL時(shí),中間產(chǎn)物量達(dá)到最低值,之后顯著上升(p<0.05)。

圖2 葡萄糖添加量對(duì)脫脂乳-葡萄糖體系反應(yīng)中間產(chǎn)物的影響Fig.2 Effect of glucose concentration on the amount of intermediate products of skim milk-glucose system

類(lèi)黑素是美拉德反應(yīng)終產(chǎn)物之一,其呈現(xiàn)褐色,在420 nm波長(zhǎng)處具有較強(qiáng)的吸收,因此可用該波長(zhǎng)下的吸光度表征褐變程度[14,23]。由圖3可知,不添加葡萄糖時(shí),脫脂乳中的乳糖與酪蛋白發(fā)生了美拉德反應(yīng),產(chǎn)生少量類(lèi)黑素。隨著葡萄糖添加量的增大,類(lèi)黑素的產(chǎn)量降低,且變化不顯著(p<0.05)。當(dāng)葡萄糖添加量增加到大于3 g/100 mL時(shí),類(lèi)黑素含量顯著上升(p<0.05)。

圖3 葡萄糖添加量對(duì)脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)褐變程度的影響Fig.3 Effect of glucose concentration on the browning intensity of skim milk-glucose system

類(lèi)黑素是高級(jí)階段反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)聚合、異構(gòu)等反應(yīng)后形成的大分子含氮聚合體[16],其產(chǎn)量與中間產(chǎn)物的累積量有關(guān)。隨著葡萄糖添加量的增大,中間產(chǎn)物的量和類(lèi)黑精產(chǎn)量變化趨勢(shì)基本一致。有研究指出,葡萄糖與氨基酸上的氨基反應(yīng)生成的脫氧果糖基氨基酸復(fù)合物是美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物,該物質(zhì)可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為不同產(chǎn)物:一種途徑下轉(zhuǎn)化為1-脫氧葡萄糖醛酮和3-脫氧葡萄糖醛酮,然后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為類(lèi)黑素或小分子酸等;另一種途徑下轉(zhuǎn)化為丙酮醛等;上述兩種轉(zhuǎn)化途徑和轉(zhuǎn)化程度受到溫度、pH等多種因素的影響[24]。與脫脂乳相比,當(dāng)添加葡萄糖1 g/100 mL時(shí),體系美拉德反應(yīng)程度增大,pH迅速降低(圖1),可見(jiàn)中間產(chǎn)物主要轉(zhuǎn)化為小分子酸,因此類(lèi)黑素產(chǎn)量降低(圖3)。當(dāng)葡萄糖添加量為1.5～3 g/100 mL時(shí),體系糖基化程度繼續(xù)增大,pH低于7.0,說(shuō)明中間產(chǎn)物主要轉(zhuǎn)化為小分子酸,還可能生成了丙酮醛等物質(zhì),因此中間產(chǎn)物累積量和類(lèi)黑素產(chǎn)量變化不顯著。當(dāng)葡萄糖添加量大于3 g/100 mL脫脂乳時(shí),體系pH略低于6.9,說(shuō)明隨著葡萄糖添加量的增大,中間產(chǎn)物首先轉(zhuǎn)化為小分子酸,降低了體系pH;當(dāng)體系pH低于6.9時(shí),弱酸性環(huán)境可能抑制了中間產(chǎn)物向小分子酸的轉(zhuǎn)化,使其主要轉(zhuǎn)化為類(lèi)黑素,且出現(xiàn)累積,因此表現(xiàn)為中間產(chǎn)物和類(lèi)黑素含量隨著糖添加量的增加而迅速增大。

有文獻(xiàn)指出,酪蛋白肽和葡萄糖美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物含量隨葡萄糖添加量的增加而增大[22],與本文研究結(jié)論不一致,原因可能是參與反應(yīng)的蛋白質(zhì)不一致,乳體系成分多而復(fù)雜,體系成分間的相互作用,如礦物質(zhì)與蛋白游離氨基的結(jié)合作用、大量葡萄糖與乳蛋白的相互作用等,都將影響美拉德反應(yīng)途徑,具體影響機(jī)理和影響程度有待進(jìn)步一研究。

2.3 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)體系中酪蛋白粒徑分析

乳中酪蛋白以膠束態(tài)存在,其粒徑主要分布在100～200 nm之間[25]。脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)體系里酪蛋白膠束粒徑如圖4所示。脫脂乳經(jīng)過(guò)水熱法加熱后,酪蛋白膠束平均粒徑為164 nm。加入葡萄糖后,酪蛋白膠束粒徑增大。當(dāng)葡萄糖添加量小于3 g/100 mL脫脂乳時(shí),酪蛋白膠束粒徑與未添加葡萄糖相比顯著增加(p<0.05)。結(jié)合糖基化程度可以看出,添加葡萄糖后脫脂乳的糖基化程度迅速增大,因此粒徑迅速增大;另外,高溫下乳蛋白糖基化產(chǎn)物可能發(fā)生熱聚集,致使粒徑增加。

圖4 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)體系中酪蛋白膠束粒徑Fig.4 Particle sizes of casein micelles in skim milk-glucose Maillard reaction system

當(dāng)葡萄糖添加量達(dá)到3 g/100 mL脫脂乳時(shí),雖然糖基化程度達(dá)到最大值,但粒徑卻降低至未添加葡萄糖的水平。而且,在該添加量下,中間產(chǎn)物和類(lèi)黑素的產(chǎn)量均為最低值。有文獻(xiàn)指出,當(dāng)還原糖添加量較高時(shí),可與酪蛋白膠束產(chǎn)生氫鍵等相互作用,其顯著抑制酪蛋白膠束的解離,而且阻止了膠束相互聚集[21]。由此推斷,該添加量下,糖基化后酪蛋白膠束的熱聚集被抑制,膠束形成較為致密的結(jié)構(gòu),游離氨基被包埋在膠束內(nèi)部,所以糖基化程度較高,粒徑較小。之后,隨著葡萄糖添加量的進(jìn)一步增加,類(lèi)黑素產(chǎn)量迅速增大(圖3),所以體系中微粒的平均粒徑也隨之有所增大。

2.4 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化性分析

蛋白質(zhì)是雙親分子,能在油-水界面上形成吸附層,從而降低界面張力,因而具有乳化活性。脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性如圖5所示。由圖5A可以看出,與未添加葡萄糖的樣品相比,添加葡萄糖后,脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化活性顯著增大(p<0.05),但其隨糖添加量的增加而基本不變(p>0.05)。當(dāng)糖添加量大于3 g/100 mL脫脂乳時(shí),該體系的乳化活性接近未添加葡萄糖的水平(p>0.05)。

蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性是影響其應(yīng)用范圍的另一個(gè)關(guān)鍵因素。乳化穩(wěn)定性取決于其親水性和疏水性平衡,親水性過(guò)高或疏水性過(guò)高都將導(dǎo)致乳化穩(wěn)定性較差[18]。由圖5B可知,隨著葡萄糖添加量的增加,產(chǎn)物10、30 min乳化穩(wěn)定性在葡萄糖添加量為3 g/100 mL時(shí)顯著提高(p<0.05);除了葡萄糖添加量為3 g/100 mL脫脂乳以外,30 min乳化穩(wěn)定性變化不顯著(p>0.05)。

圖5 葡萄糖添加量對(duì)酪蛋白-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effects of glucose concentration on the emulsifying activity and emulsion stability of skim milk-glucose Maillard reaction products注：A、B分別為脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性。

美拉德反應(yīng)使蛋白質(zhì)親水性增強(qiáng),其在油相和水相界面可以更加有序緊密的排列,從而形成更為致密的蛋白膜,因此其乳化性得以提高[26]。但是,葡萄糖添加量過(guò)大時(shí),生成大量中間產(chǎn)物和類(lèi)黑精,這些物質(zhì)本身不具備蛋白質(zhì)的雙親性質(zhì),所以體系乳化活性降低。由此可見(jiàn),適度糖基化修飾有利于改善乳蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性,以葡萄糖添加量為3 g/100 mL脫脂乳時(shí)較為適宜。

2.5 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)泡性分析

蛋白質(zhì)在激烈攪拌的情況下可以迅速吸附到氣相和水相的界面,同時(shí)蛋白質(zhì)分子能夠迅速適應(yīng)環(huán)境而改變自身構(gòu)象,重新在氣相與水相界面排列,形成有序的分子層或蛋白質(zhì)膜[27]。如圖6A所示,隨著葡萄糖添加量的增加,脫脂乳體系美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)泡性緩慢增大;當(dāng)添加量達(dá)到3 g/100 mL時(shí)稍有降低,之后基本不再發(fā)生變化。就泡沫穩(wěn)定性而言(圖6B),糖基化使脫脂乳體系10和30 min泡沫穩(wěn)定顯著增加(p<0.05),但其并未隨葡萄糖添加量增加而顯著變化(p>0.05)。

圖6 葡萄糖添加量對(duì)酪蛋白-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of glucose concentration on the foaming capacity and foam stability of skim milk-glucose Maillard reaction products注：A、B分別為脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性。

泡沫穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)流體力學(xué)半徑和分子量有關(guān),還與帶電基團(tuán)有關(guān)[28-29]。脫脂乳中蛋白質(zhì)與葡萄糖的共價(jià)結(jié)合降低了氨基含量,引入了大量羥基,使蛋白質(zhì)分子親水性增加,改變了蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu),從而改變了分子間的作用力,使得空氣-水界面的蛋白質(zhì)膜厚度和硬度得到增加,進(jìn)而提高了泡沫穩(wěn)定性。由此可見(jiàn),適度糖基化修飾可提高乳蛋白的發(fā)泡性能和泡沫穩(wěn)定性。

2.6 脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的吸油性分析

吸油性是蛋白質(zhì)的另一重要功能性質(zhì),其主要依靠蛋白分子結(jié)構(gòu)對(duì)油的物理攔截作用,蛋白質(zhì)體積密度越小,吸油性越大;吸油性還與蛋白質(zhì)疏水性、結(jié)構(gòu)等有關(guān)[30]。如圖7所示,脫脂乳-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物吸油性隨糖濃度的增加呈減小趨勢(shì)。糖基化反應(yīng)導(dǎo)致乳蛋白分子發(fā)生交聯(lián)和聚合,形成大分子聚合物,增加了蛋白質(zhì)分子的體積密度,使其結(jié)構(gòu)變得致密,因此對(duì)油分子的持有能力降低。所以,糖基化修飾不利于改善乳蛋白的吸油性。

圖7 葡萄糖添加量對(duì)酪蛋白-葡萄糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物吸油性的影響Fig.7 Effect of glucose concentration on the oil absorption of skim milk-glucose Maillard reaction products

3 結(jié)論

以葡萄糖為還原糖,通過(guò)美拉德反應(yīng)修飾脫脂乳中乳蛋白結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)在葡萄糖添加量為3 g/100 mL時(shí),糖基化程度達(dá)到最大值,之后迅速降低;而中間產(chǎn)物和褐變程度均在該添加量下達(dá)到最低值,之后迅速上升。就反應(yīng)體系pH而言,并未隨葡萄糖添加量的增加而顯著變化。糖基化反應(yīng)后,酪蛋白膠束粒徑增加。

糖基化修飾可提高脫脂乳體系的乳化活性和乳化穩(wěn)定性,當(dāng)葡萄糖添加量為3 g/100 mL時(shí),兩者均實(shí)現(xiàn)最大程度的改善。糖基化修飾雖然對(duì)脫脂乳中蛋白質(zhì)的發(fā)泡性提高程度并不顯著,但其10和30 min泡沫穩(wěn)定性顯著增加(p<0.05)。然而,糖基化修飾并不能改善乳蛋白的吸油性,反而使其降低。

綜上所述,可通過(guò)糖基化修飾改善乳體系的乳化性和發(fā)泡性,使其更利于工業(yè)化應(yīng)用。