乳清濃縮蛋白納米纖維的制備及其性質(zhì)研究.pdf

1、目前關(guān)于單一蛋白β-乳球蛋白和乳清分離蛋白(WPI)在非常規(guī)條件下制各的纖維特性已有不少研究。而對于成分相對復(fù)雜的乳清濃縮蛋白(WPC)在非常規(guī)條件下，形成的特殊結(jié)構(gòu)——納米纖維，以及所具有的獨特性質(zhì)則少有報道。因此本課題主要研究納米纖維的制備條件（蛋白濃度、pH和熱處理時間），分析了納米纖維的主要作用力（游離巰基、表面疏水性）、特性（濁度、ThT、DSC、表觀粘度、蛋白組成），酸可逆性、功能性質(zhì)（膠凝性、起泡性、乳化性）的變化。乳清濃

2、縮蛋白納米纖維具有的特性，有可能使其成為獨特的乳蛋白基料，對拓展或改善乳蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域有積極意義。主要研究結(jié)果分述如下:
　　 納米纖維的制備條件及其影響因素通過透射電鏡(TEM)分析，在pH1.8條件下，蛋白濃度為3.0wt％的WPC溶液，在90℃下熱處理10h可形成納米纖維結(jié)構(gòu)，分析蛋白濃度、pH、以及熱處理時間對納米纖維形成的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著蛋白濃度、pH的增加，形成的納米纖維就越粗，分支處的聚合物較多，若蛋白濃度和pH

3、過低，其形成的納米纖維過細(xì)，狀態(tài)不明顯，因此蛋白濃度為3.0 wt％的WPC溶液在pH1.8條件下適宜形成納米纖維。此外，隨著熱處理時間的延長，納米纖維分支處的聚合物減少，纖維狀態(tài)越清晰，當(dāng)乳清濃縮蛋白在90℃下加熱至10h時，可形成細(xì)長、形態(tài)良好的納米纖維結(jié)構(gòu)。
　　 主要作用力通過對納米纖維的表面疏水性、游離巰基的研究表明，納米纖維和常規(guī)乳清濃縮蛋白聚合物的表面疏水性含量分別為93.46±2.23和71.62±1.59，游離

4、巰基含量從最初的22706.6(μmol/L)和21014（μmoL/L）分別下降到16606.66(μmol/L)和2325.19±59.01(μmoL/L)，由此可見，在納米纖維的形成過程中，表面疏水性起主要作用而二硫鍵作用比較微弱。
　　 特性通過對濁度、ThT、表觀粘度、DSC以及蛋白組成的研究表明，乳清濃縮蛋白通過熱聚合形成的納米纖維，擁有比常規(guī)乳清濃縮蛋白聚合物更低的濁度值、表觀粘度和更高的變性溫度，二種聚合物在形成

5、過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化也有所不同。并且分析了兩種聚合物之間聚合量和蛋白組成的差異，納米纖維和常規(guī)乳清濃縮蛋白聚合物的聚合量分別分0.167±0.006g/L和0.786±0.011g/L，可見納米纖維的聚合量明顯低于常規(guī)乳清濃縮蛋白聚合物的聚合量。通過SDS-PAGE凝膠電泳研究表明，納米纖維的蛋白質(zhì)組成與常規(guī)聚合物存在一定差異，形成納米纖維聚合物的蛋白質(zhì)存在一定的酸水解作用。
　　 酸可逆性納米纖維在pH1.8與pH6.5之間反

6、復(fù)調(diào)節(jié)pH及二次熱處理，通過對其微觀結(jié)構(gòu)、濁度、聚合量、游離巰基、表面疏水性及二級結(jié)構(gòu)的研究表明，納米纖維結(jié)構(gòu)具有酸可逆性，在pH1.8和6.5之間多次調(diào)整，仍可以在pH1.8恢復(fù)纖維結(jié)構(gòu)，并且恢復(fù)之后的纖維結(jié)構(gòu)仍具有很好的熱穩(wěn)定性。二次熱處理后納米纖維的聚合量有一定增加，二硫鍵數(shù)目略有增加，表面疏水性作用進(jìn)一步增強(qiáng)導(dǎo)致納米纖維形成更多的枝杈結(jié)構(gòu)。通過對ThT、CD研究表明，二次熱處理后乳清蛋白α-螺旋結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步減少可能使纖維形成量略

7、有增加?；谒峥赡婺Ｐ停聹y酸可逆主要是非共價鍵的部分?jǐn)嚅_，二硫鍵產(chǎn)生的少量聚合和未解聚纖維以碎片的形式分散在pH6.5的介質(zhì)中，這些碎片通過疏水作用聚合成大的聚合物，當(dāng)pH再次降至1.8時，以非共價鍵聚合的大聚合物解離重新形成纖維，只是這種解離并不完全，導(dǎo)致酸可逆之后形成的纖維有較多枝杈，形成淀粉樣纖維特征;當(dāng)調(diào)回pH6.5時再次的熱處理會使其喪失再次形成纖維的能力，其原因主要是蛋白質(zhì)分子之間形成了太多的共價鍵（二硫鍵），這種纖維碎片

8、之間的聚合不會因再次調(diào)回pH1.8而再次解聚，因而無法再次恢復(fù)纖維結(jié)構(gòu)。除此之外，我們分析了離子強(qiáng)度對納米纖維酸可逆性的影響，通過透射電鏡(TEM)分析，隨著Ca2+濃度的增加，納米纖維變短、呈蠕蟲狀，最后纖維結(jié)構(gòu)被破壞，呈團(tuán)簇狀聚合;Na+濃度的增加，納米纖維開始保持良好的狀態(tài)，隨后逐漸變短、變粗，呈蠕蟲狀聚合;當(dāng)Ca2+濃度為10mM及Na+濃度為20mM時，可保持良好的納米纖維結(jié)構(gòu)。通過對ThT的研究表明，Ca2+存在時納米纖維的

9、酸可逆性較差，而Na+存在時納米纖維具有較好的酸可逆性。
　　 功能性質(zhì)通過對膠凝性的研究表明，添加乳清濃縮蛋白對酸奶凝膠有強(qiáng)化作用，納米纖維添加量低對酸奶凝膠的影響不大，而添加高含量納米纖維對酸奶凝膠起到負(fù)面作用。添加納米纖維的酸奶凝膠的硬度、黏度，隨著蛋白添加量的增加而減小;添加0.15～0.30wt％納米纖維的硬度和粘度稍有降低，酸奶凝膠組織狀態(tài)較緊實，沒有乳清析出;添加0.45～0.6wt％納米纖維的酸奶凝膠的硬度和粘度

10、明顯降低，而且酸奶的凝膠組織狀態(tài)不緊實，伴有部分乳清的析出，酸奶凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)疏松、空隙不均勻。
　　 通過對起泡性和乳化性的研究表明，與常規(guī)乳清濃縮蛋白聚合物相比，納米纖維具有較好的乳化穩(wěn)定性，當(dāng)靜置30 min后，納米纖維的乳化穩(wěn)定性提高了20％，尤其在起泡能力和泡沫穩(wěn)定性方面，明顯高于乳清濃縮蛋白常規(guī)聚合物，其中，起泡能力增加了2.4倍，泡沫穩(wěn)定性是乳清濃縮蛋白常規(guī)聚合物的2.96倍。并且酸可逆性處理過程中，二次加熱后的納