不同品种花生蛋白流变特性的研究

芮 闯 侯彩云 苏 杨 刘 莹 安 瑜

(中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)

不同品种花生蛋白流变特性的研究

芮 闯 侯彩云 苏 杨 刘 莹 安 瑜

(中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)

对 8种花生蛋白的流变特性进行了探讨。静态流变特性测定结果表明,8种花生蛋白的流变模型为幂率模型,均为非牛顿流体。在同样的流动方式下,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他几种变化无明显差别。动态流变特性测定结果表明,随着温度的升高,不同品种花生蛋白的贮藏模量、损失模量以及损失系数均呈现出不同的变化趋势。其中,忠毅 9616品种蛋白的贮藏模量最大,红珍珠次之,花育 16最小;红珍珠、奇山 208、的损失模量高于其他几种,花育 16最低;忠毅 9616的损失系数最小,奇山 208最大。

花生蛋白 流变特性 模量

流变学是研究物质在力作用下变性的科学,主要研究和处理表观上连贯的黏性物质的变形问题,同时也研究和处理生产工艺过程中,物质的流动和物理性质变化的问题。流变性可以简单的理解为,物质在力学作用下发生形变,在流动过程中表现出来的性质[1]。

花生蛋白质是各种氨基酸由肽键相连而成的大分子有机物。作为一种食品原料,在食品工业、粮油工业中有着广泛的用途。由于食品物料的流变特性与食品质地的稳定性和加工工艺设计等有重要关系[2]。因此通过对花生蛋白流变特性的研究,可以了解其蛋白的组分、内部结构和分子形态等,能为产品配方、加工工艺、设备选型以及质量检测等提供科学的理论依据[3]。

采用流变仪测定不同品种的花生蛋白质的表观黏度和动态流变特性,研究剪切速率、蛋白质浓度、温度等因素对流变性能影响,得出不同花生品种与其流变特性之间的相关关系。

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

采用水酶法提取得到的品种分别为忠毅 22、忠毅 9616、白沙、丰花 5号、花育 16号、奇山 208、红珍珠和河北黑花生等 8种的花生蛋白粉,其蛋白质含量均不低于65%。

HZS-H恒温水浴振荡器:哈尔滨市东联电子技术开发有限公司;AR2000ex流变仪:英国 TA仪器设备有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 花生蛋白粉的制备

花生仁烘干,脱红衣后粉碎,称取一定量的花生粉,置于烧杯中,按固液比 1∶6加蒸馏水浸泡,超声波处理 20 min,调至pH 8.5,65℃下水浴振荡1 h,加入 4%酶活力为 2.4 AU/L的 Alcalase碱性蛋白酶,搅拌提取 2 h,溶液在 10 000 r/min条件下离心5 min,取上清液,调至 pH 4.0,10 000 r/min条件下再离心 5 min,取沉淀冷冻干燥后即得花生蛋白粉。

1.2.2 试验样品的制备

流变特性测量样品的制备:准确称量 2 g不同品种的花生分离蛋白粉置于 50 mL烧杯中,加入 18 mL的蒸馏水,将烧杯放在恒温震荡器上,常温下以500 r/min搅拌 30 min,使其混合均匀,备用。

1.2.3 静态流变特性的测定

因花生分离蛋白液的黏度相对较低,因此采用AR2000ex流变仪的同心圆筒装置进行静态流变特性的测定。将待测样品倾倒于同心圆筒中,驱动圆锥形触头缓慢下降,直至进入到设定距离。按照设定的程序,即温度 25℃、剪切速率在 0～1 000 s-1范围内进行流变试验,数据采集与记录由计算机自动完成。

1.2.4 动态流变特性的测定

采用 AR2000ex流变仪的平板式装置对样品进行流变测定。首先,用取样器取适量样品,均匀涂于平板的下表面,驱动平板上表面缓慢下降,当两平板间距为 10 mm时,停止手动操作,进行机器自动调节间距。待平板与样品完全接触后,除去多余的样品,然后在试样周围涂抹一层硅油,以防止样品在升温过程中水分的蒸发。启动流变仪,以固定的频率施加恒定的力,温度以 5℃/min的速率从 30℃升高到90℃,测定模量随温度升高的变化情况,数据采集与记录由计算机自动完成。

2 结果与分析

2.1 静态流变特性的测定结果与分析

2.1.1 静态测定花生蛋白液剪切应力与剪切速率的关系

对 8种花生蛋白分离液进行静态流变特性的测定,寻求各品种之间的差异性,得到试验结果如图 1所示。

图 1 8种花生蛋白液剪切应力与剪切速率的关系

由图 1可见,8种花生蛋白液在流动过程中需要的剪切应力随着剪切速率的增加而增加,且各品种间的差异性较小,其中忠毅 9616剪切应力随剪切速率变化而增加的速率最大,红珍珠则相对最小。亦即该 8种花生蛋白液中,忠毅 9616的静态黏度最大,而红珍珠黏度最小。

根据图 1中试验数据点的分布情况,对数据点进行回归拟和分析。结果表明,可以用幂率方程ζ= Kεn(式中:ζ为剪切应力/Pa;K为黏度系数 /Pa·Sn; n为流变特性指数;ε剪切速率/1/s。)进行表示[4],复相关系数都在 0.99以上。流变特性指数 n<1,根据流体力学中假塑性流体的定义,可以得出在该条件下,8种花生蛋白液为非牛顿流体。

2.1.2 静态测定花生蛋白液黏度与剪切速率的关系

液体受外力作用移动时,分子间产生的内摩擦力的量度称为黏度,各种液体都具有阻碍流动的特性。花生蛋白液的黏性只有在流动过程中才能表现出来,其大小用黏度度量[5]。图 2为 8种花生蛋白液黏度与剪切速率的关系曲线。

图 2 8种花生蛋白液黏度与剪切速率的关系

由图 2可见,在初始剪切速率增加的很小范围内,花生蛋白液黏度迅速下降。随着剪切速率的不断增大,蛋白液黏度缓慢下降,在剪切速率为 0.4～1.0 s-1区间内,黏度变化趋于平缓,而在 1～1 000 s-1范围内黏度基本无变化,为能够直观的体现出黏度与剪切速率的变化关系,仅选取剪切速率为0～1 s-1范围作图。即随着剪切速率的增加,蛋白液的黏度下降并趋于恒定。原因是蛋白液中存在着蛋白分子之间的相互作用以及分子水合球之间的相互作用,因此初始过程中,液体黏度较大。随着外界施加剪切力,分子间的作用力与水合结构遭到破坏,从而黏度呈现下降趋势[6]。随着剪切不断加强,液体逐渐趋于一个均匀稳定的体系,黏度变化趋于平稳。在同样的流动方式下,8种花生蛋白液中,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他几种变化无明显差别。

2.2 动态流变特性的测定结果与分析

在实际运用过程中,由于加工条件 (如压力、温度等)的变化,花生蛋白液处于动态变化中,因此有必要考察花生蛋白在动态变化过程中的相关特性。

贮藏模量 (G′)、损失模量 (G″)和损失系数(tanδ)是动态流变特性测定过程中三个重要参数,贮藏模量(G′)表示的是物质受到力的作用时,阻碍物质流动的特性;损失模量 (G″)表示的是物质受到外力作用时的变形程度;损失系数(tanδ)则表示损失模量与贮藏模量的比值,能够直观的反映出两者之间的关系[7]。本文主要考察贮藏模量 (G′)、损失模量(G″)和损失系数(tanδ)随温度升高的变化规律。

2.2.1 花生蛋白贮藏模量与温度的关系

选取 8种花生蛋白,对其贮藏模量 (G′)随温度变化关系进行考察,结果如图 3所示。

图 3 8种花生蛋白贮藏模量(G′)与温度的关系

由图 3可见,除忠毅 9616品种的花生蛋白之外,其他 7种花生蛋白贮藏模量(G′)随着温度的升高而呈现递增趋势,这表明随着温度的升高,蛋白开始逐渐由“溶胶状态”向“凝胶状态”转变,形成凝胶网状结构[8],具有较强的黏弹性。而忠毅 9616品种的花生,其蛋白质的贮藏模量随着温度的升高呈现先下降后上升的趋势,由于蛋白液体系中含有较多的水分,升温初始阶段,被截留的水被释放出来,从而使得体系的贮藏模量小幅降低。随着温度的升高,呈现出与其他品种共同的趋势。比较试验结果,可以得出,8种花生蛋白中,忠毅 9616的贮藏模量最大,红珍珠次之,花育 16最小。

2.2.2 花生蛋白损失模量与温度的关系

对 8种花生蛋白损失模量(G″)随温度变化关系进行研究,得如图 4所示结果。

图 4 8种花生蛋白损失模量(G″)与温度的关系

由图 4可见,在温度由 30℃升至 70℃的过程中,除忠毅9616品种的花生蛋白之外,其余7种蛋白的损失模量(G″)的变化基本趋于平稳。当温度继续升高,损失模量不断递增。忠毅 9616蛋白随着温度的不断增加,损失模量呈现先下降后上升的趋势。温度超过 70℃时,花生蛋白 G″均呈递增趋势,即该温度条件下,花生蛋白发生变性。从总体上看,品种红珍珠、奇山 208、忠毅 9616的 G″高于其他几种,花育16最低。

2.2.3 花生蛋白损失系数与温度的关系

损失系数(tanδ)是损失模量与贮藏模量的比值,能够直观的反映出两者之间的关系。对损失系数随温度变化关系进行分析,可以更进一步得出不同品种花生蛋白动态流变特性之间的差异。分析结果如图5所示。

图 5 8种花生蛋白损失系数与温度的关系

由图 5中损失系数的变化情况可以看出,随着温度的升高,奇山 208、丰花 5号与忠毅 9616三个品种的蛋白损失系数在初始阶段变化平稳,随后呈现快速下降的趋势,当温度升超过 70℃,又趋于平稳。其他几种蛋白的损失系数随温度变化均呈快速下降的特点。损失系数呈大幅度下降趋势,说明蛋白体系中产生了大量弹性成分,整个体系发生相变。由损失系数的变化趋势可以看出,8种花生蛋白质,以忠毅 9616的损失系数为最小,奇山 208为最大。

3 结论

3.1 静态流变特性测定结果表明,8种花生蛋白的流变模型为幂率模型,均为非牛顿流体。在同样的流动方式下,8种花生蛋白液中,忠毅 9616的黏度最大,花育 16次之,其他几种变化无明显差别。

3.2 动态流变特性测定结果表明,随着温度的升高,不同品种的花生蛋白的贮藏模量、损失模量以及损失系数均呈现出不同的变化趋势。其中,忠毅9616品种蛋白的贮藏模量最大,红珍珠次之,花育 16最小;红珍珠、奇山 208、的损失模量高于其他几种,花育 16最低;忠毅 9616的损失系数最小,奇山 208最大。

3.3 蛋白的贮藏模量、损失模量以及损失系数在70℃前后有着明显的变化,因此 70℃为花生蛋白的变性温度。

[1]陈克复,卢晓江,金醇哲,等.食品流变学及其测量[M].北京:轻工业出版社,1989:1-4

[2]陈坤杰.蜂乳的流变特性研究[J].农业机械报,2000,31 (4):64-66

[3]周宇英,唐伟强.食品流变特性的研究进展[J].粮油加工与食品机械,2001,(8):7-9

[4]Macritchie F.Physicochemical properties of wheat protein in relatin to functionality[J].Adv.Protein Chem,36:82-89

[5]金日光.高聚物流变学及其在加工中的应用 [M].北京:化学工业出版社,1986:31-42

[6]Fennema O.R.著.食品化学[M].王璋,许时婴,江波,等译.第三版.北京:中国轻工业出版社,2003:322-328

[7]杜先锋,许时婴,王璋.淀粉凝胶力学性能的研究[J].农业工程学报,2001,17(2):16-19

[8]PhillipsL G,Whitehead J.Structure function properties of food proteins[M].Academic PressNew York,1991:104-136.

Rheological Properties of Peanut Protein for DifferentVarieties

Rui Chuang Hou Caiyun Su Yang Liu Ying An Yu
(College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agriculture University,Beijing 100083)

The rheological behavior of peanut protein for eight varieties is discussed;The static and dynamic rheological propertieswere investigated.Results:The rheologicalmodels of peanut protein for the eight varieties are of power-law model and are all non-Newtonian fluid.At the same flow,the largest viscosity is for variety Zhongyi 9616,next Huayu 16,and no significant difference for other varieties.W ith increasing temperature,peanut protein dis2 plays different trend for different variety in storage modulus,loss modulus and loss coefficient.Regarding to storage modulus,Zhongyi 9616 protein displays the largest,Red Pearl next,Huayu 16 minimum;regarding to loss modulus, Red Pearl and Qishan 208 display higher value than others,Huayu 16 minimum;Zhongyi 9616 displays the smallest loss coefficient,and Qishan 208 the largest.

peanut protein,rheological properties,modulus

TS213 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)03-0069-04

国家科技支撑计划(2006BAD05A06)

2009-03-27

芮闯,男,1984年出生,硕士,农产品加工及贮藏工程

侯彩云,女,1963年出生,教授,博士生导师,谷物加工