超声波处理对猪血浆蛋白功能性质的影响

吕璐 陈炎 乔连杰 凌云霄 吴明文 蔡克周 姜绍通

摘 要：研究超声波处理对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性的影响。结果表明：超声波处理对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性均有显著影响（P<0.05）。当频率为100 kHz时，在超声时间（0～3 h）和功率（0～300W）范围内，随着处理时间和功率的增加，电导率和凝胶性均逐渐增大，在300W功率下处理3h，血浆蛋白凝胶强度达208.5 g，较对照组提高了62.3%（P<0.05）；起泡性和乳化性在超声时间和功率范围内，表现出先增加再降低的趋势。在150 W功率下处理2 h，血浆蛋白起泡性最高为19.8%，较对照组提高了43.5%

（P<0.05）；在300 W功率下处理2 h，血浆蛋白的乳化性最高为60.6%，较对照组提高了25.0%（P<0.05）；但过长的超声时间不利于提高血浆蛋白粉的乳化性。提示，超声波处理是一种有效的血浆蛋白改性方法。

关键词：猪血浆蛋白；超声波处理；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

中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2015）07-0001-05

doi： 10.7506/rlyj1001-8123-201507001

蛋白质作为人体三大营养素之一，在食品工业中是重要的营养来源，同时蛋白质还具有其自身特有的功能特性，如起泡性、乳化性和凝胶性等，作为辅料广泛被应用于多种食品加工中[1]。食品蛋白的改性加工是当前食品科学研究的一大热点，也是获得既安全又具备多种功能特性的食品辅料的一条有效途径。相比化学改性可能会引入新化学基团或者产生次生产物，物理方法改性主要是利用热、电、磁和机械能作用对食品蛋白的分子结构加以改善，具有无毒副作用及对产品营养性能影响较小等优点，是一种更加安全可行的方案[2-3]。

近年来，国内外学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离蛋白[4-5]、乳清蛋白[6-7]、乳球蛋白[8]、花生蛋白[9]、麦胚清蛋白[10]、鸡蛋白蛋白[11]方面，采用的物理方法主要有挤压[12]、微波[13]、超高压[14]、高压脉冲[15]、超声[16]和高压微射流[17]等多种方法。多数物理处理方法存在设备成本高、工序复杂等问题，相比超声波处理具有操作简单、成本低的优点。超声波是一种高频的机械振荡，在超声过程中物料局部小区域压缩和膨胀迅速交替，对物料施加张力和压溃作用，产生“空蚀”，对蛋白质大分子产生机械性断键作用，从而实现对蛋白的功能改性[18]，早期研究也认为，超声波处理只对蛋白质的三级和四级结构有影响，对蛋白质的一级、二级结构并无明显影响[20-21]。

猪血浆蛋白是一种公认的优质蛋白源，它除了含有丰富均衡的氨基酸外，还具有优良的凝胶性、乳化性、起泡性和吸水性等多种功能，目前已经被广泛应用于低温火腿、糕点、面点、冰激淋等多种食品加工中[21]。国内已有人开展利用美拉德反应改性制备高凝胶性血浆蛋白粉的研究[22]，关于物理方法改性猪血浆蛋白粉的研究还未见报道，本实验研究了超声波处理对猪血浆蛋白电导率、起泡性、乳化性和凝胶性的影响，以期为血浆蛋白粉功能提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

冷冻干燥猪血浆蛋白粉（粗蛋白含量79.2%、粗灰分含量8.5%、水分含量8.5%） 淮北恩彼饲料有限公司。

金龙鱼玉米胚芽油（GB19111）购于合家福超市；HCl为分析纯。

1.2 仪器与设备

TA-XT Plus物性分析仪 英国Stable Micro Systems公司；CT14RD台式冷冻高速离心机 美国Beckman公司；HH-S恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；FA25高速乳化分散机 上海弗鲁克流体机械制造有限公司；FA1104N型分析天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；AM-501超声锅 济南科尔超声波设备有限公司；DDS307电导仪 上海双旭电子有限公司。

1.3 方法

1.3.1 不同超声时间对猪血浆蛋白功能特性的影响

将猪血浆蛋白粉溶于去离子水中，制备成不同浓度的蛋白溶液，在固定频率为100 kHz、超声功率300 W的超声池中分别超声处理0、0.5、1、2、3 h后，取出样品再按照对应检测方法，检测不同超声时间对血浆蛋白电导率、起泡性、起泡稳定性、乳化性、乳化稳定性和凝胶性的影响。每个处理组至少3 个平行，实验至少重复3 次。

1.3.2 不同超声功率对猪血浆蛋白功能特性的影响

将猪血浆蛋白粉溶于去离子水中，制备成不同浓度的蛋白溶液，在固定频率为100 kHz的超声池中，在超声功率分别为0、100、150、200、300 W时，均超声处理2 h，取出样品再按照对应检测方法，检测不同超声功率对血浆蛋白电导率、起泡性、起泡稳定性、乳化性、乳化稳定性和凝胶性的影响。每个处理组至少3 个平行，实验至少重复3 次。

1.3.3 电导率检测

将8.0 g血浆蛋白粉溶于800 mL去离子水中，分装于100 mL烧杯中，每烧杯50 mL，然后置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，取出直接用电导仪测定血浆蛋白溶液的电导率。

1.3.4 起泡性和起泡稳定性测定

参考Yin等[23]的方法，进行一定调整，具体步聚为：将4.0 g血浆蛋白粉溶解到400 mL蒸馏水中，用3 mol/L的盐酸溶液调pH 7.0，分装于100 mL烧杯中，每烧杯25 mL，置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，在高速剪切分散乳化机（10 000～12 000 r/min）中分散60 s，然后迅速转移入50 mL量筒，记录泡沫体积（V），按照式（1）计算起泡性。

（1）

将上述均质后的泡沫在量筒中静置30min后，记录此时泡沫体积（V1），按照式（2）计算起泡稳定性。

（2）

1.3.5 乳化性和乳化稳定性

参考Liu等[24]的方法，进行一定调整，具体步骤为：将4.0 g血浆蛋白粉溶解到400 mL去离子水中，用3 mol/L

的盐酸溶液调pH 7.0，分装于100 mL烧杯中，每烧杯20 mL，置于超声池中经不同超声功率和时间处理后，向上述血浆蛋白粉溶液中分别加入20 mL玉米油，在高速剪切分散乳化机（10 000～12 000 /min）中分散60 s，转移至50 mL透明刻度离心管中，置于80 ℃水浴锅中，加热30 min后，冷却至室温，再2 000 r/min离心10 min，测定此时的乳化层高度，按照式（3）计算乳化性。

（3）

式中：h1为离心管中乳化层的高度；h2为离心管中液体总高度。

将上述均质乳化溶液在离心管中静置30 mim后，测定此时乳化层高度，按照式（4）计算稳定性。

（4）

式中：h1为30 min后的乳化层高度；h2为初始时的乳化层高度。

1.3.6 凝胶性测定

根据凌云霄等[22]的方法，具体调整为：称取2.4 g血浆蛋白粉于100 mL烧杯中，加入去离子水40 mL，用高速均质机分散加速溶解，静置消泡后，置于超声池中经不同超声功率和时间处理，用保鲜膜封口扎紧，再置于80 ℃水浴锅中，加热30 min后，取出于冰水中冷却20 min，于4 ℃冰箱中存放过夜，测定凝胶强度前取出恢复到室温。

测试条件为：测试前速率5 mm/s，测试速率2 mm/s，测试后速率5 mm/s，测试距离为15 mm，夹具为直径1.27 cm的圆柱状平头探头。凝胶强度用硬度，即探头下压过程中的最大感应力（g/cm2）表示[25]。

1.4 数据分析

所有数据采用Origin 8.0分析软件分析和作图，结果均以平均值±标准差表示，显著性分析采用Student，t检验方法，P<0.05被认为差异显著。

2 结果与分析

2.1 超声对血浆蛋白电导率的影响

小写字母不同，表示差异显著（P<0.05）。下同。

图 1 超声时间对血浆蛋白电导率的影响

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

由图1可知，超声时间对血浆蛋白电导率的影响差异显著（P<0.05），随着超声时间的增加，血浆蛋白的电导率逐渐增大。在超声时间达2 h时，电导率由对照组的1.55 mS/cm增加到2.12 mS/cm（P<0.05），在处理3 h后，电导率达到2.21 mS/cm，显著高于对照组和1 h处理组（P<0.05）。

图 2 超声功率对血浆蛋白导率的影响

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

由图2可知，超声功率对血浆蛋白电导率的影响差异显著（P<0.05），随着超声功率的增加，血浆蛋白的电导率逐渐增大，当功率增大到300 W时，电导率达到最大，为2.42 mS/cm，较对照组1.48 mS/cm提高了63.5%，差异显著（P<0.05）。

2.2 超声对血浆蛋白起泡性的影响

图 3 超声时间对血浆蛋白起泡特性的影响

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

由图3可知，超声时间对血浆蛋白起泡性和起泡稳定性的影响均差异显著（P<0.05），随着超声时间的增加，血浆蛋白的起泡性和起泡稳定性呈先增大后减小的趋势。血浆蛋白在处理1 h后，起泡性增长缓慢，在2 h时达到最大为17.5%，此时血浆蛋白的起泡性最好，在3 h时降低为15.8%；而对于起泡稳定性，在处理1 h后达到最高为54.5%，当延长超声时间至3h，稳定性反而下降至42.6%。

图 4 超声功率对血浆蛋白起泡特性的影响

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

由图4可知，超声功率对血浆蛋白起泡性的影响差异显著（P<0.05），对其起泡稳定性没有明显影响

（P<0.05），对于起泡性以150W处理组最高为19.8%，继续增加功率起泡性呈现下降。可见，超声处理血浆蛋白能一定程度上增加其起泡性，但过大的超声功率反而会降低血浆蛋白粉的起泡性能。

2.3 超声对血浆蛋白乳化性的影响

图 5 超声时间对血浆蛋白乳化特性的影响

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

由图5可知，随着超声时间的增加，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性都有先增大后减小的趋势，但超声时间只对血浆蛋白乳化性影响差异显著

（P<0.05）。在2 h时血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性最好，分别为60.6%、59.0%，较对照组分别提高了25.0%

（P<0.05）、16.1%（P>0.05）。可见，超声处理虽能增加血浆蛋白乳化性，但过长的超声时间反而会降低血浆蛋白的乳化性。

图 6 超声功率对血浆蛋白乳化特性的影响

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

由图6可知，随着超声功率的增加，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性都有先增大后减小的趋势，在200 W时血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性最好，分别为60.2%、58.2%，较对照组分别提高了20.0%（P<0.05）、13.7%（P>0.05），但是在300 W时，血浆蛋白的乳化性、乳化稳定性分别为45.9%和47.9%，相比对照组还要低。

2.4 超声对血浆蛋白凝胶性的影响

图 7 超声时间对血浆蛋白凝胶性的影响

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

由图7可知，超声时间对血浆蛋白凝胶性的影响差异显著（P<0.05），随着超声时间的延长，血浆蛋白的凝胶性逐渐增加。在超声处理0.5 h后，血浆蛋白凝胶强度即由对照组128.5 g增加到163.9 g（P<0.05），其后随着时间延伸，增速延缓，在超声处理3 h后，血浆蛋白凝胶强度增加到208.5 g，显著高于对照组和0.5 h处理组

（P<0.05）。

由图8可知，超声功率对血浆蛋白凝胶性的影响差异显著（P<0.05），随着超声功率的增加，血浆蛋白的凝胶性基本呈增加的趋势。在300 W时血浆蛋白的凝胶强度最高，为190.5 g，相比对照组120.5 g提高了58.1%，差异显著（P<0.05）。

图 8 超声功率对血浆蛋白凝胶性的影响

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

3 结 论

超声波处理过程中通过能量传递，能在蛋白溶液介质中产生空化作用，进而对大分子蛋白产生剪切力和温度效应。本实验研究了100 kHz超声波不同处理时间和处理功率对猪血浆蛋白电导率及其起泡性、乳化性和凝胶性的影响。结论如下：1）超声波处理是一种有效的血浆蛋白改性方法；2）超声处理可以导致血浆蛋白电导率明显变化；3）起泡性和乳化性在超声处理时间和功率范围内，先增加后降低，需要注意适度的处理时间和功率；4）对于凝胶性，受超声影响较大，在实验的超声时间（0～3 h）和功率（0～300 W）范围内，随着处理时间和功率的增加逐渐增大。

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