糖基化交联酪蛋白乳液凝胶特性

宋春丽，陈佳鹏，任健

(齐齐哈尔大学 农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔，161006)

糖基化交联酪蛋白乳液凝胶特性

宋春丽*，陈佳鹏，任健

(齐齐哈尔大学 农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔，161006)

采用转谷氨酰胺酶催化酪蛋白与壳寡糖发生交联反应制备糖基化交联酪蛋白。考察了由该蛋白制备的乳液凝胶性质，表征了小变形流变性质(凝胶点及弹性模量，G′)、凝胶强度、凝胶的持水性及容重变化。流变分析结果表明：相对于酪蛋白制备的乳液凝胶，糖基化交联酪蛋白制备的乳液凝胶时间缩短，而且G′值增加。凝胶的质构发生了显著变化，凝胶强度显著增加。但是凝胶的持水性和容重没有发生显著变化。糖基化交联修饰对酪蛋白乳液凝胶的形成时间和质构影响较大。

酪蛋白；糖基化；乳液凝胶；流变性质

蛋白质乳液凝胶是一类重要的食品体系，在食品、化工及其他相关领域都具有广泛的应用前景。譬如，牛奶或其他的奶制品就是一类蛋白乳液，而相关的各种酸奶制品也可认为是一类蛋白乳液凝胶。与蛋白质乳液相比，蛋白乳液凝胶的稳定性更好，而且具有良好的质构及感官特性，甚至可以作为一种很好的活性物质包埋载体，此类体系越来越受到工业界的关注，因而在食品工业中的应用潜力更好[1]。

酪蛋白是牛乳在等电点(pH 4.6)条件下沉淀所得的一大类蛋白质的总称，是乳中一种特有的蛋白质。酪蛋白良好的功能性质以及营养价值，使其作为食品配料具有巨大的优势：高营养、无色、具有清淡的味道、加工稳定性、无毒以及易于分离。对酪蛋白凝胶的研究，目前大都局限于用酪蛋白分散液直接酸化制得凝胶[2]，或将酪蛋白乳液直接酸化[3]或酶促交联制得乳液凝胶[4]。

本研究利用转谷氨酰胺酶(E.C. 2.3.2.13，TGase)的催化特性[5]，将酪蛋白分子与壳寡糖发生交联和糖基化反应制备糖基化交联酪蛋白，该修饰反应改变了酪蛋白的分子特性(如相对分子质量、糖基含量等)。以该修饰蛋白制备乳液，采用流变学的方法分析新型蛋白质制备的乳液凝胶的性质，表征在乳液凝胶的形成过程中凝胶点及模量变化，同时分析了凝胶的持水性、容重及凝胶强度的变化。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

酪蛋白，购于Sigma公司；TGase，江苏一鸣精细化工有限公司；壳寡糖(分子质量为1 kDa)，浙江金壳生物化学有限公司；其他试剂均为分析纯。

1.2 主要设备仪器

高压均质机(GYB-4型)，上海东华高压均质机厂；高级旋转流变仪(Kinexus pro+型)，英国马尔文公司；质构分析仪(TA-XT2型)，英国Stable Micro Systems公司。

1.3 实验方法

1.3.1 糖基化交联酪蛋白乳浊液的制备

糖基化酪蛋白及交联酪蛋白的制备方法参见文献[6]。将一定体积的糖基化酪蛋白溶液(pH 7.0)和大豆油混合，先粗均质1 min，然后利用高压均质机在40 MPa的条件下均质3次，最终得到酪蛋白修饰产物乳液，该乳液蛋白质、油浓度分别为2%和20%。酪蛋白乳液制备方法同上。

1.3.2 酸凝胶的小变形流变性质分析

取1.3.1中一定体积的乳液，加入葡萄糖酸内酯，加入量为0.25g/g蛋白质，于25 ℃搅拌2 min后，用流变仪测定蛋白质酸凝胶形成过程中的动态流变性质。样品分散液缓慢倾注充满流变仪配备的夹具中(PP60)，在25 ℃保温5 min。strain值为0.1%。时间扫描(time sweep)：在线性黏弹区内，测定剪切频率为0.1～100 Hz时，样品在0～3 h内的弹性模量(G′)随剪切频率的变化。并计算损失角(tan δ，tan δ =G″/G′，G″，黏性模量)。凝胶时间定义为G′≥1 Pa时对应的时间[7]。

1.3.3 凝胶持水性和容重的测定

取1.3.1中乳浊液充填至干燥且称重的同一规格离心管中，加入葡萄糖酸内酯，加入量为0.25 g/g蛋白)，于25 ℃水浴形成凝胶。24 h后称量其质量(质量为m1)，800 r/min离心10 min，排净水分，称量离心管总质量(m2)。蛋白的持水率(WHC)由公式(1)计算：

(1)

式中：m0，空离心管的质量，g；m1，凝胶后样品加离心管质量，g；m2，离心后样品加离心管质量，g。

取上述乳浊液充填至同一规格的容器中，加入葡萄糖酸内酯，加入量为0.25 g/g蛋白，于25 ℃水浴形成凝胶，24 h后取出称量其质量以及凝胶高度，容重(ρ)的计算公式为：

(2)

式中：m，凝胶质量，g；d，凝胶直径，cm；h，凝胶高度，cm。

1.3.5 凝胶强度分析

利用TA-XT 2型物性仪测定酪蛋白乳液凝胶的强度，方法参照文献[8]。探头型号为p/0.5，压缩速率为0.5 mm/s。

2 结果与讨论

2.1 乳液凝胶时间和形成过程中的模量分析

利用流变学方法检测凝胶形成过程中凝胶点和最终弹性模量的变化。酪蛋白及其修饰产物制备的乳液在凝胶形成过程中的一系列变化如图1所示。

图1 酪蛋白及其修饰产物制备的乳液酸化过程的时间扫描曲线Fig.1 Monitored changes in storage modulus (G′) and tan δ of the emulsions stabilized by casein and its modified products

在时间扫描测试的前期，酸化的3种酪蛋白乳液的弹性模量(G′)几乎没有发生变化，而随着时间的延长，G′均明显增加。依据G′≥1 Pa对应的时间点为凝胶点这一理论[7]，则糖基化交联酪蛋白乳液的凝胶时间最短，其次是酪蛋白，最后是交联酪蛋白。可见，糖基的导入会很大程度上缩短凝胶时间。酪蛋白、交联酪蛋白与糖基化交联酪蛋白乳浊液所形成的凝胶，在测试终点时对应的最终G′分别为737、881和819 Pa。可见，转谷氨酰胺酶催化酪蛋白分子发生了交联，形成高分子聚合物，有利于增加凝胶的弹性模量。较高的弹性模量(G′)表明，酪蛋白修饰产物具有黏弹性物质类固体的性质。此外，tanδ能够表征凝胶网络结构发生重排的可能性[7]，从图1可以看出，糖基化交联酪蛋白制备的乳液凝胶具有最低的损失角(tanδ)，损失角(tanδ)越小，表明蛋白质所形成的凝胶体系中弹性成分所占的比例越大，其体系表现出固体的特征。tanδ的差异进一步表明，糖基化交联修饰反应引起酪蛋白分子的一些化学键发生了改变，进而影响了乳液凝胶的流变特性。

2.2 乳液凝胶强度分析

利用δ-葡萄糖酸内酯对酪蛋白及其修饰产物制备的乳液进行酸化制备乳液凝胶。采用质构仪测定所制乳液凝胶的凝胶强度，测定结果如表1所示。

表1 酪蛋白及其修饰产物的酸诱导乳液凝胶的凝胶强度

从表1可以看出，与酪蛋白乳液凝胶相比，其修饰产物所制凝胶强度增加，而且糖基化交联酪蛋白乳液凝胶的强度最大。结果表明，共价交联作用有利于增加乳液凝胶的强度，同时糖基的导入具有协同作用。这与相关文献的报道一致[9]。

2.3 乳液凝胶持水性及容重变化

酪蛋白及其修饰产物酸诱导的乳液凝胶的持水性及容重测定结果如图2所示。

图2 酪蛋白及其修饰产物制备的酸诱导乳液凝胶的持水能力及容重变化Fig.2 Water holding capacity and bulk density of acid-induced emulsion gels stabilized by casein and its modified products

从图2可以看出，与酪蛋白乳液凝胶相比，其修饰产物的乳液凝胶的持水性并没有发生显著的变化，均在99.5 g(水)/100 g(凝胶)以上。可见，在低离心力(800 r/min)的情况下，酪蛋白及其修饰产物制备的乳液凝胶都具有较好的持水能力。这表明凝胶结构比较稳定，不易被坏破，凝胶束缚的水分在低离心力下不会游离出来。此外，从容重的分析数据可以看出，酪蛋白及其修饰产物制备的乳液凝胶的容重没有显著差异，均在1.0左右。持水和容重数据表明，3种酪蛋白乳液凝胶的网络结构比较致密，而且凝胶网络的粒子空间大小没有显著差异。

3 结论

转谷氨酰胺酶催化酪蛋白和壳寡糖发生的糖基化和交联反应能够显著地改变酪蛋白乳液稳定的凝胶性质。该反应导致乳液的均一性下降；同时该反应显著地缩短了凝胶时间、增强了凝胶强度，但是对凝胶的持水性和容重影响较小。

[1] 罗立君, 唐传核. 大豆7S和11S凝胶样乳液流变特性及微观结构的研究[J]. 现代食品科技, 2013(2):242-246.

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[4] DICKINSON E, YAMAMOTO Y. Rheology of milk protein gels and protein-stabilized emulsion gels cross-linked with transglutaminase[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1996, 44(6): 1 371-1 377.

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[9] 杨淼, 唐传核. 微生物转谷氨酰胺酶对大豆分离蛋白乳液凝胶性能的影响[J]. 现代食品科技, 2012, 28(1):5-8.

Properties of emulsion gel stabilized by transglutaminase-induced glycosylated and cross-linked casein

SONG Chun-li*， CHEN Jia-peng， REN Jian

(Key Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province, Qiqihar University, Qiqihar 161006, China)

A glycosylated and cross-linked casein was obtained by transglutaminase (EC 2.3.2.13) in presence of oligochitosan. The emulsion gel stabilized by the modified caseins were investigated including rheological analysis, gel strength, bulk density and water holding capacity of the gel. Based on the mechanical spectra of the acid-induced gels, the emulsion stabilized by the modified casein showed shorter gelation time, enhanced gel strength than that of the casein. At the same time, there are no significant difference in bulk density and water holding capacity of the emulsion gels between casein and the modified product. This study demonstrated transglutaminase-induced modification showed significant impact on gelation time and texture of emulsion gel stabilized by the casein.

casein; glycosylation; emulsion gels; rheological properties

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612013

博士，副教授(本文通讯作者，E-mail：songchunlilily@sina.com)。

黑龙江省自然科学基金项目(B201421)

2016-04-08，改回日期：2016-05-20