乳清蛋白改性综述

l4 广州食品工业科技Guangzhou Food Science And Technology vol 13 No 2(总49) 团的发酵 @要确保搅拌时间充足，若面团搅拌不 足，则面筋不能充分扩展，没有良好弹性，在整 形操作时面团干和硬，容易被机械撕破，造成 成品外不美观． 2 2 2 发酵 发酵是继搅拌后饼干生产的第二个关键 环节，发酵好与否，对饼干产品的质量影响极 大． 在发酵过程．发酵室的温度和湿度控制 比较关键，一般理想的发酵温度在28～3O℃ 之间。相对湿度控制在75％， 发酵时间的控制，不能一概而论，只能按 各个厂家的工艺而定，要生产质量好的饼干， 必须是选用发酵程度适当的面团。 22 3 挤压成形 在饼干生产中的挤压成形，就是采用机 械制造出不同种类、形状的饼干，只有前面二 个阶段质量保证时，才能挤压成形状理想的 饼干． 2 2 4 烘烤 烘烤是饼干生产工艺流程的最后阶段， 也是较为关键的阶段，生的面团变成味道香 脆的饼干，就是烘烤这一作用而形成的． 在烘烤过程中，温度控制是产品质量的 关键，温度不当，使饼干表皮形成焦黑色或颜 色不佳，影响感观质量。 2 2 5 包装 为保证饼干的品质和符合卫生要求，饼 干必须进行包装．为增加产品对人们的食欲， 提高竞争能力，提高经济效益，应该选用美观 漂亮的包装装璜。 总之，在饼干生产中使用酵母比化学膨 松荆有许多好处，现在不少饼干生产厂家都 用梅山牌高活性干酵母发酵，其产品不但具 有一般酵母的优点，更具有使饼干烘烤颜色 金黄，减少色素加入，以及具有后劲足的独特 优点． 要生产出高品质饼干，获得最好的经济 效益，选用好的酵母是一个关键。 【梅山产品应用征文】 (上接27页) 7 Mathe G aL．J A c．F00d Chem．．1983,31 ：379 8 Woo。S．L．et al，J．~ iry Sci，1982．66：9S4 9 Klemaszewski，J Let al，J．A~ic Food cheat． 1991，39：1033 10 Ma．c．et aL，J．Food scL．1982，47：145 11 Keadall2,．A．,BiocheatBiophys Acta．，1972，257： 83 12 Aalerabeck,F．et aL．J．agric．Food chore．，1979， 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their food app~cafions．Whey proteins modification methods includ~chemical，enzymatic and physical techniques Acylation,amidafion，esterificafion,phosphorylafion,thiolafion,reducfive alkylafion and covalent attachment of amino acids are chemical modifications；Enzymatic modification may entail partial proteolytic hydrolysis，Incorporation of intermolecular and irm'amolecular cross~nks with the protein conformation,and attachment of specific functional groups to the protein；Physical modification includes thermal inacfivafio~ploymer complexing and teturizatiorL Keywo rds Modification，whey protein，fancfiond，properties 乳清是以乳为原料生产干酪和酪蛋白的 副产品，蛋白质含量约 0．50,--．1 o0％，占垒乳蛋 白质的20％．乳清的产量很大，但其利用率仅 一 半左右，其余的以废水排放，这不仅稂费了 可贵的优质蛋白资源，而且造成严重的环境 污染。乳清的BOD(生化需氧量)为30，000— 60，0oomg儿_j J。在功能性质方面，乳蛋白除持 水性较好外，其它性能都比较差，这严重限制 了它在食品工业中的应用．所以，加强或改善 乳清蛋白的功能性质，是乳品工业急待解决 的问题． 乳清蛋白的改性方法有：化学改性、酶法 改性和物理改性 1 乳清蛋白的化学改性 乳清蛋白的化学改性主要是针对其中的 赖氨酸的8一氨基和天冬氨酸和谷氨酸的∞一羧 基进行的．化学改性可以改善乳清蛋白的溶 解度、表面性质、吸水性、凝胶形成和热稳 定性等。 1 l 酰化 常用乙酸酐或琥珀酸酐对乳清蛋白进行 酰化改性。一般情况下期氨酸的8一氨基最易 酰化。利用乙酸酐能以共价方式在乳清蛋白 分子上连接上一个中性的乙酰基，而琥珀酰 化连上的是一个琥珀酰阴离子．酰化改变了 乳清蛋白的表面净电荷，在这方面，琥珀酰化 的作用比乙酰化显著．从而酰化使乳清蛋白 的结构和功能性质发生改变 ．乙酰化可提 高乳清蛋白的水溶性，降低等电点，降低热凝 胶形成能力：琥珀酰化提高了乳清蛋白的水 溶性、持水力'改善了表面活性．对乳清蛋白 的酰化改性以琥珀酰化较常用． Thompson 等人(1980)l~J发现 77％琥珀酰化乳清蛋白在 等电点下的溶解度提高，持水力增大4—5倍， 乳化力和乳化稳定性得以显著改善，但琥珀 酰化对乳清蛋白的起泡性影响不大． 琥珀酰化乳清蛋白可用于调咖啡用的白 维普资讯 http://www.cqvip.com 一 州食品王业科技G1】angzhouFood Scl托ceAndTechnology voL13No．2(总49) 油，色拉调味料或作肉制品的填充料或蛋白 替代物． 1．2 酰胺化和酯化 乳清蛋白中的羧基可以通过酰胺化和酯 化而得以封锁．酰胺化是利用NH 在碳化二 亚胺介质中将谷氨酸和天冬氨酸转变为谷氨 酰胺和天冬酰胺．蛋白质在乙醇一盐酸介质 中便会很快发生酯化。酰胺化和酯化能改变 p一乳球蛋白的等电点。M砒afena(1981) 的 研究表明：13-~L球蛋白78％酰胺化，其等电点 从5．2上升到10 0，83％甲酯化和55％乙醋化 的 等 电 点 分 别 为 9 8 和 7．2 。 Mattardla(1982)t61还发现，使用 1．0克酰胺 化，2．0克乙醋化和 1．0克甲醋化13-乳球蛋白， 能使100毫升牛乳中的酪蛋白在不加凝乳酶 的条件下凝聚。酰胺化和酯化的13一乳球蛋白 的乳化力略有降低，但乙酯化13一乳球蛋白的 乳化稳定性却特强．这是因为它能在油水界 面上强烈吸附，对油的吸附性强，平均表面净 电荷少和疏水性强等多种作用的结果． 酰胺化和酯化乳清蛋白所带的正电荷以 及乙酯化D·乳球蛋白突出的界面性质表明它 们可分别用作干酪工业中的静电凝乳剂和乳 化食品中的稳定荆． 1．3 磷酸化 磷酸化主要是利用磷酸化试剂与乳清蛋 白中的丝氨酸和苏氨酸中的羟基氧，赖氨酸 ￡-氨基氮和组氨酸的眯唑氨进行反应，在蛋 白质上连接磷酸基团 J。常用的磷酸化试剂 有磷酰氧、五氧化二磷以及多聚磷酸钠等． 磷酸化能改善乳清蛋白的溶解性、持水力、 牯弹性、凝胶形成和表面活性． Woo等人 (1983)[sJ发现 6％(W厂v)磷酸化p一乳球蛋白在 PH5 0，C 浓度为lOOmM时不经加热便可形 成凝胶。磷酸化也能改善p一乳球蛋白的乳化 特性。 65％(w，v)磷酸化p哥L球蛋白的玉米 油乳化液在有 100mM ca 时，溶液牯度为原 0·乳球蛋白的2倍． 利用磷酸化D一乳球蛋白的凝胶形成特性 和高乳化力，可用它们来制造化食品和凝胶 食品，如蛋黄酱和奶胨． 1．4 硫醇化 巯基和二硫键是决定蛋白质功能性质的 主要基团。乳清蛋白与此相关的功能性质有 粘弹性、凝胶形成 质构化和热稳定性。对 二硫基团进行氧化硫解，能提高乳清蛋白的 乳化力和起泡力 。在一定条件下处理，可使 乳清蛋白发生分子内或分子间硫酵一二硫交 换，使蛋白质结构发生改变，这也可以起到改 善功能性质的目的 ．另外，利用化学试剂还 可在乳清蛋白上连接琉基．在碱性条件下， 乳清蛋白与 N-乙酰高半胱氨酸硫内酯fN- Am'L)在咪唑的催化下酰化，硫内醋环打开 而产生一个新的巯基 J，也可以用 S-乙酰巯 基琥珀酸酐使乳清蛋白增加巯基。硫醇化使 乳清蛋白的等电点和中性 PH时的等电荷发 生改变．N-AHTL硫醇化口·乳球蛋白的等点 为4．5—4．7，而S-AMSA改性后为3 7．用 KI氧化硫醇化后的13·乳球蛋白可导致分子 量大于600，000的聚合物形成，此聚合物有良 好的热稳定性、粘弹性，泡沫形成和凝胶形 成特性． 1．5 还原烷基化 轧清蛋白与甲醛在硼氢化铺催化下反应 可使其甲基化，也有在 PH7．0时用氰基硼氢 化钠作催化剂的。甲基化对乳清蛋白结构和 功能的影响很小，常用甲基化来防止一些有 害反应和用 C甲基化研究蛋自质的代谢 ． 利用比甲基更大或极性不同的基团进行 烷基化也许能对乳清蛋白的功能性质产生较 为明显的影响．利用还原烷基化在乳清蛋白 上连接糖基是一种比较有效的方法，可以提 高乳清蛋白的溶解性、牯弹性 凝胶形成和 表面活性 ． 1 6 共价连接氨基酸 共价连接氨基酸是一种提高蛋白质营养 价值和功能性质的方法．利用异肽键的形成 可以将外源氨基酸导人蛋白质。 ~figserver 等人(1979) 成功地将色氨酸 甘氨酸 丙 氨酸和天氨酸连接到酪蛋白上。连接亲水或 维普资讯 http://www.cqvip.com 广州食品工业科技GuangzhouFoodScienceAndTechnology vo1_13No．2(总49) 27 疏水氨基酸可以改变乳清蛋白的结构，同时 影响其功能性质。 2 乳清蛋白的酶法改性 利用酶部分水解乳清蛋白，增加分子内 或分子间交联，连接特殊功能基团，可以改善 乳清蛋白的功能性质 ．部分水解最直观 的表现是溶液的粘度下降，乳清蛋白溶解性 提高．水解后的乳清蛋白的热稳定性、乳化 力和起泡力提高，而凝胶形成能力、乳化稳定 性和泡沫稳定性下降．这是因为水解使多肽 含量增加，它们有较高的热稳定性和界面能 力，f旦明显缺乏稳定界面的能力．若在水解液 中加人援甲基纤维素(CMC 可以部分水解， 能扩大乳清的应用范围． 蛋白酶通过类蛋白反应可使蛋白质发生 交联，产生具有良好流变学性质的聚合物，这 在质构化食品中非常有用。也可以利用酶使 蛋白质磷酸化和硫醇化 。谷氨酸转移酶早 已被用于催化酪蛋白和p一乳球蛋白形成分子 内或分子间交联 oJ． 3 乳清蛋白的物理改性 通过热变性广与大分子聚合和质构化可 改善蛋白质的功能性质．在40—45℃处理 能加强乳清蛋白的起泡性。这是因为乳清蛋 白分子部分被展开而导致疏水氨基酸残基暴 露，使其能在水气界面上很好地定位⋯ ． Fujino等人(1993) 发现 8％乳清 蛋白分离 物在PH6 0，90℃加热30分钟形成的凝胶最 好，若同时配合使用 2—5mMCaCI2，效果更 佳．Konno等人(1993)[191的研究表明，火腿中 加入部分热变性的乳清蛋白浓缩物，可提高 制品的持水力．强度、粘弹性和咀嚼性． 蛋白 质和大分子物质聚合是常用于回 收蛋白质的方法。但 Hidalgo等人(1969)t~ 在研究p寻L球蛋白与几种稳定剂的相互作用 时 殳现p·乳球蛋白与CMC的复合物的热稳 定性极高．这可能是由于CMC抑制了蛋白 质问的聚合作用．还有试验表明可以用喷雾 干燥的乳清蛋白与 CMC的复合物完全替代 蛋糖霜中的蛋清 J，这表明复合物的乳化性 能也极佳． 质构化是蛋白质的一项重要功能．常用 的质构化方祛有热塑挤压和纤维纺丝。 Jaynes等AO976)m 发现PH3．9时，乳清蛋白 挤出物有很高的氨溶指数．在碱性条件下， 在纺丝液中加人十二烷基磺酸钠(SDS)'形成 的纤维强度极高，加工特性好'风味柔和，口感 优良． 4 乳清蛋白改·l生的前景 随着配方食品的不断发展，对蛋白质具 有良好功能性质的要求越来越强烈，这为乳 清蛋白的充分利用提供了契机，也为乳清蛋 白的改性指明了方向． 但是，在改性真正用于食品体系前，许多 问题有待深人探究，最主要的是改性氨基酸 生物可利用性的影响和化学改性的毒副产 物．酶改性和物理改性的安全性优于化学改 性，现已逐步应用于实际生产．但这并非说化 学改性没有意义，相反，通过有效的化学改性 石r以认识蛋白质结构与功能的关系，为寻找 可行的，温和的安全的改性方法提供理论支 持．此外，多种改性方法联用也是今后蛋白质 改性的一个主要方向，这将为蛋白质的应用 和研究提供广阔的天地． 参 考 文 献 o-DVd a1．，“PollutionMagzgementinFood Industries Conferm~,1990 Kins~la．IE．CRc CR1T,Rev Food Sci Nutr．，19 76，7：219 "Ihompson，L．U．et a1．，J．Daify Sci．，1980，63：715 "Ihompson,L．U．et a1．， D口iry sc ，1982,65：1135 Mattarella．NLet a1，JDaifySci．1982，65：2253 Mattarella．N．L m D．thesis Univwisconsin，M adison,1981 (下转第 l4页) l 2 3 4 5 6 维普资讯 http://www.cqvip.com