汪 峰 湖北省營養化學品生物合成工程技術研究中心

　　乳清蛋白是由干酪生產過程中產生的副產品乳清，經過特殊工藝濃縮精制而得的一類蛋白質。近年來，越來越多的奶粉企業使用乳清蛋白作為原料。它不僅純天然、無毒無害，還提供人體所需的必須蛋白質，而且乳清蛋白有一股淡淡的乳香味以及很強的乳化性。乳清蛋白能夠很好地分布在不飽和脂肪酸表面，延緩不飽和脂肪酸的氧化。但由于乳清蛋白是熱敏性蛋白，熱變性后在水中溶解性明顯下降，直接影響其功能特性，使其使用范圍受到限制。由于乳清蛋白的熱穩定性對其生理活性和產品特性有重要影響，因此對其穩定性的研究成為奶粉生產過程中不可忽視的環節。

　　在配制乳化體系的過程中，乳清蛋白會吸附到油脂表面，降低油脂表面自由能，維持乳化體系的穩定。在加熱過程中乳清蛋白的結構會發生變化，在最初加熱階段，乳清蛋白開始膨脹，隨著加熱程度的增加，乳清蛋白分子結構打開，此時乳清蛋白的乳化能力達到最佳。加入其他的壁材進行剪切，待壁材完全溶解后再加入油相一起剪切10min，均質后形成o/w型乳液。在配制乳清蛋白乳液的過程中，影響乳清蛋白乳液熱穩定性的因素有加熱條件、鹽類(比如磷酸氫二鉀)、均質壓力、壁材中不同的填充物等，它們都會使乳清蛋白發生變性，從而破壞整個乳清蛋白乳化體系。本文主要是研究這些因素對乳清蛋白乳化體系的影響，探討在乳液配制過程中如何通過通過控制和利用這些因素來生產出令人滿意的乳清蛋白乳化體系。

　　材料與方法

　　實驗材料

　　花生四烯酸油脂(嘉必優生物工程(武漢)有限公司)、乳清蛋白(Hilmar)、麥芽糊精DE值為20(Cargill)、一水結晶葡萄糖(Cargill)、磷酸氫二鉀(國藥)。

　　試驗儀器

　　剪切乳化機(上海索維機電設備有限公司)、高壓均質機(上海東華高壓均質廠)、馬爾文粘度計(英國馬爾文儀器公司)。

　　實驗方法

　　首先將壁材溶解于純水中，乳化機12000r/min剪切10min，加入花生四烯酸油脂繼續剪切10min后，采用高壓均質機30MPa均質壓力循環均質80s，得到乳清蛋白乳液。

　　乳化液粘度的測定

　　用Bohlin Visco 88粘度計測定均質料液粘度，得到不同溫度條件下的粘度曲線。

　　粘度計參數設置：轉子C30; Shear Value：600; Delay Time：5s; Integration Time：5s; Wait Time：2s; Number of Samples:30; Total test time:360s。

　　影響乳清蛋白乳液

　　熱穩定性的因素

　　加熱條件的影響

　　加熱處理溫度和時間對乳清蛋白乳化體系存在影響。乳清蛋白溶液在加熱過程中結構會發生變化，剛開始加熱時，乳清蛋白分子結構逐漸打開，隨著加熱程度的提高，當溫度大于70℃以后，乳清蛋白逐步發生變性。

　　配制乳清蛋白乳液：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、25%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。剪切均勻后，將均質配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入80℃和70℃熱水中保溫。

　　圖1可見，溫度越高，蛋白乳液變性越快從而使溶液粘度激增。

　　鹽類(比如磷酸氫二鉀)的影響

　　加入鹽類(比如磷酸氫二鉀)對乳清蛋白乳化體系產生影響。配制乳清蛋白乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、5%磷酸氫二鉀;配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、34%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀。將上述兩配方中的物料分別稱好，剪切均質后配成乳液。將配制好的乳液分成2小杯，每杯30g，分別放入70℃熱水中保溫。

　　由圖2可見，磷酸氫二鉀對乳清蛋白乳液變性的影響很大，隨著磷酸氫二鉀添加量的增加，乳清蛋白乳液變性的時間顯著提前，溶液粘度明顯變大。

　　均質壓力的影響

　　按照配方一稱取相應的物料，剪切后，分別進行30、35、40、45MPa循環均質10s。

　　由圖3可見，隨著均質的增大，蛋白乳液越容易變性，粘度也激增。

　　壁材中不同填充物的影響

　　壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液存在影響。按照如下配方配制乳液，配方一：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、30%麥芽糊精、1%磷酸氫二鉀;配方二：5%乳清蛋白、32%花生四烯酸油脂、31%一水結晶葡萄糖、1%磷酸氫二鉀。按照上述兩個配方稱好物料，剪切均質后配成乳液，放入72℃熱水中保溫。

　　由圖4可見，配方二的保溫效果更佳，主要原因是配方二中的一水結晶葡萄糖很容易和乳清蛋白發生美拉德反應，使疏水性基團在水——油界面發生變性，溶解于油滴中，親水的多糖部分溶于水中，從而提高了乳化穩定性。

　　結論

　　乳清蛋白變性是一個復雜的過程，影響蛋白變性的因素有很多。本文主要是研究加熱條件、鹽類、均質壓力、不同的填充物等因素對乳清蛋白乳化體系的影響。

　　加熱條件對乳清蛋白乳化體系的影響：剛開始加熱時，乳清蛋白分子結構逐漸打開，隨著加熱程度的提高，熱處理破壞乳清蛋白分子的氫鍵，使乳清蛋白分子鏈展開，通過二硫鍵等共價鍵促成蛋白質聚合，形成有序的三維網狀結構。當溫度大于70℃，隨著時間的遞增蛋白分子逐漸形成三維網狀結構，導致越來越多的乳清蛋白發生變性，且變性后的乳清蛋白不可逆，進而破壞整個乳清蛋白體系。因此配制乳清蛋白乳液時要把整個體系控制在合理的溫度范圍內。

　　鹽類(比如磷酸氫二鉀)對乳清蛋白乳化體系的影響：乳清蛋白在水溶液中的溶解度是由蛋白質周圍親水基團與水形成水化膜的程度以及蛋白質分子帶有電荷情況決定的。在乳清蛋白乳液中加入磷酸氫二鉀時，磷酸氫二鉀對水分子的親和力大于乳清蛋白，致使蛋白質分子周圍的水化膜層減弱乃至消失。同時，磷酸氫二鉀進入乳清蛋白后，由于離子強度發生改變，蛋白質表面電荷大量被中和，更加導致乳清蛋白溶解度降低，使蛋白質分子之間聚集而沉淀。隨著磷酸氫二鉀加入越多，乳清蛋白變性越嚴重，乳化體系破壞越大，因此配制乳清蛋白乳液時要控制磷酸氫二鉀的添加量。

　　均質壓力對乳清蛋白乳化體系的影響：均質壓力主要作用于乳清蛋白分子間的二硫鍵，使均質后的乳清蛋白分子間通過非共價鍵發生交聯，破壞蛋白質的二維結果，導致蛋白質變性。但是由于這種變性是可逆的，因此在配制乳清蛋白乳液時要控制合理的均質壓力。

　　壁材中不同的填充物對乳清蛋白乳液的影響：在配制乳清蛋白乳液時通過加入一水葡萄糖，在加熱條件下使一水葡萄糖和乳清蛋白發生美拉德反應，從而提高乳清蛋白的溶解性。

　　通過研究以上因素對乳清蛋白變性的影響，可以幫助我們抑制和利用熱敏蛋白帶來的不利影響，建立更加合理的乳清蛋白乳化體系。