2.8不同干燥方式蛋清蛋白的表面張力分析

表面張力是液體自由表面或兩種不相溶液體之間界面上的一種拉力，與蛋白質(zhì)的乳化性和起泡性息息相關(guān)。從圖6C可知，在2.0~10.0的pH范圍內(nèi)EWP-P的表面張力均大于EWP-D，這可能是EWP-D較高的溶解度影響了蛋白質(zhì)在界面的擴(kuò)散速度所導(dǎo)致。在pH2.0時(shí)，EWP-P和EWP-D的表面張力最大，分別為48.36±0.50和48.30±0.26 mN/m。隨著pH的增大EWP-P和EWP-D的表面張力均先減小后增大，與溶解度（圖6A）的趨勢(shì)相似，這可能是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，卵清蛋白表面的疏水基團(tuán)會(huì)增加，從而降低了蛋白質(zhì)分子在界面上吸附的動(dòng)力學(xué)障礙，所以EWP-P和EWP-D的表面張力在酸性環(huán)境下更大。

2.9乳化能力和起泡能力分析

蛋白質(zhì)的溶解度和表面張力等特性在決定其乳化能力等方面起著重要作用。如圖7A，EWP-P和EWP-D的乳化性隨著pH的增高先減小后增大，與溶解度（圖6A）和表面張力（圖6C）的趨勢(shì)一樣。pH為2.0時(shí)，兩者的乳化能力最好，其乳化性分別為5.98±0.04和6.25±0.02 m2/g，乳化穩(wěn)定性分別為151.48和277.85 min。酸性環(huán)境下卵清蛋白表面暴露了更多的疏水氨基酸和帶電基團(tuán)，可以有效地幫助乳狀液體系的形成和物理穩(wěn)定，因此在酸性環(huán)境下EWP-P和EWP-D的乳化性和乳化穩(wěn)定性均更高。EWP-D的乳化性優(yōu)于EWP-P，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的乳化性與其溶解度密切相關(guān)，溶解度較大，乳化性也相對(duì)較高。此外，卵清蛋白是一種典型的含糖鏈的球蛋白，其糖鏈具有較強(qiáng)的界面吸附作用，有利于油水界面的乳化。EWP-P在噴霧干燥時(shí)的美拉德反應(yīng)消耗了蛋清蛋白中的糖，故其乳化性較小。

圖7不同干燥方式蛋清粉的乳化能力和起泡能力

泡沫的形成依賴于由蛋白質(zhì)形成的界面膜及其在懸浮液中保持氣泡和減緩聚結(jié)速率的能力，其中蛋白質(zhì)的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性與蛋白與水相在界面上的相互作用有關(guān)，受蛋白分子柔性、凈電荷、構(gòu)象和疏水性的影響。蛋清蛋白在pH2.0~10.0條件下的起泡性如圖7C所示，EWP-D的起泡性優(yōu)于EWP-P，這可能是由于EWP-D的溶解度較高，在起泡過程中蛋白能迅速展開，形成能同時(shí)連接水相溶劑與空氣界面的兩性介質(zhì)，而自身的帶電性又可產(chǎn)生一定的靜電排斥，使蛋白分子在空氣-水界面上呈現(xiàn)規(guī)律性排列，而不會(huì)發(fā)生聚集。相比之下，EWP-P在高溫發(fā)生的美拉德反應(yīng)會(huì)使蛋白形成更大的空間位阻，進(jìn)而延緩了蛋白質(zhì)在空氣/液體界面的吸附。pH為6.0時(shí)，EWP-P和EWP-D的起泡性較低，分別是10.19%±1.01%和11.7%±0.66%，這是由于該pH下蛋白的溶解度和表面張力較低，蛋白易發(fā)生聚集，故不易形成泡沫。

Dabbour等研究向日葵蛋白時(shí)也發(fā)現(xiàn)所有的蛋白樣品在pH6.0時(shí)的起泡性最低，且冷凍干燥樣品的起泡性優(yōu)于對(duì)流烘箱干燥樣品。另一方面，泡沫穩(wěn)定性與蛋白膜的強(qiáng)度有關(guān)，蛋白質(zhì)在攪打時(shí)，蛋白質(zhì)分子被吸附在空氣-水界面，蛋白質(zhì)分子重新排列，使其疏水部分朝向氣相方向，這種變化容易引起巰基的氧化，在空氣-水界面與相鄰的蛋白質(zhì)分子中的巰基形成二硫鍵，從而增強(qiáng)界面膜的強(qiáng)度，有利于泡沫穩(wěn)定性。EWP-P的泡沫穩(wěn)定性大于EWP-D，可能是因?yàn)閲婌F干燥可能導(dǎo)致更多的蛋白質(zhì)展開，表面游離巰基含量較多。另一方面可能是因?yàn)镋WP-P發(fā)生了美拉德反應(yīng)，在空氣-水界面上可以形成的厚的粘彈性美拉德產(chǎn)物層，有利于泡沫穩(wěn)定性的增加。Zeng等研究不同干燥方式對(duì)雞皮膠原蛋白多肽時(shí)也發(fā)現(xiàn)噴霧干燥使其蛋白樣品的泡沫穩(wěn)定性優(yōu)于冷凍干燥樣品。

2.10不同干燥方式蛋清蛋白的乳液微觀結(jié)構(gòu)分析

EWP-P和EWP-D經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)均質(zhì)0、1、2次后所得乳液的微觀結(jié)構(gòu)如圖8所示。未高壓均質(zhì)的蛋清蛋白乳液油滴大，且不均一，蛋白質(zhì)容易從油水界面解離出來，使小油滴聚集形成大油滴。均質(zhì)1次后蛋清蛋白乳液的油滴尺寸減小，分散性提高，且未發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，其原因可能是高壓均質(zhì)后，蛋清蛋白乳液被高壓剪切力切割形成小分子，使蛋清蛋白粒徑減小，更多的蛋白質(zhì)吸附至油-水界面，為液滴間提供足夠的排斥力，從而阻止乳析的發(fā)生，使蛋清蛋白乳液的穩(wěn)定性增強(qiáng)。均質(zhì)2次后，兩者均出現(xiàn)了小程度的團(tuán)聚現(xiàn)象，形成了較大的油滴，這可能是因?yàn)榫|(zhì)次數(shù)增多，體系出現(xiàn)了“過處理”效應(yīng)，高壓使蛋清蛋白乳液的油滴變小，油滴之間的運(yùn)動(dòng)速率加快，增加了相互碰撞的次數(shù)，從而破壞界面膜，導(dǎo)致油滴聚集。劉競(jìng)男等研究高壓對(duì)大豆分離蛋白的影響時(shí)也發(fā)現(xiàn)隨著均質(zhì)次數(shù)的增多，大豆分離蛋白的乳液體系出現(xiàn)了“過處理”效應(yīng)，這被歸因?yàn)椴糠纸怆x的大豆蛋白分子重新通過新的二硫鍵形成了聚集體。EWP-P的團(tuán)聚現(xiàn)象比EWP-D的更明顯，可能是因?yàn)镋WP-P的溶解度較低且表面巰基含量較高，故更易于聚集。以上結(jié)果表明，EWP-D乳液的穩(wěn)定性高于EWP-P，說明真空冷凍干燥更有利于蛋清蛋白的乳液穩(wěn)定。

圖8不同干燥方式蛋清粉乳液的微觀結(jié)構(gòu)（400×）

注：A.熒光倒置顯微鏡；B.激光掃描共聚焦顯微鏡，B圖中EWP標(biāo)記為綠色，油相標(biāo)記為紅色。

3.結(jié)論

蛋清蛋白經(jīng)過不同干燥方式干燥后，其結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致理化和功能特性不同。噴霧干燥會(huì)使蛋清蛋白內(nèi)部疏水基團(tuán)和巰基暴露，同時(shí)還會(huì)與蛋清中的糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，最終使蛋白的溶解度、乳化性以及起泡能力下降，但其較高的表面疏水性有利于維持泡沫的穩(wěn)定。冷凍干燥蛋清蛋白干燥前后的結(jié)構(gòu)變化較小，蛋白基本保持原有的空間構(gòu)象。相較于噴霧干燥蛋清蛋白，冷凍干燥蛋清蛋白具有較大的比表面積與溶解度，表面張力更小，因此蛋白的乳化能力和起泡性更優(yōu)。隨著冷凍干燥技術(shù)與裝備的日益成熟，本研究的結(jié)果可為冷凍干燥蛋清蛋白在新食品開發(fā)與加工中的應(yīng)用提供理論參考。