CMC和大豆多糖对酸性乳饮料中酪蛋白稳定机理的研究

论文摘要

酸性条件下酪蛋白沉淀一直是影响酸性乳饮料（AMDs）生产和开发的关键问题,对稳定剂与酪蛋白的相互作用及最终产品稳定性的研究已成为乳品科学的研究热点。国内对羧甲基纤维素钠（CMC）的研究多限于产品配方及生产工艺的优化,而大豆多糖（SSPS）类产品在我国还不多见,其应用研究少之又少。通过对CMC、SSPS稳定酪蛋白机理及工艺参数对AMDs稳定性影响的研究,可以为复配稳定剂的开发及应用提供理论参考,对优化产品生产工艺和保证最终产品稳定性具有实际指导意义。本论文的主要研究内容及结论如下：对CMC／酪蛋白复合体系及SSPS/酪蛋白复合体系在酸化过程中电位滴定、浊度、ζ-电位、粒径及荧光强度的研究表明,CMC、SSPS与酪蛋白结合的起始pH（pHc）为5.3±0.1,结合后体系浊度增加。酪蛋白的等电点为4.53,CMC、SSPS与酪蛋白结合与体系的pH有关,是通过静电吸附作用相互结合的,结合作用发生在酪蛋白沉淀之前,CMC可以比较快速的吸附地酪蛋白胶粒表面,而SSPS是逐步吸附的。通过静电吸附结合的过程是可逆的,当pH高于酪蛋白等电点时会发生解吸附作用。静电结合过程中酪蛋白胶粒发生了很大的变化,Trp残基所处的微环境极性减小。Na+不会改变结合的pHc值,但体系粒径会减小,而Ca2+加入后导致CMC、SSPS与酪蛋白发生了钙桥作用,改变了结合的pHc值,同时体系粒径增加。对酸性条件下体系ζ-电位和粒径的变化关系,凝乳酶、纤维素酶、果胶酶、1,4-p-D-半乳糖苷酶酶解,以及Na+、Ca2+对体系稳定性的影响研究表明,体系稳定存在一个临界ζ-电位值,CMC／酪蛋白复合体系的临界ζ-电位值为-20mV, SSPS/酪蛋白复合体系的临界ζ-电位值为-15mV。κ-酪蛋白的亲水巨肽（106-169）对CMC、SSPS稳定酪蛋白起作用,酶解程度越大,CMC、SSPS与酪蛋白结合的pHc值越高,体系粒径越大。CMC主要通过静电排斥作用稳定酪蛋白,吸附层的存在可以增加胶粒间相互作用的能垒；SSPS对酪蛋白稳定的机理主要是空间位阻排斥作用,吸附层的静电排斥作用对稳定性亦有贡献。离子会影响胶粒表面的双电层厚度及带电情况,Na+对体系稳定性的影响较Ca2+小。另外,酪蛋白胶粒表面的吸附层可以降低凝乳酶对κ-酪蛋白的酶解效率。研究了不同pH及CMC、SSPS浓度时的体系相状态、水分状态及稳定状态,结果表明体系的相状态与pH有极大的相关性,pH>5.2时体系由于热力学不相容会发生耗散絮凝沉淀；pH 5.2或5.0时由于吸附作用弱,体系会发生相分离；pH<5.0时体系呈现均一稳定状态。体系的相状态还与CMC、SSPS的浓度有关,中性条件下低浓度的CMC、SSPS可以使体系呈单一相,增加浓度体系发生相分离：酸性条件下,CMC、SSPS浓度较低时体系易发生架桥絮凝沉淀,增加浓度利于体系稳定,但是SSPS添加过多反而不利于体系稳定。体系中水分的流动性随着CMC浓度的增加而减小；对于SSPS/酪蛋白复合体系,添加0.4%SSPS时体系水分流动性最差。与SSPS相比,CMC对酪蛋白胶粒的稳定效果较好。不同工艺条件对AMDs稳定性影响的研究表明,AMDs的稳定性随CMC浓度的增加而增加,粘度对AMDs的稳定性亦有贡献。SSPS的添加量在0.4%时AMDs稳定性最好,过多的SSPS反而不利于稳定。酸化过程中酪蛋白胶粒中的Ca2+会溶出,导致体系中Ca2+活度增加,添加螯合剂可以提高AMDs的稳定性,螯合剂添加顺序不同对稳定性的影响亦不同。在pH3.6-4.4范围内,CMC浓度大于0.4%时AMDs稳定,且随着pH的降低沉淀率、粒径和粘度都减小；添加SSPS的AMDs在高pH范围内较为稳定。20℃调酸时AMDs稳定效果最好,加快搅拌速率及调酸速率均利于AMDs稳定。均质会降低AMDs的沉淀率及粘度,影响体系的粒径分布,但均质压力要适中,过大反而不利于AMDs稳定。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 酪蛋白胶粒
• 1.1.1 酪蛋白胶粒的组成
• 1.1.2 酪蛋白胶粒的模型
• 1.1.3 酪蛋白胶粒的稳定性
• 1.2 蛋白质与多糖的相互作用
• 1.2.1 经典稳定理论——DLVO理论
• 1.2.2 吸附高聚物对胶体的稳定——空间稳定理论
• 1.2.3 自由高聚物对胶体的稳定——空缺稳定理论
• 1.2.4 多糖与蛋白质的混合体系
• 1.3 酸性乳体系的稳定机理
• 1.3.1 果胶稳定酪蛋白机理
• 1.3.2 大豆多糖（SSPS）稳定酪蛋白机理
• 1.3.3 CMC稳定酪蛋白机理
• 1.4 本课题的研究意义及内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 CMC、SSPS与酪蛋白结合方式的研究
• 2.1 实验材料、试剂及仪器
• 2.1.1 实验材料与试剂
• 2.1.2 主要仪器与设备
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 乳体系配制
• 2.2.2 电位滴定法
• 2.2.3 浊度的测定
• 2.2.4 ζ-电位的测定
• 2.2.5 粒径的测定
• 2.2.6 荧光光谱的测定
• 2.3 实验结果与分析
• 2.3.1 酸化过程中的电位滴定曲线
• 2.3.2 酸化过程中浊度的变化
• 2.3.3 酸化过程中体系ζ-电位的变化
• 2.3.4 酸化过程中体系粒径的变化
• 2.3.5 酸化及中和过程中体系ζ-电位及粒径的变化
• 2.3.6 酸化过程中体系荧光强度的变化
• 2.3.7 离子对CMC、SSPS结合酪蛋白的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 CMC、SSPS对酪蛋白的稳定机理研究
• 3.1 实验材料、试剂及仪器
• 3.1.1 实验材料与试剂
• 3.1.2 主要仪器与设备
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 ζ-电位的测定
• 3.2.2 粒径的测定
• 3.2.3 凝乳酶酶解
• 3.2.4 唾液酸含量的测定
• 3.2.5 纤维素酶酶解
• 3.2.6 果胶酶酶解
• 3.2.7 1,4-β-D-半乳糖苷酶酶解
• 3.2.8 SDS-PAGE凝胶电泳
• 3.3 实验结果与分析
• 3.3.1 酸性条件下ζ-电位与粒径的变化关系
• 3.3.2 κ-酪蛋白对体系的稳定作用
• 3.3.3 纤维素酶酶解CMC对体系稳定性的影响
• 3.3.4 果胶酶酶解SSPS对体系稳定性的影响
• 3.3.5 1,4-β-D-半乳糖苷酶酶解SSPS对体系稳定性的影响
• 3.3.6 离子对体系稳定性的影响
• 3.3.7 凝乳酶作用对体系稳定性的影响
• 3.3.8 酪蛋白稳定模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 CMC、SSPS与酪蛋白的体系状态研究
• 4.1 实验材料、试剂及仪器
• 4.1.1 实验材料与试剂
• 4.1.2 主要仪器与设备
• 4.2 实验方法
• 2的测定'>4.2.1 驰豫时间T₂的测定
• 4.2.2 可溶性蛋白含量的测定
• 4.3 实验结果与分析
• 4.3.1 不同pH时体系的状态
• 4.3.2 体系相状态图
• 4.3.3 体系中水分状态
• 4.3.4 体系的稳定状态
• 4.4 本章小结
• 第5章 工艺条件对酸性乳饮料（AMDs）稳定性影响的研究
• 5.1 实验材料、试剂及仪器
• 5.1.1 实验材料与试剂
• 5.1.2 主要仪器与设备
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 AMDs的制备
• 5.2.2 沉淀率的测定
• 5.2.3 粘度的测定
• 5.2.4 ζ-电位的测定
• 5.2.5 粒径的测定
• 2+活度的测定'>5.2.6 Ca²⁺活度的测定
• 5.3 实验结果与分析
• 5.3.1 调配工艺对AMDs稳定性的影响
• 5.3.2 调酸工艺对AMDs稳定性的影响
• 5.3.3 均质工艺对AMDs稳定性的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论、创新点和建议
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 建议
• 参考文献
• 附录一 符号说明
• 研究生期间发表与待发表的论文
• 致谢