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河南工业大学陈复生教授等:花生蛋白-果胶复合乳液凝胶的流变学特性和微观结构
2022-11-03作者:来源:食品科学杂志责任编辑:食品界 字体A+AA-
研究表明蛋白-多糖的加入可显著增强乳液凝胶热稳定性,提高凝胶网络结构强度,并使乳液凝胶的硬度、弹性及持水性显著增加。乳液凝胶的理化性质主要取决于凝胶基质与填充油相的种类和制备方式。同时,在食品配方中应用乳液凝胶可以生产低脂肪含量的食品,而胶凝剂和油的结合是实现这一目标的有效方法。河南工业大学粮油食品学院的丁 玲、陈复生*等将花生蛋白和高酯果胶通过超声波复合并制备乳液凝胶,研究不同油相(橄榄油、花生油、24度棕榈油)及其添加量对乳液凝胶表观特性、质构、流变特性和微观结构的影响,阐明油相及其添加量对凝胶强度和机械特性的影响规律并探索乳液凝胶的形成机理。研究结果将为花生蛋白-果胶复合乳液凝胶在乳制品和烘焙食品等食品领域中的应用提供理论依据。
1、PPI-HMP复合乳液凝胶表观特征
2、油相及其添加量对PPI-HMP复合乳液凝胶质构的影响
3、油相及其添加量对PPI-HMP复合乳液凝胶流变学特性的影响
表观黏度
如图3所示,当油相添加量从体积分数40%增加至70%时,体系的初始黏度逐渐增大,且添加花生油、橄榄油和24度棕榈油样品均表现出假塑性流体行为。
由表2可知,随着油相添加量的增加,复配体系的黏度系数逐渐增加。各油相在最高添加量下制备的乳液凝胶样品分别对应最大的黏度系数K(代表体系的表观黏度)与最小的流体指数n。这表明在高油相制备的乳液凝胶中,油滴不仅作为“活性填充物”同时作为结构单元参与凝胶网络的形成,使凝胶网络机械性能增强,表观黏度增加。
储能模量和损耗模量
如图4所示,加入TG酶后45 ℃保温1 h的过程中,所有样品G’值均随时间延长而缓慢增加,且所有样品(除PPI-HMP水凝胶外)G’值均高于G”值。水凝胶G’最先低于G”,随时间延长G’最终高于G”,并在76 min存在凝胶转换点。PPI在TG酶的作用下缓慢交联形成网络结构,并且加入油相后,乳液变得较为黏稠,流动性较差,G’值较高,从而在测试之初就表现了一定的刚性。在温度从45 ℃升至85 ℃过程中,水凝胶和乳液凝胶的G’和G”均随时间延长而下降。可能是水凝胶和乳液凝胶均有较高黏度,而高黏度流体随温度升高黏度下降,进而引起G’和G”下降。温度升高至85 ℃并保温30 min时,水凝胶和乳液凝胶的G’和G”均有增加,尤其是水凝胶。这是因为PPI高温变性,并且在氢键及疏水相互作用的影响下进一步形成凝胶结构。当温度从85 ℃降到25 ℃时,G’和G”均有上升趋势,并且保持在较高值。主要归因于熵效应和在降低温度时PPI氢键和分子间作用力的增强。由图4B~D可知,随着油相添加量增加PPI-HMP复合乳液凝胶G’值增加。这表明油相添加量增加可以使乳液凝胶的结构刚性更强。且在油相添加量60%时,不同油相下乳液凝胶的G’值分别为:24度棕榈油>橄榄油>花生油。同一条件下,与花生油和橄榄油相比,24度棕榈油制备的乳液凝胶刚性最强,凝胶强度最大。这与2.2节质构测试结果一致。
黏弹特性
如图5所示,各乳液凝胶样品的G’均大于G”,并且随着频率的增加而增加。PPI-HMP水凝胶在频率0.40 Hz后G”开始大于G’,由于在强凝胶中,模量与频率无关且不相交,而在弱凝胶中会出现频率依赖性。含不同油相的乳液凝胶的G’和G”均大于水凝胶,且橄榄油为油相的乳液凝胶大于以花生油为油相的乳液凝胶。说明乳液凝胶的凝胶网络结构稳定性大于水凝胶,以橄榄油为油相的乳液凝胶网络结构的稳定性大于以花生油为油相的乳液凝胶。这可能与液滴表面吸附层和凝胶基质之间的化学亲和以及填料颗粒的机械性质有关。随着油相添加量增加,各乳液凝胶的G’和G”随之增加,这表明油相添加量的增加可以使乳液凝胶的机械性能增强。
4、油相及其添加量对PPI-HMP复合乳液凝胶微观结构的影响
如图6所示,本研究中的乳液凝胶由液滴包裹在凝胶基质中形成。图6A显示PPI-HMP悬浮液已经出现了类似的凝胶网状结构。TG酶加入催化蛋白质间(或内)发生酰基转移反应,使蛋白发生共价交联。低油相下乳液凝胶网络结构的形成主要通过未吸附到油滴表面的蛋白质之间的交联作用而形成。随着油相添加量增加,液滴逐渐由密集的类球状液滴转变成了不规则的结构。这表明随着油相添加量增加,大部分的液滴开始相互聚集,大小和分布变得不均匀。这是因为随着油相比例的增加,油滴之间的疏水作用导致油滴合并,使蛋白吸附量逐渐下降,且高油相乳液体系的黏度过高,不利于蛋白与酶作用。因此高油相下乳液凝胶网络结构的形成是油滴表面包裹的PPI-HMP复合界面膜之间发生酶的共价交联作用和高黏度作用共同影响的结果。对于活性填充的液滴而言,液滴的尺寸和表面性质决定了液滴的变形能力,从而决定了液滴对凝胶基质的影响。在油相添加量60%时,24度棕榈油制备的乳液凝胶网络结构更加致密,且油滴聚集程度相对较弱。表明此时以24度棕榈油为油相的乳液凝胶的网络结构刚性更强。不同的油相组成可通过影响油滴大小与分布,使乳液凝胶的G’和硬度改变,最终影响乳液凝胶的结构。这和质构测试和流变测试的研究结果相符。
结 论
通过研究不同油相及其添加量对PPI-HMP复合乳液凝胶表观特性、质构、流变性能和微观结构的影响。结果显示,在蛋白-果胶比例5∶2、pH 6.0时形成的乳液凝胶色泽均一,质地较硬;在中性及偏碱性条件下不能制成稳定乳液凝胶。随着油相添加量增加,乳液凝胶表面更细腻光滑,其硬度、黏附性、胶着性、回复性和咀嚼性均增加;24度棕榈油添加量在60%(V/V)时,乳液凝胶具有最高的硬度、胶着性、回复性和咀嚼性值。流变学结果表明,不同油相乳液凝胶的G’和G”均显著高于水凝胶,且乳液凝胶的G’值和表观黏度值随着油相添加量增加而升高;相同油相添加量下,乳液凝胶对应的表观黏度和G’值分别为:24度棕榈油>橄榄油>花生油。PPI-HMP复合乳液凝胶微观结构结果显示,随着油相添加量增加,液滴开始聚集且不均匀分布;在油相添加量60%(V/V)时,24度棕榈油填充的乳液凝胶稳定油滴能力最好,网络结构最致密。研究结果表明油滴作为活性填充物与花生蛋白-果胶组成的凝胶基质相互作用,油相添加量的增加有助于凝胶网络形成,使凝胶网络机械性能增强,表观黏度增加,凝胶结构刚性更强。本研究结果为PPI-HMP复合乳液凝胶在乳制品和烘焙食品等领域的开发利用提供了思路。
通信作者简介
第一作者简介
丁玲,女,1997年生于浙江金华,硕士研究生,本科与研究生阶段就读于河南工业大学粮油食品学院。2015年9月至2019年6月就读于河南工业大学粮油食品学院并获工学学士学位;2019年9月至2022年6月就读于河南工业大学粮油食品学院并获硕士学位。研究生期间研究方向为食品资源开发与利用;蛋白质加工理论与技术。连续三年获得河南省省级学业奖学金和校级学业奖学金,在校期间积极参加学校举办的各项活动并获得多项荣誉。
本文《花生蛋白-果胶复合乳液凝胶的流变学特性和微观结构》来源于《食品科学》2022年43卷16期46-52页,作者:丁玲,唐艺华,张丽芬,陈复生,赖少娟。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211014-136。点击https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/2022-43-16-006.html即可查看文章相关信息。