大豆蛋白在空气—水和油—水界面上的界面流变学研究

摘要

蛋白食品分散体系(乳状液和泡沫)的形成和稳定性与蛋白质的界面特性密切相关，主要可以通过界面流变学来描述。为了更好地了解蛋白食品分散体系的形成以及控制体系的物化稳定性，对蛋白质界面流变学特性的研究是必不可少的。大豆蛋白是目前食品工业中常用的发泡剂和乳化剂。为了更好地研究和了解大豆蛋白食品发泡和乳化体系的形成和稳定性，本论文对大豆蛋白在空气一水和油一水界面上的界面流变学特性进行了研究，主要目的就是获得与大豆蛋白食品分散体系有关的界面流变学基础信息。 采用动态滴形分析法系统地检测了不同初始体相蛋白浓度(1％～0.001％，质量分数)和pH值(7.0、5.0和3.0)条件下，大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、大豆分离蛋白(SPI)及其酰化改性的SPI吸附在空气-水和油-水界面上的界面压力(π)和界面膨胀流变特征参数(界面膨胀模量E、界面膨胀弹性E<,d>、界面膨胀粘性E<,v>以及相角θ)随吸附时间(t)的变化，分析了大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在空气-水和油-水界面上的吸附动力学及其吸附膜的膨胀流变特性，初步探讨了酰化改性对SPI界面流变特性的影响。 吸附动力学的研究显示，随着吸附时间的延长，π增加，蛋白质分子逐渐吸附到空气—水或油—水界面上。π-t曲线大致可分为三个阶段，即诱导期、快速增加和缓慢增加阶段。诱导期之后，π开始增加；当π值较低时，π随时间变化的实验结果符合Ward-rordai扩散模型(π(t)=2C<,0>KT(Dt/3.14)<'1/2>)，π-t<'1/2>曲线呈直线，扩散控制吸附动力学；而当π值较高时，π随时间变化的实验结果符合第一速率方程(ln[(π180-π<,i>)/(π<,180>-π<,0>)]=-k<,i>t)，ln[(π<,180>-π<,i>)/(π<,180>-π<,0>)]-t曲线均产生两个线形区域，即扩散控制吸附动力学之后，蛋白质分子在界面上的展开和重排控制吸附动力学。 初始体相蛋白浓度(C<,0>)和pH值对吸附动力学的影响研究显示，在实验条件下，当C<,0>小于1％时，扩散、展开和重排速率随着C<,0>的增加而增大，而当C<,0>为1％时，展开和重排速率又会下降。相比之下，体相溶液pH值的影响更为明显。当pH值为3.0时，变性和解离的球蛋白分子快速扩散到界面附近并在界面上展开和重排；而当pH值为5.0时，球蛋白分子发生聚合，扩散、展开和重排速率都明显下降。因此，蛋白质分子的结构特征很大程度上决定了分子的吸附机制。 蛋白质类型和界面类型对吸附动力学也有不同程度的影响。大豆球蛋白在界面上的吸附比β-伴大豆球蛋白慢；且大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在空气-水、纯的花生油-水和正十四烷-水界面上吸附速率的顺序为：正十四烷-水界面>空气-水界面>花生油-水界面。 界面膨胀流变特性的研究显示，吸附诱导球蛋白分子结构的变化以及由此产生的分子间相互作用使大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白吸附到空气-水和油-水界面上形成类似凝胶的界面网络结构。因而，随着吸附时间的延长，E和E<,A>增加，而θ减小。 在实验时间(120 min)和频率(0.0l～0.5 Hz)范围内，吸附膜的E<,d>值明显大于E<,v>值，因此，从流变学的角度分析，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白吸附到空气-水和油-水界面上形成弹性的吸附膜。 初始体相蛋白浓度和pH值对动态界面膨胀粘弹性的影响研究显示，在一定的浓度范围内，随着C<,0>的增加，吸附膜的动态界面膨胀粘弹性增大。而当界面蛋白浓度太高时，吸附膜的界面膨胀弹性又会减小。相比之下，体相溶液pH值的影响更为明显。当pH值等于3.0时，吸附膜的界面膨胀粘弹性最大；而当pH值等于5.0时，吸附膜的界面膨胀粘弹性最小。 界面类型对吸附膜膨胀流变特性的影响比较复杂。在空气-水和花生油-水界面上，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白吸附膜的形成机制和膨胀流变特性基本类似；而在花生油-水和正十四烷-水界面上，吸附膜的膨胀流变特性差别较大。 酰化大豆蛋白的研究显示，琥珀酰化和适度的棕榈酰化改性可以改善SPI的乳化性和界面流变特性。比较而言，亲水的琥珀酰化改性比亲脂的棕榈酰化改性对SPI界面特性的影响更为明显，因此，共价结合疏水基团使大豆蛋白表面疏水性增加对其界面特性的影响是有限的。

目录

文摘

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第一章绪论

第二章大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在空气-水界面上的吸附动力学

第三章大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白在油-水上界面上的吸附动力学

第四章大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白吸附在空气-水上界面上的膨胀流变特性

第五章大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白吸附在油-水界面上的膨胀流变特性

第六章琥珀酰化和棕榈酰化对大豆蛋白界面特性的影响

结论与展望

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致谢