蛋白质和多糖均属于高分子物质,它们除作为营养物质发挥营养功能特性外,对食品的质构有着重要的影响。蛋白质和多糖单独使用时,其性能无法达到工业生产需要,两者通过聚合和凝胶等作用可以改善食品的结构和功能。
蛋白质与多糖之间相互作用产生的稳定复合物作为一种潜在的、天然的新型食品添加剂,具有单一蛋白质所不能比拟的优越的功能特性,比如乳化特性、溶解性、热稳定性及抗菌性等。蛋白质与多糖之间因结合不稳定而导致相分离现象,给生产过程带来了不稳定因素,从而引起业内广泛关注。
桃胶,又名桃树胶,系桃树、李树等蔷薇科植物树干受机械伤(如虫咬、切伤等)或致病后分泌出的胶质半透明物质。桃胶多糖是一种酸性多糖,一般由半乳糖(42%)、阿拉伯糖(36%-37%)、糖羰酸(7%-20%)、木糖(7%)和甘露糖(2%)组成。桃胶的成分和性质不仅与阿拉伯胶很相似,而且价格低廉,具有较高的食用和药用价值,是阿拉伯胶等天然胶理想的替代物。桃胶分为原桃胶和商品桃胶。原桃胶是指树皮的分泌物,因其在水中溶解度差,黏度太大而不宜投入生产。原桃胶经浸泡、酸或碱水解、脱色、干燥等过程形成的粉状物质,称之为商品桃胶。
商品桃胶因其溶解性优异、黏度适宜,故具备工业化生产的条件。Huang发现水解桃胶多糖是一种阴离子电解质,在与带电离子自组装方面具有良好的特性。
水解桃胶的添加对酪蛋白酸钠稳定性的影响
吸光度可以反映溶液体系内的浊度,数值变化可以反映出物质之间聚合或者絮凝现象。未加水解桃胶的酪蛋白酸钠溶液,pH值在7-5.80之间,吸光度保持不变,溶液透明稳定;在高于等电点时,酪蛋白酸钠表面带有负电荷,此时电位数值较大,分子间静电斥力较强,可抑制蛋白质分子聚合。pH值降至5.80,吸光度升高,蛋白质发生聚合现象,随着pH值不断降低,电位数值减小,分子间静电斥力作用减弱,吸光度不断升高,溶液由透明逐渐变成乳白色。
pH值继续降低至4.58,吸光度达到最大,处于蛋白质等电点,此时蛋白质静电荷为零,此数值附近电位为零,分子间静电排斥作用最小,引起体系失稳,进一步酸化会引起大规模絮凝沉淀,酪蛋白酸钠溶解性下降。pH值降至3.78,酪蛋白酸钠表面正电荷片段增多,电位由负值变为正值,电性增加,静电排斥力增大,减缓絮凝现象,电位数值仍小于+30mV,体系仍不稳定,不足以克服聚集物重力作用,吸光度会进一步下降。
当添加水解桃胶后,水解后的桃胶多糖表面带有大量阴离子片段,与酪蛋白酸钠同带电负性,通过静电排斥抑制蛋白质分子聚集。pH值在7-5.39之间,吸光度没有显著变化,表明没有静电复合物产生。pH值降至5.39,在该pH下,吸光度有明显升高,表明水解桃胶与酪蛋白酸钠开始形成复合物。由于两者都带净负电荷,形成复合物的作用力主要是疏水相互作用以及桃胶多糖与蛋白质上部分带正电荷的片段之间的静电作用例。
pH值降至4.46时,吸光度升高的斜率明显变大,由于在此pH值附近,酪蛋白酸钠电性由负变为正,可溶性静电复合物开始大量形成。pH值降至4.18时,溶液由透明开始变成云状不透明,大粒径可溶性复合物和不溶性复合物开始形成,此时体系处于亚稳态状态网。继续酸化吸光度增大直至达到最大,可溶性复合物含量最多。
水解桃胶/酪蛋白酸钠的比例对混合体系稳定性的影响
多糖与蛋白质比例对于体系稳定性有着非常重要的影响,它影响着两者电荷平衡以及蛋白质多糖自组装的程度。当酪蛋白酸钠含量较多时,即水解桃胶/酪蛋白酸钠≤1时,低含量的水解桃胶没有足够的负电荷,与酪蛋白酸钠之间没有足够的静电斥力来抑制蛋白质聚集;在酸化刚开始进行时,酪蛋白酸钠没有足够静电斥力抑制其聚集,水解桃胶/酪蛋白酸钠比例越小,酪蛋白酸钠-酪蛋白酸钠聚集越早,溶液在较高pH值时开始出现云状不透明现象。
水解桃胶:酪蛋白酸钠=1:6的吸光度曲线类似于酪蛋白酸钠吸光度曲线,pH值在4.48附近便达到电荷平衡点,混合体系易出现相分离。比例越小,最大吸光度越小,进一步说明水解桃胶与酪蛋白酸钠之间可形成可溶性复合物。当水解桃胶/酪蛋白酸钠>1时,pH值在6-7之间,虽然水解桃胶浓度较高,但是与酪蛋白酸钠并不会因为热力学不兼容而发生离散型相分离,溶液透明稳定,无肉眼可见絮凝物。进一步酸化后,浊度少量增加,达到最大浊度对应的pH值显著降低,这充分说明水解桃胶作为一种阴离子多糖,通过与蛋白质之间的静电相互作用,能够有效降低等电点,抑制蛋白质聚集,提高体系酸稳定性。
添加酪蛋白酸钠对混合体系稳定性的影响
静电相互作用是形成水解桃胶-酪蛋白酸钠可溶性复合物主要作用力,水解桃胶作为阴离子多糖有着潜在应用,在生产中可以替代如阿拉伯胶等多糖。
不同水解时间的水解桃胶对混合体系稳定性的影响
原桃胶聚合度大,多糖链紧密缠绕而导致溶解性差,不利于生产。酸水解会使聚合物解离,解离出的多糖链暴露出多种官能基团(如羧基、醛基等),具有某些优良特性,然而因酸性条件下易导致水解成单糖,故控制水解时间至关重要。
水解1.5h的水解桃胶与水解2.5h的水解桃胶与酪蛋白酸钠形的成复合物,在酸化过程中的吸光度有很大差异,前者在pH5.54吸光度便开始升高,等电点约为4.35,明显高于水解2.5h的水解桃胶(pH=4.01),降低复合体系等电点的效果没有后者好。说明在水解时间1.5h内,虽然产物能完全溶解,但是仍有部分紧密结合的多糖链没有完全解离下来,羧基等负电荷带电片段包埋于多糖链内部,使产物水解桃胶与酪蛋白酸钠和水解桃胶之间的静电斥力较弱,难以抑制大分子聚合物聚集。