《食品科学》：郑州轻工业大学张华教授等：脱酰胺马铃薯蛋白乳液的制备及其微流变特性
马铃薯是世界上仅次于小麦、水稻和玉米之后的第4大粮食作物。马铃薯蛋白为完全蛋白质，由19 种氨基酸组成，其中必需氨基酸含量为20.1%，占氨基酸总量的47.9%，与鸡蛋蛋白相当，且致敏蛋白含量较少，赖氨酸比例高，是极具潜力的食品蛋白来源。随着植物蛋白越来越受到重视，马铃薯蛋白作为优质的植物蛋白资源被广泛应用于食品工业。然而，作为马铃薯淀粉生产过程中的副产物，马铃薯蛋白在回收过程中易受到高强度热处理的影响而使其功能性质遭到破坏，如乳化性、溶解性、起泡性等降低，进而限制了其在食品行业中的进一步应用。
郑州轻工业大学食品与生物工程学院，河南省冷链食品质量安全控制重点实验室的刘兴丽、张 华*等研究不同脱酰胺时间（0、0.5、3、6、12 h）马铃薯蛋白的乳液特性，研究不同脱酰胺时间的马铃薯蛋白对乳液的粒度分布、稳定性、微流变特性及微观结构的影响。通过对脱酰胺马铃薯蛋白乳化特性的研究，以期提高马铃薯的产品附加值和综合利用率，解决马铃薯加工厂淀粉废液直接排放的污染问题，同时为马铃薯蛋白的深入研究及产品开发提供参考，为寻找天然植物蛋白乳化剂并将其应用于食品加工中提供参考和理论依据。
1、谷氨酰胺酶对马铃薯蛋白乳液粒径的影响
将马铃薯蛋白分散在pH 7.0 200 mmol/L磷酸盐缓冲溶液中，形成（1±0.002）g/100 mL的分散悬浮液，磁力搅拌30 min使马铃薯蛋白分散均匀，制备马铃薯蛋白溶液。添加一定量的谷氨酰胺酶（酶底比为1∶400）进行改性反应，于50 ℃水浴摇晃0、0.5、3、6、12 h，得到不同脱酰胺时间下的马铃薯蛋白质酶解溶液（记为DPP-0 h、DPP-0.5 h、DPP-3 h、DPP-6 h和DPP-12 h）。空白组则以不加酶的相同质量浓度的马铃薯蛋白质溶液在上述相同条件下反应12 h。
由表1可知，脱酰胺马铃薯蛋白可以制备出粒径较小且比较稳定的乳液。随着脱酰胺时间的延长，马铃薯蛋白乳液的D4,3呈现先减小后增大的趋势。脱酰胺0.5 h的马铃薯蛋白乳液的D 4,3 为8.17 μm，这一较小的粒径数值表明液滴表面净电荷增加，液滴在静电作用下不易聚集。蛋白具有较好的降低界面膜界面张力的能力，也可能是因为体系中马铃薯蛋白在界面发生重排进而稳定了水油两相。脱酰胺12 h的马铃薯蛋白乳液的D4,3升高至13.46 μm，这表明脱酰胺12 h时并未达到蛋白的饱和吸附浓度，油滴未被乳化剂完全包裹吸附，导致油滴稳定性差。这些结果表明脱酰胺后马铃薯蛋白分子结构的展开及溶解性的增加使蛋白质具有较高的界面活性，马铃薯蛋白能够在油-水界面迅速吸附，降低界面张力，形成较小的油滴。谷氨酰胺酶已经在小麦面筋蛋白、大米蛋白、玉米醇溶蛋白中应用并成功改善其溶解度、乳化性、起泡性等功能性质，但目前关于谷氨酰胺酶处理马铃薯蛋白的研究鲜有报道。
2、谷氨酰胺酶对马铃薯蛋白乳液稳定性的影响
如图1所示，未进行脱酰胺处理的马铃薯蛋白乳液的TSI值较大，稳定性较低。脱酰胺处理0.5、3、6 h的马铃薯蛋白乳液的TSI值减小，说明脱酰胺处理可以提高马铃薯蛋白乳液的稳定性，可能是乳状液液滴间相互作用较弱，不会发生聚集沉淀的现象，对乳状液稳定性影响较小。脱酰胺处理12 h的马铃薯蛋白乳液的TSI值增大，乳液的稳定性降低。这可能是因为脱酰胺处理的时间较长，更多的疏水基团暴露出来，乳化稳定性降低。乳状液液滴间相互作用较强，乳液的物理稳定性被破坏。
3、谷氨酰胺酶对马铃薯蛋白乳液微流变特性的影响
脱酰胺马铃薯蛋白乳液MSD曲线
如图2所示，脱酰胺马铃薯蛋白乳状液的MSD曲线为线性，表明样品为纯黏性。纯黏性流体（牛顿流体）中，粒子MSD与时间呈线性增长。MSD曲线首先由长位移向短位移转变，即弹性增加，颗粒间碰撞增加。去相关时间由短向长的MSD曲线变化，表明黏度增加。通过研究颗粒的运动轨迹，可以感知样品结构的变化。同时，MSD曲线可以反映样品的黏弹性与流体特征。由图2可知，脱酰胺6 h的马铃薯蛋白乳液的变化最大，弹性平台的MSD值最低，说明脱酰胺6 h的马铃薯蛋白乳液的黏度最高。
脱酰胺马铃薯蛋白乳液MSD斜率、MVI、EI、SLB和FI
如图3所示，未经过脱酰胺处理的马铃薯蛋白乳液的MSD斜率大于1，说明它的乳液体系相对不稳定。未脱酰胺和脱酰胺的马铃薯蛋白乳液刚开始时的MSD斜率大于1，说明颗粒的运动是弹道运动，而不是纯布朗运动，说明刚开始有粒子的沉降。脱酰胺3 h的马铃薯蛋白乳液在0.5 h后MSD斜率等于1，说明粒子此时的运动是布朗运动。脱酰胺6 h和脱酰胺12 h的马铃薯蛋白乳液中结构形成，液滴运动受阻；这可以解释为蛋白质的氧化降低了表面的疏水性，促进了类似液滴的形成，这些液滴容易聚集形成网络，导致运动受阻。
如图4所示，脱酰胺改性6 h的乳状液MVI值最大，黏度最大。不同脱酰胺时间的马铃薯蛋白乳液的MVI值与未处理的相比呈现增大的趋势，更高的宏观黏度说明粒子需要更多的时间移动，它们具有较低的粒子速度，可能会提高乳液的稳定性。
如图5所示，未经处理的乳液EI值较低，说明乳液液滴间的相互作用较差。酶解时间延长，乳状液的EI值升高，说明酶解处理增加了乳液的弹性。EI值的增大表明乳液形成了致密的结构。较高的EI值归因于较高的表面蛋白浓度和较厚的界面层，可以防止液滴的破坏和聚集，乳液相对稳定。
如图6所示，刚开始乳液的SLB值都很大，随着时间的延长SLB值逐渐降低，后面趋于稳定。未经过脱酰胺处理的马铃薯蛋白乳液的SLB值最大，表明乳液的乳化性不好，存在上浮和下沉的现象。经过谷氨酰胺酶处理过的马铃薯蛋白乳液SLB值在0.5～1.0之间，乳液的黏度降低，乳液的流动性增强，液滴运动速率增加，液体行为更加明显。乳液中，液滴运动速率低可能表示体系处于稳定状态，而过高的运动速率可能与液滴的沉降和乳液的相分离有关。
如图7所示，未处理的脱酰胺马铃薯蛋白乳液的FI值最大，乳液流动性最快，这是因为未处理的乳液的黏度较小，粒子的运动速度快。经过脱酰胺处理0.5、3、6 h和12 h的乳液FI值降低，乳液黏度增大，粒子运动速度减慢。这说明脱酰胺处理对马铃薯蛋白乳液的布朗运动有一定的促进作用。
4、谷氨酰胺酶对马铃薯蛋白乳液微观结构的影响
由图8可知，未经过脱酰胺改性的马铃薯蛋白乳液油滴大而且分散不均匀；脱酰胺0.5 h的马铃薯蛋白乳液油滴与未改性的乳液相比大油滴减少、小油滴分布较多；脱酰胺3 h和6 h的马铃薯蛋白乳液液滴分布相对均匀，形成的乳液液滴较小，这可能是因为静电斥力增大，阻止了液滴的聚集；脱酰胺12 h的马铃薯蛋白乳液相比脱酰胺3 h和6 h的马铃薯蛋白乳液油滴大且分布较为分散，这可能是因为蛋白分子在油水界面间的相互作用受到抑制，降低了界面膜的黏弹性，此外电荷斥力降低使蛋白在界面既不能伸展也不能重新排布。
结论
采用谷氨酰胺酶处理马铃薯蛋白，探究谷氨酰胺酶对马铃薯蛋白乳化特性的影响，并对不同脱酰胺乳液的粒度分布、稳定性、微流变特性及微观结构进行分析。结果表明，未经过脱酰胺处理的马铃薯蛋白乳液粒径较大，乳液稳定性差；脱酰胺3 h和6 h的马铃薯蛋白乳液粒径分布均匀，乳液较为稳定；微流变特性表明未经过脱酰胺的马铃薯蛋白乳液的MVI、EI值最小，SLB、FI值最大，说明未脱酰胺的乳液体系最不稳定，脱酰胺6 h的马铃薯蛋白乳液的MVI值最高，黏度最大，粒子运动速度减慢，形成的体系最稳定。因此，脱酰胺6 h的乳液体系较为稳定、乳液黏度、弹性较好。本实验为马铃薯蛋白作为乳化剂的开发并将其应用于食品行业中提供一定理论基础，为提高马铃薯的产品附加值提供思路，谷氨酰胺酶可能是提高马铃薯蛋白在食品工业中可用性的一种潜在工具。
01.
通信作者简介
张华，男，博士，教授，兼职博士生导师，意大利卡梅里诺大学博士生导师。中国食品科技学会冷冻与冷藏食品分会理事、河南省食品科学技术学会常务理事。现任郑州轻工业大学食品与生物工程学院副院长。主要从事速冻食品加工与安全控制、农产品加工与贮藏、传统食品工业化等方面的研究。近年来，主持“十二五”国家科技支撑计划、“十三五”国家重点研发计划项目等子课题3项，主持NSFC-河南省联合基金项目1项，参与河南省重大科技专项2项；发表论文60余篇，其中SCI/EI收录35篇，获河南省科技进步二等奖2项，授权国家发明专利5件，出版著作和规划教材5部。
02.
第一作者简介
刘兴丽，女，博士，讲师，硕士生导师，主要从事速冻面米食品加工、传统食品工业化等方面的研究。近年来，主持国家自然科学基金青年项目1项、省重点研发与推广专项1项，参与国家级和省部级项目5项，发表论文20余篇，获中国轻工业联合会科技进步三等奖1项。
本文《脱酰胺马铃薯蛋白乳液的制备及其微流变特性》来源于《食品科学》2023年44卷2期94-100页，作者：刘兴丽，魏莹莹，张艳艳，王宏伟，冯志强，张华。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220510-121。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。
图片来源于文章原文及摄图网。
为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。
Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。
投稿网址：
https://www.sciopen.com/journal/2958-4124