乳酪蛋白胶束结构及其凝胶形成机制概述
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简述酪蛋白的酶凝机理。
酪蛋白是一种重要的蛋白质,广泛存在于乳制品中。
在乳制品加工过程中,酪蛋白的凝固是非常重要的一步。
酪蛋白的凝固是通过酶的作用实现的,这种凝固过程被称为酶凝。
酶凝是一种特殊的凝固过程,它是通过酶的作用使蛋白质分子聚集在一起形成凝胶的过程。
在酪蛋白的酶凝过程中,主要涉及到两种酶:凝乳酶和胰凝乳蛋白酶。
凝乳酶是一种特殊的酶,它只存在于哺乳动物的乳汁中。
凝乳酶能够将酪蛋白分子中的一些肽键断裂,使其分子结构发生改变,从而使酪蛋白分子聚集在一起形成凝胶。
凝乳酶的作用是非常快速的,只需要几分钟就能使酪蛋白凝固。
胰凝乳蛋白酶是一种消化酶,它能够将酪蛋白分子中的肽键断裂,使其分子结构发生改变,从而使酪蛋白分子聚集在一起形成凝胶。
胰凝乳蛋白酶的作用比凝乳酶慢,需要几个小时才能使酪蛋白凝固。
酪蛋白的酶凝机理是非常复杂的,它涉及到酶的作用、酪蛋白分子的结构和环境因素等多个方面。
在乳制品加工过程中,酪蛋白的酶凝是非常重要的一步,它能够使乳制品获得更好的质量和口感。
加酸凝乳的原理酸凝乳是一种通过在牛奶中加入某些酸性物质(如醋或柠檬汁)来凝结乳液的过程。
这个过程可以通过几种化学和物理原理来解释。
首先,牛奶中含有牛奶蛋白质,主要是酪蛋白和乳清蛋白。
酪蛋白是一种胶体,由胶束组成,其中包含脂肪球和乳糖。
乳清蛋白则以分子溶解的形式存在。
这些蛋白质和其他乳液成分维持着牛奶的稳定结构。
当我们在牛奶中加入醋或柠檬汁时,乳酸会形成。
乳酸分子具有两个酸性基团,因此可以与酪蛋白中的含有离子键的氨基酸残基反应,使酪蛋白胶束变得稳定性降低,导致凝集。
具体来说,乳酸会与酪蛋白中的精氨酸残基反应,形成乳酸-Gln-Lys-His-His-Arg 和乳酸-Gln-Lys-His-Arg-Lys-Gln-Asn等复合物。
这些复合物之间通过强的氢键形成凝集,导致牛奶凝结成为凝乳。
其次,凝乳的形成也涉及到电荷相互作用。
牛奶中的酪蛋白带有负电荷,这是由于它们的氨基酸残基上存在离子化的羧基。
当酸性物质(如醋或柠檬汁)被加入牛奶时,乳酸的酸性基团会与酪蛋白的负电荷相互作用,中和了一部分的电荷。
这使得酪蛋白之间的相互斥力减弱,从而增加了凝胶形成的可能性。
此外,凝乳的形成还与水的分离有关。
当酪蛋白聚集在一起形成凝胶时,部分水分被排除出去。
这种水份分离进一步增加了胶束之间的相互作用力,加速了凝胶形成。
最后,温度也是影响凝乳形成的因素之一。
较高的温度可以促进凝胶的形成,因为分子的运动更加活跃,容易形成凝胶。
另一方面,较低的温度可以降低胶束的形成速率,减缓凝乳过程。
综上所述,酸凝乳的形成涉及到多种化学和物理原理,包括离子反应、电荷作用、水的分离和温度影响。
这些原理相互作用,引起酪蛋白凝集,使牛奶凝结为凝乳。
在制作奶酪和豆腐等乳制品时,这些原理被广泛应用。
Vol.35,No.22007(total195)www.chinadairy.netrpgy@chinajournal.net.cn中国乳品工业1酪蛋白胶束的结构牛奶中80% ̄95%的酪蛋白是以胶束形式存在的,包含94%的蛋白和6%的胶态磷酸钙,胶束直径50 ̄500nm,有2 ̄15万酪蛋白分子,平均分子量为2.5×108u。
酪蛋白胶束模型主要被归为三大类[2]:核壳模型(coat-coremodel)、亚胶束模型(sub-micellesmodel)、内部结构模型(internalstructuremodel)。
其中后两类模型在不断的研究过程中,受到研究者的认可。
比较代表性的是1999年Walstra[3]和1998年Horne[4]提出的模型。
他们分别属于亚胶束模型和内部结构模型(模型图如图1和图2所示)。
图1所示的结构中,酪蛋白胶束是由一个个亚胶束通过疏水相互作用和磷酸钙胶粒连接在一起的。
亚胶束有两类:一类是由αs-酪蛋白和β-酪蛋白组成的疏水性强的亚胶束,主要位于胶束的内部;一类是由αs-酪蛋白和κ-酪蛋白组成的亲水性强的亚胶束,主要位于胶束的外部。
κ-酪蛋白C-端形成的“毛发层”收稿日期:2006-08-31作者简介:韩清波(1973-),男,工程师,研究方向为乳品研究开发与质量控制。
酪蛋白胶束结构及其对牛乳稳定性的影响韩清波1,刘晶2(1.石家庄三鹿集团股份有限公司,石家庄050071;2.河北经贸大学生物科学与工程学院,石家庄050061)摘要:论述了酪蛋白的组成及两类具有代表性的酪蛋白胶束模型—亚胶束模型和内部结构模型,这两种模型可以较好地解释酪蛋白胶束的稳定性。
pH值、酶、添加成分、工艺过程等能够影响酪蛋白胶束的稳定性,并直接影响到牛乳的稳定。
这一方面有利于乳制品的生产如制作酸奶、干酪,一方面影响乳制品的品质。
关键词:酪蛋白胶束;亚胶束模型;内部结构模型;牛乳稳定性中图分类号:TS252.1文献标识码:B文章编号:1001-2230(2007)02-0043-02CaseinmicellestructureanditseffectsonthestabilityofmilkHANQing-bo1,LIUJing2(1.ShijiazhuangSanLuGroupCo.Ltd.,Shijiazhuang050071,China;2.BiologicalScienceandEngineeringInstitute,HeBeiUniversityofBusinessandEconomics,Shijiazhuang050061,China)Abstract:Thecomponentsofcaseinandtwokindsofrepresentativecaseinmicellemodels,namely,sub-micellesmodelandinternalstructuremodel,werediscussed.Thesetwomodelscouldexplainthestabilityofcaseinmicelle.Thestabilityofcaseinmicelle,aswellasmilkstability,couldbeaffectedbypH,enzymesaddingcomponentsandprocessingtechnologyetal.Thesefactorsweregoodfortheproductionofyoghurt,cheese,andcouldinfluencethequalityofdairyproducts.Keywords:caseinmicelle;sub-micellesmodel;internalstructuremodel;stabilityofmilk图1亚胶束模型中酪蛋白胶束的结构[7]图2内部结构模型中酪蛋白胶束的结构[8]43CHINAdairyINDUSTRY专题论述Monographs增加了胶束的空间位阻和静电斥力,提高了胶束的稳定性。
论述酪蛋白的存在形式及其凝固方式。
具体如下:
(1) 存在形式牛乳酪蛋白以酪蛋白酸钙一磷酸钙复合体的形式存在。
(2) 酪蛋白对热稳定通常140℃,20分钟加热才变性。
(3) 酪蛋白的酸沉淀酪蛋白胶粒对pH值的变化很敏感。
当脱脂乳的pH值降低时,酪蛋白胶粒中的钙与磷酸盐就逐渐游离出来。
当pH值达到酪蛋白的等电点4.
6时,就会形成酪蛋白沉淀。
(4) 酪蛋白的凝乳酶凝固牛乳中的酪蛋白在凝乳酶的作用下会发生凝固,工业上生产干酪就是利用此原理。
(5) 盐类及离子对酪蛋白稳定性的影响乳中的酪蛋白酸钙一磷酸钙胶粒容易在氯化钠或硫酸铵等盐类饱和溶液或半饱和溶液中形成沉淀,这种沉淀是由于电荷的抵消与胶粒脱水而产生。
(6) 酪蛋白与糖的反应具有还原性羰基的糖可与酪蛋白作用变成氨基糖而产生芳香味及其色素。
乳蛋白粉和其他乳制品)在长期贮存中,由于乳糖与酪蛋白发生反应产生颜色、风味及营养价值的改变。
酪蛋白胶粒的结构
酪蛋白胶粒是一种由多种蛋白质和脂肪组成的微小颗粒,广泛存在于牛奶、乳制品和其他动物乳汁中。
酪蛋白胶粒的结构主要包括三个部分:外壳、核心和界面。
外壳是由磷脂和蛋白质组成的,可以保护内部的核心成分不被外界影响。
外壳中主要含有磷脂和肌凝蛋白等蛋白质,这些蛋白质可以与外界环境相互作用,从而起到调节胶粒的功能。
核心是由酪蛋白和一些乳糖等成分组成,是酪蛋白胶粒的主要成分。
酪蛋白是一种富含氨基酸和亲水性分子的蛋白质,可以在乳汁中形成类似球状的结构,并与其他成分结合成复杂的三维结构。
界面是外壳和核心之间的区域,是酪蛋白胶粒的重要结构之一。
界面中主要包括乳糖和一些磷脂等成分,可以帮助外壳和核心之间的相互作用,从而保持酪蛋白胶粒的结构稳定。
总之,酪蛋白胶粒的结构由外壳、核心和界面三个部分组成,这些成分相互作用形成了复杂的三维结构,从而保持了酪蛋白胶粒的稳定性和功能。
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乳清蛋白水凝胶的结构特性及其在食品中的应用乳清蛋白是由乳清中提取的一种蛋白质,是一种高营养价值的成分。
在加工乳制品中,常常使用乳清蛋白水凝胶作为增稠剂、乳化剂和稳定剂。
乳清蛋白水凝胶具有独特的结构特性,可以改善食品的质感和口感,提高其稳定性和营养价值。
乳清蛋白水凝胶的结构特性主要体现在其分子构成和排列方式上。
乳清蛋白的主要成分是α-乳白蛋白(α-Lactalbumin)、β-乳球蛋白(β-Lactoglobulin)、血浆清蛋白(Serum albumin)等。
这些蛋白质在加工过程中可以形成稳定的水凝胶结构。
乳清蛋白分子具有一定的高分子量和复杂的结构,包括α-螺旋、β-折叠和无规卷曲等构象。
乳清蛋白水凝胶的形成与一系列的物理和化学因素有关。
pH值、离子强度、温度等条件的改变都可以影响乳清蛋白水凝胶的稳定性和流变性质。
例如,在中性pH值下,乳清蛋白主要以α-乳白蛋白和β-乳球蛋白为主,这种条件下可以形成较稳定的水凝胶。
而在酸性条件下,乳清蛋白主要以血浆清蛋白为主,此时凝胶的稳定性会降低。
乳清蛋白水凝胶在食品加工中有广泛的应用。
乳清蛋白水凝胶具有良好的胶凝性和乳化性,可以用于乳制品的加工,如奶油、酸奶、冰淇淋等。
乳清蛋白水凝胶不仅可以提高乳制品的质感和口感,还能增加产品的稳定性和乳化性能。
此外,乳清蛋白水凝胶还可以用作肉制品的增稠剂和稳定剂,能够改善肉制品的质地和口感。
除了在食品加工中的应用,乳清蛋白水凝胶还具有其他领域的潜在应用价值。
例如,在药物传递系统中,乳清蛋白水凝胶可以作为载体材料,用于控释药物。
乳清蛋白水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性,可以保护药物免受外界因素的影响,并使药物缓慢释放。
随着科学技术的发展,乳清蛋白水凝胶的结构特性和应用领域将会得到进一步的研究和扩展。
例如,研究人员可以通过改变乳清蛋白的分离和纯化方法,进一步优化乳清蛋白水凝胶的结构和性能。
同时,还可以探索新型的乳清蛋白水凝胶制备方法,以提高其稳定性和功能性。
乳类食物中β-酪蛋白的结构及营养功能作者:周鹏张玉梅刘彪石羽杰李婧汪之顼来源:《中国食物与营养》2020年第04期摘要:综述了人类母乳(以下简称母乳)和牛乳蛋白质中乳清蛋白与酪蛋白比例、相应蛋白质种类、含量及其营养特点,并重点叙述了酪蛋白的亞型及结构,母乳中含量最多的酪蛋白组分β-酪蛋白的消化特性、营养价值和促进钙铁等矿物质吸收、免疫调节和肠道健康促进等生物学功能的最新研究进展。
由于牛乳蛋白质在组分含量和比例与母乳的差异,乳基婴幼儿配方粉中蛋白质的调整,既要考虑乳清蛋白和酪蛋白的比例,还需要进一步精细调整蛋白质亚组分的含量和比例,是当前乃至今后婴幼儿配方食品配方创新和工艺技术研发的重要方向。
关键词:人乳;母乳;牛乳;酪蛋白;β-酪蛋白;婴幼儿配方食品母乳是婴儿的最佳食品。
世界卫生组织(WHO)建议,婴儿出生后的6个月内应给予完全母乳喂养。
然而,并非所有婴儿均可以得到母乳喂养,一些特殊情况下需要使用婴幼儿配方食品(代乳品)代替母乳。
牛乳因来源丰富、营养价值高,成为大多数婴幼儿配方食品的基本原料(基料)。
牛乳与母乳(人乳)在营养成分含量和结构上存在差异,尤其蛋白质组分含量和构成存在较大差异。
乳清蛋白与酪蛋白是乳类蛋白质成分的两大分类。
研究显示,母乳中的乳清蛋白与酪蛋白的比例高于牛乳[1]。
母乳中乳清蛋白与酪蛋白的比例随哺乳进展存在动态变化。
乳清蛋白/酪蛋白比值从初乳阶段的90∶10以上,到过渡乳的80∶20左右,成熟乳中60∶40左右[2]。
而商业性牛乳中乳清蛋白与酪蛋白的比值仅为20∶80。
目前市售婴儿配方乳(粉)都是通过添加乳清粉,调整乳清蛋白和酪蛋白的比例达到60∶40以上,走出了模拟母乳蛋白质构成的第一步。
但随着母乳蛋白质研究的不断深入,母乳蛋白质亚组分构成及其与牛乳蛋白质的差异日益受到关注,婴儿配方乳中的蛋白质构成的调整,也需要进一步精细化到蛋白质亚组分层面。
1 母乳和牛乳的蛋白质基本构成根据加工性状特点,乳类蛋白质基本上可以分为乳清蛋白和酪蛋白两大类。
酪蛋白的功能主治什么是酪蛋白?酪蛋白是一种乳清蛋白质家族的主要成员之一,也是乳制品中最丰富的蛋白质之一。
它是由氨基酸组成的大分子聚合物,在乳制品中起着重要的功能和作用。
酪蛋白的主要功能酪蛋白在乳制品中的功能主要包括:1.乳化和稳定性:酪蛋白能够与乳脂肪结合形成乳脂肪颗粒,使其分散均匀并保持乳液的稳定性。
这种乳脂肪颗粒结构有助于乳制品的质地和口感。
2.凝胶形成:酪蛋白可以形成凝胶网络结构,增加乳制品的黏性和弹性。
这种凝胶特性常用于制造奶酪、冻酸奶等乳制品。
3.营养补充:酪蛋白是一种优质的蛋白质来源,富含必需氨基酸和支链氨基酸,对于维持身体健康和促进肌肉生长有益。
4.色素保护:酪蛋白可以与一些色素结合形成稳定的色素复合物,使乳制品在加工和储存过程中色素不易分解和褪色。
5.抗氧化性:酪蛋白具有一定的抗氧化作用,可以延长乳制品的保鲜期限,减少食品腐败和质量变化。
酪蛋白的主治功能除了在乳制品中的作用,酪蛋白还具有一些其他的主治功能,包括以下几个方面:1.抗菌作用:酪蛋白具有一定的抗菌活性,可以抑制某些病原微生物的生长,对细菌感染和炎症具有一定的治疗作用。
2.免疫调节:酪蛋白中的一些组分可以调节免疫系统的功能,增强机体对病原微生物的抵抗能力,并调节免疫系统的平衡。
3.促进伤口愈合:酪蛋白中的一些活性成分可以促进组织修复和伤口愈合,有利于伤口的快速康复。
4.降低血压:酪蛋白中的某些肽段具有降低血压的作用,对于高血压患者有一定的辅助治疗作用。
5.抗氧化和抗肿瘤:酪蛋白中的一些成分具有较强的抗氧化和抗肿瘤活性,可以帮助预防和治疗一些疾病。
使用酪蛋白的注意事项尽管酪蛋白具有诸多的功能和主治效果,但在使用酪蛋白时需要注意以下事项:1.过敏反应:一些人可能对酪蛋白过敏,对酪蛋白过敏的人应避免食用含有酪蛋白的食品或产品。
2.蛋白质摄入量:酪蛋白是一种优质的蛋白质来源,但摄入过量可能对肾脏功能有影响,特别是对于肾功能不全或肾病患者。
酪蛋白凝固的基本原理概论酪蛋白凝固是指在适宜条件下,酪蛋白分子在液体中聚集形成三维网络结构,形成凝胶态的过程。
这种凝结过程主要是通过酪蛋白分子间的相互作用引起的。
酪蛋白是一种质朊丰富的蛋白质,存在于牛奶和其他哺乳动物的乳汁中。
酪蛋白主要由α-酪蛋白(α-CN)、β-酪蛋白(β-CN)和κ-酪蛋白(κ-CN)等多种蛋白质组成。
在牛奶中,这些酪蛋白的结构是以胶束的形式存在。
酪蛋白凝固的基本原理与酪蛋白分子之间的各种相互作用有关。
这些相互作用主要包括水化作用、氢键和疏水相互作用。
首先,水化作用起到了关键作用。
在水中,酪蛋白分子通过水分子与之相互作用,形成水合层。
这种水合层可以阻碍酪蛋白分子之间的相互接触和相互作用。
而在酪蛋白凝固的过程中,通过改变环境条件,如提高温度或酸化,水合层会受到破坏。
这样,酪蛋白分子之间的相互作用将得以增强。
其次,氢键也是酪蛋白凝固过程中的重要相互作用之一。
酪蛋白分子中存在着大量的酰胺键和羟基等可以与氢氧化物形成氢键的官能团。
这些氢键既可以通过分子内的形成,也可以通过分子间的相互作用形成。
在酪蛋白凝固的过程中,由于环境条件的改变,酪蛋白分子之间的氢键会增加,导致分子之间的相互作用增强,从而促使凝固的发生。
最后,疏水相互作用在酪蛋白的凝固过程中也发挥了重要的作用。
酪蛋白分子中的疏水氨基酸残基主要位于分子的内部,而亲水性残基主要位于分子的表面。
这种结构使得酪蛋白分子在水中形成了胶束。
当环境条件改变,如温度升高或pH 的改变,疏水氨基酸残基将会暴露在凝胶的表面上,从而增加了分子之间的疏水相互作用,推动凝固的发生。
总结起来,酪蛋白凝固的基本原理可以归结为水化作用、氢键和疏水相互作用的改变。
通过改变环境条件,如温度和pH等,这些相互作用可以得到增强,从而使酪蛋白分子相互聚集形成凝胶态。
这个过程在许多食品工艺中起到了重要的作用,如奶酪、酸奶等的生产中。
酸奶凝固过程的主要原理
酸奶凝固的主要原理是通过乳酸菌发酵作用引起的。
乳酸菌是一类能够将乳糖转化为乳酸的微生物。
当将乳酸菌与牛奶中的乳糖一起培养时,乳酸菌会利用乳糖进行代谢,并产生大量的乳酸。
乳酸的生成降低了牛奶的pH值,使其变得酸性。
低pH环境下,牛奶中的一种蛋白质叫做酪蛋白开始发生凝固。
牛奶中的酪蛋白可以分为两种形式:酪蛋白胶束和溶解态酪蛋白。
在正常的牛奶中,酪蛋白主要以胶束形式存在,胶束能够稳定乳液。
然而,当牛奶的pH值降低到一定程度时,酪蛋白胶束会解聚,并重新排列成三维网络结构,形成凝胶状的酸奶。
乳酸菌产生的乳酸不仅可以降低pH值,还可以增加牛奶中的酪蛋白胶束的负电荷,使其排斥彼此,并加强胶束解聚,促进凝固的过程。
此外,乳酸菌还会产生一些其他的物质,如乙醇和乳酸细菌产生的多糖,这些物质也会对酸奶的凝固起到一定作用。
总体而言,酸奶凝固是通过乳酸菌对牛奶中乳糖的代谢产生乳酸,降低pH值,使酪蛋白胶束解聚并重新排列形成凝胶结构的过程。
乳酪蛋白胶束结构及其凝胶形成机制概述摘要:本文综述了乳中酪蛋白种类、胶束结构、电荷分布,并对酪蛋白胶束的稳定性及构成假说进行了介绍,最后着重分析了乳凝胶形成机制及其它外界影响因素。
从而为乳品的深入研究开发提供了一定的理论依据。
在酸奶和干酪生产过程中,乳凝胶的形成是至关重要的。
乳凝胶的表观形态、微细结构、流变学等性质对干酪和酸奶的感观接受和功能品质都有重大影响。
因此,凝胶形成的良好与否,直接关系到乳制品的生产及消费者的可接受性。
所以,对乳酪蛋白分子结构及其凝胶机理研究,对科学研究以及生实践都有极其重要的意义。
为此,将国外近些年来对这方面进行的研究做一综述。
1酪蛋白胶束结构及Horne模型1.1酪蛋白胶束构成酪蛋白是乳中最丰富的蛋白质,约占乳蛋白总量的76%一86%。
它主要分为as1,as2,β、和κ四种类型,其比例约为3:0.8:3:1。
这些酪蛋白与一定数量的胶束磷酸钙以非共价键结合,形成一种称为酪蛋白胶束的蛋白质聚合体,在乳中稳定存在。
酪蛋白胶束是高度水合的(蛋白质:水=1:3.7),大小不等,直径在50-300nm之间,其中直径为80nm的最多。
酪蛋白占酪蛋白胶束的93%,每个酪蛋白胶束含有2-15万个酪蛋白分子,平均分子量为2.5X108。
此外,酪蛋白胶束中还含有少量的钙(2.87%),PO4-3(2.89%),柠檬酸根(0.40%)以及微量的镁、钠、钾等。
1.2酪蛋白胶束的电荷分布及空间稳定性酪蛋白为磷蛋白,其所含磷酸基团经常3个以上成簇出现(如Serp一SerP一SerP一Glu一Glu)[1],主要分布于分子结构相对接近的丝氨酸残基簇上。
as1酪蛋白有一个强酸性的40氨基酸残基多肤,其含有整个分子中8个磷酸基团的7个,12个羧基,仅有4个正电荷基团。
As2含有10-13个磷酸基团。
β酪蛋白的N端高电荷区含有整个分子中所有5个磷酸基中的4个、7个梭基,仅有2个正电荷、a、β酪蛋白中富含磷酸基团区域是C扩十沉淀的敏感区。
这些磷酸化丝氨酸残基是维持CCP和酪蛋白胶束相互结合的基本因素,此相互结合有助于保持酪蛋白胶束的稳定存在。
而处于酪蛋白胶束外围的K酪蛋白仅有一个磷酸基,14个梭基,它们位于称为糖蛋白巨肤的一个区域。
这种化学结构不仅使这种分子不易于对Ca2+沉淀敏感,并且具有较强的亲水能力,因而能够使酪蛋白胶束在高浓度生理钙条件下仍保持空间结构稳定。
酪蛋白胶束从嫡变化来讲,由于内部疏水相互作用使其有一个强烈地凝聚趋向,因此,如果k酪蛋白的亲水能力和胶束间的静电斥力发生改变,会导致胶束空间结构稳定层受到破坏,甚至崩溃,于是酪蛋白胶束开始凝聚,形成凝胶。
1.3酪蛋白胶束的模型假说关于酪蛋白胶束的具体内部结构的说法不一,但多数学者认为酪蛋白胶束基本上可分为两种不同的相互连接的结构域,一部分在胶束内部,包括as1,as2,β酪蛋白,另一部分在胶束外围,为一层由k酪蛋白组成的毛发状结构。
最近的研究表明k酪蛋白并不是构成酪蛋白胶束表面结构的唯一成分,在其表面还可能有一定数量的二硫键多聚体形成l2]。
k酪蛋白的疏水部分锚定于胶束内部的其它蛋白分子上,而外围带电的亲水部分使胶束相互排斥,保持胶束不发生凝聚。
所以,k酪蛋白的是维持胶束空间结构稳定性的关键。
目前,已经发展了3种关于酪蛋白胶束结构的模型假说[3]。
第一种模型认为酪蛋白胶束的内部被分成呈不同性质的各自独立的亚单位(亚胶束),外面包着一层毛发状覆盖物;第二种模型认为酪蛋白胶束的内部亚结构类似于一种酪蛋白分子链形成矿化的、缠绕或胶联的网状结构。
这两种模型的缺陷是对胶束的装配、生长以及终止阶段不能做出圆满的解释。
最新的模型是Horne提出的[4]。
他认为乳凝胶是通过双重结合机制来完成的。
他认为酪蛋白胶束内部各自独立的酪蛋白分子通过其疏水相互吸引和与CCP胶联两条途径而形成胶束。
由于‘酪蛋白没有充足的磷酸丝氨酸残基,而不能与CCP形成较多的盐键,仅有疏水键与其它酪蛋白相连,所以‘酪蛋白仅起一个链终止作用。
Horne模型能够成功解释酪蛋白胶束受pH、温度、添加尿素、移去CCP(用EDTA)的影响而产生的变化。
2乳凝胶的形成机制一般来讲,可以通过添加凝乳酶、酸、变性剂(如热或乙醇)等不同方法使酪蛋白胶束去稳定化而形成凝胶。
在乳制品生产中,最常用的是酸法和酶法。
2.1酸促凝胶酸奶是一种以包含乳清、脂肪球、细菌的酪蛋白结构为框架的三维蛋白网状结构,它是酸促凝胶的典型代表。
在实验中,通常用GDL形成酸促凝胶。
酪蛋白胶束由于胶束表面的‘酪蛋白形成的毛发层而在乳中正常pH值(6.7)下保持稳定。
如果降低pH达到酪蛋白胶束的等电点(4.6),这种毛发状结构的电荷分布就会发生改变,静电斥力减小,于是胶束产生凝聚趋向,最后形成凝胶。
在酸促凝胶过程中,第一步是毛发层(也就是呈电中性稳定状态的k酪蛋白)的崩溃,然后开始磷酸钙的释放。
接着,酪蛋白分子主要是β,k酪蛋白离开胶束,当pH降低到它们的等电点以下,这些酪蛋白分子带上正电荷,于是与其它带有大量负电荷的胶粒进行重新结合形成乳凝胶。
v.Chardot等[5]在21℃时,研究了脱脂乳不同酸化阶段酪蛋白胶束的凝聚情况。
在大约pH5.9时,已有模糊的凝胶轮廓出现。
在pH5.40-5.35时,随着第一步的乳蛋白聚合(1-10um)形成,凝胶应力也开始增加。
随后,胶粒聚合成10-100um大小。
最后的颗粒聚合成100-1000 um大小。
2.2酶促凝胶凝乳酶及其它多种蛋白酶,都能够凝结乳。
酶促凝胶的形成过程可分为2个阶段:酶解和聚合。
在第一阶段中,凝乳酶能水解80%一90%的‘酪蛋白分子,它切开k酪蛋白巨肤(CMP)的phe一Met键,酪蛋白胶束开始形成副酪蛋白胶束,这种副酪蛋白胶粒缺少了原有k酪蛋白的带电荷部分,因而减少了粒子间阻力,于是有利于絮凝的发生。
絮凝形成的聚合物是一种孔径为微米级大小的网状结构,即乳凝胶。
从原理上讲,一旦形成这种乳凝胶的网状结构,由于粒子间的相互压挤,粒子间会形成更多的相互作用力。
这就导致乳清从凝胶中浙出,即凝胶脱水收缩。
在乳聚合过程中所涉及的相互作用力的本质还没有搞清楚,但可能涉及到Ca桥,范德华力,疏水相互作用等[6]。
在酶促凝胶形成过程中,最初产生由水解的酪蛋白胶束构成的索状物。
此结构约有四个酪蛋白胶束厚,10个胶束长。
随时间的延长,这些索状物不断有新键的生成,于是变硬变粗糙。
乳凝胶中贮存模量的增长和剪切模量的减少,也可能反映了这些酪蛋白索状结构在数量和密度上都有增加。
酶促凝胶的聚合时间和凝结时间及凝胶的成熟受Ca2+活性、CCP、酪蛋白胶束中酪蛋白的数量影响[7]。
乳凝胶的形成也有一个最低的酪蛋白和CCP数量要求,而CCP与酪蛋白的适当比例决定了凝胶的成熟。
当CCP和酪蛋白的最低要求被满足后,Ca2+活性决定了酪蛋白胶束聚合和凝结的时间。
此外,CCP能够加强乳凝胶网状结构的联结,从而促进乳凝胶的成熟。
2.3酶促凝胶与酸促凝胶的区别酶促凝胶与酸促凝胶的特性是非常不同的。
酶促凝胶有较高的凝聚力和较大的弹性,孔隙也较大,尤其是在较高的温度下,会出现剧烈缩水。
并且形成的网状结构也不均一。
而酸促凝胶较脆弱,弹性和可塑性非常低。
这是因为维持胶网状结构的键作用力主要为疏水键、氢键及静电斥力,它们对外界机械处理的抵抗性较弱。
就酪蛋白胶束的修饰改变来讲,酸促凝胶完全不同于酶促凝胶。
酶解只是影响胶粒的表面,比如水解、酪蛋白,而酸促凝胶不但直接导致、酪蛋白形成的毛发层的崩溃,并且也导致胶束的核心部分(如胶束磷酸钙和其它酪蛋白分子)的解散。
3乳凝胶形成的影响因素3.1温度和pH凝胶形成依赖于酸化时的温度。
较低温度下的酸化可降低凝胶所需pH。
用酪蛋白酸钠研究的结果表明在20-40℃之间增加酸化温度可提高酸化pH,并在固定的pH下,可减少凝胶形成所需时间[8]。
随着酸化温度的提高,贮存模量开始降低。
高温会增强疏水相互作用而改变酪蛋白胶束在性质如体积和变形都较小,乳清中几乎没有酪蛋白出现。
在较低温度下,几乎没有疏水相互作用存在,这允许两个胶束与乳清中酪蛋白之间形成较多的键,因此,在凝胶形成时有较少的重排现象发生。
在高温下形成的凝胶减少的贮存模量可能是由于凝胶较大幅度的重排。
因为胶束之间键作用力较少,这导致了凝聚胶粒形成较密的簇。
由于这些密集簇的存在,胶束将不再对凝胶硬度起作用,因而形成的凝胶较软[8]。
乳中pH的变化也影响酸化凝胶形成的温度。
pH越高,则凝胶所需温度越高。
在20一50℃温度范围内,只要升温速度较慢(0.5℃/min),几乎不影响凝胶的贮存模量。
在30℃下瞬时升温不影响贮存模量,但在50℃时,造成了贮存模量的极度降低。
并且快速升温时,凝胶的渗透性也急剧增加。
此外,VasbinderIg]研究发现凝胶形成的时间一pH曲线及凝胶特性不仅受pH值和温度影响,还受到制备过程中各步骤顺序的影响,如在固定温度下降低pH和在固定pH值下提高酸化温度,所形成的凝胶性质不同。
3.2酪蛋白水解程度Gastaldi等[10]的研究结果表明‘酪蛋白水解会使酪蛋白胶束所带负电荷减少,因而降低其亲水直径和胶束水合能力,从而导致胶束凝聚。
亲水直径的降低主要是由于CMP的过度水解。
酪蛋白胶束的毛发状结构有较强的胶束水合能力,而使胶束在乳中保持稳定,它一旦断裂,就会减弱胶束的水合能力,使胶束凝聚。
研究发现在GDL加人之前对k酪蛋白进行水解,会改变酸促凝胶的贮存模量和损失模量,因而会极大影响凝胶的形成和成熟。
水解度分别为19%、35%、51%的酪蛋白凝胶的模量比凝乳酶所形成的凝胶的模量要高得多,而没有任何水解的酸促凝胶的模数最低。
3.3脂肪球膜结构乳脂肪球对酪蛋白凝胶模数的影响主要取决于脂肪球的表面结构。
MIChalski等[11]通过实验证明了乳脂肪球的直径及破坏与否对贮存模量的影响,主要依赖于乳脂肪球与酪蛋白网络结构的相互作用。
用酪蛋白酸钠包被的人工合成的脂肪滴形成的凝胶比用脱脂乳清粉包被所形成的凝胶较硬,但与变性乳清粉相比,要稍软一些。
并且,用变性乳清粉包被的脂肪球体积增加时,酸化凝胶的贮存模量也增加,这主要是由于变性乳清蛋白与酪蛋白相互作用所致。
3.4酶类乳中酶类变化也影响凝胶的形成。
纤溶酶是正常乳中主要的蛋白酶,在蛋白分子的Arg或LyS残基后面切开肤链,纤溶酶易于水解p、X岛酪蛋白,而对XS酪蛋白水解较少。
Pearse等1121报道人工胶束分散系统的酶促凝胶时间随着纤溶酶增加、蛋白水解度的增大而减少,直到50%的酪蛋白水解完成。
然后酶促凝胶时间随蛋白水解程度的加大而延长,但直到几乎完全水解时,才超过未水解乳的凝胶时间。
此外,Vasbinder等[13]发现在无谷氨酞胺转氨酶的牛乳中,在pH为6.7和5.3时,乳清中分别有20%和50%的乳清析出,而在添加谷氨酞胺转氨酶的牛乳中,在同样条件下几乎没有乳清浙出,并且所形成的凝胶硬度较大。