加热-超声-pH偏移联合改性大豆球蛋白纳米颗粒的制备及其应用

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kn4281
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大豆11S球蛋白(Soy Glycinin,SG)拥有出色的热稳定性和乳化性,颇具成为Pickering乳液稳定剂的潜能。而天然的SG呈现致密的球状结构,功能性基团无法暴露,通常需要通过适当的改性提高其润湿性,从而达到稳定Pickering乳液的目的。因此,本文通过加热-超声-pH偏移对SG进行联合改性使其成为了具备良好界面性能的纳米级Pickering稳定剂,并对其结构及功能性质及进行研究,探索联合改性的作用机理。最后将改性SG稳定的Pickering乳液协同菊粉替代人造奶油应用于海绵蛋糕中,制备成不含反式脂肪酸且可接受度高的低脂烘焙制品。主要研究内容包括3个部分:(1)研究加热-超声-pH偏移联合改性SG纳米颗粒的最佳条件及改性SG纳米颗粒的稳定性(离子稳定性、热稳定性、pH稳定性、冻融稳定性);(2)以未改性的、热改性的、超声改性的、pH偏移改性的SG作为对照,研究联合改性SG纳米颗粒的基本性质、界面性质、二级结构以及乳化特性;(3)研究联合改性SG纳米颗粒稳定的Pickering乳液协同菊粉替代人造奶油对海绵蛋糕品质的影响。主要研究结果如下:(1)SG纳米颗粒的最优改性顺序为:加热-超声-pH偏移。最佳加热条件:95℃、20 min 19 s,最佳超声条件:振幅43%、5 min 17 s(750 W,20 k Hz),pH偏移条件:pH 12处理1 h。联合改性后SG纳米颗粒的表面疏水性可达3548.77。各因素对联合改性SG的影响大小为:加热时间>超声振幅>超声时间。研究改性SG纳米颗粒的稳定性发现,随着盐离子浓度增加(0~0.6 mol/L),SG纳米颗粒的粒径显著增大,Zeta-电位绝对值和溶解度显著降低(P<0.05),可于4℃环境中稳定6~12 d;随着加热温度的增加(100~150℃,20 min),SG纳米颗粒的粒径逐渐增大(P<0.05),溶解度呈现出先增大(100~130℃)再降低(130~150℃)的趋势,可于4℃环境中稳定3~5 d;当体系的pH为4、6时,SG纳米颗粒迅速发生聚集和沉淀,粒径显著增大,电位显著降低(P<0.05),而当体系的pH为2、8、10时,SG纳米颗粒的溶解度均在70%以上,pH值为10时溶解度最高为91.05%;当体系为碱性时(pH 8、10),该颗粒可于4℃环境中稳定3~5 d,当体系为极酸性时(pH 2),该颗粒可于4℃环境中稳定20 d;相比于–20℃而言,经历–80℃冻融循环处理后的SG纳米颗粒的粒径更小,Zeta-电位绝对值更大,溶解度更好(P<0.05),稳定性更强。(2)加热-超声-pH偏移联合改性能显著减小SG纳米颗粒的粒径、显著增大其Zeta-电位绝对值(P<0.05)。相比于未改性或单一改性的SG,联合改性SG纳米颗粒的表面疏水性最大,为改性前的3.92倍;表观粘度最大;三项接触角为86.1°,最接近90°,相比改性前增大了20.6°;降低油水界面张力的能力最强;β-折叠含量显著减少(P<0.05)、α-螺旋含量增多、β-转角及无规则卷曲含量显著增多(P<0.05);主要借助二硫键和疏水作用形成了规则而致密的网状微观结构(SEM)。此外,联合改性SG纳米颗粒的ESI最大、EAI和热改性颗粒相近(显著高于其他样品);该颗粒稳定的Pickering乳液的粒径最小,相比未改性前降低了24.33%;储能模量最大;表观粘度仅次于加热法(高于其他样品)。CLSM显示联合改性SG纳米颗粒稳定的油滴尺寸较小且分布均匀。综上,联合改性更好地改善了SG的功能性质。(3)利用不同配比(100%~87.5%Pickering乳液和0%~12.5%菊粉)的Pickering乳液和菊粉替代海绵蛋糕中的人造奶油发现,样品95-5(95%Pickering乳液和5%菊粉)的面糊相对密度最小,海绵蛋糕比容最大、烘焙损失最少、气孔最小且分布均匀(SEM)、硬度和咀嚼性均低于人造奶油对照组、可恢复形变量及弹性特征与对照组相似、感官评价的各项得分与对照组均无显著差异、受喜爱程度最高。菊粉的含量越高,海绵蛋糕的水分含量越低、a*值越大、菌落总数越少。与人造奶油海绵蛋糕相比,Pickering乳液-菊粉海绵蛋糕的成分更营养天然,烘焙损失、水分含量、硬度值及咀嚼性值更低,菌落总数更少,总体可接受度较高;但面糊的相对密度大而蛋糕的比容小,弹性和内聚性偏低,蛋糕的气孔不够细密,L*值、a*值和b*值较小。综上,本课题创新地将热改性、超声改性及pH偏移改性相结合,制备了具有出色乳化性能的SG纳米颗粒,并对其性质进行了表征。利用该颗粒构建了食用安全、营养丰富、具有类固体性质的Pickering高内相乳液,并将该乳液与菊粉联合成功替代了海绵蛋糕中的人造奶油,为利用Pickering乳液开发人造奶油替代品或脂肪替代品提供了理论支持。
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