牛血清白蛋白的乳化和起泡特性

郭 玲，劉愛國*，胡志和，伍慧方

牛血清白蛋白的乳化和起泡特性

郭 玲，劉愛國*，胡志和，伍慧方

(天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134)

研究蛋白質量濃度、pH值、CaCl2質量濃度和溫度對牛血清白蛋白(BSA)的乳化性、乳化穩定性、起泡性和起泡穩定性的影響。結果表明：蛋白質量濃度為0.1g/100mL時乳化性和乳化穩定性最大，pH值為5時乳化性和乳化穩定性最小，乳化性隨著CaCl2質量濃度的增加而緩慢增大，乳化穩定性隨著CaCl2質量濃度的增加而減小，60℃時乳化性較好，乳化穩定性在60℃后顯著下降；隨著蛋白質質量濃度的增加，起泡性呈上升趨勢，起泡穩定性先上升后下降，在質量濃度為1.5g/100mL時起泡穩定性最好；pH值為5時起泡性最小，而此時起泡穩定性最好；CaCl2質量濃度對起泡性和起泡穩定性沒有影響。

牛血清白蛋白；乳化性；起泡性

在肉制品行業中，動物血液是最大的副產品。對于血液的處理，一部分用作簡單的血豆腐食用，一部分用作飼料，但大部分還是以廢料的形式棄去，因此造成環境污染。然而，由于血液中含有豐富的蛋白質，這些蛋白具有重要的經濟價值，所以對于血液的回收利用意義重大[1]。

蛋白質的功能特性是指蛋白質在食品加工中對食品產生特征的物理、化學性質，這些功能性質對于蛋白在食品加工中的應用具有重要價值[2]。目前，關于血漿蛋白功能特性的研究已有很多，Eduard等[3]研究了豬血漿蛋白及血漿里的蛋白組分(血清、球蛋白和白蛋白)的溶解性、起泡性和乳化性。結果表明，這幾種蛋白的溶解性都在85%以上。血漿、血清和白蛋白都表現出良好的起泡性，在pH4.5和pH6.0時，白蛋白和血漿的起泡穩定性最好。這幾種蛋白都有很好的乳化性，但是它們的乳化穩定性在酸性條件下很低；白蛋白和球蛋白在pH7.5時最好。Ramos-Clamont等[4]比較了豬血清、豬血清白蛋白和卵清蛋白的起泡性和起泡穩定性，結果表明，豬血清白蛋白和卵清蛋白的起泡性和起泡穩定比豬血清蛋白的好。

血漿中的蛋白主要有3種：白蛋白、球蛋白和纖維蛋白原。IgG是一種球蛋白，由于它的特殊生理功能，很多人都熱衷于研究從血液中提取IgG，目前提取IgG的方法主要是飽和硫酸銨法[5]。將IgG提取出來后，上清液中的蛋白質主要是牛血清白蛋白(BSA)，而且在血漿蛋白中BSA含量最高，IgG提取分離的同時將BSA從血漿中提取出來可獲得更高的經濟價值。BSA現在主要是作為蛋白模型進行體外研究，但是一些研究結果表明[3-4]，BSA具有很好的功能特性，使其適合添加到食品中。

本實驗研究不同環境條件對BSA的乳化性、乳化穩定性、起泡性和起泡穩定性的影響，以期為充分利用牛血這一潛在資源提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

金龍魚大豆油 益海嘉里食品營銷有限公司；牛血清白蛋白(純度達到90.89%) 實驗室自制。

1.2 儀器與設備

PB-10數字pH計 北京賽多利斯儀器系統有限公司；FA25高速分散乳化機 上海弗魯克流體機械制造有限公司；UV-2100PC型紫外-可見分光光度計 尤尼柯(上海)儀器有限公司；EMS-8A磁力攪拌器 天津歐諾儀器儀表有限公司；HWS 24電熱恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 BSA乳化性及乳化穩定性的測定[6-7]

取一定量的BSA粉溶于緩沖溶液(不加或者加入不同量的CaCl2)中，調整pH值范圍在3～8之間，不同溫度下磁力攪拌30min。將BSA溶液與大豆油按體積比3:1的比例混合，在16000r/min的轉速下乳化1min后立即倒入小燒杯中，在杯底取50μL的乳化液加入到5mL的0.1% SDS(十二烷基磺酸鈉)中，充分搖勻后在波長500nm處測定吸光度，重復3次。乳化活力指數(EAI)和乳化穩定指數(ESI)用如下公式計算：

式中：A0指乳化后迅速被稀釋的乳化液的吸光度；φ指油相體積分數 (V/V，φ=0.25)；c指蛋白質量濃度(g/mL)；A10指乳化液在靜置10min后的吸光度。

1.3.2 BSA起泡性及泡沫穩定性的測定[8]

取一定量的BSA粉溶于緩沖溶液 (不加或加入不同量的CaCl2)中，調pH值在3～8之間，于室溫下磁力攪拌30min。取20mL蛋白溶液置于塑料量筒中，在13000r/min的轉速下攪拌1min，記錄攪拌停止時泡沫和蛋白溶液的總體積(V1)，分別在靜置10、20、30、60min時記錄泡沫和蛋白溶液的總體積(Vt)，重復3次，按如下公式計算樣品起泡性(FA)和泡沫穩定性(FS)。

2 結果與分析

2.1 乳化性及乳化穩定性

圖1 BSA濃度對EAI 和ESI的影響Fig.1 Effects of BSA concentration on EAI and ESI

由圖1可知，在給定的蛋白質質量濃度范圍內，EAI隨著BSA質量濃度的增加而降低，ESI在設定的質量濃度范圍內保持穩定。這個結果與Silva等[9]和Bizzottl等[10]報道類似。所以研究酸、鹽和溫度對EAI和ESI的影響時采用0.1g/100mL的BSA溶液。

圖2 pH值對EAI和ESI的影響Fig.2 Effects of pH value on EAI and ESI

由圖2可知，pH值為5時EAI和ESI達到最小值，ESI在pH值為6時達到最大。這可能是因為BSA的等電點為4.7左右，此時BSA的溶解性最差，而EAI在某種程度上與溶解性呈正相關。這是由于在油-水界面上蛋白質膜的穩定性同時取決于起促進作用的蛋白質-油相和蛋白質-水相的相互作用。因此，蛋白質溶解性決定著蛋白、油、水體系的乳化活性和乳化穩定性[11]。這個結論和Klompong等[12]研究的結果相似，認為在等電點處溶解性最小，肽不能快速轉移到界面，而且此時肽所帶凈電荷最少，因此在等電點處EAI和ESI最低。

圖3 CaCl2質量濃度對EAI和ESI的影響Fig.3 Effects of CaCl2 concentration on EAI and ESI

由圖3可知，EAI隨著CaCl2質量濃度的增加而緩慢增大，ESI隨著CaCl2質量濃度的增加而減小。這可能是因為在設計的這幾個質量濃度范圍內，CaCl2促進了蛋白溶解，充分發揮了蛋白的表面活性作用，從而提高了乳化能力。同時，鹽離子壓縮了膠體的擴散雙電層，破壞了靜電復合物的形成，導致ESI下降[13]。本實驗中，CaCl2質量濃度的選擇是以嬰兒配方乳粉中鈣的添加量為依據，因為和一般食品相比較，嬰兒配方乳粉中的含鈣量較高。

圖4 溫度對EAI和ESI的影響Fig.4 Effects of temperature on EAI and ESI

由圖4可知，EAI在60℃以前隨著溫度的升高緩慢增加，60℃以后明顯下降。ESI總的趨勢是隨著溫度的升高而下降，60℃以后下降速度明顯加快。可溶性是蛋白質具有乳化性質的先決條件，蛋白質只有具有一定的溶解度，才會有效地向油-水界面擴散。BSA本身溶解性很好，所以一定范圍內溫度的變化對EAI影響不明顯，60℃以后EAI明顯下降，這可能是因為BSA的變性溫度為65℃[14]，當BSA變性后溶解度下降，因而降低了蛋白質的EAI。加熱通常也能降低吸附在界面上的蛋白質膜的黏度和硬度，因而也會降低乳狀液的穩定性[15]。

2.2 起泡性和泡沫穩定性

圖5 BSA質量濃度對FA的影響Fig.5 Effect of BSA concentration on FA

圖6 BSA質量濃度對FS的影響Fig.6 Effect of BSA concentration on FS

由圖5、6可知，在設計的質量濃度范圍內，蛋白質質量濃度對FA和FS均有影響。隨著蛋白質質量濃度的增加，FA呈上升趨勢。FS整體上都比較穩定，但也能看出細微差異，FS隨著蛋白質質量濃度的增加先升高后下降，在質量濃度為1.5g/100mL時FS最好。這可能是因為蛋白質質量濃度過高時，擴散速度快，拉伸形成的新界面能迅速得到蛋白質的覆蓋，減弱泡沫粗化、穩定性降低[16]。研究酸和鹽對FA和FS的影響時采用1.5g/100mL的BSA溶液。

圖7 pH值對FA的影響Fig.7 Effect of pH value on FA

圖8 pH值對FS的影響Fig.8 Effect of pH value on FS

由圖7、8可知，在pH值為5的時候FA最小，但是此時FS最好。這可能是因為在等電點時蛋白質的溶解性最低，而起泡能力的大小依賴于水中溶解蛋白的多少，因此此時的起泡能力最小。同時，在等電點時蛋白分子間的靜電相吸，增加了吸附在空氣-水界面上蛋白質膜的厚度和硬度，因此泡沫穩定性最好[17]。

圖9 CaCl2質量濃度對FA的影響Fig.9 Effect of CaCl2concentration on FA

圖10 CaCl2質量濃度對FS的影響Fig.10 Effect of CaCl2concentration on FS

由圖9、10可知，實驗設計的幾個CaCl2質量濃度對FC和FS沒有影響。出現這種現象的原因可能是鹽質量濃度較低，因此看不出明顯現象。在一般食品加工中，非高Ca2+含量情況下，BSA的起泡性和泡沫穩定性不會受影響。

3 結 論

從實驗結果可以看出，不同環境條件下表現出的牛血清白蛋白的表面功能特性有所不同，因此在實際應用中為了能更好的發揮BSA的表面特性，必須了解不同環境因素對其影響。

牛血清白蛋白制品具有較好的乳化性、乳化穩定性、起泡性和泡沫穩定性，當作為一種蛋白質乳化劑使用時，其功能特性主要受pH值和溫度的影響。在一般食品配料中，Ca2+質量濃度對起泡性和起泡穩定性沒有影響。通過該研究，對牛血白蛋白制品用于食品配料中起乳化和起泡作用提供參考。

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Emulsifying and Foaming Properties of Bovine Serum Albumin

GUO Ling，LIU Ai-guo*，HU Zhi-he，WU Hui-fang
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

In this work, we evaluated the effects of protein concentration, pH, CaCl2concentration and temperature on the emulsifying activity (EA), emulsifying stability (ES), foaming activity (FA) and foam stability (FS) of bovine serum albumin (BSA). The highest values of EA and ES were both obtained at protein concentration of 0.1 g/100 mL, and the lowest values were obtained at pH 5. EA increased slowly as CaCl2 concentration increased, whereas ES presented an opposite change. The highest EA was found at 60 ℃ and ES decreased notably when temperature was over 60 ℃. FA increased, and FS ascended first and then descended with increasing protein concentration. FS reached a maximum at 1.5 g/100 mL protein concentration. At pH 5, FA reached a minimum and FS a maximum. CaCl2concentration had no obvious influence on both FA and FS.

bovine serum albumin；emulsifying properties；foaming properties

TS201.21

A

1002-6630(2010)19-0137-04

2010-06-21

郭玲(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術。E-mail：jcgll@163.com

*通信作者：劉愛國(1964—)，男，副教授，本科，研究方向為乳品科學與工程及食品添加劑。E-mail：liuaiguo@tjcu.edu.cn