魔芋葡甘聚糖與乳清蛋白的相互作用

魔芋葡甘聚糖（konjac glucomannan ，KGM ）是由D - 葡萄糖和D - 甘露糖按 1;1.6 的比例以β-1,4- 糖苷鍵聚合的大分子多糖，具有優良的膠凝特性，已被廣泛應用於食品、醫藥等領域。乳清分離蛋白（wheyprotein ,WP）是一種優質的動物性蛋白資源，因其具有良好的香味隔絕和釋放效能可以作為一種可食用性的膜，用於改善產品的口感和保護其風味，已被應用於焙烤食品、冷凍甜點、發酵乳製品、營養型飲料、乾酪和肉製品等食品的加工中。

目前，對於蛋白質－多糖之間的複合作用以及相關行為的研究較多，但對於魔芋葡甘聚糖與乳清蛋白相互作用機理的研究較少。溶脹平衡、動態黏彈性已成為衡量大分子體系相互作用的手段，在多糖、蛋白質以及多糖與蛋白質之間的作用機理研究方面發揮了重要作用。基於此，本研究以魔芋葡甘聚糖和乳清分離蛋白為研究物件，透過對溶脹平衡的分析估測乳清分離蛋白與魔芋葡甘聚糖的溶脹平衡引數，透過流變學實驗分析乳清分離蛋白與魔芋葡甘聚糖體系的流體行為和黏彈特性，探討乳清分離蛋白－魔芋葡甘聚糖混合體系相互作用機理，以期為今後的蛋白與多糖的研究及實際生產提供一定的理論依據。

魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白的溶脹平衡分析

魔芋葡甘聚糖與乳清蛋白溶脹至凝膠的過程中，乳清分離蛋白分子進入魔芋葡甘聚糖分子網鏈中，由於魔芋葡甘聚糖分子體積膨脹導致網狀分子鏈向三維空間伸展，使分子網受到應力而產生彈性收縮能，使分子鏈收縮。

魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白混合體系剪下性質分析

主要探討了30℃條件下不同配比的魔芋葡甘聚糖與乳清蛋白共混複合溶膠的剪下速率與剪下應力相關性。經實驗得出，魔芋葡甘聚糖和乳清分離蛋白複合溶膠體系具有假塑性流體的特徵，隨著乳清分離蛋白組分比例的增加，呈現明顯的剪下變稀現象。這說明，在特定的條件下，乳清分離蛋白能夠促進魔芋葡甘聚糖的溶脹及凝膠，幾乎達到溶脹平衡，可提高魔芋葡甘聚糖的凝膠穩定性。

此外，魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白共混複合溶膠在低剪下速率的表觀黏度隨剪下速率的增加而下降的速率遠遠高於高剪下速率時黏度下降速率，這可能是因為在低剪下速率時共混複合溶膠中高分子間的無規線團結構受到破壞，其分子開始形成一定的有序排列，分子間作用力減小；而在剪下速率進一步增大時，共混複合溶膠內部形成了相對穩定有序的結構，從而使黏度下降速率逐步降低。

魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白混合體系動態力學分析

黏彈性是評價凝膠力學效能的重要引數之一，儲能模量（彈性模量）G'是用來度量剪下應力存在時，彈性貯存在體系中的剪下能量的尺度，因此也是衡量彈性的尺度；損耗模量G"是由於黏性流動而導致轉化為熱的能量的大小，因此也就是不可逆的衰減的剪下能部分，是衡量黏度的尺度。應變掃描的基本原理是給樣品施加拉力，並且“拉力”可調，在施加壓力過程中，最終達到樣品被破壞的目的，以分析樣品抗破壞能力的強弱。

當魔芋甘聚糖－乳清分離蛋白比例小於7∶3時，此時體系不能形成凝膠，表現為液體的特性。

加熱過程中不同配比的魔芋葡甘聚糖－乳清蛋白混合溶膠的G'和G"隨著溫度的升高均逐漸降低。隨著乳清分離蛋白組分比例的增加，當魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白比例1∶1時G'和G"不再有交點，且耗損模量始終大於儲能模量，這說明體系呈現液體特性，魔芋葡甘聚糖和乳清分離蛋白混合溶膠沒有完全形成凝膠，可能有部分乳清分離蛋白未與魔芋葡甘聚糖結合。隨著溫度的升高耗損模量與儲能模量之差也隨著增大。這可能是因為隨著溫度的升高，未完全結合的乳清分離蛋白的性質會發生變化，尤其是高溫時蛋白質容易變性，分子鏈的高階結構被破壞，導致了鏈和鏈間的作用減弱。當魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白的比例為4∶1和7∶3時，G'和G"很接近，比差較小，並且不會隨著溫度的變化出現較大的差距，這說明在此比例下，魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白的混合溶膠效能很穩定，這也驗證了對溶脹平衡的數學分析方法。

為了進一步從微觀結構運動的角度瞭解魔芋葡甘聚糖－乳清蛋白混合溶膠體系效能，測試了樣品在不同振動頻率時的黏彈性。實驗結果表明，在低頻率時各比例的混合溶膠的儲能模量G'均低於其損耗模量G"，當頻率進步提高時，所有樣品的模量均升高，儲能模量G'增加的速度比損耗模量G"大，且達到一定頻率時儲能模量G'大於損耗模量G"，這可能是由於共混體系中分子鏈間發生互動作用、使大分子聚集從而形成聚集體，在分子鏈間產生了新的纏結，從而使體系形成穩定網路結構，表現出彈性體性質。但從實驗資料上看，魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白比例7∶3和3∶2模量變化曲線基本一致，其交叉點的頻率與比例4∶1相差不明顯，這說明魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白比例3∶2也可形成較穩定體系。此外，乳清分離蛋白比例增加其儲能模量和損耗模量的交叉點的頻率也增加，這說明當乳清蛋白與魔芋葡甘聚糖超過一定比例時，體系穩定性隨乳清分離蛋白比例增加而降低。

魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白溶膠的溶脹行為分析

魔芋葡甘聚糖－乳清蛋白凝膠的溶脹過程服從零級動力學模型。隨著乳清分離蛋白組分比例的增加，凝膠溶脹的速率常數也會發生變化。當魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白的比例為2∶3時，其溶脹速率常數高（|k|≥0），當魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白的比例為4∶1～3∶2時，溶脹的速率急劇減少（|k|≤5），並隨著乳清分離蛋白組分比例的增加，出現一定的波動。這是因為乳清分離蛋白在體系中的作用不僅作為交聯劑參與形成凝膠，而且過量的乳清分離蛋白使得體系的溶脹速度更快，導致體系不穩定。

綜上所述

根據對溶脹平衡的分析，估測魔芋葡甘聚糖與乳清蛋白混合溶膠的溶脹平衡引數，量化乳清分離蛋白與魔芋葡甘聚糖的比例。透過流變學實驗分析，確定魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白混合體系具有假塑性特性。同時，對魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白混合體系黏糖特性研究表明，當魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白的比例大於7:3時，在應變範圍內，魔芋葡甘聚糖－乳清分離蛋白凝膠的動態模量基本不隨應力變化，其線性黏彈性範圍很寬，在此比例下其混合體系形成穩定凝膠。在此比例條件下溫度對該體系模量影響很小，彈性模量G'和損耗模量G"變化趨勢很接近，且彈性模量G'與損耗模量G"相差很小，這說明該體系達到溶脹平衡。從頻率掃描看，魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白的比例為7:3和3:2 時，其模量變化曲線基本一致，這說明魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白的比例為3:2時，共混也能形成較穩定體系，從溶膠的溶脹行為分析也確認了這一點，但該比例可能易受外界因素的影響，所以從實際應用考慮，將魔芋葡甘聚糖與乳清分離蛋白比例確定7:3以上為宜。

參考文獻：

《乳清蛋白－茁黴多糖交聯凝膠特性的表徵》