美拉德反应改善乳清蛋白热稳定性过程中颜色、有害物质的控制与反应机理研究

Thermal pasteurization or sterilization is required to ensure microbiological safety and quality of protein beverages. Conversely, protein denaturation during thermal processing can induce protein aggregation and possible gelation, causing an increase in turbidity, dispersion instability, and undesirable quality defects for beverage products. The heat instability is particularly problematic at acidity near isoelectric point (pI) of whey proteins, about 4.8-5.2, which however is within the acidity range of many beverage products. Glycation of whey protein isolate (WPI) improves functionalities such as heat stability. Conventionally, glycation favors the formation of Maillard reaction products such as 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde (HMF) that is linked to undesirable color and flavor. In this work, we will try to glycate the WPI as a function of processing conditions, such as various saccharides, different ratio of protein and saccharides, and also the addition of anti-oxidants (e.g. flavonoids) to simultaneously reduce the color formation and lower content of HMF and improve the heat stability. Our findings will help improve the safety and functionality of WPI ingredients and provide a theoretical basis in food processing research.

乳清蛋白类饮料生产过程中，热杀菌是必不可少的保障食品安全和制品质量的步骤。然而，在加热处理过程中，蛋白质的热变性会使乳清蛋白发生热聚集，导致乳清蛋白溶液变得浑浊、不稳定分散，甚至成胶，这些都是饮料加工过程中致命的缺陷。本课题旨在研究以乳制品的主要成分乳清分离蛋白为原料，通过其与糖类物质的美拉德反应制备得到透明热稳定乳清蛋白饮料。然而，利用美拉德反应在蛋白分子上嫁接糖基增强其热稳定性的过程中，会导致产物颜色的加深及有害成分5-羟甲基糠醛（HMF）的生成。本课题通过优化调节乳清分离蛋白和糖的比例、选择糖的种类及糖基化反应条件、以及添加抗氧化因子（如：黄酮类化合物）调控乳清蛋白与碳水化合物美拉德反应过程，制备热稳定性强，颜色浅，有害物质少的乳清蛋白-碳水化合物接枝产物。为提高美拉德反应产物的安全性和功能性研究提供技术基础，为食品加工学基础领域的研究奠定理论基础。

以乳制品的主要成分乳清分离蛋白(WPI)为原料，研究其与糖类物质的美拉德反应，制备出在等电点附近功能特性均得到改善的美拉德反应产物，为其在透明饮料中的应用奠定基础。在相对湿度79%，温度70°C下，利用乳清分离蛋白与乳糖进行美拉德反应，分析在不同反应时间条件下，糖基化产物的结构和功能特性。聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)等结果证实了糖基化改性使蛋白质分子量增加；邻苯二甲醛(OPA)方法结果表明随着美拉德反应的时间的延长，WPI中氨基酸氨酸含量降低；其溶解性，乳化性，乳化稳定性和热稳定性都有所提高。电位和粒径分析表明，乳清分离蛋白糖基化产物的溶解性和热稳定性增强是因为蛋白质表面糖基的位阻效益，而不是通过蛋白质分子间的静电作用。. 通过在乳清蛋白与还原糖的美拉德反应中加入适量的阿魏酸，对产物特性进行对比研究，探讨了阿魏酸对美拉德反应产物热稳定性、起泡性、乳化性、溶解性等加工特性的影响。结果表明：阿魏酸对反产物热稳定性、起泡性、乳化稳定性等均有所提高，其溶解性随pH变化而保持较为稳定的状态。游离氨基酸含量降低，证明了美拉德反应的发生。. 研究抗坏血酸对乳清蛋白美拉德反应产物的影响,对反应产物的各项理化性质进行了对比。结果表明,抗坏血酸对乳清蛋白美拉德反应有明显影响：在有抗坏血酸参与的情况下,反应产物的乳化性、起泡性、溶解性等加工特性没有降低,热稳定性有明显提高、游离氨基酸得到提高。总之,抗坏血酸对蛋白质美拉德反应产物的加工特性有所改善。.课题分别研究了在乳清蛋白-葡萄糖和牛血清白蛋白-葡萄糖模拟生理体系中，抗氧化物-荔枝果皮原花青素（Litchi pericarp procyanidins, LPPC）对美拉德反应和晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products, AGEs）的抑制作用，以荧光性AGEs的强度为表征依据。结果表明，在乳清蛋白-葡萄糖模拟体系中孵育35d时，LPPC对AGEs的抑制效果最强，达60.21±1.34%。LPPC浓度为1mg/mL时，相对抑制率最大可达85.33±9.02%（显著高于维生素C（Vc），P＜0.05）。在牛血清白蛋白-葡萄糖体系中，孵育35d后LPPC对AGEs的相对抑制率最高达70.01±1.32%，且与LPPC浓度呈现正相关。当LPPC浓度为0.5mg/mL时，抑制率最大为95.