2007_面上_超高壓牛奶乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成機(jī)理及營養(yǎng)活性分析 .doc

國家自然科學(xué)基金申請(qǐng)書申請(qǐng)代碼：C01050402受理部門： 收件日期：受理編號(hào)：第 22 頁 版本1.006.297國家自然科學(xué)基金申 請(qǐng) 書您現(xiàn)在不能檢查保護(hù)文檔或打印文檔，請(qǐng)根據(jù)以下三個(gè)步驟操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用戶，請(qǐng)把Word宏的安全性設(shè)為:中 方法: Word菜單-工具-宏-安全性-安全級(jí),設(shè)置為中 (如果您是Word97用戶，繼續(xù)執(zhí)行以下步驟) 2)關(guān)閉本文檔，重新打開本文檔 3)點(diǎn)擊啟用宏按鈕，即可開始填寫本文檔或打印了資助類別：面上項(xiàng)目亞類說明：自由申請(qǐng)項(xiàng)目附注說明： 項(xiàng)目名稱：超高壓牛奶乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成機(jī)理及營養(yǎng)活性分析申 請(qǐng) 者：孫艷麗 電話： 62815541 依托單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 通訊地址：北京市海淀區(qū)圓明園西路2號(hào) 郵政編碼：100094 單位電話：62815952 電子郵件： 申報(bào)日期： 2007年3月28日國家自然科學(xué)基金委員會(huì)基本信息yoKWT/OQ申 請(qǐng) 者 信 息姓名性別女出生年月1969年12月民族漢族學(xué)位碩士職稱副研究員主要研究領(lǐng)域食品化學(xué)與營養(yǎng) 電話62815541 電子郵件 傳真 個(gè)人網(wǎng)頁 工作單位中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 在研項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào) 依托單位信息名稱代 碼90000197 聯(lián)系人董維 電子郵件 電話62815952 網(wǎng)站地址 合作單位信息單 位 名 稱代 碼10005404 項(xiàng) 目 基 本 信 息項(xiàng)目名稱資助類別面上項(xiàng)目 亞類說明自由申請(qǐng)項(xiàng)目 附注說明 申請(qǐng)代碼C01050402:生物分子的相互作用C01040106:天然產(chǎn)物化學(xué)基地類別農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)核技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品加工部門重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室部門開放預(yù)計(jì)研究年限2008年1月 2010年12月研究屬性應(yīng)用基礎(chǔ)研究 申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)27.8000萬元摘 要(限400字)：超高壓加工是一項(xiàng)嶄新的食品加工技術(shù)，經(jīng)高壓處理后的食品與熱處理的相比，不僅能保持天然的色澤、風(fēng)味和口感，更能使食品的營養(yǎng)素如維生素不受破壞，并能產(chǎn)生與加熱處理不同的新物性，易于被人體消化吸收。本項(xiàng)目將在熱凝膠研究的基礎(chǔ)上，開展高壓加工技術(shù)形成乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠技術(shù)的研究，通過分析pH、鹽、糖、有機(jī)溶劑和脂肪等條件對(duì)混合凝膠形成的影響，以及SH基和S-S分子間內(nèi)部交換反應(yīng)對(duì)乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的流變學(xué)特性、微細(xì)構(gòu)造、交聯(lián)方式、S-S鍵聚聚合物形成的影響，探索乳清蛋白和甘薯蛋白混合凝膠的形成機(jī)理；同時(shí)以混合凝膠的消化率、促進(jìn)鈣吸收能力、微生物為主要指標(biāo)，篩選乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的最佳形成條件，為拓展乳清蛋白和甘薯淀粉的使用價(jià)值，生產(chǎn)新型凝膠食品提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)，最終運(yùn)用食品化學(xué)、生物化學(xué)、分子生物學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)初步建立乳清蛋白蛋白與甘薯淀粉凝膠形成的技術(shù)平臺(tái)。關(guān) 鍵 詞(用分號(hào)分開，最多5個(gè))超高壓；乳清蛋白；甘薯淀粉；凝膠；機(jī)理； 項(xiàng)目組主要成員（注: 項(xiàng)目組主要成員不包括項(xiàng)目申請(qǐng)者，國家杰出青年科學(xué)基金類項(xiàng)目不填寫此欄。）編號(hào)姓 名出生年月性別職 稱學(xué) 位單位名稱電話電子郵件項(xiàng)目分工每年工作時(shí)間（月）11964-3-30 男研究員博士中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 62815541 高壓技術(shù) 5 21983-3-29 女碩士生學(xué)士中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 62815541 分子結(jié)構(gòu)及其鍵合方式 10 31983-1-10 男碩士生學(xué)士中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 62815541 營養(yǎng)及鈣吸收能力 10 41963-2-11 女講師學(xué)士首都醫(yī)科大學(xué) 87131114 凝膠促鈣吸收能力測(cè)定 8 51982-8-19 女碩士生學(xué)士中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 62815541 物化特性 10 6 789總?cè)藬?shù)高級(jí)中級(jí)初級(jí)博士后博士生碩士生6213說明: 高級(jí)、中級(jí)、初級(jí)、博士后、博士生、碩士生人員數(shù)由申請(qǐng)者負(fù)責(zé)填報(bào)（含申請(qǐng)者），總?cè)藬?shù)自動(dòng)生成。經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)表 （金額單位：萬元）科目申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)備注（計(jì)算依據(jù)與說明）一.研究經(jīng)費(fèi)22.50001.科研業(yè)務(wù)費(fèi)11.5000（1）測(cè)試/計(jì)算/分析費(fèi)7.0000測(cè)試樣品的設(shè)備使用費(fèi)（2）能源/動(dòng)力費(fèi)1.0000水、電、暖費(fèi)用（3）會(huì)議費(fèi)/差旅費(fèi)2.0000參加國內(nèi)舉辦的學(xué)術(shù)會(huì)議（4）出版物/文獻(xiàn)/信息傳播費(fèi)1.5000查閱文獻(xiàn)費(fèi)用、資料復(fù)印費(fèi)等（5）其它0.02.實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)6.0000（1）原材料/試劑/藥品購置費(fèi)6.0000購買乳清蛋白、淀粉等試驗(yàn)材料；購買化學(xué)試劑、藥品等。（2）其它03.儀器設(shè)備費(fèi)2.0000（1）購置2.0000購置磁力攪拌器、恒溫器等小型設(shè)備。（2）試制4.實(shí)驗(yàn)室改裝費(fèi)5.協(xié)作費(fèi)3.0000分析凝膠的消化吸收率和促進(jìn)鈣吸收能力二.國際合作與交流費(fèi)2.00001.項(xiàng)目組成員出國合作交流2.0000參加國際高壓學(xué)術(shù)會(huì)議2.境外專家來華合作交流三.勞務(wù)費(fèi)2.0000參加項(xiàng)目研究生的勞務(wù)費(fèi)用四.管理費(fèi)1.3000合 計(jì)27.8000與本項(xiàng)目相關(guān)的其他經(jīng)費(fèi)來源國家其他計(jì)劃資助經(jīng)費(fèi)其他經(jīng)費(fèi)資助（含部門匹配）其他經(jīng)費(fèi)來源合計(jì)0.0000報(bào)告正文（一） 立項(xiàng)依據(jù)與研究?jī)?nèi)容（4000-8000字）：1、項(xiàng)目的立項(xiàng)依據(jù)（研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析，附主要參考文獻(xiàn)目錄。）（基礎(chǔ)研究需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢(shì)來論述科學(xué)意義；應(yīng)用研究需結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。）（1）研究意義在許多食品中，一些高聚物分子（蛋白質(zhì)和多糖）通過氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋聯(lián)、纏結(jié)或共價(jià)鍵形成連接區(qū)，能夠形成海綿狀的三維網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，網(wǎng)孔中充滿液相。很多食品的加工需要應(yīng)用蛋白質(zhì)的膠凝作用來完成，如蛋類加工中水煮蛋、咸蛋、皮蛋，乳制品中的干酪，豆類產(chǎn)品中的豆腐、豆皮等，水產(chǎn)品中的魚丸、魚糕等，肉類中的肉皮凍、水晶肉、芙蓉菜等等，也有以多糖為主的凝膠食品，如甜食凝膠、果凍、仿水果塊等。這些產(chǎn)品大多是利用蛋白或淀粉各自的特性，近幾年，研究人員也開始注重探索蛋白和淀粉的相互作用，以期利用蛋白與淀粉的相互作用改進(jìn)凝膠形成方式，開發(fā)新型的凝膠食品。乳清蛋白是當(dāng)今最常見的蛋白質(zhì)補(bǔ)充產(chǎn)品，它濃縮了牛奶中多數(shù)的營養(yǎng)成分，具有高吸收性、完整的氨基酸成分、低脂肪和低膽固醇特點(diǎn)，它不僅具有高營養(yǎng)性，而且還具有抗衰老、抗癌、提高免疫力、促進(jìn)鈣吸收、提高骨質(zhì)和控制體重的功效。乳清蛋白的一個(gè)重要功能特性是可以形成熱誘導(dǎo)凝膠和加壓凝膠，穩(wěn)定大量的水分和其它食品成分。在不同環(huán)境條件下，乳清蛋白可獲得四種不同的凝膠結(jié)構(gòu)：透明凝膠、富有彈性的透明凝膠、凝塊和乳白色不透明凝膠。研究表明，在強(qiáng)的靜電斥力時(shí)它形成富有彈性的透明凝膠，而在較弱的靜電斥力下形成的凝膠較粗糙，因此利用乳清蛋白的這一特點(diǎn)可以利用不同的加工條件賦予食品多變的感官品質(zhì)。甘薯（Ipomoea batatas）是旋花科甘薯屬植物，因其具有產(chǎn)量高、抗干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性廣、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，極易在我國大面積、快速、示范推廣。眾所周知，中國是甘薯生產(chǎn)大國，也是淀粉加工大國，我國生產(chǎn)的甘薯近一半被用于生產(chǎn)甘薯淀粉，因此以甘薯淀粉為原料加工業(yè)的發(fā)展成為引導(dǎo)我國甘薯產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素，如何提高甘薯淀粉的應(yīng)用價(jià)值也是甘薯研究人員亟待思考的問題。在食品方面，盡管利用甘薯為原料生產(chǎn)的粉絲、粉條、粉皮等產(chǎn)品已經(jīng)收到廣大消費(fèi)者的歡迎，但對(duì)品種繁多的食品加工業(yè)來說，甘薯淀粉的應(yīng)用價(jià)值還有很大的可開發(fā)空間。食品高壓加工技術(shù)是一項(xiàng)嶄新的食品加工技術(shù)，與熱處理的相比，不僅能產(chǎn)生與加熱處理不同的新物性，而且還能在色澤上保持了食品的原色，更具有使食品的營養(yǎng)素如維生素不受破壞的特點(diǎn)，因而被譽(yù)為最具潛力和最有希望的食品加工技術(shù)。本項(xiàng)目針對(duì)乳清蛋白和甘薯淀粉的凝膠形成特點(diǎn)，在熱加工研究的基礎(chǔ)上，利用高壓加工技術(shù)研究乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的形成特點(diǎn)，分析pH值、鹽、糖、有機(jī)溶劑和脂肪等物質(zhì)的變化對(duì)混合凝膠形成的影響，觀察混合凝膠的流變學(xué)特性、微細(xì)構(gòu)造、交聯(lián)方式、S-S鍵聚合物形成方式以及物理化學(xué)特性的變化，探索乳清蛋白和甘薯淀粉混和凝膠形成的作用機(jī)理，最終以混合凝膠的營養(yǎng)價(jià)值、微生物為主要指標(biāo)、促進(jìn)鈣吸收的能力，篩選乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的最佳形成條件，為拓展乳清蛋白和甘薯淀粉的使用價(jià)值，生產(chǎn)新型凝膠食品提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)，同時(shí)也為進(jìn)一步創(chuàng)立乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成的技術(shù)平臺(tái)打下基礎(chǔ)。（2）國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析食品高壓加工技術(shù)是一項(xiàng)嶄新的食品加工技術(shù)，被國際科技界列為二十一世紀(jì)的七大技術(shù)熱點(diǎn)和十大尖端科技之一，并被譽(yù)為本世紀(jì)最具潛力和最有希望的食品加工技術(shù)。經(jīng)高壓處理后的食品與熱處理的相比，不僅能保持天然的色澤和風(fēng)味，表面光澤平滑，皺縮很少，質(zhì)地較軟，有較大的伸展性，更能使食品的營養(yǎng)素如維生素不受破壞，并產(chǎn)生與加熱處理不同的新物性。此外，食品高壓加工比熱加工更能節(jié)省能源，這些優(yōu)點(diǎn)使食品高壓加工技術(shù)成為國際食品加工研究的新熱點(diǎn)1,2，3。乳清蛋白是牛乳中酪蛋白經(jīng)凝乳酶和酸沉(pH=4.6)后得到的可溶性蛋白質(zhì) 4，約占乳總蛋白質(zhì)的18%-20%,它在很多方面與酪蛋白不同，它們是一些更小的、緊密的球狀蛋白質(zhì)，并且熱穩(wěn)定性不如酪蛋白。目前，乳清蛋白產(chǎn)品除有乳清濃縮蛋白和乳清分離蛋白外，還有一些具有功能特性的蛋白組分，如-乳清蛋白（-lactabuinin，-La）、-乳球蛋白 （-lactoglobulin）、牛血清清蛋白（bovine serum albumin，BSA）、免疫球蛋白 (Immunoglobulin，Ig) 和乳鐵蛋白（lactoferritin,Lf）5。乳清蛋白有許多功能特性，被用于食品中以改善食品的質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、顏色和營養(yǎng)價(jià)值，其中最重要的功能就是乳清蛋白的凝膠形成性。國際上已有許多關(guān)于乳清蛋白熱凝膠方面的研究報(bào)告6，而對(duì)于乳清蛋白加壓凝膠的研究還不多。在高壓條件下，蛋白質(zhì)的非共價(jià)鍵如疏水鍵、離子鍵、氫鍵發(fā)生變化，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的機(jī)能和構(gòu)造改變，導(dǎo)致凝膠的形成7，8。研究發(fā)現(xiàn)，加壓能使低濃度乳清蛋白溶液生成多聚物9,10，而較高濃度的乳清蛋白溶液能形成多孔狀凝膠11。通過對(duì)不同壓力對(duì)不同濃度乳清蛋白溶液的影響，發(fā)現(xiàn)隨著壓力的增高，稀濃度的乳清蛋白溶液的粘度和濁度上升，加壓凝膠的硬度變大，SH巰基與二硫鍵分子間內(nèi)部交換反應(yīng)對(duì)凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生成起著非常重要的作用12。Fertsch以及Keim等人13,14 在最近發(fā)表的對(duì)乳清蛋白凝膠的研究報(bào)告中，也證實(shí)了二硫鍵的存在與數(shù)量的多寡直接影響了乳清蛋白加壓凝膠的細(xì)微結(jié)構(gòu)。淀粉和蛋白都是生物高分子營養(yǎng)物質(zhì)，都能形成不同的凝膠（比如復(fù)合凝膠、填充膠或者混合凝膠），涉及到內(nèi)部作用力有共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵，在一些食品體系中，蛋白和淀粉的相互作用成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要原因，近幾年，越來越多的研究集中于探索蛋白和淀粉的相互作用導(dǎo)致食品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值的變化。1969年，Takeushi15報(bào)道，酸性馬鈴薯淀粉與-酪蛋白之間存在靜電相互作用，從而引起了研究人員對(duì)蛋白和淀粉的相互作用所產(chǎn)生的混合凝膠特性的重視。1995年，Tang16的研究發(fā)現(xiàn)，為很好地應(yīng)用乳清蛋白，不僅要了解乳清蛋白的凝膠特性，還要掌握乳清蛋白與食品組分的相互作用。1998年Keogh K.M.17研究表明，在酸奶中添加瓜爾膠、果膠等水溶性膠體能夠引起酸奶流變學(xué)特性的改變。2004年Williams18發(fā)現(xiàn)淀粉也能改變酸奶的流變學(xué)特性。2004年Decourcelle19等人證實(shí)，淀粉的螺旋結(jié)構(gòu)能夠結(jié)合酸奶中的風(fēng)味物質(zhì),從而導(dǎo)致酸奶風(fēng)味的變化。Shim等20,21的研究結(jié)果表明，玉米淀粉和分離乳清蛋白（WPI）的混合凝膠（玉米淀粉：WPI0.5：1）即有玉米淀粉凝膠的性質(zhì)又有分離乳清蛋白的凝膠特性，乳清蛋白/木薯淀粉的混合凝膠（10%總固體，pH5.75）在淀粉部分占總固體的比例小于0.4時(shí)分別與純分離乳清蛋白凝膠或者純木薯（10%總固體，pH5.75）凝膠相比都顯示出更高的機(jī)械特性。然而，Shim和Mulvaney發(fā)現(xiàn)在15%總固體和pH9.0條件下分離乳清蛋白/谷物淀粉混合凝膠的黏彈性表現(xiàn)出協(xié)作效應(yīng)。Nunes22-24等人利用豌豆蛋白、玉米淀粉和k-卡拉膠生產(chǎn)一種風(fēng)味獨(dú)特的餐后甜點(diǎn)，主要是利用玉米淀粉具有能夠增強(qiáng)豌豆蛋白和k-卡拉膠所形成的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。2004 Roesch25證實(shí)，加入淀粉后，淀粉顆粒的膨脹提高了k-卡拉較的濃度，從而引起凝膠流變學(xué)特性的變化，改變了混合凝膠的強(qiáng)度26，可見，蛋白與淀粉的協(xié)同作用對(duì)凝膠的質(zhì)地產(chǎn)生了很大的影響。最近，項(xiàng)目組成員27初步研究了不同濃度甘薯淀粉的添加對(duì)乳清蛋白加熱凝膠硬度的影響，發(fā)現(xiàn)隨著淀粉含量的增加，形成凝膠的硬度略微減少，而當(dāng)?shù)矸酆窟_(dá)到10%時(shí)，混合凝膠硬度增加。純WPI凝膠呈現(xiàn)有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而淀粉的添加則破壞了這一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。隨淀粉含量的增加凝膠保持較高的持水力。用Tris-glycine-Na2EDTA 緩沖溶液或含有0.5% SDS 和8 molL-1尿素的緩沖液溶解混合凝膠，發(fā)現(xiàn)凝膠中蛋白溶解度降低。而混合凝膠中巰基含量隨淀粉含量的增加變化不大。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜顯示，不存在2-巰基乙醇的條件下，除了單體以外，還檢出二聚物、三聚物、四聚物以及高分子聚合體的染色帶。純WPI凝膠還檢出了-乳白蛋白的二聚體（28.4 kDa），而含淀粉的混合凝膠則未檢出，而在2-巰基乙醇存在的條件下，只檢出了單體和二聚體。由此可見，凝膠中淀粉與蛋白的相互作用，不只是二者簡(jiǎn)單的混合，相互間還影響物理化學(xué)特性的變化，這種作用既受到反應(yīng)條件的影響，還與蛋白種類和淀粉的種類有關(guān)。2003年Chen H.等人28研究表明，甘薯淀粉與馬鈴薯淀粉、綠豆淀粉在直鏈淀粉、直鏈淀粉比例、磷的含量以及淀粉顆粒大小、糊化特性方面均有較大的差別。中國是甘薯淀粉生產(chǎn)大國，對(duì)甘薯淀粉的研究是中國研究人員的特色，也是中國研究人員的責(zé)任，到目前為止，盡管乳清蛋白與玉米淀粉、木薯淀粉相互作用有相關(guān)的報(bào)導(dǎo)，但國內(nèi)外還未發(fā)現(xiàn)有關(guān)于甘薯淀粉和乳清蛋白熱誘導(dǎo)混合凝膠的研究，更沒有加壓凝膠二者相互作用的研究。因此，本項(xiàng)目將國際優(yōu)質(zhì)蛋白粉與具有中國特色的甘薯淀粉相結(jié)合，開展乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠作用機(jī)理的研究，無論在填補(bǔ)凝膠形成的基礎(chǔ)理論依據(jù)方面，還是在未來開拓蛋白和淀粉的應(yīng)用價(jià)值方面均具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。主要參考文獻(xiàn)1、林 立丸.食品高圧利用.出版.1989.1-25.2、林 立丸.高圧科學(xué)加圧食品.出版.1991.336-375.3、江志煒，沈培英，潘秋琴. 蛋白質(zhì)加工技術(shù). 化學(xué)工業(yè)出版社. 2002. 132.4、E.P. 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Effect of heating temperature, pH, concentration and starch/whey protein ratio on the viscoelastic properties of corn starch/whey protein mixed gels. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2001，81：706717. 21、P. Ravindra, D.B. Genovese, E.A. Foegeding, M.A. Rao. Rheology of heated mixed whey protein isolate/cross-linked waxy maize starch dispersions. Food Hydrocolloids, 2004，18：775781 .22、Nunes, M. C., Batista, P., Raymundo, A., Alves, M. M., & Sousa, I. Vegetable proteins and milk puddings. Colloids and Surfaces B:Biointerfaces, 2003, 31: 2129. 23、Nunes, M. C., Raymundo, A., & Sousa, I. Effect of thermal treatment and composition on the mechanical properties of pea/kappacarrageenan/starch desserts. In P. A. Williams, & Glyn O. Phillips, Gums and stabilisers for the food industry. UK:Royal Society of Chemistry, 2004a, 5464. 24、Nunes M.C., Raymundo A., Sousa I. Effect of composition on the rheological behaviour and microstructure of pea/kappa-carrageenan/ starch gels. Book of proceedings of the IBEREO-04: Iberian Rheology Meeting , 2004b, 3136. 25、Roesch, R., Cox, S., Compton, S., Happek, U., & Corredig, M. k-Carrageenan and b-lactoglobulin interactions visualized by atomic force microscopy. Food Hydrocolloids, 2004, 18: 429439.26、Verbeken, D., Olivier, T., & Dewettinck, K. Textural properties of gelled dairy desserts containing k-carrageenan and starch. Food Hydrocolloids, 2004, 18: 817823.27 、程鵬，木泰華,王娟，孫艷麗.牛奶乳清蛋白與甘薯淀粉加熱混合凝膠物化特性及微觀結(jié)構(gòu)的研究. 食品工業(yè)科技.（已錄用）28、Chen H. A. Schols. A. G. J. Voragen. Physicochemical properties of starches obtained from three varieties of Chinese sweet potatoes. Food Chemistry and Technology, 2003, 68(2):431-437. 2、項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容、研究目標(biāo),以及擬解決的關(guān)鍵問題。（此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容）（1）研究?jī)?nèi)容：本項(xiàng)目主要有兩個(gè)部分的研究?jī)?nèi)容，具體如下：A、超高壓乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成機(jī)理通過試驗(yàn)，分析乳清蛋白和甘薯淀粉的濃度、加熱溫度、pH值、離子強(qiáng)度、壓力、SH基化合物和SH基團(tuán)阻礙劑對(duì)乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠微觀結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)（透明度）、硬度、流變學(xué)特性、溶解性、持水性、淀粉顆粒的影響，研究乳清蛋白和甘薯淀粉交聯(lián)方式、凝膠形成過程中分子結(jié)構(gòu)的變化，分析乳清蛋白和淀粉的相互作用在凝膠形成過程中發(fā)揮的作用，探索混合凝膠的形成機(jī)理。B、乳清蛋白與甘薯淀粉加壓混合凝膠營養(yǎng)價(jià)值（消化吸收率）及促進(jìn)鈣吸收能力評(píng)價(jià)通過分析混合凝膠的營養(yǎng)價(jià)值、微生物、促進(jìn)鈣吸收的能力，篩選乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的最佳形成條件。（2）研究目標(biāo)：A、明確凝膠的形成機(jī)理。B、獲得牛奶乳清蛋白與甘薯淀粉即食性、高營養(yǎng)混合凝膠食品的生成方法。c、創(chuàng)立乳清蛋白與甘薯淀粉凝膠形成的技術(shù)平臺(tái)。（3）擬解決的關(guān)鍵問題：A、混和凝膠中蛋白質(zhì)和淀粉的交聯(lián)方式；B、混和凝膠中蛋白質(zhì)和淀粉分子結(jié)構(gòu)的變化；C、蛋白與淀粉的結(jié)合以及結(jié)構(gòu)變化對(duì)其消化吸收率和乳清蛋白活性的影響。3、擬采取的研究方案及可行性分析。（包括有關(guān)方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明）（1）研究方法：本項(xiàng)目將以乳清蛋白和甘薯淀粉為實(shí)驗(yàn)材料，分析不同外部因素變化的條件下所生成甘薯淀粉和乳清蛋白混合凝膠的粘度、濁度、溶解性、電泳特性，以及凝膠的硬度、破斷應(yīng)力、持水性、溶解性、電泳特性及顯微結(jié)構(gòu)，揭示加壓乳清蛋白凝膠形成的機(jī)理；研究混合凝膠的營養(yǎng)價(jià)值和促進(jìn)鈣吸收的能力，具體實(shí)驗(yàn)方法如下： 凝膠的微觀結(jié)構(gòu)將混合凝膠樣品切成221 mm 的小片，用4%戊二醛固定，再以1%鋨酸（OsO4）固定后分別用30、50、70、80、90、95、100%的酒精溶液依次脫水，然后浸泡在乙酸異戊酯溶液中，進(jìn)行臨界點(diǎn)干燥，最后進(jìn)行離子濺射鍍金處理。在加速電壓為15 kV 的條件下，用掃描電子顯微鏡（S-570）觀察混和凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 化學(xué)交聯(lián)方式分析參照閔思佳（2005年）實(shí)驗(yàn)方法，將真空干燥凝膠樣品在紅外光譜儀上測(cè)定紅外光譜(KBr 壓片)，分析甘薯淀粉凝膠、乳清蛋白凝膠和混合凝膠特征吸峰的差別，推斷甘薯淀粉和乳清蛋白的化學(xué)交聯(lián)方式。將真空干燥凝膠樣品于HCl溶液中水解, 用氨基酸自動(dòng)分析儀進(jìn)行氨基酸分析，分析混合凝膠中氨基酸的變化，推斷交聯(lián)的方式。 在核磁共振波譜儀上觀察碳發(fā)生化學(xué)位移的情況, 以證實(shí)氨基酸殘基與淀粉發(fā)生的化學(xué)交聯(lián)情況。用圓二色譜儀分析凝膠形成后蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化情況。 凝膠的光學(xué)性質(zhì)（透明度）：用透明度測(cè)定儀分析。 混合凝膠的硬度用質(zhì)構(gòu)儀分析，在TA-XT2質(zhì)構(gòu)儀上采用凝膠強(qiáng)度國際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)反映凝膠機(jī)械性能的變化，采用P/0.5R探頭，測(cè)定速度為0.5mm/s，測(cè)前速度為0.5mm/s，返回速率為0.5mm/s，前進(jìn)距離8mm，凝膠強(qiáng)度為第一次擠壓變形時(shí)，物體所產(chǎn)生應(yīng)力的最大值，分析不同條件下形成的凝膠硬度變化趨勢(shì)。 流變學(xué)特性用動(dòng)態(tài)流變儀(AR1000 Rheometer TA Instrument)分析不同條件所形成凝膠儲(chǔ)存模數(shù)、損失模數(shù)和損失正切值的變化，分析原材料的濃度、加熱溫度、pH值、離子強(qiáng)度、壓力、SH基化合物和SH基團(tuán)阻礙劑等條件對(duì)凝膠流變學(xué)特性的影響。 蛋白分子結(jié)構(gòu)的變化SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDSPAGE）觀察乳清蛋白的聚合、降解情況。SDSPAGE是依照Laemmli方法。使用日本ATTO AE-6450電泳系統(tǒng)分析。蛋白樣品分別溶解于添加和不添加5% 2-巰基乙醇含有10 m mol/L TrisHCl,、3 m mol/L EDTA、 1% SDS 和 0.01%溴酚藍(lán)溶解液中。低分子標(biāo)樣購于sigma公司。分子量分別為：66,000，45,000，36,000，29,000，24,000，20,100，14,200?？捡R斯亮蘭R-250對(duì)蛋白質(zhì)染色，用凝膠成像儀分析乳清蛋白組分的變化情況。 持水性測(cè)定方法將5g混合凝膠放入離心管中進(jìn)行離心，每個(gè)樣品取3個(gè)平行樣。離心條件為10000 r/min,60 min。持水力用離心前后凝膠的重量比來表示，每一樣品平行測(cè)定三次,取其平均值。 溶解度的測(cè)定方法將制備好的混合熱誘導(dǎo)凝膠分別放入pH8.0含有8 molL-1 尿素和0.5%SDS的Tris-glycine -Na2EDTA緩沖溶液中，然后使用均質(zhì)機(jī)（軸直徑12 mm、19 000 r/min）均質(zhì)2 min、混勻并在10000g條件下離心30 min 后，取上清用于蛋白質(zhì)溶解度的測(cè)定及其SDS-PAGE的電泳試驗(yàn)。依照Peterson及Markwell等的方法測(cè)定蛋白質(zhì)含量，每一樣品平行測(cè)定三次,取其平均值。 巰基測(cè)定根據(jù)Ellman（1959）的方法，將混合凝膠分別溶于添加了尿素和SDS變性劑的Tris-glycine-Na2EDTA標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液中，均質(zhì)、混勻、離心。離心完成后，取3 ml上清液向其中加入0.03 ml的Ellman試劑，并迅速混合，在室溫下放置90分鐘左右后用分光光度計(jì)測(cè)其吸光度值，調(diào)節(jié)分光光度計(jì)的吸收波長(zhǎng)為412 nm，并且用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液做為空白試劑來校正結(jié)果。每一個(gè)樣品平行測(cè)定三次，取其平均值。 營養(yǎng)價(jià)值分析通過體外消化試驗(yàn)比較加熱凝膠、混合凝膠、加壓凝膠的消化率、吸收率。 能量分析：用離子體質(zhì)量和能量分析儀測(cè)定凝膠形成后的能量變化。 微生物分析 參照國標(biāo)GB 4789.2-94、GB 4789.3-94分析加熱凝膠、加壓凝膠微生物的菌落總數(shù)、大腸桿菌菌群。 促進(jìn)鈣吸收能力測(cè)定利用動(dòng)物試驗(yàn)，將大鼠糞便、飼料進(jìn)行灰化處理，用原子吸收分光光度計(jì)分析灰分中鈣的含量，計(jì)算鈣的吸收率；通過靜脈取血，用原子吸收分光光度計(jì)分析血液中鈣的含量，計(jì)算鈣的吸收率。比較混合凝膠、乳清蛋白凝膠與非凝膠乳清蛋白產(chǎn)品對(duì)促進(jìn)鈣吸收能力的差別，以及加壓凝膠與加熱凝膠產(chǎn)品對(duì)促進(jìn)鈣吸收能力的差別。（2）技術(shù)路線調(diào)節(jié)pH值或添加鹽、糖、脂肪、有機(jī)溶劑、SH基化合物和SH基團(tuán)阻礙劑等加壓、加熱處理溶膠或凝膠物化、微觀結(jié)構(gòu)、交聯(lián)方式、分子結(jié)構(gòu)變化等營養(yǎng)價(jià)值及促鈣吸收能力等分析確定凝膠形成機(jī)理篩選加工工藝乳清蛋白甘薯淀粉凝膠形成技術(shù)平臺(tái)的構(gòu)建（3）可行性分析本項(xiàng)目技術(shù)路線思路清晰、設(shè)計(jì)合理、可操作性強(qiáng)，項(xiàng)目中通過查找大量的資料，充分考慮影響凝膠形成的各種因素，從檢測(cè)混合凝膠的微觀分子結(jié)構(gòu)入手，經(jīng)過對(duì)凝膠物化等特性的分析，最后追蹤到凝膠的宏觀三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠從未來的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲得真實(shí)可靠的混合凝膠形成機(jī)理，篩選出加工工藝，建立技術(shù)平臺(tái)。項(xiàng)目申請(qǐng)人所在的中國農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所食品化學(xué)與營養(yǎng)課題組自組建以來，一直致力于超高壓加工技術(shù)的研究，尤其在高壓凝膠形成技術(shù)和蛋白分析技術(shù)方面擁有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)，目前開展高壓加工項(xiàng)目-中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院杰出人才項(xiàng)目“非加熱技術(shù)（超高壓及高壓脈沖電流）在農(nóng)產(chǎn)品加工和貯藏上的應(yīng)用研究”和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金“-乳球蛋白加壓凝膠的生成及其物化特性研究”為本項(xiàng)目的進(jìn)一步研究，打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。項(xiàng)目組成員木泰華研究員，曾參與了日本雪印制乳株式會(huì)社與日本國立宇都宮大學(xué)合作的“超高壓對(duì)牛奶蛋白質(zhì)及構(gòu)成成分的影響”，歐盟與法國Montpellier大學(xué)合作的“高電場(chǎng)波處理對(duì)食品成分的影響”以及荷蘭教育部與荷蘭Wageningen大學(xué)合作的“馬鈴薯patatin蛋白功能特性的解析”等研究項(xiàng)目，現(xiàn)為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院二級(jí)崗位杰出人才木泰華研究員任首席專家，主要進(jìn)行非加熱技術(shù)（超高壓及高壓脈沖電流）在農(nóng)產(chǎn)品加工和貯藏上的應(yīng)用研究，特別是通過對(duì)蛋白質(zhì)的變性、聚合、凝膠化、物化和功能特性的解析，探索動(dòng)植物蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中的應(yīng)用；首都醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生與家庭醫(yī)學(xué)學(xué)院唐玉平老師在營養(yǎng)學(xué)研究方面具備一定實(shí)力，在人體實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)方面均有一定經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表過多篇學(xué)術(shù)論文，在本研究中負(fù)責(zé)凝膠促進(jìn)鈣吸收能力方面的研究；從項(xiàng)目人員組成來看，項(xiàng)目的各部分內(nèi)容均由專人負(fù)責(zé)，能夠高質(zhì)量完成本項(xiàng)研究工作。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所食品科學(xué)研究中心、工程中心擁有各種食品研究過程中所需設(shè)備，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和分析測(cè)試儀器均為90年代后期購置，運(yùn)行狀況良好，首都醫(yī)科大學(xué)擁有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)開展的各方面條件，完全可以保證本項(xiàng)目的順利進(jìn)行。4、本項(xiàng)目的特色與創(chuàng)新之處本項(xiàng)目的特色在于：（1）采用超高壓加工技術(shù)，研究生物大分子乳清蛋白與甘薯淀粉在超高壓狀態(tài)下的相互作用。（2）選用具有中國特色的原料甘薯淀粉為試驗(yàn)材料，研究食品凝膠的形成技術(shù)。本項(xiàng)目的創(chuàng)新之處在于：（） 本項(xiàng)目利用項(xiàng)目組超高壓加工技術(shù)的研究?jī)?yōu)勢(shì)，在熱加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用營養(yǎng)價(jià)值優(yōu)良、具有豐富生理活性的乳清蛋白和中國特色的甘薯淀粉為原料，開展凝膠形成機(jī)理的研究，探索擁有促進(jìn)鈣吸收活性的凝膠形成方法，具有創(chuàng)新性。（） 項(xiàng)目從食品加工角度出發(fā)，建立乳清蛋白與甘薯淀粉凝膠形成技術(shù)平臺(tái)，形成凝膠形成的理論體系，具有創(chuàng)新性。5、年度研究計(jì)劃及預(yù)期研究結(jié)果。（包括擬組織的重要學(xué)術(shù)交流活動(dòng)、國際合作與交流計(jì)劃等）2008年：1）收集研究資料，制定研究計(jì)劃。2）分析不同pH值和離子強(qiáng)度對(duì)混合凝膠的質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)特性、透明度、溶解性、持水性、保水性等物性指標(biāo)的影響。3）分析混合凝膠的SH基、蛋白分子結(jié)構(gòu)的變化。4）研究不同pH值和離子強(qiáng)度對(duì)加熱、加壓凝膠微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)交聯(lián)方式的影響。2009年：1)分析不同糖、脂肪及有機(jī)溶劑對(duì)加熱、加壓凝膠的硬度和破斷應(yīng)力等物性指標(biāo)的影響。2）分析不同糖、脂肪及有機(jī)溶劑對(duì)混合凝膠的質(zhì)構(gòu)、流變學(xué)特性、透明度、溶解性、持水性、保水性等物性指標(biāo)的影響。3）分析混合凝膠的SH基、蛋白分子結(jié)構(gòu)的變化。4）研究不同糖、脂肪及有機(jī)溶劑對(duì)加熱、加壓凝膠微觀結(jié)構(gòu)、化學(xué)交聯(lián)方式的影響。5）發(fā)表論文1-2篇。2010年：1)分析乳清蛋白、甘薯蛋白的凝膠形成機(jī)理。2）比較不同條件下產(chǎn)生凝膠的消化率、吸收率、微生物和促進(jìn)鈣吸收能力的變化。3）篩選混合凝膠加工工藝。4）查找資料，結(jié)合研究初步建立凝膠形成的技術(shù)平臺(tái)。5) 發(fā)表論文2-3篇。（二） 研究基礎(chǔ)與工作條件1、工作基礎(chǔ)（與本項(xiàng)目相關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績(jī)）項(xiàng)目申請(qǐng)者所在的食品化學(xué)與營養(yǎng)課題組，已開展多年高壓加工項(xiàng)目的研究工作，包括中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院杰出人才項(xiàng)目“非加熱技術(shù)（超高壓及高壓脈沖電流）在農(nóng)產(chǎn)品加工和貯藏上的應(yīng)用研究”和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長(zhǎng)基金“-乳球蛋白加壓凝膠的生成及其物化特性研究”項(xiàng)目。通過項(xiàng)目的開展，研究了在30、800MPa壓力的作用下,不同加壓時(shí)間(5120min)和不同濃度N-乙基馬來酰亞胺(NEM,110mmolL-1)對(duì)14%(w/v)的-乳球蛋白(-Lg)溶液在pH7.20條件下形成凝膠的硬度、破斷應(yīng)力、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、持水力、蛋白溶解度等特性的變化，初步分析了不同pH值和離子強(qiáng)度濃度對(duì)乳清分離蛋白與甘薯淀粉混合加熱凝膠（95）物化特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響，以及在95，pH 7.0條件下不同含量的淀粉對(duì)乳清分離蛋白（WPI）的熱誘導(dǎo)混合凝膠硬度等的影響，目前正在進(jìn)行乳清分離蛋白加壓凝膠和加熱凝膠消化率的研究工作，這些實(shí)驗(yàn)的開展將為本項(xiàng)目的順利進(jìn)行奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和研究基礎(chǔ)。另外，木泰華研究員曾參與了日本雪印制乳株式會(huì)社與日本國立宇都宮大學(xué)合作的“超高壓對(duì)牛奶蛋白質(zhì)及構(gòu)成成分的影響”，歐盟與法國Montpellier大學(xué)合作的“高電場(chǎng)波處理對(duì)食品成分的影響”以及荷蘭教育部與荷蘭Wageningen大學(xué)合作的“馬鈴薯patatin蛋白功能特性的解析”等研究項(xiàng)目。曾在國際雜志和會(huì)議上發(fā)表過多篇論文，對(duì)國際上食品領(lǐng)域中關(guān)于非加熱技術(shù)的研究比較熟悉，在高壓加工技術(shù)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，也為本項(xiàng)目的開展提供很好的指導(dǎo)作用。2、工作條件（包括已具備的實(shí)驗(yàn)條件，尚缺少的實(shí)驗(yàn)條件和擬解決的途徑，包括利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和部門開放實(shí)驗(yàn)室的計(jì)劃與落實(shí)情況。）中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院下屬的唯一從事農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)和食品科學(xué)技術(shù)研究的國家級(jí)科研機(jī)構(gòu)。現(xiàn)有食品質(zhì)量與安全、功能食品、食品化學(xué)與營養(yǎng)、微生物與發(fā)酵工程、食品工程、農(nóng)產(chǎn)品貯藏工程等6個(gè)重點(diǎn)學(xué)科方向，1個(gè)農(nóng)業(yè)部核技術(shù)與農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室和1個(gè)農(nóng)業(yè)部質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，擁有農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與食品安全、生物物理學(xué)博士點(diǎn)、農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工工程碩士點(diǎn)。研究所下設(shè)有食品科學(xué)研究中心、農(nóng)產(chǎn)品加工工程中心、農(nóng)產(chǎn)品加工咨詢中心和中國農(nóng)業(yè)輻照中心等研究開發(fā)部門。在農(nóng)產(chǎn)品加工品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)、糧食與植物蛋白工程、食品加工全程質(zhì)量控制、食品非熱力殺菌技術(shù)、食品質(zhì)構(gòu)重組技術(shù)、功能食品開發(fā)技術(shù)、食品安全快速檢測(cè)技術(shù)、食品生物技術(shù)和食品高效提取分離技術(shù)等方面具有較好的基礎(chǔ)和優(yōu)勢(shì)。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所食品科學(xué)研究中心、工程中心擁有各種食品研究過程中所需設(shè)備，其中超高壓設(shè)備、紅外光譜儀、流變儀、核磁共振波譜儀、全自動(dòng)凱氏定氮儀、電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、大型低溫高速離心機(jī)、高速磨漿機(jī)、膜濾中試設(shè)備和小型設(shè)備（包括超濾、鈉濾和反滲透設(shè)備）、離心濃縮設(shè)備、半自動(dòng)纖維測(cè)定、自動(dòng)索氏總脂肪分析系統(tǒng)、質(zhì)構(gòu)儀、降落值測(cè)定儀、沉降值測(cè)定儀、快速粘度儀、高速組織攪拌機(jī)、無菌操作間、核磁共振儀、噴霧干燥設(shè)備、Brabender粉質(zhì)儀和拉伸儀、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、質(zhì)譜儀、同步熱測(cè)定儀、原子吸收分光光度計(jì)、熒光分光光度計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)、放射性薄層掃描儀，液體閃爍譜儀、多道r譜儀、超潔凈微生物培養(yǎng)室、掃描電鏡、透射電鏡、DSE-25雙螺桿擠壓膨化實(shí)驗(yàn)室工作站、超臨界二氧化碳萃取儀、Junior實(shí)驗(yàn)?zāi)?、真空凍干機(jī)、榨汁機(jī)、高壓均質(zhì)機(jī)、果蔬膨化機(jī)、高溫瞬時(shí)殺菌機(jī)、真空封口設(shè)備、超低溫冰箱、烘箱和可用