喷雾干燥血浆蛋白粉在罐装宠物食品中的应用

发布人：管理员 时间：2012-08-07

编译：薛晓洁；作者：Javier Polo Carmen Rodriguez等，

选自《动物饲料科学技术》

 

摘 要：

过去的15年中，喷雾干燥血浆蛋白粉作为凝胶剂，普遍应用于罐装宠物食品。然而人们对血浆此种用途的功能特性知之甚少。

喷雾干燥血浆蛋白粉是一种浓缩蛋白，高温加热时会产生稳定、坚实的凝胶;要求温度不低于90℃，温度越高、凝胶强度越大，到达121℃时凝胶强度达到最高（打破100g/kg此种凝胶需5.29N的外界压力）；加热温度为80℃以上时，产生的凝胶保水性稳定。对比其他凝胶剂和粘合剂，血浆蛋白优势在于其可溶性，且凝胶效果远远超过卵蛋白、小麦蛋白和猪肉蛋白，略低于卡拉胶；打破100g/kg上述凝胶分别需要的外力为7.02/3.45/2.11/0和10.20N。使用于条状罐装宠物食品时，同等添加比例，血浆蛋白粉相比其他粘合剂具有更为致密的质地，并且可以降低成品自身损失。

根据实验结果，同等配方成本的前提下，血浆蛋白粉可以替代其他粘合或凝胶剂，有利用降低肉块/成品的渗出物，并提高最终宠物食品的质感。

此外，添加血浆蛋白粉能大大提高食物的适口性，特别是取代小麦蛋白后对猫科动物的采食量的影响。选取同等添加比例，对比小麦蛋白配方对照组，饲喂血浆配方实验组宠物猫的总采食量提高显著，分别为141g和78 g〔p＜0.001〕；另一份研究实验设定血浆的添加比例为10g/kg，淀粉是30g/kg,结果也近似，总采食量分别为151g和61g〔p＜0.001〕。

 

关键词：

喷雾干燥动物血浆蛋白粉，罐装宠物食品，凝胶强度，保水性，脂肪乳化性，结构，适口性。

 

引 言：

喷雾干燥动物血浆蛋白在宠物湿料配方中的应用早在15年前已经推广开来，不再是新闻。主要应用范围为猫科动物食品及大块、袋装产品，血浆蛋白不仅仅可以增强块状食品口感，而且自身的高保水性和强脂肪乳化性可以提高配方不同配料间的粘结程度。

加工商普遍认为血浆是唯一的、最佳的适用在宠物食品湿料中的原料，因为血浆蛋白的应用能规范化最终成品质量。

血浆蛋白的原料为卫生合格的注册屠宰场、经检验合格符合人类消费的猪血，收集过程中加入抗凝剂防止血液结块，低温保存运输，经过高速分离、浓缩及喷雾干燥等工艺加工成最终血浆蛋白粉。血浆颗粒细度低于0.4mm，保留了血浆液本身的所有功能性特点如血浆溶于水后高温加热会产生凝胶；高保水性和乳化能力。同时血浆蛋白粉具有一些蛋白的特性,如丰富免疫球蛋白、转铁蛋白、白蛋白等（Pares等人，1998b）。

通常来讲，血浆水分含量低于10%,灰分含量为15-17%，蛋白70-78%。当血浆高温加热时，由于蛋白变性产生坚实的凝胶（Harer等人，1978；Howell & Lawrie，1984；Cheftel等人1989；Pares等人1998a）。在欧洲血浆蛋白广泛应用于肉制品，因热凝胶特性在食品应用中发挥着重要作用，不仅因为它可以改善食物的口感、质地，加强食物的保水性和营养成分，而且可以保留食品风味，降低脂肪流失；另外血浆白蛋白具有乳化作用（Tybor等人，1973，1975；Caldironi& Ockerman 1982；Nakamura等人，1984）和发泡性（Tybor等人1975; De Vuono等人1979；Etheridge等人1981）等功能。

除了血浆在宠物食品中的基本应用之外，其他相关数据、文献资料比较有限，该论文旨在于阐述血浆的主要特性及血浆相比其他粘合剂在隔离状态（即：血浆溶液）和在宠物食品成品中应用功能的评估。

 

2.实验材料和实验方法

 

2.1实验产品

实验中所涉及的材料有隔离状态或宠物食品使用的喷雾干燥血浆蛋白粉、小麦蛋白、卵蛋白、卡拉胶混合物（即含50%卡拉胶，20%氯化钾和30%刺槐豆胶的混合物）和猪肉蛋白。

2.2理化分析

实验分别根据1999年美国官方分析化学师协会（AOAC）930.15标准，990.03标准、欧盟L155/20号法规来测定血浆的水分、蛋白及灰分含量。血浆水溶性是根据每千克血浆溶液中不溶物质含量来计算，也是就算说讲0.5g血浆粉溶于5ml水中，将溶液离心分离15分钟（转速3000rqm）；保留试管下层沉淀物在105℃干燥24小时后称重计量。血浆溶解度通过测定最终不溶物比例来确定。

2.3凝胶强度

凝胶是指血浆蛋白溶于水，遇热或Ph或盐分浓度变化情况下形成热塑性凝胶的特性，凝胶强度由打破凝胶的外力量化测定。一般来说，配制浓度10%的血浆溶液要将33g血浆溶解于300ml的自来水并搅拌30分钟，搅拌过程滴入一滴消泡剂。将盛满配制溶液的铝制量筒（直径75mm,高110mm，承重400克）置入高压蒸汽灭菌锅，121℃加热1小时。高温灭菌后将量筒常温搁置一整夜，实验采用TA-XT2i质地探测分析仪测得凝胶的质地强度。牛顿曾经定义硬度可以用材料受到的最大外力来表示；渗透测试使用圆柱形硬胶性探测仪（直径12.7cm）以每秒0.5mm的速度钻进凝胶30mm。表1为罐装条状宠物食品配方：

表1：罐装条状宠物食品配方

 

2.4保水性

测定血浆蛋白粉凝胶后吸水性和保水性的方法是根据Kocher & Foegeding（13），简而言之，实验配制不同浓度的血浆溶液，置于6.8Ph的磷酸盐缓冲液中进行分析；将分离试管（40-50ml）装满溶液，盖上称重；加热至90℃15分钟；凝胶后，将试管在4℃冷却半个小时以便凝胶收缩；试管在15000rqm分离30分钟（Sorvall RC 5B, Dupont Co., Newtown, Ct）.提取上清液并称重，得出凝胶离心分离后排出的水分比例。

 

2.5脂肪乳化能力

脂肪乳化能力是一种水油同类的混合物所具有的特性，测定方法为测取悬浊液消解前，加入血浆溶液中色拉油的最大添加量；简言之，在含有样品试剂（100g，c=10%）的PBS缓冲液（PH6.8）中逐滴加入大豆色拉油并用力搅拌，直到悬浊液溶解掉；血浆的乳化能力用大豆油的添加量与样品的量的比例表示。

 

2.6食品损失

  本文提到的食品损失是指打开宠物食品罐或拿起肉块时剩下的所有配料，用损失重量与食品总重的百分比表示。

 

2.7条状罐装宠物食品配方及加工条件

加工条状罐装宠物食品的标准配方见表1，该配方可以用来对比评估同添加比例的2%血浆蛋白配方组和小麦蛋白配方组的功能，也可以根据实验设计为3%，5%做深入研究。

加工条状宠物食品的条件如下:用绞肉机绞碎动物屠宰下水如动物肾肺或禽鸟骨骼，将小麦蛋白与水1：3比例混合，将大米煮熟并冷却后以1：3的比例混合;将动物下水、小麦面粉水合物、其他配料，添加剂，水充分混合，在搅拌机中低速搅拌三分种，装入400g容量的铝罐并密封。该铝罐已经121℃高温灭菌一小时，并常温冷却2天后。

 

2.8适口性研究

实验分别选取20只宠物狗和20只宠物猫进行连续两天的饲喂实验，选取的实验宠物狗，小到獾狗，大到拉布拉多猎犬，大部分为中等大小的可卡犬、猎狐梗；重量从5-25kg不等，年龄从3-11岁不等。实验宠物猫为短毛猫，重量从3-8kg不等，年龄从1-10岁不等。

每天同时饲喂等量的两种配方日粮给实验对象，然后记录动物的第一时间取食的配方及日粮消耗量。实验组一是小麦蛋白配方组，实验组二为同等成本下添加一定比例血浆蛋白，配方中使用的其他配料全是取自同一批次的，并在同一生产条件下加工而成。

 

2.9数据分析：实验使用美国StatgraphicsⅤ统计软件来进行数据分析。

 

3实验结果和讨论

 

3.1血浆蛋白隔离状态下的功能特性

根据图1的实验结果，血浆蛋白的凝胶能力与加热温度、血浆的添加比例有关，血浆在80℃高温加热下形成的凝胶强度，如Pares等人同等情况下测定的凝胶效果一致（Pares等人，1998a,b; Pares & Ledward 2001.）

尽管目前血浆蛋白形成凝胶的机理尚不明朗，最可能的解释就是蛋白变性、蛋白质交互作用产生蛋白质解折叠和三维蛋白网。pH值保持不变，血浆蛋白溶液在温度高于75℃的情况下，蛋白会完全变性（Pares等人，2000）。

图1：血浆蛋白溶液不同浓度不同温度下形成的凝胶强度比较

 

正是由于蛋白质和水的交互作用和肽键之间的相互吸合力、排斥力，蛋白溶液产生凝胶。某些由疏水相互作用、静电相互作用、氢气和共价的两硫键产生的吸合力促进凝胶形成；假如蛋白分子间相互作用在凝胶中起到重要作用，当蛋白含量越高，由于蛋白分子间联系越大，蛋白凝胶强度也会越佳。

如表所示，凝胶作用呈抛物曲线，在121℃达到最高值。白蛋白占血浆蛋白总体蛋白含量的45%-55%,这种蛋白耐热性极强，因此当血浆高温加热时白蛋白是保证食物质感的主要蛋白成分。

蛋白聚成比蛋白变性过程要慢些许，使得无折叠蛋白质重新布局并形成不可逆转、稳定的弹性凝胶。隔离状态下血浆蛋白的保水性与应用状态下完全不同，由图2可知血浆蛋白的保水性在80℃最差。根据质感分析，血浆蛋白浓度越高，不计温度高低，加热产生的凝胶释放的水分越少，可能是分子间作用更紧密。实验中浓度10%的血浆溶液凝胶测试结果与Pares等人先前公布的80℃凝胶实验结果一致（Pares等人，1998b；Pares & Ledward，2001）。

图2：隔离状态下，血浆蛋白不同温度不同浓度保水性分析

 

血浆蛋白会在80℃发生蛋白变性，因此高温加热后的分子重组会产生高保水性的三维凝胶结构，愈来愈多的变性蛋白由于蛋白间相互作用在121℃高温产生的凝胶强度愈大，但是由于蛋白网络会出现部分破裂，所以保水性也会降低。Pares等人在1998b和2001年曾分析过不同pH值的血浆蛋白凝胶效果。

3.2隔离状态下血浆蛋白相比其他粘合剂的功能特性

 

实验对不同粘合剂的理化性质及功能特性进行比较分析，结果如下图表2所示：

	蛋白 g/kg	灰分 g/kg	溶解度 g/kg	GSC (力度，N)	WHC	FEC
血浆蛋白	820	157.0	965	7.0±0.10c	41.7±0.64a	428±11.7b
小麦蛋白	860	6.0	247	2.1±0.82a	78.0±0.18b	248±14.8a
卵蛋白	920	69.0	985	3.5±0.08c	42.4±0.53a	418±8.0b
猪肉蛋白	990	10.0	0	_d	_d	_d
卡拉胶	26.0	451.0	nd	27.9±1.0c	0	nd

备注：

1）凝胶强度测定条件是121℃高温情况下加热浓度10%的的样品溶液1小时；

2）WHC指100g10%凝胶析出水分的重量与凝胶重量之比,测定凝胶保水性；

3）猪肉蛋白并非在高温受热状态下凝胶，因此实验未对其保水性及凝胶强度进行研究；

 

除卡拉胶外，所有实验用蛋白的蛋白含量都高于血浆蛋白粉。因此实验用蛋白不仅仅可以提高配方凝胶能力和其他功能性效果，还可以大大提高配方的蛋白含量。由表2可得：猪肉蛋白和卵蛋白质的蛋白含量最高，相比卵蛋白和血浆蛋白、小麦蛋白和猪肉蛋白的灰分含量较低，卡拉胶的价值最高。血浆蛋白的灰分主要因为血液血浆自身所含有的维持动物体渗透压的灰分含量，血液收集过程中抗凝剂的添加量会增加血浆蛋白的灰分含量。

由于功能性及各自生产工艺的不同，实验用蛋白的水溶性差别较大。对于可溶性蛋白，不溶物的比例是通过不溶物比例测定蛋白变性的重要指标之一，不排除不溶物比例也有可能是与蛋白的加工贮藏条件有关（Pares等人，1998b）。血浆蛋白和卵蛋白水溶性较小麦蛋白和猪肉蛋白高出许多，与2000年Pares等人发表的观点一致。

如表2所示，血浆蛋白凝胶强度高达小麦蛋白的三倍，卵蛋白的两倍，其乳化性和保水性与卵蛋白相当。两者的脂肪乳化性高于小麦蛋白，但保水性稍低小麦蛋白。

可溶性蛋白如血浆的乳化特点之一就是其蛋白分子可以在水油界面打开并被吸收，当蛋白接触到水油界面时，氨基酸的非极性端会指向无水一端，剩余分子被自动吸收。吸收过程中，大部分蛋白完全展开，增大了可利用界面并提高了乳化能力。总而言之，单肽链中亲脂性与亲水性区域隔离的越远，蛋白结构越分散，其乳化能力越强；根据1979年De Vuono等人的研究发现占血浆蛋白40-45%含量的球蛋白乳化效果最佳。

 

3.3添加进罐装宠物食品的功能特性分析

 

根据表1罐装宠物食品配方，实验对不同粘合剂的功能特性进行评估，设定粘合剂的添加比例为2%，实验用的条型罐装宠物食品的加工条件2.7中已做描述。

实验结果表明最终罐装成品的干物质含量差异不大，卡拉胶的蛋白含量低于其他粘合剂，并且灰分含量最高。表3反映了各粘合剂蛋白、灰分的差异。

表3：含不同粘合剂20%的成品特性

	干物质（g/kg）	蛋白（g/kg）	灰分（g/kg）	凝胶强度（N）	失重(g/100g)
血浆蛋白	244±3.0	83±1.8	22±08	2.6±0.05d	9.3±1.1a
小麦蛋白	245±2.0	84±0.6	20±06	2.0±0.04d	21.4±1.0c
卵蛋白	245±5.0	87±1.0	20±1.0	2.3±0.10c	9.1±1.3a
猪肉蛋白	248±3.0	87±1.8	21±06	1.4±0.02a	24.4±0.7d
卡拉胶	243±5.0	69±1.8	28±08	2.5±0.12cd	18.2±1.0b

 

在分析最终成品的凝胶强度发现卡拉胶、血浆蛋白、卵蛋白相比小麦蛋白、猪肉蛋白效果更好，成品的质感更佳（表3）。血浆蛋白的保水性最强，能留住宠物食品内部水分，表3中小麦蛋白、卡拉胶和猪肉蛋白的水分损失均超过150克/公斤,保水性较差。由此可见各种粘合剂在罐装食品中与在隔离状态下的功能特性有差异，同样也表明测试最终成品中粘合剂的功效实验的必要性。

为评估血浆和小麦蛋白功能差异，具体实验选取2%、3%和5%不同添加比例，实验表明不考虑添加比例的前提下，含有血浆的宠物食品成品的凝胶强度总是较小麦蛋白高。另外，最后烹制成品失重比例也远远低于小麦蛋白配方组。当实验组血浆含量为3%～5%时，成品失重明显下降；添加比例达5%，血浆配方组的凝胶强度最高(见表4)。因此，为了更好的利用血浆的功能特点，血浆的添加比例最好控制在3%或以下。另外实验发现：添加比例为5%较2%，配方的凝胶效果与成品保水性更差，该现象表明与隔离状态下实验结果一致，血浆较其他粘合剂功能属性更胜一筹。

表4：血浆蛋白和小麦蛋白不同添加比例相应的成品功能特性

粘合剂	蛋白(g/kg)	凝胶强度	失重（g/100g）
血浆蛋白2%	83±1.6a	2.7±0.06a	9.3±1.1b
小麦蛋白2%	84±0.7a	2.1±0.03a	21.4±1.0d
血浆蛋白3%	89±1.0b	3.9±0.07d	3.9±0.5a
小麦蛋白3%	91±0.7b	2.0±0.03a	19.5±0.9d
血浆蛋白5%	106±1.2c	7.1±0.06e	1.9±0.3a
小麦蛋白5%	106±0.6c	2.4±0.04b	14.0±0.8c
多变量分析（效果）
粘合剂	0.2707	＜0.001	＜0.001
添加比例	＜0.001	＜0.001	＜0.001
粘合剂*添加比例	0.5013	＜0.001	0.4581

 

3.4适口性分析

适口性研究实验选取同等比例2%血浆配方组和小麦蛋白配方组制作标准条状罐装宠物食品。从成本角度考虑，1%血浆配方整体成本与3%小麦蛋白配方成本相当。配方其他配料及成品加工的条件相同。

如表5所示，不同粘合剂生产的成品适口性不同。如预期所示，两组配方除蛋白含量有差异外，凝胶强度相当，血浆配方组的成品失重较少。因此同等成本的情况下，血浆可以替代小麦蛋白或其他粘合剂，成品质地不会发生变化，水分含量增加。产品的各项功能应用的测定实验表明，血浆添加2%时成品除凝胶强度和失重有变化外，其他与之前一致。

表5：适口性研究实验结果

	干物质含量a（g/kg）	蛋白a（g/kg）	灰分a（g/kg）	凝胶强度（g/kg）	失重（g/100g）
同等添加比例2%
血浆蛋白	240	84	21	3.3±0.07b	0.5±0.21a
小麦蛋白	233	85	19	2.1±0.06a	6.9±1.91b
同等配方成本
血浆1.04%	230	75	19	2.0±0.08a	1.7±0.22a
小麦蛋白3%	247	92	21	2.2±0.07a	13.1±1.06b
多变量分析（效果）
粘合剂				＜0.001	＜0.001
添加量				＜0.001	＜0.001

 

适口性第一时间采食实验（宠物狗）选取同等比例及同等成本两组配方，实验表明宠物狗不能分辨两种产品，另外部分宠物狗可以食用提供的全部日粮(每组配方提供1kg).配方组为了更好的测试血浆和小麦蛋白的适口性，试验配方不添加任何香味剂。

图3：适口性实验两组对照组宠物猫的日采食和总共采食量

 

相比两组配方日粮，宠物猫明显偏好血浆配方组（图3）。整个实验过程，血浆配方日粮的采食量较高，同等成本配方对比中仍是如此。因此说明宠物猫偏爱血浆的气味，即便血浆含量较低，1%左右，猫科动物也能够区分配方组不同的动物，选择血浆配方组，见表6。

 

 

结 论：

 

概而论之，血浆是一种可溶性的高蛋白粘合剂，具有保水性、脂肪乳化性和改善产品质地的功能，适用于罐装宠物食品。隔离状态与使用在宠物配方中，血浆的功能性表现一致；血浆最显著的特性是无论是从成本考虑还是效果考虑，血浆都是替代其他粘合剂的首选。

另外，实验表明对于猫科动物，血浆的适口性优势明显。尽管条状罐装宠物食品实验结果不可以一概而论适用在其他形式的宠物湿料，如袋装或大块宠物食品。关于血浆蛋白在其他形式宠物湿料中的功能应用还有待进一步研究。

 

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