2結果與分析

2.1β-乳球蛋白納米纖維形成動力學

圖1加熱不同時間的β-乳球蛋白納米纖維的ThT熒光強度

ThT熒光染色法是檢測蛋白質纖維化的典型方法。ThT通過與蛋白質纖維中β-折疊結構的特異性結合而具有特定的熒光行為。該方法可以檢測β-折疊結構的變化從而獲得纖維化程度的信息，即形成的蛋白質纖維的數(shù)量。ThT熒光強度越強，意味著形成的蛋白質纖維越多。從圖1可以看出，熒光強度隨著加熱時間延長逐漸增加。在熱處理的前4 h內(nèi)熒光強度的增加較為緩慢，隨后則快速增加。大約10 h后，曲線出現(xiàn)平臺區(qū)，熒光強度值保持相對穩(wěn)定，意味著蛋白質纖維化轉變已經(jīng)完成。本實驗觀察到的現(xiàn)象與其他蛋白質相關現(xiàn)象類似。

2.2β-乳球蛋白纖維聚集體形成過程中的形貌變化

如圖2所示，在開始階段（圖2A），β-乳球蛋白呈現(xiàn)出均勻球狀，粒徑約為30～40 nm，分散良好。加熱0.5 h后（圖2B）可觀察到球狀蛋白粒徑開始減小，而分布更加密集，可能由于蛋白質的水解導致。直到加熱2 h后（圖2D），開始出現(xiàn)明顯的蛋白質納米纖維，但纖維數(shù)量較少。進一步加熱會導致纖維數(shù)量增加，直徑變粗（圖2E、F）。Mezzenga等研究了纖維的形成機理及過程，發(fā)現(xiàn)蛋白質分子在反應初始階段發(fā)生水解，然后部分以β-折疊結構為主的片段在靜電排斥力和疏水相互作用的平衡下進行有序聚集，即自組裝作用，形成纖維狀聚集物。一旦纖維開始形成，其生長的進程快且雙向進行，最后形成具有長直結構的蛋白質纖維。從圖2可以得出，在蛋白質纖維化轉變的不同階段，其產(chǎn)物的組成、形貌是不同的，意味著其界面性質的差異。

圖2加熱不同時間形成的β-乳球蛋白納米纖維的透射電子顯微鏡圖

2.3纖維化過程中β-乳球蛋白界面性質的變化

圖3纖維化過程中β-乳球蛋白在油水界面的吸附動力學過程（A）及其飽和界面張力（B）的變化

乳液的形成及穩(wěn)定性決定于界面物質的吸附行為和界面膜的黏彈模量。采用懸滴法對β-乳球蛋白纖維化轉變過程中不同階段產(chǎn)物的界面吸附動力學過程和界面膜的黏彈模量進行研究。圖3A為各階段產(chǎn)物在油-水界面的界面張力隨時間的變化。可以觀察到，所有樣品的界面張力隨吸附時間逐漸上升，意味著不同階段產(chǎn)物均具有界面吸附行為。一段時間后界面張力上升速度趨于平緩，表明物質在界面上的吸附逐漸達到飽和。從圖3B可以發(fā)現(xiàn)，纖維化轉變不同階段的產(chǎn)物，其平衡界面張力存在區(qū)別。在開始階段，飽和界面張力隨蛋白加熱時間的延長而升高，當加熱時間超過2 h后，飽和界面張力的變化不再明顯。綜合上述分析可以看出，在熱處理的初始階段，蛋白質發(fā)生了水解，這一現(xiàn)象使得蛋白質分子質量變小，而擴散速度增加，因而相對未水解的蛋白能達到更高的飽和界面張力。盡管過度水解會導致蛋白質界面活性的破壞，但后期隨著納米纖維的形成，混合體系的整體界面活性仍然能保持較高水平。

圖4纖維化過程中β-乳球蛋白在油/水界面的擴張流變學特性

如圖4A所示，隨著蛋白不斷吸附到油-水界面上（界面張力的增加），樣品的黏彈模量也不斷增加，說明不同纖維化階段的產(chǎn)物在油/水界面存在明顯相互作用，使得界面層具有較強的黏彈性。同時隨著纖維化轉變的進行（加熱時間的延長），其界面黏彈模量逐漸升高，說明纖維化轉變有利于界面吸附層的黏彈性的提高。如圖4B所示，隨著纖維化轉變的進行，其飽和模量不斷升高，但在不同階段，其變化幅度不同。即在纖維化的初始階段上升較快，而后期則上升不明顯，這表示纖維化轉變的完成，體系中纖維的數(shù)量增加不再明顯，體系的界面黏彈模量的變化趨于平緩。蛋白質納米纖維屬于形狀各向異性材料，其在油/水界面上的相互作用不同于一般的球形顆粒或柔性高分子，具有更強的相互作用，因而能產(chǎn)生更高的界面黏彈性。食品油/水界面或氣/水界面的穩(wěn)定依賴于界面膜的強度，即黏彈模量。目前食品行業(yè)大多數(shù)采用的吐溫、蔗糖酯等小分子表面活性劑所形成的界面膜通常較弱，在食品儲藏過程中容易使界面失穩(wěn)，從而導致食品結構的破壞（如奶油的乳析、植脂末的滲油等）。蛋白質纖維聚集體所表現(xiàn)出的高界面強度則有助于上述問題的解決。

2.4纖維化過程對β-乳球蛋白乳化性的影響

圖5纖維化轉變過程中β-乳球蛋白納米纖維穩(wěn)定的乳液外觀（A）、平均粒徑（B）和常溫貯藏時粒徑（C）的變化

從圖5A可以看出，纖維化的各個階段的產(chǎn)物均能形成較為穩(wěn)定的油/水乳液，并且隨著纖維化程度提高，乳液中乳化層的厚度增加，意味著纖維化產(chǎn)物的乳化能力的提高。通過乳液的平均粒徑（圖5B）可以看出，乳液的粒徑隨著纖維化程度的提高而逐漸減小，直至纖維化轉變2 h后，其產(chǎn)物形成的乳液粒徑趨于穩(wěn)定，說明其乳化能力的變化不再明顯，與圖5A圖現(xiàn)象一致。如圖5C所示，隨著儲藏時間的延長，乳液的粒徑均有所上升，這是由于乳液在儲藏過程中乳滴之間發(fā)生了一定程度的絮凝或聚集。絮凝主要由于乳滴之間的靜電排斥力所致，而聚集則由于乳滴表面的界面強度不足所致。比較不同樣品在30 d儲藏過程中的粒徑變化發(fā)現(xiàn)，未轉化的蛋白乳液平均粒徑增加了1.907μm，而纖維化0.5～12 h的蛋白，其乳液的平均粒徑分別增加了0.63μm（0.5 h），1.08μm（1 h），1.09μm（2 h），3.00μm（5 h），2.80μm（7 h）和3.20μm（12 h）。由此可見，纖維化0.5 h的乳液相對最為穩(wěn)定，未經(jīng)纖維化轉變或過長時間的纖維化轉變均不利于乳液的穩(wěn)定性。纖維化轉變后，柔性蛋白分子轉變?yōu)榫哂幸欢▌傂缘睦w維聚集體，該聚集體相對于蛋白分子具有更高的界面吸附能，從而提高了乳液的穩(wěn)定性。而長時間的纖維化所導致的乳液穩(wěn)定性下降，可能由于連續(xù)相中的纖維產(chǎn)生的耗散性絮凝所導致。在實際應用中，乳化能力和乳化穩(wěn)定性需要同時考慮。較高的乳化能力有助于形成粒徑較小的乳滴，而乳化穩(wěn)定性有助于乳液保持長期的穩(wěn)定性。綜合比較，纖維化2 h的蛋白質較適宜于在食品乳化中的應用。

3結論

本實驗對β-乳球蛋白在纖維化轉變不同階段的產(chǎn)物進行了表征，并對其界面及乳化行為進行了分析研究。在纖維化轉變初期，蛋白質發(fā)生水解，2 h后開始形成少量纖維。隨時間延長纖維數(shù)量則開始增加，直徑變粗。通過對界面吸附行為和界面流變性分析可知，β-乳球蛋白的纖維化轉變可有效提高其界面活性，且增強了界面上蛋白分子間的相互作用。通過乳化實驗，發(fā)現(xiàn)隨著纖維化轉變過程的延長，其產(chǎn)物的乳化能力逐漸提高，但乳化穩(wěn)定性在開始階段有所提高，后期逐漸下降。綜合比較，纖維化2 h的產(chǎn)物最適宜用于食品的乳化。