噴霧幹燥血漿蛋白粉在罐裝寵物食品中的應用

發布人：管理員 時間：2012-08-07

編譯：薛曉潔；作者：Javier Polo Carmen Rodriguez等，

選自《動物飼料科學技術》

 

摘 要：

過去的15年中，噴霧幹燥血漿蛋白粉作為凝膠劑，普遍應用于罐裝寵物食品。然而人們對血漿此種用途的功能特性知之甚少。

噴霧幹燥血漿蛋白粉是一種濃縮蛋白，高溫加熱時會産生穩定、堅實的凝膠;要求溫度不低于90℃，溫度越高、凝膠強度越大，到達121℃時凝膠強度達到最高（打破100g/kg此種凝膠需5.29N的外界壓力）；加熱溫度為80℃以上時，産生的凝膠保水性穩定。對比其他凝膠劑和粘合劑，血漿蛋白優勢在于其可溶性，且凝膠效果遠遠超過卵蛋白、小麥蛋白和豬肉蛋白，略低于卡拉膠；打破100g/kg上述凝膠分别需要的外力為7.02/3.45/2.11/0和10.20N。使用于條狀罐裝寵物食品時，同等添加比例，血漿蛋白粉相比其他粘合劑具有更為緻密的質地，并且可以降低成品自身損失。

根據實驗結果，同等配方成本的前提下，血漿蛋白粉可以替代其他粘合或凝膠劑，有利用降低肉塊/成品的滲出物，并提高最終寵物食品的質感。

此外，添加血漿蛋白粉能大大提高食物的适口性，特别是取代小麥蛋白後對貓科動物的采食量的影響。選取同等添加比例，對比小麥蛋白配方對照組，飼喂血漿配方實驗組寵物貓的總采食量提高顯著，分别為141g和78 g〔p＜0.001〕；另一份研究實驗設定血漿的添加比例為10g/kg，澱粉是30g/kg,結果也近似，總采食量分别為151g和61g〔p＜0.001〕。

 

關鍵詞：

噴霧幹燥動物血漿蛋白粉，罐裝寵物食品，凝膠強度，保水性，脂肪乳化性，結構，适口性。

 

引 言：

噴霧幹燥動物血漿蛋白在寵物濕料配方中的應用早在15年前已經推廣開來，不再是新聞。主要應用範圍為貓科動物食品及大塊、袋裝産品，血漿蛋白不僅僅可以增強塊狀食品口感，而且自身的高保水性和強脂肪乳化性可以提高配方不同配料間的粘結程度。

加工商普遍認為血漿是唯一的、最佳的适用在寵物食品濕料中的原料，因為血漿蛋白的應用能規範化最終成品質量。

血漿蛋白的原料為衛生合格的注冊屠宰場、經檢驗合格符合人類消費的豬血，收集過程中加入抗凝劑防止血液結塊，低溫保存運輸，經過高速分離、濃縮及噴霧幹燥等工藝加工成最終血漿蛋白粉。血漿顆粒細度低于0.4mm，保留了血漿液本身的所有功能性特點如血漿溶于水後高溫加熱會産生凝膠；高保水性和乳化能力。同時血漿蛋白粉具有一些蛋白的特性,如豐富免疫球蛋白、轉鐵蛋白、白蛋白等（Pares等人，1998b）。

通常來講，血漿水分含量低于10%,灰分含量為15-17%，蛋白70-78%。當血漿高溫加熱時，由于蛋白變性産生堅實的凝膠（Harer等人，1978；Howell & Lawrie，1984；Cheftel等人1989；Pares等人1998a）。在歐洲血漿蛋白廣泛應用于肉制品，因熱凝膠特性在食品應用中發揮着重要作用，不僅因為它可以改善食物的口感、質地，加強食物的保水性和營養成分，而且可以保留食品風味，降低脂肪流失；另外血漿白蛋白具有乳化作用（Tybor等人，1973，1975；Caldironi& Ockerman 1982；Nakamura等人，1984）和發泡性（Tybor等人1975; De Vuono等人1979；Etheridge等人1981）等功能。

除了血漿在寵物食品中的基本應用之外，其他相關數據、文獻資料比較有限，該論文旨在于闡述血漿的主要特性及血漿相比其他粘合劑在隔離狀态（即：血漿溶液）和在寵物食品成品中應用功能的評估。

 

2.實驗材料和實驗方法

 

2.1實驗産品

實驗中所涉及的材料有隔離狀态或寵物食品使用的噴霧幹燥血漿蛋白粉、小麥蛋白、卵蛋白、卡拉膠混合物（即含50%卡拉膠，20%氯化鉀和30%刺槐豆膠的混合物）和豬肉蛋白。

2.2理化分析

實驗分别根據1999年美國官方分析化學師協會（AOAC）930.15标準，990.03标準、歐盟L155/20号法規來測定血漿的水分、蛋白及灰分含量。血漿水溶性是根據每千克血漿溶液中不溶物質含量來計算，也是就算說講0.5g血漿粉溶于5ml水中，将溶液離心分離15分鐘（轉速3000rqm）；保留試管下層沉澱物在105℃幹燥24小時後稱重計量。血漿溶解度通過測定最終不溶物比例來确定。

2.3凝膠強度

凝膠是指血漿蛋白溶于水，遇熱或Ph或鹽分濃度變化情況下形成熱塑性凝膠的特性，凝膠強度由打破凝膠的外力量化測定。一般來說，配制濃度10%的血漿溶液要将33g血漿溶解于300ml的自來水并攪拌30分鐘，攪拌過程滴入一滴消泡劑。将盛滿配制溶液的鋁制量筒（直徑75mm,高110mm，承重400克）置入高壓蒸汽滅菌鍋，121℃加熱1小時。高溫滅菌後将量筒常溫擱置一整夜，實驗采用TA-XT2i質地探測分析儀測得凝膠的質地強度。牛頓曾經定義硬度可以用材料受到的最大外力來表示；滲透測試使用圓柱形硬膠性探測儀（直徑12.7cm）以每秒0.5mm的速度鑽進凝膠30mm。表1為罐裝條狀寵物食品配方：

表1：罐裝條狀寵物食品配方

 

2.4保水性

測定血漿蛋白粉凝膠後吸水性和保水性的方法是根據Kocher & Foegeding（13），簡而言之，實驗配制不同濃度的血漿溶液，置于6.8Ph的磷酸鹽緩沖液中進行分析；将分離試管（40-50ml）裝滿溶液，蓋上稱重；加熱至90℃15分鐘；凝膠後，将試管在4℃冷卻半個小時以便凝膠收縮；試管在15000rqm分離30分鐘（Sorvall RC 5B, Dupont Co., Newtown, Ct）.提取上清液并稱重，得出凝膠離心分離後排出的水分比例。

 

2.5脂肪乳化能力

脂肪乳化能力是一種水油同類的混合物所具有的特性，測定方法為測取懸濁液消解前，加入血漿溶液中色拉油的最大添加量；簡言之，在含有樣品試劑（100g，c=10%）的PBS緩沖液（PH6.8）中逐滴加入大豆色拉油并用力攪拌，直到懸濁液溶解掉；血漿的乳化能力用大豆油的添加量與樣品的量的比例表示。

 

2.6食品損失

  本文提到的食品損失是指打開寵物食品罐或拿起肉塊時剩下的所有配料，用損失重量與食品總重的百分比表示。

 

2.7條狀罐裝寵物食品配方及加工條件

加工條狀罐裝寵物食品的标準配方見表1，該配方可以用來對比評估同添加比例的2%血漿蛋白配方組和小麥蛋白配方組的功能，也可以根據實驗設計為3%，5%做深入研究。

加工條狀寵物食品的條件如下:用絞肉機絞碎動物屠宰下水如動物腎肺或禽鳥骨骼，将小麥蛋白與水1：3比例混合，将大米煮熟并冷卻後以1：3的比例混合;将動物下水、小麥面粉水合物、其他配料，添加劑，水充分混合，在攪拌機中低速攪拌三分種，裝入400g容量的鋁罐并密封。該鋁罐已經121℃高溫滅菌一小時，并常溫冷卻2天後。

 

2.8适口性研究

實驗分别選取20隻寵物狗和20隻寵物貓進行連續兩天的飼喂實驗，選取的實驗寵物狗，小到獾狗，大到拉布拉多獵犬，大部分為中等大小的可卡犬、獵狐梗；重量從5-25kg不等，年齡從3-11歲不等。實驗寵物貓為短毛貓，重量從3-8kg不等，年齡從1-10歲不等。

每天同時飼喂等量的兩種配方日糧給實驗對象，然後記錄動物的第一時間取食的配方及日糧消耗量。實驗組一是小麥蛋白配方組，實驗組二為同等成本下添加一定比例血漿蛋白，配方中使用的其他配料全是取自同一批次的，并在同一生産條件下加工而成。

 

2.9數據分析：實驗使用美國StatgraphicsⅤ統計軟件來進行數據分析。

 

3實驗結果和讨論

 

3.1血漿蛋白隔離狀态下的功能特性

根據圖1的實驗結果，血漿蛋白的凝膠能力與加熱溫度、血漿的添加比例有關，血漿在80℃高溫加熱下形成的凝膠強度，如Pares等人同等情況下測定的凝膠效果一緻（Pares等人，1998a,b; Pares & Ledward 2001.）

盡管目前血漿蛋白形成凝膠的機理尚不明朗，最可能的解釋就是蛋白變性、蛋白質交互作用産生蛋白質解折疊和三維蛋白網。pH值保持不變，血漿蛋白溶液在溫度高于75℃的情況下，蛋白會完全變性（Pares等人，2000）。

圖1：血漿蛋白溶液不同濃度不同溫度下形成的凝膠強度比較

 

正是由于蛋白質和水的交互作用和肽鍵之間的相互吸合力、排斥力，蛋白溶液産生凝膠。某些由疏水相互作用、靜電相互作用、氫氣和共價的兩硫鍵産生的吸合力促進凝膠形成；假如蛋白分子間相互作用在凝膠中起到重要作用，當蛋白含量越高，由于蛋白分子間聯系越大，蛋白凝膠強度也會越佳。

如表所示，凝膠作用呈抛物曲線，在121℃達到最高值。白蛋白占血漿蛋白總體蛋白含量的45%-55%,這種蛋白耐熱性極強，因此當血漿高溫加熱時白蛋白是保證食物質感的主要蛋白成分。

蛋白聚成比蛋白變性過程要慢些許，使得無折疊蛋白質重新布局并形成不可逆轉、穩定的彈性凝膠。隔離狀态下血漿蛋白的保水性與應用狀态下完全不同，由圖2可知血漿蛋白的保水性在80℃最差。根據質感分析，血漿蛋白濃度越高，不計溫度高低，加熱産生的凝膠釋放的水分越少，可能是分子間作用更緊密。實驗中濃度10%的血漿溶液凝膠測試結果與Pares等人先前公布的80℃凝膠實驗結果一緻（Pares等人，1998b；Pares & Ledward，2001）。

圖2：隔離狀态下，血漿蛋白不同溫度不同濃度保水性分析

 

血漿蛋白會在80℃發生蛋白變性，因此高溫加熱後的分子重組會産生高保水性的三維凝膠結構，愈來愈多的變性蛋白由于蛋白間相互作用在121℃高溫産生的凝膠強度愈大，但是由于蛋白網絡會出現部分破裂，所以保水性也會降低。Pares等人在1998b和2001年曾分析過不同pH值的血漿蛋白凝膠效果。

3.2隔離狀态下血漿蛋白相比其他粘合劑的功能特性

 

實驗對不同粘合劑的理化性質及功能特性進行比較分析，結果如下圖表2所示：

	蛋白 g/kg	灰分 g/kg	溶解度 g/kg	GSC (力度，N)	WHC	FEC
血漿蛋白	820	157.0	965	7.0±0.10c	41.7±0.64a	428±11.7b
小麥蛋白	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
豬肉蛋白	990	10.0	0	_d	_d	_d
卡拉膠	26.0	451.0	nd	27.9±1.0c	0	nd

備注：

1）凝膠強度測定條件是121℃高溫情況下加熱濃度10%的的樣品溶液1小時；

2）WHC指100g10%凝膠析出水分的重量與凝膠重量之比,測定凝膠保水性；

3）豬肉蛋白并非在高溫受熱狀态下凝膠，因此實驗未對其保水性及凝膠強度進行研究；

 

除卡拉膠外，所有實驗用蛋白的蛋白含量都高于血漿蛋白粉。因此實驗用蛋白不僅僅可以提高配方凝膠能力和其他功能性效果，還可以大大提高配方的蛋白含量。由表2可得：豬肉蛋白和卵蛋白質的蛋白含量最高，相比卵蛋白和血漿蛋白、小麥蛋白和豬肉蛋白的灰分含量較低，卡拉膠的價值最高。血漿蛋白的灰分主要因為血液血漿自身所含有的維持動物體滲透壓的灰分含量，血液收集過程中抗凝劑的添加量會增加血漿蛋白的灰分含量。

由于功能性及各自生産工藝的不同，實驗用蛋白的水溶性差别較大。對于可溶性蛋白，不溶物的比例是通過不溶物比例測定蛋白變性的重要指标之一，不排除不溶物比例也有可能是與蛋白的加工貯藏條件有關（Pares等人，1998b）。血漿蛋白和卵蛋白水溶性較小麥蛋白和豬肉蛋白高出許多，與2000年Pares等人發表的觀點一緻。

如表2所示，血漿蛋白凝膠強度高達小麥蛋白的三倍，卵蛋白的兩倍，其乳化性和保水性與卵蛋白相當。兩者的脂肪乳化性高于小麥蛋白，但保水性稍低小麥蛋白。

可溶性蛋白如血漿的乳化特點之一就是其蛋白分子可以在水油界面打開并被吸收，當蛋白接觸到水油界面時，氨基酸的非極性端會指向無水一端，剩餘分子被自動吸收。吸收過程中，大部分蛋白完全展開，增大了可利用界面并提高了乳化能力。總而言之，單肽鍊中親脂性與親水性區域隔離的越遠，蛋白結構越分散，其乳化能力越強；根據1979年De Vuono等人的研究發現占血漿蛋白40-45%含量的球蛋白乳化效果最佳。

 

3.3添加進罐裝寵物食品的功能特性分析

 

根據表1罐裝寵物食品配方，實驗對不同粘合劑的功能特性進行評估，設定粘合劑的添加比例為2%，實驗用的條型罐裝寵物食品的加工條件2.7中已做描述。

實驗結果表明最終罐裝成品的幹物質含量差異不大，卡拉膠的蛋白含量低于其他粘合劑，并且灰分含量最高。表3反映了各粘合劑蛋白、灰分的差異。

表3：含不同粘合劑20%的成品特性

	幹物質（g/kg）	蛋白（g/kg）	灰分（g/kg）	凝膠強度（N）	失重(g/100g)
血漿蛋白	244±3.0	83±1.8	22±08	2.6±0.05d	9.3±1.1a
小麥蛋白	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
豬肉蛋白	248±3.0	87±1.8	21±06	1.4±0.02a	24.4±0.7d
卡拉膠	243±5.0	69±1.8	28±08	2.5±0.12cd	18.2±1.0b

 

在分析最終成品的凝膠強度發現卡拉膠、血漿蛋白、卵蛋白相比小麥蛋白、豬肉蛋白效果更好，成品的質感更佳（表3）。血漿蛋白的保水性最強，能留住寵物食品内部水分，表3中小麥蛋白、卡拉膠和豬肉蛋白的水分損失均超過150克/公斤,保水性較差。由此可見各種粘合劑在罐裝食品中與在隔離狀态下的功能特性有差異，同樣也表明測試最終成品中粘合劑的功效實驗的必要性。

為評估血漿和小麥蛋白功能差異，具體實驗選取2%、3%和5%不同添加比例，實驗表明不考慮添加比例的前提下，含有血漿的寵物食品成品的凝膠強度總是較小麥蛋白高。另外，最後烹制成品失重比例也遠遠低于小麥蛋白配方組。當實驗組血漿含量為3%～5%時，成品失重明顯下降；添加比例達5%，血漿配方組的凝膠強度最高(見表4)。因此，為了更好的利用血漿的功能特點，血漿的添加比例最好控制在3%或以下。另外實驗發現：添加比例為5%較2%，配方的凝膠效果與成品保水性更差，該現象表明與隔離狀态下實驗結果一緻，血漿較其他粘合劑功能屬性更勝一籌。

表4：血漿蛋白和小麥蛋白不同添加比例相應的成品功能特性

粘合劑	蛋白(g/kg)	凝膠強度	失重（g/100g）
血漿蛋白2%	83±1.6a	2.7±0.06a	9.3±1.1b
小麥蛋白2%	84±0.7a	2.1±0.03a	21.4±1.0d
血漿蛋白3%	89±1.0b	3.9±0.07d	3.9±0.5a
小麥蛋白3%	91±0.7b	2.0±0.03a	19.5±0.9d
血漿蛋白5%	106±1.2c	7.1±0.06e	1.9±0.3a
小麥蛋白5%	106±0.6c	2.4±0.04b	14.0±0.8c
多變量分析（效果）
粘合劑	0.2707	＜0.001	＜0.001
添加比例	＜0.001	＜0.001	＜0.001
粘合劑*添加比例	0.5013	＜0.001	0.4581

 

3.4适口性分析

适口性研究實驗選取同等比例2%血漿配方組和小麥蛋白配方組制作标準條狀罐裝寵物食品。從成本角度考慮，1%血漿配方整體成本與3%小麥蛋白配方成本相當。配方其他配料及成品加工的條件相同。

如表5所示，不同粘合劑生産的成品适口性不同。如預期所示，兩組配方除蛋白含量有差異外，凝膠強度相當，血漿配方組的成品失重較少。因此同等成本的情況下，血漿可以替代小麥蛋白或其他粘合劑，成品質地不會發生變化，水分含量增加。産品的各項功能應用的測定實驗表明，血漿添加2%時成品除凝膠強度和失重有變化外，其他與之前一緻。

表5：适口性研究實驗結果

	幹物質含量a（g/kg）	蛋白a（g/kg）	灰分a（g/kg）	凝膠強度（g/kg）	失重（g/100g）
同等添加比例2%
血漿蛋白	240	84	21	3.3±0.07b	0.5±0.21a
小麥蛋白	233	85	19	2.1±0.06a	6.9±1.91b
同等配方成本
血漿1.04%	230	75	19	2.0±0.08a	1.7±0.22a
小麥蛋白3%	247	92	21	2.2±0.07a	13.1±1.06b
多變量分析（效果）
粘合劑				＜0.001	＜0.001
添加量				＜0.001	＜0.001

 

适口性第一時間采食實驗（寵物狗）選取同等比例及同等成本兩組配方，實驗表明寵物狗不能分辨兩種産品，另外部分寵物狗可以食用提供的全部日糧(每組配方提供1kg).配方組為了更好的測試血漿和小麥蛋白的适口性，試驗配方不添加任何香味劑。

圖3：适口性實驗兩組對照組寵物貓的日采食和總共采食量

 

相比兩組配方日糧，寵物貓明顯偏好血漿配方組（圖3）。整個實驗過程，血漿配方日糧的采食量較高，同等成本配方對比中仍是如此。因此說明寵物貓偏愛血漿的氣味，即便血漿含量較低，1%左右，貓科動物也能夠區分配方組不同的動物，選擇血漿配方組，見表6。

 

 

結 論：

 

概而論之，血漿是一種可溶性的高蛋白粘合劑，具有保水性、脂肪乳化性和改善産品質地的功能，适用于罐裝寵物食品。隔離狀态與使用在寵物配方中，血漿的功能性表現一緻；血漿最顯著的特性是無論是從成本考慮還是效果考慮，血漿都是替代其他粘合劑的首選。

另外，實驗表明對于貓科動物，血漿的适口性優勢明顯。盡管條狀罐裝寵物食品實驗結果不可以一概而論适用在其他形式的寵物濕料，如袋裝或大塊寵物食品。關于血漿蛋白在其他形式寵物濕料中的功能應用還有待進一步研究。

 

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