从乳清到凝胶：解锁乳清蛋白凝胶在食品工业中的应用

乳清蛋白因其卓越的功能特性、良好的生物相容性以及可生物降解的特性，被广泛用作生物活性物质的传递载体，在食品加工领域具有广阔的应用前景。基于乳清蛋白的功能特性，可以构建多种类型的凝胶，用于封装活性物质，实现缓释效果，增强其稳定性和生物利用度，从而促进蛋白质基递送系统和功能性食品的研发。本期，我们将探讨乳清蛋白基凝胶的制备方法、类型以及在食品加工中的应用，并展望其未来的发展方向。

乳清蛋白的概述及功能特性

乳清蛋白是牛奶中的一种重要蛋白质，约占牛奶总蛋白的20%，主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白和牛血清白蛋白等组成，具有球状结构。其中，β-乳球蛋白是乳清蛋白的主要成分，约占乳清蛋白总量的65%，具有类似于脂质运载蛋白的结构，能够结合和输送疏水物质，适用于疏水性活性物质的载体。此外，乳清蛋白因其具有优异的凝胶性、乳化和发泡特性等功能特性，被广泛应用于食品工业中，具体如下：

凝胶性：乳清蛋白能够通过加热、酸碱调节或添加盐离子等方式形成凝胶。乳清蛋白凝胶具有良好的结构稳定性和持水性，可用于改善食品的质地和稳定性。

乳化性：乳清蛋白能够稳定油水界面，防止乳液分层，提高食品的口感和品质。

发泡性：乳清蛋白具有良好的发泡性能，能够形成稳定的泡沫结构，提高食品的体积和蓬松度。

营养性：乳清蛋白富含人体必需氨基酸，具有较高的营养价值，是优质的蛋白质来源。

乳清蛋白基凝胶的类型

根据形成条件和特性，乳清蛋白基凝胶可以分为以下四种类型：

热诱导凝胶：通过加热乳清蛋白溶液至变性温度以上，蛋白质结构展开并聚集形成三维网络结构的凝胶。

冷诱导凝胶：在中性环境下加热乳清蛋白溶液，使其发生去折叠，然后通过调节溶液pH值或添加盐离子使其形成水凝胶。

自组装凝胶：乳清蛋白在酸性条件和低离子强度下加热，可以自组装形成乳清蛋白原纤维，进而形成具有更优异凝胶特性的凝胶。

乳液凝胶：油滴分散在凝胶基质中的一种半固状食品体系，兼具乳液和凝胶的优点，能够同时包埋亲水和疏水成分。

乳清蛋白基凝胶的优势

生物相容性：乳清蛋白是天然蛋白质，具有良好的生物相容性，对人体无毒无害。

生物可降解性：乳清蛋白在人体内可以被完全降解，不会产生有害物质。

安全性：乳清蛋白是食品级原料，安全性高。

功能性：乳清蛋白基凝胶具有良好的凝胶性、乳化性和发泡性，可用于改善食品的质地和稳定性。

应用范围广：乳清蛋白基凝胶可以应用于多种食品加工领域。

乳清蛋白基凝胶的制备方法

1、热诱导法

乳清蛋白在加热过程中，其分子结构会发生变化，从天然的球状结构逐渐展开，暴露出内部的疏水基团和二硫键等。这些基团之间会通过疏水相互作用、氢键、二硫键等作用力相互连接，形成三维网络结构，从而形成凝胶。例如，将乳清蛋白溶液在一定温度下加热一段时间，就可以得到乳清蛋白热诱导凝胶。一般来说，加热温度越高、时间越长，凝胶的强度越大，但过高的温度可能会导致蛋白质过度变性，反而影响凝胶的性能。

2、pH诱导法

通过调节乳清蛋白溶液的pH值，使其接近等电点，蛋白质分子的电荷状态会发生改变，分子间的静电排斥作用减弱，从而促进蛋白质分子的聚集和相互作用，形成凝胶。例如，在pH值为4.6左右时，乳清蛋白的等电点附近，蛋白质分子容易聚集形成凝胶。pH诱导法的优点是操作相对简单，且可以通过精确控制pH值来调节凝胶的性能。

3、离子诱导法

某些离子可以与乳清蛋白分子结合，改变蛋白质的电荷分布和分子构象，从而促进蛋白质的聚集和凝胶化。例如，钙离子可以与乳清蛋白分子中的特定位点结合，增强蛋白质分子之间的相互作用，形成凝胶。离子诱导法可以通过选择不同的离子种类和浓度来调控凝胶的性能，具有较高的灵活性。

4、酶诱导法

一些酶可以对乳清蛋白进行修饰，如蛋白酶可以切割蛋白质分子，产生具有特定功能的肽段；转谷氨酰胺酶可以催化蛋白质分子之间的交联反应，形成共价键，从而增强蛋白质分子之间的连接，促进凝胶的形成。酶诱导法可以精确地控制蛋白质的修饰程度和凝胶的性能，但酶的成本较高，且酶的活性容易受到环境因素的影响。

5、复合诱导法

将两种或多种诱导方法结合在一起，可以制备出性能更加优异的乳清蛋白基凝胶。例如，先通过热诱导使乳清蛋白分子展开，再通过pH诱导或离子诱导促进蛋白质分子的聚集和相互作用，形成凝胶。复合诱导法可以综合不同诱导方法的优点，提高凝胶的性能和稳定性。

乳清蛋白基凝胶在食品加工中的应用

乳清蛋白基凝胶在食品加工中具有广泛的应用，可以用于益生菌封装、营养素功能性食品开发、挥发风味物质包封、食品质构改良和食品保鲜等方面，为食品加工技术的发展提供了新的思路和方法。

1、作为脂肪替代物

乳清蛋白基凝胶具有类似脂肪的质地和口感，可以作为脂肪的替代物用于食品加工中，降低食品中的脂肪含量，同时保持食品的风味和口感。例如，在低脂酸奶、低脂奶酪、低脂肉制品等食品中，乳清蛋白基凝胶可以替代部分脂肪，使食品具有良好的质地和口感。

2、益生菌载体

乳清蛋白基凝胶可以作为益生菌的载体，保护益生菌在加工和储存过程中的活性，提高益生菌的存活率和生物利用率。此外，通过乳清蛋白基凝胶的包裹和保护，也可以提高益生菌在人体内的生物利用度，发挥其健康功效。例如，在酸奶、发酵乳等食品中，乳清蛋白基凝胶可以包裹益生菌，使其在胃肠道中更好地发挥作用，提高食品的营养价值和保健功能。

3、益生菌封装

乳清蛋白基凝胶可以包裹益生菌，形成保护屏障，防止其受到环境因素（如温度、氧气、光等）的影响，提高益生菌的稳定性。

4、风味物质递送体系

乳清蛋白基凝胶可以包裹挥发性风味物质，减缓其挥发速度，提高其稳定性，防止其受到氧化、光解等影响。因此，乳清蛋白基凝胶可以作为风味物质的递送体系，控制风味物质的释放速度和位置，提高食品的风味品质。例如，在一些风味食品中，乳清蛋白基凝胶可以包裹风味物质，使其在特定的条件下缓慢释放，延长食品的风味持续时间。

5、3D打印食品

乳清蛋白基凝胶具有良好的可打印性和可塑性，可以用于3D打印食品的制备。通过3D打印技术，可以将乳清蛋白基凝胶制成各种形状和结构的食品，满足消费者对个性化食品的需求。例如，可以将乳清蛋白基凝胶打印成具有复杂形状的蛋糕、巧克力等食品，提高食品的附加值和市场竞争力。

6、营养素功能性食品开发

在铁强化食品开发方面，乳清蛋白基凝胶可以与铁离子结合，形成稳定的络合物，防止铁离子被氧化，提高铁的稳定性和生物利用度。此外，乳清蛋白基凝胶还可以用于封装其他营养素，如维生素、矿物质等，提高其稳定性和生物利用度。

7、食品质构改良

乳清蛋白基凝胶可以改善食品的质地，例如提高食品的弹性、硬度和咀嚼性，使其更加美味可口。此外，乳清蛋白基凝胶还也具有良好的持水性，可以防止食品在加工和储存过程中失水，保持食品的质地和口感。

8、食品保鲜

乳清蛋白基凝胶可以形成致密的网络结构，阻止氧气、水分等物质进入食品，延缓食品的氧化和腐败。此外，一些乳清蛋白具有抗菌活性，可以抑制食品中微生物的生长，延长食品的保质期。

结语

总的来说，乳清蛋白基凝胶在食品加工领域具有广阔的应用前景，其制备方法和应用研究也在不断发展和创新。然而，目前乳清蛋白基凝胶在食品加工中的应用还存在一些问题，例如凝胶的稳定性、口感和风味等方面还有待进一步提高。随着对乳清蛋白基凝胶研究的深入，其在食品加工中的应用也将更加广泛和深入，从而为消费者提供更加健康、美味和个性化的食品。

作者：辛夷