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

國家自然科學基金申請書申請代碼：C01050402受理部門： 收件日期：受理編號：第 22 頁 版本1.006.297國家自然科學基金申 請 書您現在不能檢查保護文檔或打印文檔，請根據以下三個步驟操作： 1)如果您是Word2000或以上版本用戶，請把Word宏的安全性設為:中 方法: Word菜單-工具-宏-安全性-安全級,設置為中 (如果您是Word97用戶，繼續(xù)執(zhí)行以下步驟) 2)關閉本文檔，重新打開本文檔 3)點擊啟用宏按鈕，即可開始填寫本文檔或打印了資助類別：面上項目亞類說明：自由申請項目附注說明： 項目名稱：超高壓牛奶乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成機理及營養(yǎng)活性分析申 請 者：孫艷麗 電話： 62815541 依托單位：中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 通訊地址：北京市海淀區(qū)圓明園西路2號 郵政編碼：100094 單位電話：62815952 電子郵件： 申報日期： 2007年3月28日國家自然科學基金委員會基本信息yoKWT/OQ申 請 者 信 息姓名性別女出生年月1969年12月民族漢族學位碩士職稱副研究員主要研究領域食品化學與營養(yǎng) 電話62815541 電子郵件 傳真 個人網頁 工作單位中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 在研項目批準號 依托單位信息名稱代 碼90000197 聯系人董維 電子郵件 電話62815952 網站地址 合作單位信息單 位 名 稱代 碼10005404 項 目 基 本 信 息項目名稱資助類別面上項目 亞類說明自由申請項目 附注說明 申請代碼C01050402:生物分子的相互作用C01040106:天然產物化學基地類別農業(yè)部農業(yè)核技術與農產品加工部門重點開放實驗室部門開放預計研究年限2008年1月 2010年12月研究屬性應用基礎研究 申請經費27.8000萬元摘 要(限400字)：超高壓加工是一項嶄新的食品加工技術，經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，并能產生與加熱處理不同的新物性，易于被人體消化吸收。本項目將在熱凝膠研究的基礎上，開展高壓加工技術形成乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠技術的研究，通過分析pH、鹽、糖、有機溶劑和脂肪等條件對混合凝膠形成的影響，以及SH基和S-S分子間內部交換反應對乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的流變學特性、微細構造、交聯方式、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理；同時以混合凝膠的消化率、促進鈣吸收能力、微生物為主要指標，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值，生產新型凝膠食品提供基礎理論數據，最終運用食品化學、生物化學、分子生物學和統(tǒng)計學等相關學科知識初步建立乳清蛋白蛋白與甘薯淀粉凝膠形成的技術平臺。關 鍵 詞(用分號分開，最多5個)超高壓；乳清蛋白；甘薯淀粉；凝膠；機理； 項目組主要成員（注: 項目組主要成員不包括項目申請者，國家杰出青年科學基金類項目不填寫此欄。）編號姓 名出生年月性別職 稱學 位單位名稱電話電子郵件項目分工每年工作時間（月）11964-3-30 男研究員博士中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 62815541 高壓技術 5 21983-3-29 女碩士生學士中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 62815541 分子結構及其鍵合方式 10 31983-1-10 男碩士生學士中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 62815541 營養(yǎng)及鈣吸收能力 10 41963-2-11 女講師學士首都醫(yī)科大學 87131114 凝膠促鈣吸收能力測定 8 51982-8-19 女碩士生學士中國農業(yè)科學院農產品加工研究所 62815541 物化特性 10 6 789總人數高級中級初級博士后博士生碩士生6213說明: 高級、中級、初級、博士后、博士生、碩士生人員數由申請者負責填報（含申請者），總人數自動生成。經費申請表 （金額單位：萬元）科目申請經費備注（計算依據與說明）一.研究經費22.50001.科研業(yè)務費11.5000（1）測試/計算/分析費7.0000測試樣品的設備使用費（2）能源/動力費1.0000水、電、暖費用（3）會議費/差旅費2.0000參加國內舉辦的學術會議（4）出版物/文獻/信息傳播費1.5000查閱文獻費用、資料復印費等（5）其它0.02.實驗材料費6.0000（1）原材料/試劑/藥品購置費6.0000購買乳清蛋白、淀粉等試驗材料；購買化學試劑、藥品等。（2）其它03.儀器設備費2.0000（1）購置2.0000購置磁力攪拌器、恒溫器等小型設備。（2）試制4.實驗室改裝費5.協作費3.0000分析凝膠的消化吸收率和促進鈣吸收能力二.國際合作與交流費2.00001.項目組成員出國合作交流2.0000參加國際高壓學術會議2.境外專家來華合作交流三.勞務費2.0000參加項目研究生的勞務費用四.管理費1.3000合 計27.8000與本項目相關的其他經費來源國家其他計劃資助經費其他經費資助（含部門匹配）其他經費來源合計0.0000報告正文（一） 立項依據與研究內容（4000-8000字）：1、項目的立項依據（研究意義、國內外研究現狀及分析，附主要參考文獻目錄。）（基礎研究需結合科學研究發(fā)展趨勢來論述科學意義；應用研究需結合國民經濟和社會發(fā)展中迫切需要解決的關鍵科技問題來論述其應用前景。）（1）研究意義在許多食品中，一些高聚物分子（蛋白質和多糖）通過氫鍵、疏水相互作用、范德華引力、離子橋聯、纏結或共價鍵形成連接區(qū)，能夠形成海綿狀的三維網狀凝膠結構，網孔中充滿液相。很多食品的加工需要應用蛋白質的膠凝作用來完成，如蛋類加工中水煮蛋、咸蛋、皮蛋，乳制品中的干酪，豆類產品中的豆腐、豆皮等，水產品中的魚丸、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凝膠形成方式，開發(fā)新型的凝膠食品。乳清蛋白是當今最常見的蛋白質補充產品，它濃縮了牛奶中多數的營養(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，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、促進鈣吸收、提高骨質和控制體重的功效。乳清蛋白的一個重要功能特性是可以形成熱誘導凝膠和加壓凝膠，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構：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，在強的靜電斥力時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可以利用不同的加工條件賦予食品多變的感官品質。甘薯（Ipomoea batatas）是旋花科甘薯屬植物，因其具有產量高、抗干旱、耐瘠薄、適應性廣、操作簡單等特點，極易在我國大面積、快速、示范推廣。眾所周知，中國是甘薯生產大國，也是淀粉加工大國，我國生產的甘薯近一半被用于生產甘薯淀粉，因此以甘薯淀粉為原料加工業(yè)的發(fā)展成為引導我國甘薯產業(yè)健康發(fā)展的關鍵因素，如何提高甘薯淀粉的應用價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的粉絲、粉條、粉皮等產品已經收到廣大消費者的歡迎，但對品種繁多的食品加工業(yè)來說，甘薯淀粉的應用價值還有很大的可開發(fā)空間。食品高壓加工技術是一項嶄新的食品加工技術，與熱處理的相比，不僅能產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，因而被譽為最具潛力和最有希望的食品加工技術。本項目針對乳清蛋白和甘薯淀粉的凝膠形成特點，在熱加工研究的基礎上，利用高壓加工技術研究乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠的形成特點，分析pH值、鹽、糖、有機溶劑和脂肪等物質的變化對混合凝膠形成的影響，觀察混合凝膠的流變學特性、微細構造、交聯方式、S-S鍵聚合物形成方式以及物理化學特性的變化，探索乳清蛋白和甘薯淀粉混和凝膠形成的作用機理，最終以混合凝膠的營養(yǎng)價值、微生物為主要指標、促進鈣吸收的能力，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值，生產新型凝膠食品提供基礎理論數據，同時也為進一步創(chuàng)立乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成的技術平臺打下基礎。（2）國內外研究現狀及分析食品高壓加工技術是一項嶄新的食品加工技術，被國際科技界列為二十一世紀的七大技術熱點和十大尖端科技之一，并被譽為本世紀最具潛力和最有希望的食品加工技術。經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味，表面光澤平滑，皺縮很少，質地較軟，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)點使食品高壓加工技術成為國際食品加工研究的新熱點1,2，3。乳清蛋白是牛乳中酪蛋白經凝乳酶和酸沉(pH=4.6)后得到的可溶性蛋白質 4，約占乳總蛋白質的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，并且熱穩(wěn)定性不如酪蛋白。目前，乳清蛋白產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構、風味、顏色和營養(yǎng)價值，其中最重要的功能就是乳清蛋白的凝膠形成性。國際上已有許多關于乳清蛋白熱凝膠方面的研究報告6，而對于乳清蛋白加壓凝膠的研究還不多。在高壓條件下，蛋白質的非共價鍵如疏水鍵、離子鍵、氫鍵發(fā)生變化，從而導致蛋白質的機能和構造改變，導致凝膠的形成7，8。研究發(fā)現，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。通過對不同壓力對不同濃度乳清蛋白溶液的影響，發(fā)現隨著壓力的增高，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部交換反應對凝膠網狀結構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)表的對乳清蛋白凝膠的研究報告中，也證實了二硫鍵的存在與數量的多寡直接影響了乳清蛋白加壓凝膠的細微結構。淀粉和蛋白都是生物高分子營養(yǎng)物質，都能形成不同的凝膠（比如復合凝膠、填充膠或者混合凝膠），涉及到內部作用力有共價鍵和非共價鍵，在一些食品體系中，蛋白和淀粉的相互作用成為影響產品質量的重要原因，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致食品的感官品質和營養(yǎng)價值的變化。1969年，Takeushi15報道，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蛋白和淀粉的相互作用所產生的混合凝膠特性的重視。1995年，Tang16的研究發(fā)現，為很好地應用乳清蛋白，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特性的改變。2004年Williams18發(fā)現淀粉也能改變酸奶的流變學特性。2004年Decourcelle19等人證實，淀粉的螺旋結構能夠結合酸奶中的風味物質,從而導致酸奶風味的變化。Shim等20,21的研究結果表明，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械特性。然而，Shim和Mulvaney發(fā)現在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出協作效應。Nunes22-24等人利用豌豆蛋白、玉米淀粉和k-卡拉膠生產一種風味獨特的餐后甜點，主要是利用玉米淀粉具有能夠增強豌豆蛋白和k-卡拉膠所形成的凝膠網狀結構的特點。2004 Roesch25證實，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特性的變化，改變了混合凝膠的強度26，可見，蛋白與淀粉的協同作用對凝膠的質地產生了很大的影響。最近，項目組成員27初步研究了不同濃度甘薯淀粉的添加對乳清蛋白加熱凝膠硬度的影響，發(fā)現隨著淀粉含量的增加，形成凝膠的硬度略微減少，而當淀粉含量達到10%時，混合凝膠硬度增加。純WPI凝膠呈現有序的網絡結構，而淀粉的添加則破壞了這一網絡結構。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，不只是二者簡單的混合，相互間還影響物理化學特性的變化，這種作用既受到反應條件的影響，還與蛋白種類和淀粉的種類有關。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大國，對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的報導，但國內外還未發(fā)現有關于甘薯淀粉和乳清蛋白熱誘導混合凝膠的研究，更沒有加壓凝膠二者相互作用的研究。因此，本項目將國際優(yōu)質蛋白粉與具有中國特色的甘薯淀粉相結合，開展乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠作用機理的研究，無論在填補凝膠形成的基礎理論依據方面，還是在未來開拓蛋白和淀粉的應用價值方面均具有很好的現實意義。主要參考文獻1、林 立丸.食品高圧利用.出版.1989.1-25.2、林 立丸.高圧科學加圧食品.出版.1991.336-375.3、江志煒，沈培英，潘秋琴. 蛋白質加工技術. 化學工業(yè)出版社. 2002. 132.4、E.P. Schokker, H. Singh, D.N. Pinder, G.E. Norris, L.K. Creamer.Characterization of intermediates formed during heat-induced aggregation of -lactoglobulin AB at neutral P. International Dairy Journal, 1999, 9 : 791-800.5、燕紅,張?zhí)m威,朱永軍.牛乳清蛋白的性質及其在食品工業(yè)中的應用(上).中國食品報,2002 年/ 09 月/ 12 日/ 第A04 版/.6、Kinsella,J.E., D.J.Rector, and L.G.Phillips. Physicochemical properties of proteins: Texurization via gelation,glass and film formation. In protein Structure-Function Relationships in Foods, Yada,R.Y, Jackman, R.L;Smith, J.L.,Eds;Blackie Academic&Professional: London, 1994, 1-21.7、Hayashi,R. Utilization of pressure in addition to temperature in food science and technology, In High Pressure and Biotechnology; (Balny,C., Hayashi,R.,Heremans,K.,Masson,P.,Eds); John Libbery Eurotext Ltd: Montrouge. 1992, 185-192. 8、Cheftel,J.CE. ffect of high hydrostatic pressure on food constituents: an overview. In high pressure and biotechnologh; (Balny,C., Hayashi,R., Heremans,K.,Masson,P.,Eds); Colloques INSERM,John Libbery Eurotext Ltd: Montrouge, France. 1992, 224: 195-209.9、Dumay,E., M.T.Kalichevsky, J. C. Cheftel. High-pressure unfolding and aggregation of -lactoglobulin and the basoprotective effect of sucrose. J. Agric. Food Chem, 1994, 42: 1861-1868.10、Funtenberger S., E. Dumay, J. C. Cheftel. Pressure-induced aggregation of -lactoglobulin in pH7.0 buffers,Lebensm. Wiss.Technol., 1995, 28：410-418.11、Cheftel,J.C., E.Dumay, S.Funtenberger, M.Kalichevsky, D.V.Zasypkin. 1995, Unfolding, aggregation and gelation of a-lactoglobulin isolate by high pressure processing, 2nd International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology, Kyoto, November6-9,Abstract.12、Choemon Kanno and Tai-Hau Mu, Gel formation from industrial milk whey proteins under hydrostatic pressure:Effect of hydrostatic pressure and protein concentration, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1998, 46, 417-424.13、Fertsch.B,M.Muller, J.Hinrichs. Firmness of pressure-induced casein and whey protein gels modulated by holding time and rate of pressure release. Innovative Food Science&Emerging Technologies, 2003, 4(2):143-150.14、Keim, S. J. Hinrichs. Influence of stabilizing bonds on the texture properties of high-pressure-induced whey protein gels.15、Takeushi I. Interaction between protein and starch. Cereal Chemistry, 1969, 46: 570.16、Tang,Q., McCarthy, O. J, Munro, P. A. .Effects of pH on whey protein concentrate gel properties: Comparisons between small deformation(Dynamic) and large deformation(Failure) testing. Journal of Texture Studies, 1995, 26: 255-272.17、Keogh K.M., OKennedy B.T. Rheology of stirred yoghurt as affected by added milk fat, protein and hydrocolloids . Journal of Food Science , 1998, 63: 108112 .18、Williams, R. P. W., Glagovakaia, O., Augustin, M. A. Properties of stirred yogurts with added starch: Effects of blends of skim milk powder and whey protein concentrate on yogurt texture. Australian Journal of Dairy Technology, 2004, 59: 214-220.19、Decourcelle, N., Lubbers, S., Vallet, N., Rondeau, P., Guichard, E. Effect of thickeners and sweeteners on the release of blended aroma compounds in fat-free stirred yoghurt during shear condition. International Dairy Journal, 2004, 14: 783-789. 20、Shim, J., Mulvaney, S. J. 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構的研究. 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、項目的研究內容、研究目標,以及擬解決的關鍵問題。（此部分為重點闡述內容）（1）研究內容：本項目主要有兩個部分的研究內容，具體如下：A、超高壓乳清蛋白與甘薯淀粉混合凝膠形成機理通過試驗，分析乳清蛋白和甘薯淀粉的濃度、加熱溫度、pH值、離子強度、壓力、SH基化合物和SH基團阻礙劑對乳清蛋白和甘薯淀粉混合凝膠微觀結構、光學性質（透明度）、硬度、流變學特性、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方式、凝膠形成過程中分子結構的變化，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理。B、乳清蛋白與甘薯淀粉加壓混合凝膠營養(yǎng)價值（消化吸收率）及促進鈣吸收能力評價通過分析混合凝膠的營養(yǎng)價值、微生物、促進鈣吸收的能力，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：A、明確凝膠的形成機理。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平臺。（3）擬解決的關鍵問題：A、混和凝膠中蛋白質和淀粉的交聯方式；B、混和凝膠中蛋白質和淀粉分子結構的變化；C、蛋白與淀粉的結合以及結構變化對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。（包括有關方法、技術路線、實驗手段、關鍵技術等說明）（1）研究方法：本項目將以乳清蛋白和甘薯淀粉為實驗材料，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、破斷應力、持水性、溶解性、電泳特性及顯微結構，揭示加壓乳清蛋白凝膠形成的機理；研究混合凝膠的營養(yǎng)價值和促進鈣吸收的能力，具體實驗方法如下： 凝膠的微觀結構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，進行臨界點干燥，最后進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狀結構。 化學交聯方式分析參照閔思佳（2005年）實驗方法，將真空干燥凝膠樣品在紅外光譜儀上測定紅外光譜(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交聯方式。將真空干燥凝膠樣品于HCl溶液中水解, 用氨基酸自動分析儀進行氨基酸分析，分析混合凝膠中氨基酸的變化，推斷交聯的方式。 在核磁共振波譜儀上觀察碳發(fā)生化學位移的情況, 以證實氨基酸殘基與淀粉發(fā)生的化學交聯情況。用圓二色譜儀分析凝膠形成后蛋白二級結構的變化情況。 凝膠的光學性質（透明度）：用透明度測定儀分析。 混合凝膠的硬度用質構儀分析，在TA-XT2質構儀上采用凝膠強度國際標準測試系統(tǒng)反映凝膠機械性能的變化，采用P/0.5R探頭，測定速度為0.5mm/s，測前速度為0.5mm/s，返回速率為0.5mm/s，前進距離8mm，凝膠強度為第一次擠壓變形時，物體所產生應力的最大值，分析不同條件下形成的凝膠硬度變化趨勢。 流變學特性用動態(tài)流變儀(AR1000 Rheometer TA Instrument)分析不同條件所形成凝膠儲存模數、損失模數和損失正切值的變化，分析原材料的濃度、加熱溫度、pH值、離子強度、壓力、SH基化合物和SH基團阻礙劑等條件對凝膠流變學特性的影響。 蛋白分子結構的變化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%溴酚藍溶解液中。低分子標樣購于sigma公司。分子量分別為：66,000，45,000，36,000，29,000，24,000，20,100，14,200。考馬斯亮蘭R-250對蛋白質染色，用凝膠成像儀分析乳清蛋白組分的變化情況。 持水性測定方法將5g混合凝膠放入離心管中進行離心，每個樣品取3個平行樣。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，每一樣品平行測定三次,取其平均值。 溶解度的測定方法將制備好的混合熱誘導凝膠分別放入pH8.0含有8 molL-1 尿素和0.5%SDS的Tris-glycine -Na2EDTA緩沖溶液中，然后使用均質機（軸直徑12 mm、19 000 r/min）均質2 min、混勻并在10000g條件下離心30 min 后，取上清用于蛋白質溶解度的測定及其SDS-PAGE的電泳試驗。依照Peterson及Markwell等的方法測定蛋白質含量，每一樣品平行測定三次,取其平均值。 巰基測定根據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標準緩沖溶液中，均質、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測其吸光度值，調節(jié)分光光度計的吸收波長為412 nm，并且用標準緩沖溶液做為空白試劑來校正結果。每一個樣品平行測定三次，取其平均值。 營養(yǎng)價值分析通過體外消化試驗比較加熱凝膠、混合凝膠、加壓凝膠的消化率、吸收率。 能量分析：用離子體質量和能量分析儀測定凝膠形成后的能量變化。 微生物分析 參照國標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、大腸桿菌菌群。 促進鈣吸收能力測定利用動物試驗，將大鼠糞便、飼料進行灰化處理，用原子吸收分光光度計分析灰分中鈣的含量，計算鈣的吸收率；通過靜脈取血，用原子吸收分光光度計分析血液中鈣的含量，計算鈣的吸收率。比較混合凝膠、乳清蛋白凝膠與非凝膠乳清蛋白產品對促進鈣吸收能力的差別，以及加壓凝膠與加熱凝膠產品對促進鈣吸收能力的差別。（2）技術路線調節(jié)pH值或添加鹽、糖、脂肪、有機溶劑、SH基化合物和SH基團阻礙劑等加壓、加熱處理溶膠或凝膠物化、微觀結構、交聯方式、分子結構變化等營養(yǎng)價值及促鈣吸收能力等分析確定凝膠形成機理篩選加工工藝乳清蛋白甘薯淀粉凝膠形成技術平臺的構建（3）可行性分析本項目技術路線思路清晰、設計合理、可操作性強，項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，從檢測混合凝膠的微觀分子結構入手，經過對凝膠物化等特性的分析，最后追蹤到凝膠的宏觀三維網狀結構，能夠從未來的實驗數據中獲得真實可靠的混合凝膠形成機理，篩選出加工工藝，建立技術平臺。項目申請人所在的中國農科院農產品加工研究所食品化學與營養(yǎng)課題組自組建以來，一直致力于超高壓加工技術的研究，尤其在高壓凝膠形成技術和蛋白分析技術方面擁有豐富的研究經驗，目前開展高壓加工項目-中國農業(yè)科學院杰出人才項目“非加熱技術（超高壓及高壓脈沖電流）在農產品加工和貯藏上的應用研究”和中國農業(yè)科學院院長基金“-乳球蛋白加壓凝膠的生成及其物化特性研究”為本項目的進一步研究，打下了堅實的基礎。項目組成員木泰華研究員，曾參與了日本雪印制乳株式會社與日本國立宇都宮大學合作的“超高壓對牛奶蛋白質及構成成分的影響”，歐盟與法國Montpellier大學合作的“高電場波處理對食品成分的影響”以及荷蘭教育部與荷蘭Wageningen大學合作的“馬鈴薯patatin蛋白功能特性的解析”等研究項目，現為中國農業(yè)科學院二級崗位杰出人才木泰華研究員任首席專家，主要進行非加熱技術（超高壓及高壓脈沖電流）在農產品加工和貯藏上的應用研究，特別是通過對蛋白質的變性、聚合、凝膠化、物化和功能特性的解析，探索動植物蛋白質在食品工業(yè)中的應用；首都醫(yī)科大學公共衛(wèi)生與家庭醫(yī)學學院唐玉平老師在營養(yǎng)學研究方面具備一定實力，在人體實驗、動物實驗方面均有一定經驗，發(fā)表過多篇學術論文，在本研究中負責凝膠促進鈣吸收能力方面的研究；從項目人員組成來看，項目的各部分內容均由專人負責，能夠高質量完成本項研究工作。中國農業(yè)科學院農產品加工研究所食品科學研究中心、工程中心擁有各種食品研究過程中所需設備，實驗設備和分析測試儀器均為90年代后期購置，運行狀況良好，首都醫(yī)科大學擁有動物實驗開展的各方面條件，完全可以保證本項目的順利進行。4、本項目的特色與創(chuàng)新之處本項目的特色在于：（1）采用超高壓加工技術，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材料，研究食品凝膠的形成技術。本項目的創(chuàng)新之處在于：（） 本項目利用項目組超高壓加工技術的研究優(yōu)勢，在熱加工技術的基礎上，采用營養(yǎng)價值優(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，開展凝膠形成機理的研究，探索擁有促進鈣吸收活性的凝膠形成方法，具有創(chuàng)新性。（） 項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平臺，形成凝膠形成的理論體系，具有創(chuàng)新性。5、年度研究計劃及預期研究結果。（包括擬組織的重要學術交流活動、國際合作與交流計劃等）2008年：1）收集研究資料，制定研究計劃。2）分析不同pH值和離子強度對混合凝膠的質構、流變學特性、透明度、溶解性、持水性、保水性等物性指標的影響。3）分析混合凝膠的SH基、蛋白分子結構的變化。4）研究不同pH值和離子強度對加熱、加壓凝膠微觀結構、化學交聯方式的影響。2009年：1)分析不同糖、脂肪及有機溶劑對加熱、加壓凝膠的硬度和破斷應力等物性指標的影響。2）分析不同糖、脂肪及有機溶劑對混合凝膠的質構、流變學特性、透明度、溶解性、持水性、保水性等物性指標的影響。3）分析混合凝膠的SH基、蛋白分子結構的變化。4）研究不同糖、脂肪及有機溶劑對加熱、加壓凝膠微觀結構、化學交聯方式的影響。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理。2）比較不同條件下產生凝膠的消化率、吸收率、微生物和促進鈣吸收能力的變化。3）篩選混合凝膠加工工藝。4）查找資料，結合研究初步建立凝膠形成的技術平臺。5) 發(fā)表論文2-3篇。（二） 研究基礎與工作條件1、工作基礎（與本項目相關的研究工作積累和已取得的研究工作成績）項目申請者所在的食品化學與營養(yǎng)課題組，已開展多年高壓加工項目的研究工作，包括中國農業(yè)科學院杰出人才項目“非加熱技術（超高壓及高壓脈沖電流）在農產品加工和貯藏上的應用研究”和中國農業(yè)科學院院長基金“-乳球蛋白加壓凝膠的生成及其物化特性研究”項目。通過項目的開展，研究了在30、800MPa壓力的作用下,不同加壓時間(5120min)和不同濃度N-乙基馬來酰亞胺(NEM,110mmolL-1)對14%(w/v)的-乳球蛋白(-Lg)溶液在pH7.20條件下形成凝膠的硬度、破斷應力、網狀結構、持水力、蛋白溶解度等特性的變化，初步分析了不同pH值和離子強度濃度對乳清分離蛋白與甘薯淀粉混合加熱凝膠（95）物化特性和微觀結構的影響，以及在95，pH 7.0條件下不同含量的淀粉對乳清分離蛋白（WPI）的熱誘導混合凝膠硬度等的影響，目前正在進行乳清分離蛋白加壓凝膠和加熱凝膠消化率的研究工作，這些實驗的開展將為本項目的順利進行奠定堅實的技術和研究基礎。另外，木泰華研究員曾參與了日本雪印制乳株式會社與日本國立宇都宮大學合作的“超高壓對牛奶蛋白質及構成成分的影響”，歐盟與法國Montpellier大學合作的“高電場波處理對食品成分的影響”以及荷蘭教育部與荷蘭Wageningen大學合作的“馬鈴薯patatin蛋白功能特性的解析”等研究項目。曾在國際雜志和會議上發(fā)表過多篇論文，對國際上食品領域中關于非加熱技術的研究比較熟悉，在高壓加工技術方面擁有豐富的經驗，也為本項目的開展提供很好的指導作用。2、工作條件（包括已具備的實驗條件，尚缺少的實驗條件和擬解決的途徑，包括利用國家重點實驗室和部門開放實驗室的計劃與落實情況。）中國農業(yè)科學院農產品加工研究所是中國農業(yè)科學院下屬的唯一從事農產品加工技術和食品科學技術研究的國家級科研機構?，F有食品質量與安全、功能食品、食品化學與營養(yǎng)、微生物與發(fā)酵工程、食品工程、農產品貯藏工程等6個重點學科方向，1個農業(yè)部核技術與農產品加工重點開放實驗室和1個農業(yè)部質量監(jiān)督檢驗測試中心，擁有農產品質量與食品安全、生物物理學博士點、農產品貯藏與加工工程碩士點。研究所下設有食品科學研究中心、農產品加工工程中心、農產品加工咨詢中心和中國農業(yè)輻照中心等研究開發(fā)部門。在農產品加工品質分析與評價、糧食與植物蛋白工程、食品加工全程質量控制、食品非熱力殺菌技術、食品質構重組技術、功能食品開發(fā)技術、食品安全快速檢測技術、食品生物技術和食品高效提取分離技術等方面具有較好的基礎和優(yōu)勢。中國農業(yè)科學院農產品加工研究所食品科學研究中心、工程中心擁有各種食品研究過程中所需設備，其中超高壓設備、紅外光譜儀、流變儀、核磁共振波譜儀、全自動凱氏定氮儀、電泳系統(tǒng)、凝膠成像系統(tǒng)、大型低溫高速離心機、高速磨漿機、膜濾中試設備和小型設備（包括超濾、鈉濾和反滲透設備）、離心濃縮設備、半自動纖維測定、自動索氏總脂肪分析系統(tǒng)、質構儀、降落值測定儀、沉降值測定儀、快速粘度儀、高速組織攪拌機、無菌操作間、核磁共振儀、噴霧干燥設備、Brabender粉質儀和拉伸儀、高效液相色譜儀、氣相色譜儀、質譜儀、同步熱測定儀、原子吸收分光光度計、熒光分光光度計、紫外可見分光光度計、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雙螺桿擠壓膨化實驗室工作站、超臨界二氧化碳萃取儀、Junior實驗磨、真空凍干機、榨汁機、高壓均質機、果蔬膨化機、高溫瞬時殺菌機、真空封口設備、超低溫冰箱、烘箱和可用