背景[1-3]
发泡蛋白粉是一种食品用发泡剂，由脱脂大豆（或大米）蛋白通过现代生物工程技术（主要是复合蛋白酶解工艺）制成。它具有很强的发泡能力和泡沫稳定能力，可部分或全部代替鸡蛋清和牛奶，广泛应用于蛋糕、西点、糖果和饮料中，赋予食品疏松的结构和良好的口感。
与天然的大豆（大米）蛋白相比，发泡蛋白粉的起泡性和泡沫稳定性更佳。这主要是因为天然蛋白的分子量较大，分子链长而复杂。通过复合蛋白酶解工艺，可以将天然蛋白分子水解成较小分子的蛋白，从而改善其起泡性和泡沫稳定性。
发泡蛋白粉
发泡蛋白粉在食品工业中有广泛的应用。它主要用于制作蛋糕、固体冷饮、糖果和饮料等食品，可以有效提高这些食品的膨胀率和抗融性，使食品具有疏松的结构和良好的口感。以下是发泡蛋白粉在这些食品中的应用特点：
蛋糕：发泡蛋白粉是制作蛋糕的重要原料之一，它可以增加蛋糕的体积和松软度，提高蛋糕的口感。同时，发泡蛋白粉还可以增加蛋糕的保水性，延长蛋糕的保鲜期。
固体冷饮：在冰淇淋、雪糕等固体冷饮中，发泡蛋白粉可以起到稳定剂的作用，使冷饮质地更加细腻、口感更加滑润。同时，发泡蛋白粉还可以增加冷饮的膨胀率，提高产品的口感和风味。
糖果：在糖果制作中，发泡蛋白粉可以作为填充剂或增稠剂使用，使糖果更加松脆或具有更加丰富的口感。同时，发泡蛋白粉还可以增加糖果的保水性，延长产品的保质期。
饮料：在饮料中，发泡蛋白粉可以作为乳化剂或稳定剂使用，使饮料更加均匀、细腻。同时，发泡蛋白粉还可以增加饮料的泡沫量，提高产品的口感和风味。
应用[4][5]
发泡蛋白粉可以用于胶原蛋白的改性及其发泡性能研究
于以废弃皮胶原中提取的胶原蛋白,通过对其活性基团的接枝改性制得胶原蛋白发泡剂（发泡蛋白粉）,不仅实现废弃皮胶原的资源化利用,还减少环境污染。
首先,采用含铬废弃皮屑提取的胶原蛋白与月桂酰氯反应制备胶原蛋白发泡剂,以泡沫高度、半衰期以及氨基转化率为评价指标,考察反应温度、反应时间、月桂酰氯用量和胶原蛋白粉用量对发泡性能的影响。并采用阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠以及稳泡剂甲基纤维素、三乙醇胺、羟乙基纤维素等,对上述合成的胶原蛋白发泡剂进行复配协同作用研究。通过GPC、IR、XRD、热分析仪、粒径及等电点等对胶原蛋白发泡剂结构进行表征,同时研究了溶解性、表面活性、乳化性等物化性质。
结果表明:胶原蛋白发泡剂的合成条件为反应时间4.5h,反应温度75℃,胶原蛋白粉与月桂酰氯的质量比为12.5:1。合成产物的氨基转化率为45.83%,泡沫高度为143.7 mL,半衰期为30 min。按照ω(胶原蛋白发泡剂):ω(十二烷基硫酸钠):ω(三乙醇胺)=5:1.1:0.5的质量浓度比进行复配实验,泡沫高度可达400 mL以上,半衰期可以提高到20 min。
GPC和IR检测表明产物具有预期的结构,XRD检测表明其规整性和结晶性增加,胶原蛋白发泡剂具有更低的等电点、更小粒径及分散系数。胶原蛋白发泡剂易溶于水与无水乙醇,微溶于甲醇与丙酮,而不溶于二氯甲烷、石油醚、甲苯、石蜡和正丁醇;其临界胶束浓度(CMC)为1.5 g/L时,表面张力为39.5 mN/m,胶原蛋白发泡剂具有更好的乳化力。复配后表面张力值下降了16.5 mN/m,粘度值升高了315 mPa·s;复配后胶原蛋白发泡剂的乳化性与乳化稳定性得到很大提升。
其次,采用胶原蛋白与十二胺反应制备出胶原蛋白发泡剂,通过单因素、正交实验,探索反应温度、时间、十二胺用量、催化剂用量对产品的泡沫高度、半衰期、羧基含量的影响,同时也利用上述表面活性剂与稳泡剂对其进行复配改性,并对其结构与性质进行了研究。
综合考虑,得出:实验条件为反应时间2.5 h,反应温度50℃,十二胺与催化剂的质量比为3:2,该条件下制备得出的胶原蛋白发泡剂的泡沫高度181.67 mL,半衰期为318 s,羧基含量为0.1635。按照ω(胶原蛋白发泡剂):ω(十二烷基硫酸钠):ω(羟乙基纤维素)=6:1.3:1.2的质量浓度比进行复配实验,发泡高度可以高达512 mL,半衰期达到22 min。
十二胺改性胶原蛋白前后的FT-IR、GPC谱图证实了交联反应的成功进行,胶原蛋白发泡剂能溶解于水,微溶于正丁醇、甲醇与无水乙醇、难溶丙酮,而不溶于二氯甲烷、石油醚、甲苯与石蜡;胶原蛋白发泡剂的临界胶束浓度(CMC)为1.0 g/L时,表面张力为19.6 mN/m,胶原蛋白发泡剂具有较好的乳化力。
复配后表面张力值降低了3.6 mN/m,粘度值升高了350 mPa·s;复配后胶原蛋白发泡剂的乳化性与乳化稳定性得到很大提升。通过与十二烷基硫酸钠的实验对比可得:十二胺改性胶原蛋白发泡剂具有优异的起泡性与良好稳泡性,月桂酰氯改性胶原蛋白发泡剂具有良好的起泡性与优异的稳泡性。
参考文献
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[2]Properties of biopolymers produced by transglutaminase treatment of whey protein isolate and gelatin.Eduard Hernàndez-Balada;;Maryann M.Taylor;;John G.Phillips;;William N.Marmer;;Eleanor M.Brown.Bioresource Technology,2009
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[4]Models relating mixture composition to the density and strength of foam concrete using response surface methodology.E.K.Kunhanandan Nambiar;;K.Ramamurthy.Cement and Concrete Composites,2006
[5]王琳.胶原蛋白的改性及其发泡性能研究[D].陕西科技大学,2018.