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蛋白质与悬浮微粒的作用

http://www.jk21.com 蛋白质  2007年3月6日编缉

  蛋白质的一个很重要的特点是它有很强的表面活性,善于扩展和覆盖在两相的分界面上,1mg蛋白质覆盖的表面积可达0.7m2 或以上。

  溶液中的蛋白质覆盖在各种微粒的表面上,可以形成完整的蛋白质分子层,使微粒表面具有和蛋白质相同的性质。各种憎水胶体或憎水性悬浮物(如脂肪等类脂物)的溶液,只要存有少量蛋白质,就可将这些憎水物质表面覆盖,使之具有亲水性,从而能够稳定分散在水中。这种作用称为亲水胶体的保护作用。蛋白质的这种保护能力是最为突出的,通常只需浓度0.1%以至0.01%的蛋白质就能将憎水微粒完全“保护”起来。牛乳中大量的脂肪能稳定分散在水中就是由于蛋白质的保护作用。蔗汁中含有相当多的不溶于水的蔗蜡、蔗脂及其他的悬浮微粒,亦是由于蛋白质的保护作用,才能稳定地分散成为悬浊液,即使静置很长时间,亦不会自行聚集而分离,蔗汁亦不会变清。

  Bennett对蔗汁中的蛋白质以及各种悬浮微粒的状况进行了深入的研究,阐明了蔗汁胶体体系的基本特点。蔗汁用棉花隔去粗粒子以后,余下的微细悬浮微粒的总量约为蔗汁重量的0.2%~0.3%,数量为每毫升汁数亿个(用显微镜观测计量),绝大部分的直径约2微米(其中半数或以上是蔗腊和蔗脂)。用高速离心机(离心力为重力的1000倍)将微粒分离出来测定其含氮量,折算为每个微粒的含氮量。此数量随蔗汁pH值及钙与磷酸的含量而变,如右下图。

  此图底部的水平虚线表示微粒核心的含氮量,图中曲线高于它的数值即为微粒吸附蛋白质的含氮量。顶部的水平虚线代表加酒精时沉淀的含氮物量,可代表汁中全部蛋白质的数量。在不同的条件下,每个微粒的含氮物量为(1~2.2)×10-10mg,相当于在整个微粒表面上覆盖着一个至十多个分子厚度的蛋白质表面层。

  在pH约3.5时,微粒表面上的含氮物达到最大值,接近蛋白质的全量。当pH向两边升降时,吸附蛋白量迅速下降。不含钙离子的蔗汁在pH6以上时,蛋白质很少被吸附,即它们大部分分散在液相中。但含钙离子的原蔗汁(以及增加了磷酸者)在pH6以上时,蛋白质吸附在微粒表面上的数量复增加,说明此时蛋白质通过与钙离子结合及磷酸钙的架桥作用,较多地积聚在微粒的表面上。

  悬浮微粒的表面被蛋白质覆盖以后,其表面电位和表面化学作用都变得和蛋白质一样。Bennett的试验证明,在蔗汁中加入各种不同成份和性质的微粒(包括蔗脂蔗蜡或其它不起化学反应的微粒),它们的电泳性质都会变得和蛋白质一致。用高速离心机将蔗汁中的微粒分离出来,加水洗涤再分离,进行多次,可逐渐洗去微粒表面吸附的蛋白质。经过十次洗涤后,少部分微粒的表面电荷发生了变化,带较强负电,在低pH下亦不带正电,它们主要是蔗屑等微粒。但还有部分微粒仍然保持原来的两性电性质,它们主要是类脂物,它的表面与蛋白质有极强的结合力,故始终存有蛋白分子层。

  正常蔗汁中的微细粒子都是被蛋白质覆盖的,这有很重要的意义。它决定了这些微粒在各种条件下凝聚的规律。Bennett测出蔗汁(未加热)在不同条件下微粒的凝聚率,说明它是和蛋白质的凝聚规律一致的:在pH3.5左右凝聚率最高,不含钙离子的汁在 pH6以上的凝聚率很低,但含钙的特别是增加了磷酸和石灰的蔗汁,在此pH以上的凝聚率再次升高。

  正常蔗汁中的蛋白质大部分在加灰加热时凝结,它与悬浮微粒的上述作用有助于使各种微粒形成较粗大的凝结物,便于分离除去。蛋白质的这种作用有效地提高了蔗汁的澄清性能。

  在各种有机胶体物质中,蛋白质比其他胶体易于凝结。如果甘蔗或蔗汁不新鲜,其中的蛋白质逐渐水解,澄清时凝结的比例下降,蔗汁的澄清状况就变差。Bennett的研究说明,这些蔗汁中的微粒可能吸附其他负电胶体,表面性质变得类似羧基胶体,它们较难凝结,就导至澄清困难。

  蛋白质在变性以前,对悬浮微粒的覆盖保护是相当牢固的。但蛋白质变性凝结后,如遇到激烈的机械冲击或强烈的沸腾,微粒表面的蛋白膜会破裂,其内部的在高温下呈熔融状态的蔗脂、蔗蜡会部分分散出来,形成乳浊液,使清汁变浑浊,并在液面上生成大量的泡沫(早期使用间歇式的沉淀箱,入汁时的冲击就明显产生此问题)。这些物质降低产品的质量,妨碍糖汁的过滤和蔗糖的结晶。要注意避免这种情况。


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