高溫高濕對不同包裝大豆分離蛋白組分及溶解性的影響

石彥國，宿 晨，孫冰玉，劉洪洪

高溫高濕對不同包裝大豆分離蛋白組分及溶解性的影響

石彥國，宿 晨，孫冰玉，劉洪洪

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 黑龍江省食品科學(xué)與工程重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150076)

采用不同包裝形式(100%氮氣鋁箔包裝、80%氮氣:20%二氧化碳鋁箔包裝、60%氮氣:40%二氧化碳鋁箔包裝、真空鋁箔包裝、實際工廠包裝(白板紙塑/HDPE)和PE包裝將大豆分離蛋白(SPI)包裝后在高溫高濕環(huán)境(RH 80%、溫度30℃)條件下儲藏5個月)。研究儲藏環(huán)境、時間、包裝條件對SPI的7S/11S、巰基、二硫鍵及溶解性的影響。結(jié)果表明：充氣包裝中的氮氣能夠使SPI的溶解性迅速增加，SPI功能特性相對保持較好。通過對各包裝中SPI功能特性的比較得出包裝材質(zhì)對溫濕度的阻隔性：鋁箔包裝＞工廠包裝＞PE包裝。通過相關(guān)性分析得出，PE包裝中SPI的7S/11S比值與其溶解性相關(guān)性不顯著(0.324)，巰基含量與溶解性極顯著正相關(guān)(0.922)。

大豆分離蛋白；儲藏；溶解性；包裝

大豆分離蛋白(soy protein isolate，SPI)是以低溫變性脫脂大豆粉為原料，經(jīng)堿提酸沉等工序得到的組分較均一，機(jī)能特性較強(qiáng)的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)純度要求在90%以上[1]。大豆分離蛋白除營養(yǎng)價值外，它還具有許多重要的功能性質(zhì)，如起泡性、乳化性、溶解性、膠凝性等，這些特性可有效地改善食品的口感，增加食品的彈性、保水性、吸油性，提高貯存性等[2-3]。

由于大豆分離蛋白組成和結(jié)構(gòu)是影響功能性的一個響的研究較少。然而隨著食品工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代食品加工對大豆分離蛋白的功能特性要求越來越高，但是蛋白質(zhì)在加工和儲藏過程中，SPI功能性質(zhì)除受蛋白制備條件和蛋白本身組成結(jié)構(gòu)影響外，同時也受環(huán)境因素的影響。所以，本實驗對在不同儲藏條件(包括環(huán)境條件和包裝條件)下的SPI功能特性發(fā)生變化進(jìn)行研究，以期為 SPI的儲藏及應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白(凝膠型)，蛋白質(zhì)含量87.12%、水分5.73%、脂肪0.82%、灰分4.91%，氮溶解指數(shù)(NSI)值68.62%，由哈爾濱高科技大豆食品有限責(zé)任公司提供；鋁箔袋；PE拉鏈封口袋；復(fù)合袋(內(nèi)襯袋材質(zhì)：LDPE；外包裝袋材質(zhì)：白板紙塑)；氮氣、二氧化碳(市售)；所用化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

79-1磁力加熱攪拌器 江蘇金壇市中大儀器廠；Anke TDL-5-A離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；KDN-F自動定氮儀 上海纖檢儀器有限公司；DQS-700N呼吸式氣調(diào)包裝機(jī) 上海輕葩食品包裝機(jī)械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆分離蛋白的包裝

實際工廠包裝：使用哈爾濱高科技大豆食品有限責(zé)任公司提供的雙層包裝袋(外包裝袋：白板紙塑，內(nèi)襯袋：高壓低密度聚乙烯(LDPE)進(jìn)行包裝[11-12]。氣調(diào)包裝：選擇4種氣體混合比例：1)真空；2)100%氮氣；3)80%氮氣與20%二氧化碳；4)60%氮氣與40%二氧化碳。使用呼吸式氣調(diào)包裝機(jī)抽真空后將預(yù)先混合的不同比例氣體充入鋁箔包裝袋內(nèi)，最后熱封封口。普通包裝：使用PE拉鏈封口袋包裝。

1.3.2 大豆分離蛋白的儲藏

經(jīng)包裝的大豆分離蛋白在5種環(huán)境條件下儲藏高溫高濕環(huán)境(RH80%，溫度30℃)儲藏時間為5個月，以30d為一個監(jiān)測周期。

1.3.37 S/11S比值測定

SDS-PAGE方法[13]，加樣量20μL，12.5%分離膠，電流25mA。

1.3.4 巰基和二硫鍵含量的測定

[14-15]的方法，即利用5,5 -二硫代-2-硝基苯甲酸(DTNB)與游離－SH反應(yīng)，在波長412nm處生成有最大吸收峰的黃色物質(zhì)后，采用分光光度法進(jìn)一步測定吸光度而得。

1.3.5 溶解性的測定方法

參照NY/T 1205—2006《大豆水溶性蛋白含量的測定》方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白7S/11S比值在儲藏期間的變化

2.1.1 儲藏前SPI的7S/11S比值分析

圖1 大豆分離蛋白對照樣電泳圖譜Fig.1 Electrophoretogram of pre-storage SPI

圖2 大豆分離蛋白密度掃描圖譜Fig.2 Density scanning of pre-storage SPI

由圖1所示，對照樣SPI出現(xiàn)了6條主要譜帶，分別是P74、P66、P55、P44、P36、P20，其中P74、P66、P55被認(rèn)為是7S球蛋白的α＇、α、β亞基，P44、P36則是11S球蛋白的酸性亞基A3、酸性亞基Ax(A1a、A1b、A2和A4)，P20則被認(rèn)為是11S中的BX亞基，而在接近凝膠底部的條帶則被認(rèn)為是11S中的A5亞基。其蛋白密度掃描圖譜見圖2。圖2的6個峰值分別對應(yīng)圖1的6個主要譜帶。

采用電泳分析軟件對儲藏前的大豆分離蛋白(對照樣)的SDS-PAGE譜圖進(jìn)行掃描分析，從而確定大豆分離蛋白的7S/11S比值，結(jié)果見表1。

表1 儲藏前的SPI的7S/11S比值的確定Table 1 7S/11S ratio of pre-storage SPI

2.1.2 高溫高濕環(huán)境下大豆分離蛋白的7S/11S比值的變化

圖3 RH 80%、30℃條件下不同包裝的SPI的7S/11S變化圖Fig.3 Change in 7S/11S ratio of SPI packaged in different ways during storage at 30 ℃ and 80% humidity

圖4 在RH 80%、30℃條件儲藏3個月的不同包裝的SPI電泳譜圖Fig.4 Electrophoretograms of SPI packaged in different ways after 3-month storage at 30 ℃ and 80% humidity

圖5 在RH 80%、30℃條件儲藏4個月的不同包裝的SPI電泳譜Fig.5 Electrophoretograms of SPI packaged in different ways after 4-month storage at 30 ℃ and 80% humidity

由圖3可知，在高溫高濕條件下儲藏時，除了儲藏4個月的PE包裝中SPI的7S/11S比值與對照樣相比顯著下降(P＜0.05)外，100%氮氣包裝、80%氮氣:20%二氧化碳包裝、60%氮氣:40%二氧化碳包裝、真空包裝和工廠包裝中SPI的7S/11S比值與對照樣相比在儲藏期間變化均不顯著(P＞0.05)。但是從SDS-PAGE譜圖(圖4)可以看出，各包裝中SPI在儲藏3個月后，蛋白質(zhì)的亞基發(fā)生解離。從儲藏4個月的SDS-PAGE的譜圖(圖5)上可以看出各包裝中SPI的亞基均有不同程度的缺失，其中以PE包裝中SPI的亞基缺失最明顯，說明SPI已經(jīng)發(fā)生變性。并且在SDS-PAGE圖片中濃縮膠的頂端顏色加深，說明在儲藏的過程中大分子物質(zhì)發(fā)生了聚集。

2.2 高溫高濕條件下SPI巰基和二硫鍵的變化

圖6 RH 80%、30℃條件下不同包裝的SPI的巰基含量變化圖Fig.6 Change in sulfhydryl group content of SPI packaged in different ways during storage at 30 ℃ and 80% humidity

由圖6可知，在高溫高濕環(huán)境下儲藏時，各包裝中SPI的巰基含量隨儲藏時間的延長而顯著下降(P＜0.05)。其中工廠包裝和PE包裝中SPI的巰基含量下降幅度大，且以PE包裝中SPI的巰基含量下降幅度最大，原因是在儲藏過程中，由于PE材質(zhì)的阻水阻濕性較好，但是阻氣性能較差，所以外界滲入的空氣將SPI的大部分巰基氧化，并且在高濕高溫條件下加速了巰基的氧化速度，致使巰基含量迅速下降。真空包裝和充氣包裝中SPI的巰基含量下降緩慢，其中以100%氮氣包裝中SPI巰基含量下降最慢，一方面是因為鋁箔材質(zhì)能有效地阻止空氣和濕氣的侵入，降低了巰基氧化的速度；另一方面可能是由于充氣包裝是先將裝有SPI的包裝袋抽真空后再充入氣體，這樣能使袋內(nèi)空氣殘留量降至最低，從而降低了巰基被氧化的機(jī)率；第三可能是惰性氣體氮氣的存在能夠保護(hù)巰基，降低空氣與SPI的接觸面積，從而延緩了巰基氧化速率。

圖7 RH 80%、30℃條件下不同包裝的SPI二硫鍵含量變化圖Fig.7 Change in disulfide bond content of SPI packaged in different ways during storage at 30 ℃ and 80% humidity

由圖7可知，在高溫高濕環(huán)境下，各包裝中SPI的二硫鍵含量隨儲藏時間的延長而增加，儲藏到第3個月時，SPI的二硫鍵含量上升較緩慢。其中以PE包裝中SPI的二硫鍵含量上升幅度最大，充氣包裝和真空包裝中SPI的二硫鍵含量上升緩慢。在儲藏期間，表面總游離巰基含量的下降伴隨著二硫鍵含量的上升，表示了SPI原先內(nèi)部半胱氨酸的殘留量，即埋藏在大豆蛋白分子內(nèi)的巰基和二硫鍵更多的暴露在表面。并且在儲藏期期間，二硫鍵含量顯著增加也意味著通過分子內(nèi)部二硫鍵的形成，蛋白質(zhì)分子發(fā)生了聚集，SPI發(fā)生變性。

2.3 大豆分離蛋白在高溫高濕環(huán)境下NSI值的變化

圖8 RH 80%、30℃條件下不同包裝的SPI的NSI變化圖Fig.8 Change in nitrogen solubility index of SPI packaged in different ways during storage at 30 ℃ and 80% humidity

由圖8可知，3種充氣包裝的大豆分離蛋白在儲藏過程中，其NSI值總體呈現(xiàn)下降趨勢，且60%氮氣:40%二氧化碳＞80%氮氣:20%二氧化碳＞100%氮氣。真空、工廠和PE包裝中大豆分離蛋白在儲藏過程中NSI值也呈下降趨勢，且PE包裝中SPI在儲藏初期NSI值迅速下降，表明高濕高溫條件能夠加速SPI的變性，使SPI的溶解性迅速下降。原因可能是在儲藏過程中，濕度和熱等外界因素會破壞天然蛋白質(zhì)分子中的氫鍵、離子、疏水、偶極、二硫鍵這些相互作用，使蛋白質(zhì)亞基缺失，分子變性，分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)、巰基暴露出來，從而使SPI的溶解性降低。王洪晶等[16]研究發(fā)現(xiàn)，貯存過程中，殘存的脂肪氧化酶可以產(chǎn)生自由基，使蛋白質(zhì)分子在自由基的作用下，形成大而松散的聚集體，造成溶解性較差。與本實驗結(jié)果相似，并且由圖可知這3種包裝的阻隔性能：鋁箔袋包裝＞工廠包裝＞PE包裝。

2.4 高溫高濕環(huán)境下SPI溶解性與組分相關(guān)性分析

在高溫高濕環(huán)境下儲藏期結(jié)束時，以PE包裝中SPI功能特性變化最大，因此選擇PE包裝中SPI的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行分析。由圖9～11可知，在高溫高濕環(huán)境下儲藏時，PE包裝中SPI的7S/11S比值與其溶解性相關(guān)性不顯著(0.324)；PE包裝的SPI巰基含量與溶解性極顯著正相關(guān)(0.922)；PE包裝中SPI的二硫鍵含量與溶解性呈極顯著的負(fù)相關(guān)(－0.946)，二者均在α=0.01水平有顯著性。

圖9 PE包裝中SPI的7S/11S與溶解性變化圖Fig.9 Changes in 7S/11S ratio and solubility of PE packaged SPI during storage at 30 ℃ and 80% humidity

圖10 PE包裝中SPI的巰基含量與溶解性變化Fig.10 Changes in 7S/11S ratio and solubility of PE packaged SPI during storage at 30 ℃ and 80% humidity

圖11 PE包裝中SPI的二硫鍵含量與溶解性變化圖Fig.11 Changes in disulfide bond content and solubility of PE packaged SPI during storage at 30 ℃ and 80% humidity

3 結(jié) 論

在高溫高濕貯藏環(huán)境(RH 80%、溫度30℃)下，針對不同包裝(100%氮氣鋁箔包裝、80%氮氣:20%二氧化碳鋁箔包裝、60%氮氣:40%二氧化碳鋁箔包裝、真空鋁箔包裝、實際工廠包裝：白板紙塑/HDPE和PE包裝)的SPI的7S/11S、巰基、二硫鍵及溶解性的分析得知，在貯藏5個月期間，SPI的亞基均有不同程度的缺失，并形成一定程度的聚集；SPI的巰基含量下降，二硫鍵增多；溶解性下降，其中都以PE包裝最為顯著。PE包裝中SPI的二硫鍵含量與溶解性呈極顯著的負(fù)相關(guān)。儲藏條件對SPI溶解性產(chǎn)生影響的機(jī)理有待于進(jìn)一步深入研究。

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Effect of Storage under High Temperature and Humidity on the Composition and Solubility of Soy Protein Isolate Packaged in Different Ways

SHI Yan-guo，SU Chen，SUN Bing-yu，LIU Hong-hong
(Heilongjiang Food Science and Engineering Key Laboratory, Harbin University of Commerce, Harbin 150076, China)

During storage and transport, the functional characteristics of soy protein isolate (SPI) may deteriorate, which impacts its industrial applications. In the present study, different packaging ways: packaging in aluminium foil bag vacuumed or filled with 100% nitrogen gas or a mixture of nitrogen gas and carbon dioxide (4:1 or 3:2, V/V), practical industrial packaging (packaging with white paper/plastic/high density polyethylene, HDPE) and polyethylene (PE) packaging were used to package SPI, followed by 5-month storage in high temperature (30 ℃) and humidity (80%) environment in order to address the effects of storage environment and period and packaging conditions on the 7S/11S ratio, sulfhydryl group content, disulfide bond content and solubility of SPI. Nigtrogen-filled packaging promptly increased the solubility of SPI and was beneficial to better maintenance of the functional characteristics of SPI. Comparatively, aluminium foil packaging was the best barrier to humidity, followed by practical industrial packaging and PE packaging. The 7S/11S ratio of PE packaged SPI had no significant correlation with its solubility, but there was a significant positive correlation between its sulfhydryl group content and solubility.

soy protein isolate (SPI)；storage；solubility；packaging

TS206；TS214.2

A

1002-6630(2010)19-0054-05重要的因素，所以近幾十年來國內(nèi)外對這方面的研究比較關(guān)注。并且采用了X-射線衍射、近(遠(yuǎn))紫外、圓二色譜法[4-6]、DSC法[7-8]、熒光光譜分析[9]、傅里葉變換紅外光譜法[10]、電泳技術(shù)等技術(shù)手段來研究大豆蛋白的構(gòu)效關(guān)系。但早期研究人員將改善大豆分離蛋白功能特性的焦點放在制取工藝上，而忽略了儲藏過程中功能特性也會受環(huán)境等因素的影響而發(fā)生變化。目前，國內(nèi)外關(guān)于儲藏條件(環(huán)境條件和包裝條件)對SPI功能特性影

2010-02-02

石彥國(1960—)，男，教授，碩士，研究方向為大豆化學(xué)與技術(shù)加工。E-mail：sby0451@163.com