紫蘇分離蛋白功能性研究

盛彩虹，劉 曄，劉大川，李江平，李 俊

(1.武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2.湖北李時珍保健油有限責(zé)任公司，湖北 蘄春 435300)

紫蘇分離蛋白功能性研究

盛彩虹1，劉 曄1，劉大川1，李江平2，李 俊2

(1.武漢工業(yè)學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430023；2.湖北李時珍保健油有限責(zé)任公司，湖北 蘄春 435300)

為了開發(fā)紫蘇蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用，以大豆分離蛋白為對照，研究紫蘇分離蛋白的功能特性。結(jié)果表明：紫蘇分離蛋白的溶解性與大豆分離蛋白的溶解性隨pH值變化的趨勢基本一致，但在等電點時紫蘇分離蛋白的溶解性高于大豆分離蛋白。在pH7.0時，紫蘇分離蛋白的持水性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性、乳化性和凝膠性均不及大豆分離蛋白。但紫蘇分離蛋白的吸油性僅稍小于大豆分離蛋白，此外，在紫蘇分離蛋白的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為3g/100mL以后，其乳化穩(wěn)定性與大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性基本相當(dāng)。紫蘇分離蛋白在食品加工中作為一種蛋白質(zhì)強(qiáng)化劑具有一定潛力。

紫蘇；分離蛋白；功能特性

紫蘇(Pevilla)系唇形科一年生草本植物，是我國傳統(tǒng)的藥食兩用植物。由于紫蘇籽油含有豐富的α-亞麻酸，α-亞麻酸可以維持大腦神經(jīng)系統(tǒng)功能，提高學(xué)習(xí)記憶力和視力，還具有降血壓、降血脂、抑制血小板聚集、減肥、以及減少癌癥患病率、抑制腫瘤轉(zhuǎn)移、改變過敏體質(zhì)等作用[1-3]，目前對于紫蘇籽的開發(fā)利用，主要是對紫蘇油的開發(fā)。而紫蘇籽脫脂后的副產(chǎn)品紫蘇餅粕沒有得到很好的利用。紫蘇分離蛋白是以紫蘇籽脫脂后的副產(chǎn)品紫蘇餅粕為原料，采用堿溶酸沉法制備的蛋白產(chǎn)品，充分利用了紫蘇籽中的蛋白質(zhì)。紫蘇蛋白的功效比值、凈蛋白比值和真消化率分別為2.07、2.87和82.6%[4]。紫蘇籽蛋白質(zhì)的氨基酸組成比較全面，種類達(dá)18種，含有人體所必需的全部8種氨基酸，除含硫氨基酸(蛋氨酸+胱氨酸)偏低外，其他氨基酸組成與一般油料蛋白的氨基酸組成相似[5-6]。紫蘇蛋白是一種比較好的植物蛋白資源。

功能性質(zhì)是蛋白質(zhì)產(chǎn)品在食品配制、加工、制備和儲藏過程中，對食品質(zhì)量產(chǎn)生影響的物理、化學(xué)性質(zhì)。蛋白質(zhì)產(chǎn)品的功能性質(zhì)一般受以下幾個方面的影響：一是蛋白質(zhì)本身固有的物理屬性，如它的氨基酸組成，它的分子大小及結(jié)構(gòu)形態(tài)；二是與蛋白質(zhì)相互作用的食物組分，如水、離子、脂質(zhì)等；三是環(huán)境的影響，如溫度、p H值、電離強(qiáng)度等[7]。

為了解紫蘇分離蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用，本實驗研究pH值、溫度、蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度等因素對紫蘇分離蛋白的溶解性、持水性、吸油性、起泡性及乳化性等功能特性的影響。并將它的功能特性與大豆分離蛋白的功能特性進(jìn)行比較，為紫蘇分離蛋白在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫蘇分離蛋白(自制)；大豆分離蛋白由湖北云夢龍云蛋白食品有限公司提供。其主要成分見表1。

表1 兩種蛋白質(zhì)產(chǎn)品的主要成分Table 1 Major components of PSPI and SPI %

石油醚(沸程30～60℃，60～90℃)、氫氧化鈉、濃鹽酸、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、甲基紅、甲基橙、溴甲酚綠、基準(zhǔn)碳酸鈉、雙縮脲試劑、干酪素均為市售分析純；花生油。

1.2 儀器與設(shè)備

滲濾式玻璃浸出器 自制；LD5-10離心機(jī) 北京醫(yī)用研究所；80-2離心沉淀器 江蘇省金壇市醫(yī)療儀器廠；DZF-6050型真空干燥箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；SHA-C水浴恒溫振蕩器 江蘇恒豐儀器廠；SYC-15B超級恒溫水浴 南京桑力電子設(shè)備廠；GLZ-5噴霧干燥機(jī) 無錫大唐干燥設(shè)備廠；DS-1高速組織搗碎機(jī)上海標(biāo)本模型廠。

1.3 方法

1.3.1 紫蘇分離蛋白的制備工藝

將脫脂紫蘇粕粉碎通過60目篩，然后在55℃，料液比1:10，pH10的條件下堿溶60min(2次)，經(jīng)離心分離后(3000r/min，20min)，收集上清液。用鹽酸調(diào)節(jié)上清液的pH值，達(dá)到等電點pH4.4，酸沉30min，離心分離除去乳清水(3000r/min，20min)。將酸沉后的沉淀用水洗滌，再適量加堿液中和，經(jīng)噴霧干燥后得到紫蘇分離蛋白產(chǎn)品。該工藝制備紫蘇分離蛋白的提取率為24.5%。

1.3.2 測定方法

1.3.2.1 蛋白質(zhì)、水分、粗脂肪含量測定

蛋白質(zhì)含量的測定：GB/T5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》；水分含量的測定：GB/T5009.3—2 0 1 0《食品中水分的測定》；粗脂肪含量的測定：GB/T5009.6—2003《食品中脂肪的測定方法》。

1.3.2.2 蛋白溶解性測定[8]

采用雙縮脲法。采用最小二乘法，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性回歸方程為y=0.0506x+0.0102，式中x表示蛋白質(zhì)含量/(mg/mL)，y表示A540nm，相關(guān)系數(shù)R=0.99。樣品的測定：稱取1g蛋白質(zhì)產(chǎn)品溶解于100mL蒸餾水中，配制成1g/100mL的蛋白溶液，調(diào)節(jié)pH值至一定值，室溫振蕩120min，4000r/min離心20min備用。取樣品溶液1.0mL置于試管內(nèi)，加入雙縮脲試劑4.0mL，混合均勻，在室溫靜置30min，于波長540nm處，以蒸餾水作參比，進(jìn)行比色測定，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程，經(jīng)計算得樣品溶液的蛋白質(zhì)含量。凱氏定氮法測定樣品中蛋白質(zhì)含量。氮溶解指數(shù)(NSI)按式(1)計算。

1.3.2.3 持水性的測定

參照參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)行測定。向10g干試樣中加水200mL，攪拌均勻后放置20min使之充分吸水，用1500r/min離心分離5min，去除分離水，測定殘留物的質(zhì)量，以每克蛋白樣品(干質(zhì)量)吸附水的克數(shù)表示，按式(2)計算。

1.3.2.4 吸油性

參照參考文獻(xiàn)[10]進(jìn)行測定。稱取0.5g蛋白質(zhì)樣品于刻度離心管中，加入5mL油，混勻1min后，在一定的溫度下靜置30min，4000r/min離心30min，測定其上清液體積，扣除后即為蛋白樣品吸油量。按式(3)計算。

1.3.2.5 起泡性與泡沫穩(wěn)定性測定

參照參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)行測定。將一定量的蛋白質(zhì)溶解到100mL蒸餾水中，調(diào)節(jié)至一定pH值，然后在10000 r/min左右的組織搗碎機(jī)中均質(zhì)2min，記錄均質(zhì)停止時泡沫體積。起泡性按式(4)計算。

記錄均質(zhì)停止10、30min后泡沫體積，用來衡量泡沫穩(wěn)定性。

1.3.2.6 乳化性與乳化穩(wěn)定性[11]

稱取一定量的蛋白產(chǎn)品溶于50mL蒸餾水中，調(diào)節(jié)pH7.0，加入50mL花生油，在高速組織搗碎機(jī)中均質(zhì)(10000～12000r/min)2min，再1500r/min離心5min，按式(5)計算乳化能力。

將上述樣品置于80℃水浴中30min后，冷卻至室溫，再1500r/min離心5min，測出此時的乳化層高度，按式(6)計算乳化穩(wěn)定性。

1.3.2.7 最小凝膠點測定[12]

稱取一定量蛋白產(chǎn)品于25mL燒杯中，加入20mL蒸餾水中，配制成不同質(zhì)量濃度的溶液，調(diào)節(jié)pH值至一定值，磁力攪拌20min后，放入90℃水中保溫30min，取出后迅速水冷至室溫，于4℃條件下靜置12h。用“－”表示不能形成凝膠，“+”表示可形成凝膠，“±”表示可形成凝膠但不能自持。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白質(zhì)溶解性測定結(jié)果

植物蛋白的溶解性是蛋白質(zhì)最重要的一個功能特性。蛋白質(zhì)其他的功能特性如乳化性、起泡性、凝膠性等都與其溶解性有關(guān)。蛋白質(zhì)的溶解性除與本身的氨基酸組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與溶液的pH值、溫度、離子強(qiáng)度等有著密切聯(lián)系。

圖1 pH值對蛋白質(zhì)溶解性的影響Fig.1 Effect of pH on NSI of PSPI and SPI

如圖1所示，在pH4～5之間，紫蘇分離蛋白的溶解性最低，這與大豆分離蛋白相似，但是紫蘇分離蛋白在等電點pH4.4時的NSI值(25.5%)比大豆分離蛋白在其等電點pH4.6時的NSI值(7.1%)要高。偏離等電點時，兩種分離蛋白的溶解性都增大。另外，紫蘇分離蛋白在pH7.0時，NSI值僅為54.7%，pH8以后NSI值才急劇上升。而大豆分離蛋白在pH7.0時，NSI已達(dá)到84.1%。pH6以后大豆分離蛋白的NSI始終高于紫蘇分離蛋白，在達(dá)到pH11之后，溶解趨于平衡時，二者NSI基本一致。而在pH4之前，二者NSI值相差不大。

2.2 持水性測定結(jié)果

pH值的變化影響蛋白質(zhì)分子的解離和靜電荷量，因而可改變蛋白質(zhì)分子間的相互吸引力和排斥力及其與水締合的能力。如圖2所示，在pH4～8范圍內(nèi)，兩種蛋白產(chǎn)品的持水性都隨pH值的增大而增大。在同一pH值時，大豆分離蛋白的持水性比紫蘇分離蛋白的持水性要好，如pH7.0時，大豆分離蛋白的持水性為6.6g/g，紫蘇分離蛋白的持水性為3.57g/g。

圖2 pH值對蛋白質(zhì)持水性的影響Fig.2 Effect of pH on water-holding capacity of PSPI and SPI

圖3 溫度對蛋白吸油性的影響Fig.3 Effect of temperature on oil-binding capacity of PSPI and SPI

2.3 吸油性測定結(jié)果吸油性是蛋白質(zhì)與油結(jié)合吸附油的能力。影響吸油性的因素有：蛋白質(zhì)的加工方法、粒度、溫度以及油脂種類等。如圖3所示，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)的吸油性下降。這是由于溫度升高，油的黏度降低，流動性增強(qiáng)，減弱了與蛋白質(zhì)分子的結(jié)合，最后導(dǎo)致蛋白吸油性下降。與大豆分離蛋白比較，在同一溫度下，紫蘇分離蛋白的吸油性稍小。

2.4 起泡性與泡沫穩(wěn)定性

表2 蛋白的起泡性與泡沫穩(wěn)定性(pH7.0)Table 2 Foaming capactiy and foam stability of PSPI and SPI at pH 7.0

如表2所示，兩種蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性都隨蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增大而增大。蛋白質(zhì)的起泡性在很大程度上與蛋白質(zhì)的溶解性有關(guān)。pH7.0時，紫蘇分離蛋白的溶解性(NSI為54.7%)比大豆分離蛋白的溶解性(NSI為84.1%)小，故在pH7.0，同一蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度時，紫蘇分離蛋白的起泡能力比大豆分離蛋白的起泡能力弱。

2.5 乳化性與乳化穩(wěn)定性

圖4 蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度對乳化性的影響Fig.4 Effect of protein concentration on emulsificability of PSPI and SPI

圖5 蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度對乳化穩(wěn)定性的影響Fig. 5 Effect of protein concentration on emulsion stability of PSPI and SPI

蛋白質(zhì)的乳化性能取決于兩個因素：一是降低界面張力的能力；二是成膜的能力。由圖4、5可見，隨著蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增大，大豆分離蛋白和紫蘇分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性都呈上升趨勢。由此可見，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度的增大，增大了界面膜的厚度，從而提高膜的強(qiáng)度，增加了乳化性和乳化穩(wěn)定性。紫蘇分離蛋白的乳化性不及大豆分離蛋白好。但是，紫蘇分離蛋白的蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度大于3g/100mL時，其乳化穩(wěn)定性與大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性相當(dāng)。

影響乳化性的因素還有很多，如蛋白質(zhì)的變性程度、蛋白質(zhì)種類、pH值、離子強(qiáng)度、溫度、糖的存在等因素[13]。影響紫蘇分離蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的具體原因還需要進(jìn)一步探討。

2.6 最小凝膠點

凝膠的形成是由于蛋白質(zhì)分子經(jīng)適當(dāng)加熱變性，使緊密的球狀、橢圓狀分子經(jīng)變性后，構(gòu)象稍有松弛，形成連續(xù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使水的小分子被包埋在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)；蛋白質(zhì)分子與水結(jié)合及相互作用增強(qiáng)，增進(jìn)了蛋白在水中的溶解性能；另外蛋白質(zhì)分子之間相互作用增強(qiáng)，形成有序的聚集狀態(tài)。蛋白質(zhì)凝膠的形成涉及到蛋白分子空間構(gòu)象，分子形狀，分子質(zhì)量大小，蛋白分子間作用力、蛋白分子與溶劑分子間作用力，相應(yīng)地受外界條件影響，如形成時溫度、制膠液的濃度、蛋白質(zhì)含量、pH值、鹽濃度等[14]。

表3 紫蘇分離蛋白和大豆分離蛋白樣品的凝膠性Table 3 Gel-forming capacity of PSPI and SPI

由表3可見，大豆分離蛋白在pH7.0的條件下，蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為12g/100mL即可形成凝膠。而紫蘇分離蛋白在pH7.0的條件下，不能形成凝膠。原因可能是pH7.0時，紫蘇分離蛋白的溶解性較差，導(dǎo)致不能形成凝膠。調(diào)節(jié)pH值至8.0，在蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為10g/100mL時，紫蘇分離蛋白即可形成凝膠，但不能自持。蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為12g/100mL時可形成凝膠，且能自持。

3 結(jié) 論

紫蘇蛋白等電點為pH4.4，在此pH值時紫蘇分離蛋白溶解度最小，繼續(xù)加堿或加酸，紫蘇蛋白的溶解性均會增大，這與大豆分離蛋白的溶解性隨pH值變化的趨勢基本一致。但在pH7.0時，紫蘇分離蛋白的溶解性(NSI值僅為54.7%)低于大豆分離蛋白(NSI值為84.1%)。

在pH7.0時，紫蘇分離蛋白的吸水性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性、乳化性及乳化穩(wěn)定性及凝膠性均不及大豆分離蛋白。但紫蘇分離蛋白的吸油性僅稍小于大豆分離蛋白。在pH7.0時，紫蘇分離蛋白不能形成凝膠。調(diào)節(jié)pH值至8.0，在蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為10g/100mL時，紫蘇分離蛋白開始形成凝膠，當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量濃度為12g/100mL時即可形成凝膠。

綜上所述，紫蘇分離蛋白產(chǎn)品的功能性質(zhì)雖不及大豆分離蛋白，但仍具有較好的功能性質(zhì)，能夠在食品行業(yè)中得到較好的應(yīng)用。

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Functional Properties of Perilla Seed Protein Isolate

SHENG Cai-hong1， LIU Ye1，LIU Da-chuan1，LI Jiang-ping2，LI Jun2
(1. School of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China；2. Hubei Li Shizhen Health Oil Co. Ltd., Qichun 435300, China)

In order to offer experimental evidence for its application in food industry, the function properties of perilla seed protein isolate (PSPI) was studied using soybean protein isolates (SPI) as the reference. The nitrogen solubility index (NSI) of PSPI had a trend similar to that of SPI within the pH range of 2-12, but PSPI revealed higher solubility than SPI at isoelectric point. The water holding capacity, foaming capacity, foam stability, emulsifying capacity and gel-forming capacity were lower than those of SPI at pH 7.0. However, the oil-binding capacity of PSPI was close to that of SPI, and the emulsion stability of PSPI was almost equal to that of SPI when the protein concentration was higher than 3 g/100 mL. These results suggested that the PSPI is a potential protein enhancer for food processing.

perilla； protein isolate；functional properties

TS253.4

A

1002-6630(2011)17-0137-04

2010-12-27

盛彩虹(1986—)，女，碩士研究生，研究方向為油脂及植物蛋白工程。E-mail：Shengcaihong2011@163.com

*通信作者：劉大川(1943—），男，教授，研究方向為油脂及植物蛋白工程。E-mail：dcliu@whpu.edu.cn