高溫高濕對(duì)大豆分離蛋白組分及乳化性的影響

孫冰玉，石彥國(guó)，宿 晨，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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076)

高溫高濕對(duì)大豆分離蛋白組分及乳化性的影響

孫冰玉，石彥國(guó)，宿 晨，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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱150076)

大豆分離蛋白被廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，但在貯運(yùn)過(guò)程中其功能特性可能會(huì)發(fā)生變化。本研究采用不同包裝形式(100%氮?dú)怃X箔包裝、80%氮?dú)狻?0%二氧化碳鋁箔包裝、60%氮?dú)狻?0%二氧化碳鋁箔包裝、真空鋁箔包裝、實(shí)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%、30℃)條件下儲(chǔ)藏5個(gè)月。研究?jī)?chǔ)藏環(huán)境、時(shí)間、包裝條件對(duì)SPI的7S/11S、巰基、二硫鍵及乳化性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PE包裝中SPI的7S/11S比值與對(duì)照樣相比顯著下降(p＜0.05)，并且SPI亞基有不同程度的缺失，通過(guò)SDS-PAGE實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SPI在所有儲(chǔ)藏條件下都發(fā)生了亞基的解離和大分子物質(zhì)的聚集。通過(guò)對(duì)各包裝中SPI功能特性的比較得出包裝材質(zhì)對(duì)溫濕度的阻隔性:鋁箔包裝＞工廠包裝＞PE。通過(guò)相關(guān)性分析得出，PE包裝中SPI的7S/11S比值與其乳化性相關(guān)性不顯著;PE包裝的SPI巰基含量與乳化性極顯著正相關(guān)(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊);PE包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性呈極顯著負(fù)相關(guān)(EAI-0.975＊＊/ESI-0.967＊＊)，60%N2∶40%CO2包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性相關(guān)性不顯著。

大豆分離蛋白，儲(chǔ)藏，乳化性，包裝

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白 凝膠型，哈爾濱高科技大豆食品有限責(zé)任公司提供(蛋白質(zhì)含量87.12%，水分5.73%，脂肪0.82%，灰分4.91%，NSI值是68.62%);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?dú)?、二氧化?市售;所用化學(xué)試劑 均為分析純。

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(dòng)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。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆分離蛋白的包裝 實(shí)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(HDPE)進(jìn)行包裝［12-13］。氣調(diào)包裝:選擇4種氣體混合比例:a.真空;b.100%N2;c.80%N2∶20%CO2; d.60%N2∶40%CO2。使用DQS-700N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。

1.2.2 大豆分離蛋白的儲(chǔ)藏 經(jīng)包裝的大豆分離蛋白在五種環(huán)境條件下儲(chǔ)藏于高溫高濕環(huán)境(RH為80%，30℃)，儲(chǔ)藏時(shí)間為5個(gè)月，以每30d為一個(gè)監(jiān)測(cè)周期。

1.2.3 7S/11S比值測(cè)定方法 采用SDS-PAGE方法，加樣量20μL，分離膠濃度12.5%，電流25mA。

1.2.4 巰基和二硫鍵含量的測(cè)定方法 目前普遍采用的是Ellman建立的方法，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(zhǎng)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(cè)定吸光度而得［14-15］。

1.2.5 乳化性的測(cè)定方法 乳化活性(EAI)和乳化穩(wěn)定性(ESI)采用濁度法測(cè)定［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白7S/11S比值在儲(chǔ)藏期間的變化

2.1.1 儲(chǔ)藏前SPI的7S/11S比值分析 由圖1所示，對(duì)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。

圖1 大豆分離蛋白對(duì)照樣電泳圖譜及密度掃描圖譜注:1.Mark;2.SPI對(duì)照樣。

采用電泳分析軟件對(duì)儲(chǔ)藏前的大豆分離蛋白的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(jiàn)表1。

表1 對(duì)照樣SPI的7S/11S比值的確定

2.1.2 高溫高濕環(huán)境(RH 80%，30℃)下大豆分離蛋白的7S/11S比值的變化 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖2)可知，在高溫高濕條件下儲(chǔ)藏時(shí)，除了儲(chǔ)藏4個(gè)月的PE包裝中SPI的7S/11S比值與對(duì)照樣相比顯著下降(p＜0.05)外，100%氮?dú)獍b、80%氮?dú)狻?0%二氧化碳包裝、60%氮?dú)狻?0%二氧化碳包裝、真空包裝和工廠包裝中SPI的7S/11S比值與對(duì)照樣相比在儲(chǔ)藏期間變化均不顯著(p＜0.05)。但是從SDS-PAGE譜圖(圖3)可以看出，各包裝中SPI在儲(chǔ)藏1個(gè)月后，蛋白質(zhì)的亞基發(fā)生解離。從儲(chǔ)藏4個(gè)月的SDS-PAGE的譜圖(圖4)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(shuō)明SPI已經(jīng)發(fā)生變性，并且在SDS-PAGE圖中濃縮膠的頂端顏色加深，說(shuō)明在儲(chǔ)藏的過(guò)程中大分子物質(zhì)發(fā)生了聚集。

圖2 RH=80%，T=30℃條件下SPI的7S/11S變化圖

2.2 高溫高濕條件對(duì)SPI巰基和二硫鍵的影響

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖5)可知，在高溫高濕環(huán)境下儲(chǔ)藏時(shí)，各包裝中SPI的巰基含量隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)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(chǔ)藏過(guò)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?dú)獍b中SPI巰基含量下降最慢，一方面是因?yàn)殇X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?dú)獾拇嬖谀軌虮Ｗo(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3 在RH=80%，T=30℃條件儲(chǔ)藏1個(gè)月的SPI電泳譜圖注:1.Mark;2.100%氮?dú)獍b的 SPI;3.80%氮?dú)狻?0%二氧化碳包裝的SPI;4.60%氮?dú)狻?0%二氧化碳包裝的SPI;5.真空包裝包裝的SPI;6.工廠包裝包裝的SPI;7.PE包裝包裝的SPI;圖4同。

圖4 在RH=80%，T=30℃條件儲(chǔ)藏4個(gè)月的SPI電泳譜

圖5 RH=80%，T=30℃條件下SPI的巰基含量變化圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖6)可知，在高溫高濕環(huán)境下，各包裝中SPI的二硫鍵含量隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，儲(chǔ)藏到第三個(gè)月后，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(chǔ)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，暗示了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地暴露在表面。并且在儲(chǔ)藏期期間，二硫鍵含量顯著增加也意味著通過(guò)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。

圖6 RH=80%，T=30℃條件下SPI二硫鍵含量變化圖

2.3 高溫高濕環(huán)境(RH為80%，30℃)對(duì)SPI乳化性的影響

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果(圖7、圖8)可知，在高溫高濕環(huán)境下儲(chǔ)藏時(shí)，六種包裝中SPI的乳化性隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)而下降。在儲(chǔ)藏初期，充氣包裝中SPI的乳化性增加，且氮?dú)獗壤叫。珽AI值越大，可能是氮?dú)馄茐牧藲滏I等次級(jí)鍵作用，使原先包含在分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來(lái)，增加了SPI的親油性，從而表現(xiàn)為乳化能力增加。在非充氣包裝中，以真空包裝中SPI的乳化性下降幅度最緩慢，原因可能是真空鋁箔包裝的隔熱阻濕性能較好，降低了溫度和濕度對(duì)SPI的影響，延緩其變性速度，使其在短期內(nèi)能夠保持相對(duì)較好的乳化性;而PE包裝中SPI的乳化性下降速度最快。六種包裝中SPI的乳化穩(wěn)定性總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中以60%N2∶40%CO2充氣鋁箔包裝中SPI的乳化穩(wěn)定性相對(duì)保持較好，且在儲(chǔ)藏一個(gè)月后ESI出現(xiàn)最高值，但隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)迅速下降，可能是適量的氮?dú)庥欣诘鞍踪|(zhì)在水油界面的擴(kuò)散，降低了水油界面的張力，從而提高了SPI的乳化穩(wěn)定性，隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)發(fā)生了聚合作用，使SPI的乳化穩(wěn)定性下降。

圖7 RH=80%，T=30℃條件下SPI乳化性變化圖

圖8 RH=80%，T=30℃條件下SPI的乳化穩(wěn)定性變化圖

2.4 高溫高濕環(huán)境下SPI乳化性與組分相關(guān)性分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，在高溫高濕環(huán)境下儲(chǔ)藏期結(jié)束時(shí)，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。在高溫高濕環(huán)境下儲(chǔ)藏時(shí)(如圖9～圖14)，PE包裝中SPI的7S/11S比值與其乳化性相關(guān)性不顯著(EAI 0.468/ESI 0.688);PE包裝的SPI巰基含量與乳化性呈極顯著正相關(guān)(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊)，60% N2∶40%CO2包裝中SPI巰基含量與乳化性相關(guān)性不顯著(EAI 0.665/ESI 0.580);PE包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性呈極顯著的負(fù)相關(guān)(EAI-0.975＊＊/ ESI-0.967＊＊)，60%N2∶40%CO2包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性相關(guān)性不顯著(EAI-0.594/ESI-0.532)(*表示α=0.05時(shí)的顯著性，＊＊表示α= 0.01時(shí)的顯著性)。

圖9 PE包裝中SPI的7S/11S與乳化能力變化圖

圖10 PE包裝中SPI的7S/11S與乳化穩(wěn)定性變化圖

圖11 PE包裝中SPI的巰基含量與乳化性變化圖

圖12 PE包裝中SPI的巰基含量與乳化穩(wěn)定性變化圖

3 結(jié)論

圖13 PE包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性變化圖

圖14 PE包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化穩(wěn)定性變化圖

在高溫高濕貯藏環(huán)境(RH 80%、30℃)下，針對(duì)不同包裝(100%氮?dú)怃X箔包裝、80%氮?dú)狻?0%二氧化碳鋁箔包裝、60%氮?dú)狻?0%二氧化碳鋁箔包裝、真空鋁箔包裝、實(shí)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(gè)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;PE包裝的SPI巰基含量與乳化性極顯著正相關(guān)，PE包裝中SPI的二硫鍵含量與乳化性呈極顯著的負(fù)相關(guān)(EAI-0.975＊＊/ESI-0.967＊＊)。K.C.CHANG［17］等人研究了儲(chǔ)藏條件對(duì)大豆中提純的大豆球蛋白結(jié)構(gòu)特性的影響，研究發(fā)現(xiàn)在不利條件(RH 84%，30℃)下儲(chǔ)藏三個(gè)月后的大豆中提純的大豆球蛋白與糖含量有明顯關(guān)聯(lián)并且表現(xiàn)為疏水作用下降，總游離巰基含量下降，但是二硫鍵含量增加;二級(jí)結(jié)構(gòu)中的α-螺旋的含量略微增加，但是β-折疊含量下降。儲(chǔ)藏條件對(duì)SPI乳化性產(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 high temperature and humidity on component and emulsibility of soy protein isolate

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

The SPI was applied in food industry widely，but its functionalities may change during storage.The effect of store temperature，time，RH and package material on emulsibility and the component of SPI were studied，when SPI was packaged in 100%N2and Al，80%N2∶20%CO2and Al，60%N2∶40%CO2and Al，vacuum and Al，white paper/plastic/HDPE，and PE and then stored for 5 months in the conditions of RH 80%and 30℃.It was shown that the 7S/11S of SPI only packaged in PE decreased significantly(p＜0.05)，while the subunit of SPI would lost in different levels and obviously in PE.It was observed by SDS-PAGE that the subunit of SPI disaggregated and molecules aggregated.Comparing the functionalities of SPI with different packaging material，it was shown that the sequence of the barrier property of material to temperature and RH was Al packaging＞factory packaging＞PE packaging.Focusing on the sulfydryl group and disulfide bond，it was found that the content of sulfydryl decreased while disulfide bond increased.Analyzed by relatedness，it was shown that the 7S/11S of SPI with PE packaging storage was not significant with emulsibility.The content of-SH with PE was significantly positive with emulsibility(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊)，but the-S-S-of SPI in PE was significantly negative(EAI-0.975＊＊/ESI -0.967＊＊)correlation with emulsibility.

soy protein isolate(SPI);storage;emulsibity;package

TS201.2+1

A

1002-0306(2011)03-0159-05

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(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，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)是影響其功能性的一個(gè)重要的因素，所以近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外對(duì)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［9-10］、傅立葉變換紅外光譜法［11］、電泳技術(shù)等技術(shù)手段來(lái)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(diǎn)放在制取工藝上，而忽略了儲(chǔ)藏過(guò)程中功能特性也會(huì)受環(huán)境等因素的影響而發(fā)生變化。目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于儲(chǔ)藏條件(環(huán)境條件和包裝條件)對(duì)SPI功能特性影響的研究尚少。然而隨著食品工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代食品加工對(duì)大豆分離蛋白的功能特性要求越來(lái)越高，但是蛋白質(zhì)在加工和儲(chǔ)藏過(guò)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(shí)也受環(huán)境因素的影響。所以，本課題對(duì)在不同儲(chǔ)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，這對(duì) SPI的儲(chǔ)藏及應(yīng)用具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2010-02-04

孫冰玉(1978-)，女，講師，碩士，研究方向:大豆化學(xué)與技術(shù)加工。