不同改性大豆分離蛋白乳化性比較研究

郭永，王雪平，張春紅

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475003；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽110161）

不同改性大豆分離蛋白乳化性比較研究

郭永1，王雪平1，張春紅2

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南開封475003；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)，遼寧沈陽110161）

利用氮氣水浴加熱、微生物谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶（MTG）以及二者復(fù)合改性大豆分離蛋白（SPI），3種處理結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，氮氣水浴加熱改性SPI的乳化性有所增加，比對照提高了7.2%，氮氣水浴加熱改性SPI和MTG改性的乳化性穩(wěn)定性顯著增加，分別比對照提高了91%、42%，并經(jīng)電鏡觀察改性SPI微觀結(jié)構(gòu)，探討了SPI改性機(jī)理。

氮氣；谷氨酰轉(zhuǎn)氨酶；大豆分離蛋白；乳化性

Abstract:When SPI was modified by microtransgluminase,nitrogen or comprehensive modification,the function of comprehensive modified SPI by nitrogen and MTG were improved.Emulsification property of modified-SPI was higher than original SPI by 7.2%.But the emulsion stability property of SPI by nitrogen or MTG was higher than that by 91%,42%.Then the modification mechanism was discussed after different modified-SPI were inspected by the electron microscope.

Key words：nitrogen；microtransgluminase；soy protein isolate；emulsification property

開發(fā)和利用大豆是當(dāng)今食品工業(yè)中一個重要的研究領(lǐng)域，大豆蛋白的改性更是當(dāng)今研究的前沿課題之一。目前，世界各國主要集中于大豆分離蛋白（SPI）多功能性的開發(fā)，已經(jīng)開發(fā)出多種專業(yè)化的大豆蛋白產(chǎn)品，而我國這方面比較落后，品種單一[1-2]。大豆蛋白的功能性是指在食品加工、制取、配制、烹調(diào)、儲藏及銷售過程中所表現(xiàn)出來的理化性質(zhì)的總稱，如溶解性、持水性、乳化性、起泡性、凝膠性、吸油性、黏度、彈性、固定風(fēng)味等[3]。其中大豆分離蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性對于香腸、膠漿、蛋糕等食品制作過程中油脂乳化的形成與穩(wěn)定起著非常重要的作用。本實驗利用物理改性以及酶復(fù)合改性等方法處理SPI[4-6]，力求探討出新的既安全又高效的提高SPI乳化性和乳化穩(wěn)定性的方法，并深入討論大豆蛋白改性的機(jī)理，為大豆蛋白的深加工和在食品加工中的應(yīng)用提供理論和應(yīng)用參考。

1 材料與方法

1.1 材料

五菊牌普通SPI：黑龍江天菊公司；谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)。

1.2 儀器

RVA-3D型快速粘度分析儀：澳大利亞Newport科學(xué)儀器公司；Himac CR21G高速冷凍離心機(jī)、S-450型電子掃描顯微鏡；日本日立公司；FD-5型真空冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康技術(shù)公司；KDN-04凱式定氮儀：上海新嘉電子有限公司；氣體流量計：北京六一儀器公司；高壓氮氣瓶：成都開來壓縮氣體公司；氣體減壓閥：成都開來壓縮氣體公司；1100型分光光度計：北京瑞利儀器公司。

1.3 方法

1.3.1 經(jīng)單因素和正交試驗確定最佳氮氣水浴加熱改性處理條件和方法

稱取20 g SPI放入反應(yīng)器中，充入氮氣，于70℃水浴中分別反應(yīng)2 h?？刂瞥涞繛?.0 L/min，反應(yīng)結(jié)束后，分別測定SPI的各種功能性，并用電鏡掃描觀察改性SPI的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.2 經(jīng)單因素和正交試驗確定最佳MTG改性處理條件和方法

配成10%SPI溶液，控制反應(yīng)體系pH 6，添加MTG酶用量為0.4 U/gSPI，于70℃反應(yīng)1 h，離心，水洗，冷凍干燥，過篩，得到MTG改性SPI，反應(yīng)結(jié)束后，分別測定SPI的各種功能性，并用電鏡掃描觀察改性SPI的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.3 復(fù)合改性處理條件和方法

稱取60 gSPI于反應(yīng)器中，充入氮氣，充氮量為5.0 L/min，60℃反應(yīng)1 h，配制成10%SPI溶液，控制反應(yīng)體系pH 7，添加MTG酶用量為0.3 U/gSPI，60℃反應(yīng)1 h，然后經(jīng)過離心、水洗、冷凍干燥、粉碎、過篩，得到復(fù)合改性SPI。反應(yīng)結(jié)束后，分別測定改性SPI的功能性，并用電鏡掃描觀察改性SPI的微觀結(jié)構(gòu)。

1.4 試驗分析方法

1.4.1 蛋白質(zhì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的測定

采用攪打法測定[7]。

1.4.2 電子掃描顯微鏡的觀察

將SPI樣品在固定臺上噴金后，于電子掃描顯微鏡下觀察、拍照。

1.4.3 谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶酶活測定方法

采用比色法[8]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改性SPI乳化性、乳化穩(wěn)定性比較不同改性SPI乳化性比較，見圖1。

由圖1可知，氮氣水浴加熱改性SPI的乳化性有所增加，比對照提高了7.2%，MTG改性和氮氣復(fù)合改性分別比對照降低23%、56%。

不同改性SPI乳化穩(wěn)定性，見圖2。

由圖2可知，氮氣水浴加熱改性SPI和MTG改性的乳化穩(wěn)定性顯著增加，分別比對照提高了91%、42%，氮氣復(fù)合改性比對照降低27%。

綜合氮氣改性，MTG改性，氮氣復(fù)合改性3種處理結(jié)果，從中篩選出大豆蛋白改性后功能性顯著提高的最佳處理，可以發(fā)現(xiàn)：要求乳化性，乳化穩(wěn)定性顯著提高的食品，需要選擇氮氣水浴加熱處理。

2.2 不同改性對SPI微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同改性對SPI微觀結(jié)構(gòu)的影響，見圖3～圖6。

從圖3和圖4對比可以發(fā)現(xiàn)，天然SPI顆粒多為球狀，邊緣比較光滑，彼此之間連接緊湊。SPI經(jīng)過MTG改性之后，許多蛋白質(zhì)顆粒連接成為一個整體，外部呈不規(guī)則狀，內(nèi)部出現(xiàn)小的空洞。因此，從另一個側(cè)面證明了SPI經(jīng)MTG改性后蛋白質(zhì)之間進(jìn)行了不同程度的交聯(lián)。

從圖3和圖5觀察比較，可知而氮氣改性之后的SPI的分子間距離明顯增大，彼此之間連接比較松散，而且內(nèi)部出現(xiàn)較多空隙，充分證明氮氣改性有助于蛋白質(zhì)分子的伸展。

在氮氣復(fù)合改性SPI的微觀結(jié)構(gòu)（圖6）中，可以發(fā)現(xiàn)，原來的片狀結(jié)構(gòu)完全被破壞，球蛋白之間彼此連接成為比較規(guī)則的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。推測原因可能是由于先經(jīng)氮氣處理后，使SPI分子之間的距離加大，蛋白質(zhì)因發(fā)生變性，蛋白質(zhì)的多肽鏈的側(cè)鏈斷裂開來，形成開鏈狀態(tài)，分子從原來有序的緊密結(jié)構(gòu)變成疏松的無規(guī)則狀態(tài)，再經(jīng)MTG作用，分子間相互交聯(lián)，但因彼此間距離較大，變性的蛋白質(zhì)分子相互凝聚、相互穿插凝結(jié)成網(wǎng)狀的凝聚體，水分被包在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的網(wǎng)眼中，變成蛋白質(zhì)凝膠。

3 結(jié)論

SPI的乳化穩(wěn)定性與乳化性在氮氣改性過程中，乳化穩(wěn)定性有所增加，乳化性稍有增加，分析認(rèn)為，這種處理促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子三維結(jié)構(gòu)的破壞，使其二、三級結(jié)構(gòu)部分展開，增加了反應(yīng)基團(tuán)特別是SPI球蛋白中疏水基團(tuán)的暴露，因而提高了SPI的乳化性；另外由于SPI的黏度和凝膠性增強(qiáng)，提高了高度水化界面蛋白質(zhì)膜的表面黏度和韌性，從而大大提高了乳化液的穩(wěn)定性。

在MTG改性過程中，乳化穩(wěn)定性顯著增加，乳化性下降，認(rèn)為當(dāng)大豆蛋白以高度黏彈性的緊密結(jié)構(gòu)存在時，可能會阻止蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的展開和吸附到界面上，因此不利于形成乳化液，但可能會穩(wěn)定一個已經(jīng)吸附的蛋白質(zhì)膜，以防止它變形或解吸。后一個效應(yīng)有利于乳化液的穩(wěn)定[9]。因此，經(jīng)MTG改性后SPI的乳化性降低，而乳化穩(wěn)定性增加。

氮氣復(fù)合改性過程中，乳化性和乳化穩(wěn)定性顯著減小，認(rèn)為主要是因為復(fù)合改性SPI的疏水性基團(tuán)基本參與了形成高度黏彈性的緊密結(jié)構(gòu)，相對造成疏水性基團(tuán)減少，表現(xiàn)為凝膠性增強(qiáng)而乳化性和乳化穩(wěn)定性顯著降低的結(jié)果。

[1]石彥國.國內(nèi)大豆分離蛋白產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展分析[J].食品與機(jī)械,2000(3):25

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[3]李川.大豆蛋白改性[J].食品工業(yè)科技,2000(3):75-76

[4]張春紅,郭永,唐寧,等.熱烘改性對大豆分離蛋白功能性的影響[J].食品科技,2004(1):30-32

[5]劉大川,楊國艷.大豆分離蛋白的制備及產(chǎn)品功能性研究[J].中國油脂,2004(12):56-61

[6]張春紅,張佰清,孫煥,等.利用氮氣和谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶對大豆分離蛋白改性機(jī)理的研究[J].糧油加工,2004(9):42-43

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[8]Ando H,Adadi M,Motoki M.Purification and characteristics of a noyal transglutaminase derived from microorgnism[J].Agric Biol Chem,1989,53(5):2613-2617

[9]O R菲尼馬.食品化學(xué)[M].王璋,譯.北京:中國輕工業(yè)出版社,1999:85-88

Studies on Emulsification Property of Soy Protein Isolate(SPI)Modified by Nitrogen and Microtransglutaminase(MTG)

GUO Yong1,WANG Xue-ping1,ZHANG Chun-hong2
（1.Yellow River Conservancy Technical Institute,Kaifeng 475003,Henan,China;2.The College of Food Science,ShenYang Agriculture University,Shenyang 110161,Liaoning,China）

2011-12-22

河南省教育廳自然科學(xué)研究項目《大豆分離蛋白復(fù)合改性和應(yīng)用研究》（2010B550006）

郭永（1974—），男（漢），講師，碩士，研究方向：食品加工技術(shù)研究和教學(xué)工作。