預(yù)乳化對(duì)大豆蛋白-豬肌原纖維蛋白混合凝膠性質(zhì)的影響

安豐富，何志勇，秦 昉，曾茂茂，黃小林，陳 潔

(江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122)

大豆分離蛋白(SPI)是優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，商業(yè)大豆分離蛋白被廣泛應(yīng)用于乳化香腸等低溫肉制品中［1－2］。但是，由于 SPI在 80℃ 條件下形成的凝膠，其性能弱于同等條件下肌原纖維蛋白(MPI)所形成的凝膠，當(dāng)SPI應(yīng)用于肉制品中往往會(huì)導(dǎo)致肉制品凝膠強(qiáng)度和持水力的凝膠性質(zhì)的顯著下降。針對(duì)此，國內(nèi)外有大量研究通過改造SPI、在肉制品中同步添加多糖和磷酸鹽等添加劑等手段提升SPI在肉制品中的應(yīng)用效果［3－4］。預(yù)乳化是近年來提出的一種在蛋白食品加工中提升凝膠性質(zhì)的新的加工方法。研究顯示，MPI，乳清蛋白等蛋白經(jīng)過添加油脂預(yù)先乳化，可以有效提高產(chǎn)物的凝膠性質(zhì)［5－6］。大豆蛋白具有良好的乳化性，如果利用SPI的乳化性，預(yù)乳化油脂，能夠顯著改善大豆蛋白的凝膠性質(zhì)。本論文以SPI－MPI混合凝膠性質(zhì)體系為模型體系，以自制未變性SPI和商業(yè)化SPI為原料，研究SPI預(yù)乳化對(duì)SPI－MPI混合凝膠性質(zhì)的影響，以期為大豆蛋白的利用提供新的思路和方法。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

低溫脫脂豆粕 秦皇島益海一嘉里集團(tuán);商業(yè)SPI 山東萬得福實(shí)業(yè)集團(tuán);新鮮豬里脊肉購自當(dāng)?shù)氐氖袌?屠宰 24～48h后，pH5.6～5.9)，低溫保存;大豆油 中糧集團(tuán);氫氧化鈉、濃鹽酸、濃硫酸、氯化鈉、氯化鎂、乙二醇二乙醚二胺四乙酸(EGTA)、十二烷基磺酸鈉(SDS)、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉 中國醫(yī)藥集團(tuán)上海化學(xué)試劑公司。

QZ－5高速離心噴霧干燥機(jī) 錫山市林洲干燥機(jī)廠;Avanti J－26 XP高速離心機(jī) 美國Beckman公司;JB5374－91電子天平 瑞士 Mettler－Toledo有限公司;磁力攪拌器 廣州儀科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;恒溫水浴鍋 江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司;高速組織搗碎機(jī) 上海精科實(shí)業(yè)有限公司;UV－3802紫外可見分光光度計(jì) 上海尤尼柯公司;Ultraturrax乳化均質(zhì)機(jī) 德國IKA公司;TA－XT2i質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro Systems公司;AR－G2流變儀 英國TA Instrument公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 大豆分離蛋白的提取 SPI的提取方法主要參考Feng和Xiong［7］的方法，有所改變。室溫下豆粕按1∶8加水，利用2mol/L NaOH 調(diào)節(jié) pH8.0，攪拌1h，10000×g離心10min，取上清液。利用2mol/L HCl調(diào)節(jié)pH 到4.5，靜置30min，3300×g離心10min，沉淀復(fù)溶，利用2mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH到7.0，噴霧干燥得到大豆分離蛋白產(chǎn)品，噴霧干燥時(shí)進(jìn)口溫度為180℃，出口溫度為80℃。產(chǎn)品作為對(duì)照SPI。

1.2.2 SPI乳化性的測定 參考Molina［8］的實(shí)驗(yàn)方法，配成蛋白濃度1%(w/v)的溶液，取15mL蛋白溶液與5mL大豆油混合，放入100mL玻璃大試管中。在高速乳化均質(zhì)機(jī)下13500r/min乳化2min，將乳化液迅速倒入25mL小燒杯中，立即開始取樣。取樣點(diǎn)固定在離燒杯底部0.5cm處，取20μL的乳狀液與0.1%的SDS溶液5mL均勻混合，在500nm處測定其吸光值，記為A0，乳狀液靜置30min后采用相同的方法測定乳狀液吸光值，記為A30，用0.1%的SDS做空白對(duì)照。

乳化性:

乳化穩(wěn)定性:

式中，EAI:乳化性，ESI:乳化穩(wěn)定性，T=2.303，N:稀釋倍數(shù)250，C:乳化液形成前蛋白質(zhì)水溶液中蛋白質(zhì)濃度(g/mL)，φ:乳化液中油的體積分?jǐn)?shù)(0.25)。

1.2.3 肌原纖維蛋白的提取 根據(jù)Xiong和Brekke的方法［9］，豬瘦肉切碎稱重，加入4倍體積的分離緩沖液(0.1mol/L NaCl，10mmol/L磷酸鹽緩沖液，2mmol/L MgCl2，1mmol/L EGTA，pH7.0)，在組織搗碎機(jī)中充分?jǐn)匕杌靹?500mL離心管在2000×g，4℃條件下離心12min，得到肌原纖維沉淀，用相同的緩沖液重復(fù)兩遍，然后用0.1mol/L NaCl的溶液再重復(fù)兩遍，得到的肌原纖維蛋白分離物用碎冰保存，利用0.6mol/L NaCl配制4%的MPI溶液。

1.2.4 蛋白溶液預(yù)處理及凝膠的制備 用含0.6mol/L NaCl的緩沖溶液(pH7.0)配制12%(w/w)的SPI溶液，取出30mL利用50mL離心管在800r/min 4℃條件下離心1min脫氣，作為SPI空白對(duì)照;將SPI溶液與4%(w/w)的MPI溶液按照1∶1(w/w)混合，取出30mL，再次同上離心脫氣，作為SPI－MPI混合蛋白溶液，其中SPI的濃度為6%，MPI的濃度為2%。

將SPI，含0.6 mol/L NaCl的緩沖溶液(pH7.0)，大豆油按12∶44∶44 的比例混合，采用 Ultra－turrax乳化均質(zhì)機(jī)以13500r/min進(jìn)行乳化均質(zhì)，時(shí)間分別為0、30、60、90、120s，取 30mL，在 800r/min 4℃ 條件下離心1min脫氣，作為乳化SPI溶液。將此溶液與4%(w/w)的 MPI溶液按照1∶1(w/w)混合后，取30mL，再次同上離心脫氣，產(chǎn)物作為乳化SPI－MPI混合蛋白溶液，其中SPI的濃度為6%，MPI的濃度為2%。

上述四種蛋白溶液分別移取25mL轉(zhuǎn)移至50mL小燒杯中，保鮮膜封口。置于80℃的超級(jí)恒溫水浴鍋中，保溫30min，取出轉(zhuǎn)移至碎冰中迅速冷卻，形成蛋白凝膠，在4℃冷室中過夜備用。

1.2.5 凝膠強(qiáng)度的測定 凝膠強(qiáng)度的測定參考王嬋秋［10］的方法，略有改動(dòng)。將制備好的凝膠，取出室溫下平衡30min，用質(zhì)構(gòu)儀測定凝膠強(qiáng)度。主要參數(shù)為:探頭類型為 P/0.5，測前速度1mm/s，測試速度1mm/s，測后速度10mm/s，穿刺距離4mm，觸發(fā)類型為自動(dòng)，觸發(fā)力為5g。凝膠強(qiáng)度用硬度(Hardness)即探頭下壓過程中的最大感應(yīng)力(單位g)表示。

1.2.6 彈性模量G'的測定 參考Renkema［11］等人的實(shí)驗(yàn)方法，略有改動(dòng)。利用流變儀，對(duì)上述四種蛋白樣品進(jìn)行溫度掃描。主要參數(shù)為:平板夾具直徑40mm，最大應(yīng)變力為0.01，單頻頻率為0.1Hz，狹縫為1mm，以5℃/min的速率從20℃升至80℃，每個(gè)溫度點(diǎn)的平衡時(shí)間為20s。滴加幾滴硅油并蓋好保護(hù)蓋，防止水分蒸發(fā)。測量過程中G'隨溫度的變化。

1.2.7 凝膠持水性的測定 制備的混合蛋白凝膠在4℃冰箱中過夜后，將凝膠塊轉(zhuǎn)移至50mL的離心管中，在10000r/min 4℃條件下離心15min。倒掉離出的水，將離心管倒置于鋪有吸水毛巾的桌面上，15min后稱重。

持水性(%)=離心后凝膠凈重/離心前凝膠凈重×100

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均為2次重復(fù)3次平行，使用Statistix軟件，采用LSD方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性統(tǒng)計(jì)分析(p＜0.05)，數(shù)值采用均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，使用origin 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)乳化時(shí)間對(duì)SPI凝膠強(qiáng)度的影響

圖1 預(yù)乳化時(shí)間對(duì)大豆分離蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.1 The effect of the pre－emulsification time on the gels strength of SPI

預(yù)乳化時(shí)間對(duì)SPI混合凝膠強(qiáng)度的影響如圖1所示，從圖中可以看出，隨著均質(zhì)乳化時(shí)間的增加，乳化后的SPI的凝膠強(qiáng)度明顯增加，乳化60s后凝膠強(qiáng)度趨于穩(wěn)定。這個(gè)結(jié)果暗示，預(yù)乳化形成良好乳化穩(wěn)定性以及大小分布均勻的油滴對(duì)于形成良好的SPI凝膠是必要的。另外，從圖中還可以看出，整體而言，商業(yè)SPI凝膠強(qiáng)度均優(yōu)于未變性的自制SPI。分析其原因可能是商業(yè)SPI具有較好的乳化性(如表1所示)。商業(yè)SPI一般采用堿溶酸沉工藝，但是其往往在噴霧干燥前會(huì)采用高溫瞬時(shí)水熱處理，這種處理可能導(dǎo)致 SPI的部分變性［12］。韓麗華［13］的研究也發(fā)現(xiàn)，適度加熱預(yù)處理，可以使SPI的乳化性和乳化穩(wěn)定性提高。

表1 對(duì)照SPI與商業(yè)SPI的乳化性和乳化穩(wěn)定性Table 1 The EAI and ESI of the native SPI and commercial SPI

2.2 預(yù)乳化對(duì)混合凝膠強(qiáng)度的影響

預(yù)乳化對(duì)大豆蛋白－肌纖維蛋白混合蛋白彈性模量的影響如圖2所示。從圖中可以看出，上述混合蛋白的G'值都大約在42℃時(shí)開始增大，這是基于肌球蛋白不同部分有不同的變性溫度，此時(shí)重酶解肌球蛋白開始變性，導(dǎo)致肌球蛋白長絲的交聯(lián)。46℃時(shí)G'達(dá)到最大值后又下降，是因?yàn)槊附饧∏虻鞍纵p鏈開始變性，增加了蛋白的流動(dòng)性。55℃時(shí)G'回落到最小值后又上升，其原因很可能是形成了永久性、不可逆的肌動(dòng)球蛋白交聯(lián)體。兩種12%SPI以及SPI－MPI混合物，在20～80℃范圍內(nèi)加熱，樣品彈性模量幾乎都沒有顯著變化，這個(gè)結(jié)果暗示，對(duì)于SPI而言，80℃溫度加熱不足以形成強(qiáng)凝膠;而對(duì)于SPI－MPI體系，由于體系中MPI濃度低，形成凝膠骨架弱，而6%的SPI本身不足以形成凝膠，由于其變性溫度較高，也不足以在80℃以下溫度促進(jìn)混合蛋白凝膠的形成。

圖2 預(yù)乳化對(duì)混合蛋白彈性模量的影響Fig.2 The effect of the pre－emulsification on the storage modulus of SPI and MPI

無論是對(duì)照SPI還是商業(yè)SPI，預(yù)乳化的12%SPI的彈性模量顯著上升;乳化SPI－MPI的產(chǎn)物性能與4%MPI非常接近，其中乳化對(duì)照SPI－MPI混合體系其加熱曲線與4%MPI非常相似，盡管最終G'略低;而乳化商業(yè)SPI－MPI混合體系盡管彈性模量曲線和4%MPI不盡相似，但是最終G'極為接近。上述結(jié)果說明，乳化后的油脂能夠增強(qiáng)蛋白凝膠性質(zhì)，預(yù)乳化可以極大提升大豆蛋白的G'，從而促使預(yù)乳化的12%SPI與4%MPI 1∶1的混合凝膠在80℃的G'接近于 4%MPI的 G'。Xiong 和 Kinsella［6］等人的研究也得到類似結(jié)果，在以牛奶為基礎(chǔ)的凝膠中，利用乳清蛋白乳化豬油，提高了牛奶體系的彈性模量。

預(yù)乳化對(duì)大豆蛋白－肌纖維蛋白混合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響如圖3所示，預(yù)乳化能夠顯著提高SPIMPI混合凝膠的凝膠強(qiáng)度，商業(yè)SPI對(duì)混合凝膠的凝膠強(qiáng)度的增強(qiáng)效應(yīng)顯著高于未變性的對(duì)照SPI，與MPI的凝膠強(qiáng)度接近。這個(gè)結(jié)果進(jìn)一步說明，乳化后的油脂能夠增強(qiáng)蛋白凝膠的強(qiáng)度，利用SPI預(yù)乳化油脂，可以大幅度提升 SPI－MPI混合凝膠的強(qiáng)度。Xiong［14］等人證實(shí)了利用肌原纖維蛋白乳化豬油等四種油脂，能顯著提高雞肉肌原纖維蛋白的凝膠強(qiáng)度。同時(shí)該結(jié)果也暗示，經(jīng)過熱處理有部分變性的商業(yè)SPI可能由于其具有更強(qiáng)的乳化效應(yīng)而使混合凝膠的產(chǎn)物凝膠強(qiáng)度優(yōu)于未變性的SPI的效應(yīng)。

圖3 預(yù)乳化對(duì)混合蛋白凝膠強(qiáng)度的影響Fig.3 The effect of pre－emulsification on the gels strength of the mixed gels of SPI and MPI

2.3 預(yù)乳化對(duì)混合蛋白凝膠持水性的影響

預(yù)乳化對(duì)大豆蛋白－肌纖維蛋白混合蛋白持水性的影響如圖4所示，預(yù)乳化顯著提高SPI－MPI混合凝膠的持水性，從未經(jīng)過預(yù)乳化的蛋白的53%提高到了70%左右，接近4%MPI凝膠的持水性。這個(gè)結(jié)果說明預(yù)乳化對(duì)混合蛋白凝膠持水性具有提升作用，一方面，由于大豆油的添加，降低了整體的水分含量，減少水分的蒸發(fā)量;另一方面，乳化體系的存在，可以使凝膠網(wǎng)絡(luò)更為緊湊，增強(qiáng)凝膠網(wǎng)絡(luò)的毛細(xì)管作用，固定更多的水分［5］。商業(yè)SPI與未經(jīng)過熱變性的SPI的效應(yīng)從統(tǒng)計(jì)角度無顯著差異，說明原料SPI的變性與否或者熱處理與否與產(chǎn)物凝膠的持水性關(guān)聯(lián)度不大。

圖4 預(yù)乳化對(duì)混合蛋白凝膠持水性的影響Fig.4 The effect of pre－emulsification on the the WHC of the mixed gels of SPI and MPI

3 結(jié)論

預(yù)乳化處理能夠顯著提高SPI－MPI混合凝膠的性質(zhì)，商業(yè)SPI經(jīng)過預(yù)乳化后形成的商業(yè)SPI－MPI混合凝膠的凝膠強(qiáng)度和持水力更接近MPI單獨(dú)形成的凝膠強(qiáng)度和持水力，改善了SPI－MPI混合凝膠強(qiáng)度弱，持水力差的問題。研究結(jié)果表明具有較好乳化性能的SPI能夠更好的發(fā)揮預(yù)乳化在SPI－MPI混合凝膠中的作用，這也為SPI的利用提供了一種先提高SPI的乳化性，再經(jīng)過預(yù)乳化添加到肉制品中的思路和方法。

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