輻照對大豆中蛋白質(zhì)品質(zhì)的影響

張振山，劉玉蘭，王娟娟，常云彩

（1.河南工業(yè)大學糧油食品學院，河南鄭州 450001；2.河南省科學院同位素研究所有限責任公司，鄭州市核農(nóng)學重點實驗室，河南省輻射加工工程研究中心，河南鄭州450015）

大豆是我國植物蛋白的主要原料，在我國國民經(jīng)濟中占有重要的地位。大豆中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物及無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，而這些營養(yǎng)物質(zhì)是微生物生長繁殖的天然培養(yǎng)基，一旦儲藏條件適宜微生物的生長，微生物就會迅速的繁殖生長，進而影響大豆的安全儲藏，導致大豆品質(zhì)劣變，還可能產(chǎn)生一些毒素，嚴重影響它的食用價值[1]。食品輻照技術(shù)是利用放射源產(chǎn)生的射線對食品進行非熱加工的新技術(shù)。其原理是射線與物質(zhì)相互作用后，將其部分能量傳遞給物質(zhì)的原子或分子，使原子變成離子，離子通過電離輻射在食品中產(chǎn)生的輻射物理、化學和生物學效應(yīng)，達到殺菌、殺蟲、消毒、防腐和防霉的作用，從而延長食品的保質(zhì)期、提高食品的質(zhì)量[2]。通常，輻照劑量不超過10kGy時，輻照過的食品被認為是安全衛(wèi)生的[3]。但是，越來越多的研究開始關(guān)注于高劑量輻照對食品營養(yǎng)及安全方面的影響[4-5]。然而，目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)高劑量的輻照對大豆蛋白功能特性影響的研究。本實驗主要利用60Co γ射線研究不同輻照劑量和儲存時間對大豆中蛋白含量、溶解性、吸水性、吸油性、乳化性以及乳化穩(wěn)定性的影響。為輻照技術(shù)在大豆加工儲藏方面的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆 購于鄭州農(nóng)貿(mào)市場，為2011年收獲的國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆，含水量為10.2%，含雜量小于1%；大豆一級油 中糧北海糧油工業(yè)有限公司，購于鄭州丹尼斯超市；正己烷、無水乙醇、濃硫酸、硫酸鉀、硫酸銅等試劑 均為分析純。

HWS-250恒溫恒濕箱 上海精宏實驗設(shè)備有限公司；FW-80萬能粉碎機 北京永光明醫(yī)療儀器有限公司；HH-4數(shù)顯攪拌水浴鍋 上海維誠儀器有限公司；FA25高速切乳化機 上海弗克流體機械制造有限公司；YXQ-LS-50G立式壓力蒸汽滅菌器 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；Kjeltec2300凱氏定氮儀 丹麥福斯集團；LD5-10低速離心機 北京京立離心機有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆輻照加工 大豆輻照委托河南省科學院同位素研究所進行加工。準確稱取1500g大豆，用自封袋密封，用60Co γ射線在一定輻照劑量下進行輻照處理，輻照劑量分別設(shè)為0、10、20kGy。

1.2.2 大豆的儲存 不同輻照劑量處理過的大豆，置于恒溫培養(yǎng)箱中儲存，儲存溫度28℃，儲存時間20d。每隔5d取樣200g進行大豆?jié)饪s蛋白制備并對濃縮蛋白特性進行測定。

1.2.3 霉菌總數(shù)的測定 大豆中霉菌總數(shù)的測定，參照國家標準GB/T 4789.16-2003進行。

1.2.4 濃縮蛋白的制備 輻照后的大豆用萬能粉碎機粉碎，過100目篩，篩下物用正己烷脫脂，脫脂粕離心分離后，自然風干至無溶劑氣味。濃縮蛋白的制備參照劉玉蘭等[6]報道的方法并略作修改，取一定量干燥后的脫脂粕與65%的乙醇溶液混合（固液比1∶7），在提取溫度50℃下，攪拌提取60min后，真空抽濾分離。分離后的蛋白粉與90%的乙醇溶液混合（固液比1∶7），在提取溫度70℃下，攪拌提取60min后，真空抽濾分離。分離出的大豆粕即為大豆?jié)饪s蛋白，自然干燥脫溶后，密封放入-20℃冰箱待用。

1.2.5 粗蛋白含量的測定 大豆中粗蛋白含量的測定，參照國家標準GB/T 14489.2-2008進行。

1.2.6 氮溶解指數(shù)（NSI）的測定 大豆中蛋白氮溶解指數(shù)的測定，參照AACC 46-23方法進行。

1.2.7 吸水性的測定[7]準確稱取0.2g濃縮蛋白，置于10mL離心管中。加入6mL蒸餾水，振蕩1min后靜置10min。然后在1600r/min下離心25min，除去澄清水。吸水性（WHC）以每克蛋白結(jié)合水的克數(shù)表示。

1.2.8 吸油性的測定[8]準確稱取1.0g濃縮蛋白，置于10mL離心管中。加入5mL一級大豆油，每5min振蕩30s，30min后在1600r/min下離心25min，棄去上層未吸附油。吸油性（OAC）以每克蛋白吸油的克數(shù)表示。1.2.9 乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定[9]精確稱取1.0g大豆?jié)饪s蛋白到100mL燒杯中，加入20mL蒸餾水，調(diào)節(jié)pH為7.0，再加入20mL一級大豆油，均質(zhì)1min（1500r/min），放入離心機中離心5min（1300r/min），取出離心管，觀察乳化情況，記錄乳化層高度及管中液體總高度，計算乳化能力（EA），見式（1）。

將上述離心管置于80℃水浴中加熱30min后，用自來水冷卻至室溫，再次離心5min，記下乳化層高度及管中液體總高度，計算乳化穩(wěn)定性（ES），見式（2）。

式中：H0-離心管中乳化層的高度；H-離心管中液體總高度。

式中：H1-加熱冷卻后管中乳化層高度；H2-加熱冷卻后管中液體總高度。

1.2.10 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 利用SPSS（V16.0）統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析，測定結(jié)果表示為平均數(shù)（n≥3），采用ANOVA檢驗對影響因素進行顯著性分析，以p＜0.05為顯著性水平。

2 結(jié)果與討論

2.1 輻照對霉菌總數(shù)的影響

圖1 輻照劑量和儲存時間對菌落數(shù)的影響Fig.1 Effect of irradiation dose levels and storage time on the number of colonies

從圖1可以看出，輻照對大豆中的菌落數(shù)具有顯著的影響（p＜0.01），隨著輻照劑量的加大，菌落數(shù)顯著減少，這說明輻照具有很好的殺菌保鮮效果。10kGy和20kGy輻照后的大豆，菌落總數(shù)差別不大，這是因為10kGy的輻照量已經(jīng)可以殺死附著于大豆表面的大部分微生物，單就保鮮而言，大豆輻照劑量不應(yīng)超過10kGy。

同時，可以看出，在貯藏前10d內(nèi)，菌落數(shù)的增加量較小，變化平緩；在貯藏時間超過10d后，檢測的菌落數(shù)量驟然上升，變化幅度較大，特別是未經(jīng)輻照的大豆，變化趨勢尤為明顯。對實驗結(jié)果進行回歸分析發(fā)現(xiàn)，菌落數(shù)隨儲存時間呈指數(shù)增加。

2.2 輻照對蛋白質(zhì)含量的影響

圖2 輻照劑量和儲存時間對蛋白質(zhì)含量的影響Fig.2 Effect of irradiation dose levels and storage time on crude protein content

從圖2可以看出，隨著儲存時間的延長，大豆中粗蛋白干基含量不斷增加。這一方面可能是由于儲存過程中，大豆上的霉菌分解了碳水化合物等營養(yǎng)成分，造成干物質(zhì)總量的減少。另一方面，則可能是由于霉菌繁殖過程中吸收了空氣中的N2產(chǎn)生了非蛋白氮，而粗蛋白檢測是以測定原料含氮量為基礎(chǔ)。此外，霉菌的分解作用也會使結(jié)合蛋白得到更多的釋放。這一研究結(jié)果與已有報道的結(jié)果相符[10]。

同時，從圖2還可以看出，隨著輻照劑量的增加，粗蛋白干基含量不斷降低。這可能是由于輻照殺死了大豆中的霉菌，而且輻照劑量越大，殺菌效果越好；霉菌數(shù)量的減少，使由霉變造成的干物質(zhì)損耗量也越少。

2.3 輻照對大豆NSI的影響

圖3 輻照劑量和儲存時間對大豆NSI的影響Fig.3 Effect of irradiation dose levels and storage time on nitrogen solubility index

從圖3可以看出，隨著儲藏時間的延長，大豆中蛋白的NSI值略有降低，這主要是因為霉變對蛋白質(zhì)品質(zhì)產(chǎn)生了影響。通常霉變程度越高，蛋白質(zhì)的溶解度越低[11]。同時，從圖3中還可以看出，輻照后大豆蛋白的NSI值明顯提高。這可能是由于適量的輻照可以破壞分子間的非共價鍵，從而使不溶性蛋白轉(zhuǎn)化為可溶性蛋白。但是，與輻照劑量10kGy相比，輻照劑量20kGy下所得大豆的NSI略低。這一方面可能是由于高劑量的輻照導致蛋白質(zhì)變性，以及蛋白質(zhì)分子聚合；另一方面可能是由于輻照導致蛋白質(zhì)與其他成分之間發(fā)生了美拉德反應(yīng)[12-13]。

2.4 輻照對蛋白吸水性的影響

圖4 輻照劑量和儲存時間對蛋白吸水性的影響Fig.4 Effect of irradiation dose levels and storage time on the water absorption of protein

從圖4可以看出，輻照對大豆蛋白的吸水性并沒有顯著的影響（p＞0.05），與未輻照的大豆相比，輻照后的大豆所得濃縮蛋白的吸水性略有降低。這可能是由于輻照使得蛋白結(jié)構(gòu)展開，使原本隱藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水性基團暴露出來，導致可用于約束水的極性氨基減少[12]。另外，輻照引起蛋白分子聚集也會導致吸水性的降低。同時，從圖4還可以看出，隨著儲存時間的延長，蛋白的吸水性略有降低。這可能是由于霉變導致蛋白質(zhì)變性引起的。

2.5 輻照對蛋白吸油性的影響

圖5 輻照劑量和儲存時間對蛋白吸油性的影響Fig.5 Effect of irradiation dose levels and storage time on the oil absorption of protein

從圖5可以看出，輻照處理后的大豆所制備的濃縮蛋白吸油性顯著提高（p＜0.05）。這可能是由于輻照使得蛋白質(zhì)分子間的二硫鍵發(fā)生斷裂，形成巰基，使疏水性基團暴露，從而吸油性有所增加[7]，莫耽等在研究輻照對大豆中分離蛋白功能特性影響時得到了與此相似的結(jié)果。同時，從圖5中還可以看出，在儲存時間低于10d時，蛋白的吸油性隨儲存時間的延長而顯著增加。這可能是由于霉菌活動分解了碳水化合物，使制備的濃縮蛋白具有更高的蛋白質(zhì)含量，蛋白質(zhì)含量的增加使?jié)饪s蛋白的吸油性提高。隨著儲存時間的繼續(xù)延長，盡管蛋白質(zhì)含量有所提升，但是，更多的蛋白質(zhì)發(fā)生變性抵消了吸油性增長的部分。

2.6 輻照對蛋白乳化性的影響

圖6 輻照劑量和儲存時間對蛋白乳化性的影響Fig.6 Effect of irradiation dose levels and storage time on protein emulsification

從圖6可以看出，輻照有助于提高大豆蛋白的乳化性，然而過高的輻照劑量又會使大豆蛋白的乳化性降低。這可能是由于輻照加工使原本隱藏在蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團暴露出來，進而增強了疏水性多肽部分與油脂類的結(jié)合，以及極性基團與水的結(jié)合，最終導致濃縮蛋白乳化性的增強[14]。隨著輻照劑量的繼續(xù)增加，蛋白質(zhì)分子發(fā)生聚集，蛋白質(zhì)乳化性開始降低。霉變會導致蛋白質(zhì)發(fā)生變性，因此，隨著儲存時間的延長，蛋白乳化性逐漸降低。

2.7 輻照對蛋白乳化穩(wěn)定性的影響

從圖7可以看出，輻照對大豆蛋白乳化穩(wěn)定性的影響和其對大豆蛋白乳化性的影響相似。與未輻照的相比，經(jīng)過10kGy輻照的大豆其蛋白的乳化穩(wěn)定性提高了約4.5%，經(jīng)過20kGy輻照的大豆其蛋白的乳化穩(wěn)定性提高了約3.3%。這說明適量的輻照有助于提高大豆蛋白的乳化穩(wěn)定性，這一結(jié)果與已有的報道[7]相符。同時，研究表明，隨著大豆霉變程度的加深，濃縮蛋白的乳化穩(wěn)定性逐漸降低。因此，利用大豆蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性可以衡量輻照處理大豆的品質(zhì)。

圖7 輻照劑量和儲存時間對蛋白乳化穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of irradiation dose levels and storage time on emulsion stability of protein

3 結(jié)論

適當劑量的輻照處理，可以有效地殺死大豆中的霉菌，延長大豆的保質(zhì)期。輻照處理后的大豆其蛋白質(zhì)除吸水性有所降低之外，其他功能特性如，氮溶指數(shù)、吸油性、乳化性以及乳化穩(wěn)定性等均有所提高。但是，過量的輻照處理，會對大豆的品質(zhì)造成損害，使其功能特性指標降低。研究結(jié)果還表明，隨著儲存時間的延長，輻照過的大豆其蛋白質(zhì)功能特性變化趨勢與未輻照的大豆一致。

[1]曹毅，崔國華.大豆安全儲藏技術(shù)綜論[J].糧食儲藏，2005，34（3）：17-18.

[2]宋衛(wèi)東，張宏娜，陳海軍，等.γ輻照在食品加工中的作用及應(yīng)用[J].食品工業(yè)科技，2011，32（9）：454-457.

[3]劉瓊英.食品輻照技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀及前景[J].華南農(nóng)業(yè)大學學報，1998，19（1）：107-112.

[4]Farag M D E H.The nutritive value for chicks of full-fat soybeans irradiated at up to 60kGy[J].Animal Feed Science and Technology，1998，73（3/4）：319-328.

[5]Shawrang P，Nikkhah A，Zare-Shahneh A，et al.Effects of gamma irradiation on protein degradation of soybean meal in the rumen[J].Animal Feed Science and Technology，2007，134（1/2）：140-151.

[6]劉玉蘭，汪學德，丁莉.利用高溫豆粕生產(chǎn)醇洗大豆?jié)饪s蛋白的研究[J].中國油脂，2007，32（11）：36-39.

[7]莫耽，黃行健，段雅慶，等.輻照對大豆分離蛋白功能特性影響[J].食品科學，2011，32（1）：52-55.

[8]Guil-Guerrero J L，Navarro-Juárez R，López-Martínez J C，et al.Functional properties of the biomass of three microalgal species[J].Journal of Food Engineering，2004，65（4）：511-517.

[9]張梅，周瑞寶，米宏偉.醇法大豆?jié)饪s蛋白物理改性研究[J].糧食與油脂，2003（8）：3-5.

[10]劉玉蘭，汪學德.對品質(zhì)受損大豆加工陳品質(zhì)量的研究及評價[J].中國糧油學報，2007，22（6）：50-54.

[11]陳喜斌，丁斌鷹，陳宏.豆粕霉變過程中品質(zhì)變化規(guī)律的研究[J].中國糧油學報，2003，18（1）：65-69.

[12]Abu J O，Muller K，Duodu K G，et al.Functional properties of cowpea（Vigna unguiculata L.Walp）flours and pastes as affected by γ irradiation[J].Food Chemistry，2005，93（1）：103-111.

[13]Abu J O，Muller K，Duodu K G，et al.Gamma irradiation of cowpea（Vigna unguiculata L.Walp）flours and pastes：Effects on functional，thermaland molecularpropertiesofisolated proteins[J].Food Chemistry，2006，95（1）：138-147.

[14]Kato A，Osako Y，Matsudomi N，et al.Changes in the emulsifying and foaming properties of proteins during heat denaturation[J].Agricultural and Biological Chemistry，1983，47（1）：33-37.