熱變性和凝固條件對大豆蛋白酸凝膠特性的影響研究

成玉梁 花榜清 吳超義 錢和，2

1（食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122）2（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

熱變性和凝固條件對大豆蛋白酸凝膠特性的影響研究

成玉梁1，2*花榜清1吳超義1錢和1，2

1（食品科學與技術國家重點實驗室，江蘇無錫214122）2（江南大學食品學院，江蘇無錫214122）

通過研究大豆蛋白葡萄糖酸內酯（GDL）誘導酸凝膠制備過程中熱變性階段的溫度和時間，考慮對凝膠強度、楊氏模量和凝膠保水性的綜合影響，得出熱變性的最佳條件是將大豆蛋白溶液加熱至90℃并持續(xù)加熱30 min；同時，考慮凝固保溫條件對上述凝膠特性的綜合影響，得出凝固階段最佳條件是在90℃下保溫30 min。在該熱變性和凝固條件下，大豆蛋白酸凝膠具備較理想的凝膠強度、楊氏模量和保水性。

大豆蛋白；葡萄糖酸內酯；熱變性；凝固

凝膠性是大豆蛋白的重要功能特性之一。大豆蛋白溶液只要達到一定質量濃度（8%以上），通過加熱再冷卻即可形成凝膠體。如果大豆蛋白溶液質量濃度低于8%，僅僅用加熱的方法不能形成凝膠，只能形成所謂的“前凝膠”，此時采用二價金屬鹽、酸以及酶等方式可誘導大豆蛋白形成膠凝。葡萄糖酸內酯（Glucono-δ-lactone，簡稱GDL），是目前最常用的一種酸類凝固劑。GDL在加熱的情況下遇水會水解成葡萄糖酸，從而降低體系的pH至大豆蛋白的等電點附近，大豆蛋白聚集并形成具有細致、緊密網(wǎng)絡結構的酸凝膠。

本文主要研究凝膠制備過程中熱變性和凝固階段操作條件和參數(shù)的選擇對GDL誘導大豆蛋白凝膠性質的具體影響，探討凝膠制備過程中階段處理溫度和時間對凝膠強度、楊氏模量及保水性的影響及其作用機理，為進一步深入研究大豆蛋白酸凝膠的制備技術提供理論和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆分離蛋白粉，蛋白質含量＞80%，不二富吉科技有限公司；葡萄糖酸內酯（GDL），江西新黃海醫(yī)藥食品化工有限公司。

APV1000高壓均質機，APV公司；ZNCL S智能恒溫磁力攪拌器，河南省鞏義市英峪儀器廠；電子恒溫水浴鍋，上海虞龍儀器設備有限公司；XTPlus物性測試儀，英國TA公司；電子精密天平，奧豪斯國際貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆分離蛋白凝膠的制備

準確稱取一定量大豆分離蛋白于燒杯中，按一定比例加入去離子水，用玻棒攪拌進行初步溶解，然后置于磁力攪拌器上攪拌30 min至充分溶解，放入4℃冰箱中隔夜靜置，穩(wěn)定。

將蛋白溶液置于水浴鍋中加熱變性一定時間，取出后立即進行冰浴冷卻。將配置好的GDL溶液迅速倒入經(jīng)加熱變性的蛋白溶液中，攪拌均勻，用保鮮膜封口，置于水浴鍋中凝固保溫一定時間。凝膠形成后，取出置于冰浴中30 min，存放于4℃冰箱中待測。

1.2.2 大豆分離蛋白凝膠強度的測定及計算方法

凝膠強度為凝膠破裂所需的應力(g)。將裝有待測凝膠樣品的燒杯置于測試平臺，調整使探頭對準樣品中心位置以測定大豆分離蛋白的凝膠強度。測定條件：P/0.5探頭，測前速度2 mm/s，測定速度1 mm/s，測后速度10 mm/s，自動觸發(fā)，觸發(fā)力5 g，最大位移10 mm。

1.2.3 楊氏模量的計算

楊氏模量(Young's modulus)為表征凝膠抵抗形變能力的物理量。

楊氏模量：E=δ/ε

表觀破斷應力：δ=[（9.81×F）/πr2]×10-6，

表觀破斷應變：ε=（a/h）×100%，

式中：F——破斷應力，g；

r——探頭半徑，mm；

a——破斷應變，mm；

h——凝膠高度，mm。

1.2.4 大豆分離蛋白凝膠保水性的測定

取一小塊凝膠，稱重（W1），將其置于離心管中，在20℃下4 000 r/min離心10 min，濾去離心析出的水分，稱重（W2），置于105℃干燥6 h，再次對豆腐樣品進行稱重（W3）。

凝膠保水性：WHC＝（W2-W3）/（W1-W3）×100%，

式中：WHC——凝膠保水性，%；

W1——凝膠初始質量，g；

W2——離心后質量，g；

W3——干燥至恒重后質量，g。

2 結果與分析

2.1 熱變性條件對大豆蛋白凝膠性的影響

將配制的6%的蛋白溶液在85℃（20 min、30 min、40 min、50 min、60 min）、90℃（10 min、20 min、30 min、40 min、50 min）、95℃（10 min、15 min、20 min、25 min、30 min）下加熱，然后取出冰浴30 min后加入0.6%的葡萄糖酸內酯，攪拌均勻，置于90℃水浴中保溫30 min制備凝膠，取出冰浴30 min后放入4℃冰箱中保存，隔夜取出，放置至室溫，測其質構特性和保水性，并計算楊氏模量。

2.1.1 熱變性條件對大豆分離蛋白凝膠強度的影響

熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠強度的影響結果如圖1所示。

圖1 熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠強度的影響

由圖1可見，在85℃～95℃范圍內，隨著加熱溫度的增加，大豆蛋白凝膠強度提高，85℃時形成的凝膠強度很低，90℃加熱與95℃加熱對大豆蛋白凝膠的強度大致相同。加熱的主要目是使蛋白分子的巰基基團以及疏水區(qū)域充分暴露，有利于凝膠化過程中蛋白分子之間能夠充分作用和聚集。有研究得出，大豆蛋白主要組分大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的變性溫度分別在90℃和70℃左右。由此可得出，85℃時可能主要是β-伴大豆球蛋白發(fā)生變性，其對凝膠強度的貢獻遠低于大豆球蛋白（90℃以上變性）。大豆蛋白溶液在90℃熱變性30 min與95℃熱變性15 min相比，凝膠的強度大致相同。

有研究得出大豆蛋白溶液凝固過程中蛋白質巰基含量和表面疏水性的變化會直接表現(xiàn)為凝膠強度的變化，不同的加熱方式得到的產(chǎn)品凝膠強度也不同。從圖1可以看出，隨著加熱變性時間的延長，大豆蛋白凝膠強度都是呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當大豆蛋白溶液在90℃下加熱30 min時，大豆蛋白凝膠強度最大。李里特等對豆?jié){在不同加熱條件下，豆?jié){中蛋白質表面疏水性和巰基含量進行了研究，得出豆?jié){蛋白表面疏水性的增加和巰基含量的增多可以增加豆腐凝膠強度的結論。因此加熱過程中，蛋白質表面疏水性和巰基含量變化是影響本次試驗結果的關鍵因素。

2.1.2 熱變性條件對大豆分離蛋白凝膠楊氏模量的影響

熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠楊氏模量的影響結果如圖2所示。

圖2 熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠楊氏模量的影響

楊氏模量綜合表征了大豆蛋白凝膠的硬度和彈性，結合凝膠強度來探究大豆蛋白凝膠的質構。大豆蛋白凝膠的楊氏模量隨加熱變性溫度和時間的變化與凝膠強度隨加熱變性溫度和時間的變化趨勢大體相似。從圖2可以看出，當大豆蛋白溶液在90℃下加熱30 min時，制成的大豆蛋白凝膠楊氏模量最大。

2.1.3 熱變性對大豆分離蛋白凝膠保水性的影響

熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠保水性的影響結果如圖3所示。

一般情況下，凝膠的保水性越好，產(chǎn)品的得率越高，水損失越少，營養(yǎng)成分的損失也越少，因此，保水性是大豆蛋白凝膠的重要指標之一。從圖3中可以看出，不同加熱參數(shù)下，凝膠的保水性也隨之發(fā)生變化，當大豆蛋白溶液在90℃加熱30 min有最大值。結合不同加熱參數(shù)對凝膠強度的影響結果，可以推測豆腐的保水性變化與豆腐網(wǎng)狀結構的緊密度有關。因此，制備大豆蛋白凝膠的加熱條件選為90℃條件下加熱30 min。

圖3 熱變性溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠保水性的影響

2.2 凝固條件對大豆蛋白凝膠性的影響

將配制的6%的蛋白溶液在90℃下加熱30 min，然后取出冰浴30 min后加入0.6%的葡萄糖酸內酯，攪拌均勻，分別置于70℃（20min、30min、40min、50 min、60 min、70 min、80 min、90 min、100 min、110 min）、80℃（15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min、55 min、60 min）、90℃（10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min、55 min）、100℃（5 min、10 min、15 min、20 min、25 min、30 min、35 min、40 min、45 min、50 min）的條件下保溫制備凝膠，取出冰浴30 min后放入4℃冰箱中保存，隔夜取出，放置至室溫，測定其質構特性和保水性，并計算楊氏模量。

2.2.1 凝固條件對大豆分離蛋白凝膠強度的影響

凝固溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠強度的影響如圖4所示。

圖4 凝固溫度和時間對大豆分離蛋白凝膠強度的影響

經(jīng)數(shù)據(jù)分析可知，90℃時大豆蛋白凝膠強度明顯較大，此外，當凝固溫度為100℃時，會使凝膠凝固過程中產(chǎn)生小氣泡，導致產(chǎn)品品質下降。因此，凝固溫度選90℃較合適。從試驗結果來看，30 min內凝固時間的增加對大豆蛋白凝膠強度有顯著影響。其中，隨著凝固溫度的升高，凝膠強度變大；隨著凝固時間的延長，凝膠強度增強，但30 min之后凝膠強度的增加趨緩，原因可能是在此情況下維系支撐蛋白凝膠網(wǎng)絡結構的作用力趨于平衡。因此，綜合考慮凝固階段時間對大豆蛋白凝膠強度的影響以及能耗問題，制作大豆蛋白凝膠時凝固時間選為30 min，保溫溫度為90℃。

2.2.2 凝固條件對大豆分離蛋白凝膠楊氏模量的影響

凝固溫度和時間對大豆蛋白凝膠楊氏模量的影響結果如圖5所示。

圖5 凝固溫度和時間對大豆蛋白凝膠楊氏模量的影響

大豆蛋白凝膠的楊氏模量隨凝固溫度和時間的變化與凝膠強度隨凝固溫度和時間的變化趨勢大體相似，在凝固時間30 min～60 min之間時，70℃時凝膠的楊氏模量比80℃時的大，而凝膠強度比80℃時的小，原因可能是70℃時凝膠的彈性較大。由圖5可以看出，90℃時，大豆蛋白凝膠的楊氏模量一直較大，且30 min后變化不是很明顯，所以考慮凝固條件對大豆蛋白凝膠楊氏模量的影響時，選擇90℃條件下保溫30 min作為凝固條件。

2.2.3 凝固條件對大豆分離蛋白凝膠保水性的影響

凝固溫度和時間對大豆蛋白凝膠保水性的影響結果如圖6所示。

由圖6分析可知，在前30 min內，凝固溫度越高，凝膠的保水性越差，而凝膠強度和楊氏模量卻越來越大，這說明蛋白的凝膠網(wǎng)絡結構不是影響凝膠保水性的唯一因素。在30 min時，不同凝固溫度下的凝膠保水性基本相同；30 min后大豆蛋白凝膠的保水性變化較大。90℃的凝固溫度下，大豆蛋白凝膠的保水性變化較小。因此，綜合考慮凝固條件對大豆蛋白凝膠質構和保水性的影響，宜選擇90℃保溫30 min作為凝固條件。

圖6 凝固溫度和時間對大豆蛋白凝膠保水性的影響

3 結論

本文以大豆蛋白酸凝膠凝膠強度、楊氏模量和凝膠保水性為綜合評價指標，探討凝膠制備過程中熱變性和凝固條件對凝膠特性的影響。通過試驗研究得出，制備大豆蛋白酸凝膠時最佳熱變性溫度是90℃，加熱時間30 min；最佳凝固條件是在90℃下保溫30min。在此熱變性和凝固條件下，大豆蛋白酸凝膠具備較理想的凝膠強度、楊氏模量和保水性。

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Effect ofheat denaturation and coagulation procedure on the acid-induced soybean protein gel

CHENGYu-liang1，2*HUA Bang-qing1WUChao-yi1QIANHe1，2

1（State key laboratory of food science and technology，Jiangnan university，Jiangsu Wuxi 214122，China）

2（School of food science and technology，Jiangnan university，Jiangsu Wuxi 214122，China）

Herein the temperature and time scale of both heat denaturation and coagulation steps of lab-making of acid-induced SPI gel were investigated,in consideration of gel properties such as gel strength，Young's modulus and water-holding capacity.Finally,the optimal results were obtained as the Soybean protein solution was heated at 90℃for 30 min for appropriate protein denaturation and coagulated at 90℃for 30 min.

soybean protein；glucono-δ-lactone（GDL）；heat denaturation；coagulation

TS214

A

1673-6044（2014）03-0044-04

10.3969/j.issn.1673-6044.2014.03.014

*成玉梁，男，1980年出生，2006年畢業(yè)于江南大學食品科學與工程專業(yè)，碩士，工程師。

2014-08-06