改性大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白共混體系乳化性及凝膠性研究

梁 婧 王中江 李 丹 李 楊 李秋慧 江連洲

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

改性大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白共混體系乳化性及凝膠性研究

梁 婧 王中江 李 丹 李 楊 李秋慧 江連洲

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030）

采用熱改性、堿改性、超聲改性及輻照改性4種方法將大豆分離蛋白進(jìn)行改性處理，并建立改性大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白共混體系，對(duì)其乳化性及凝膠性進(jìn)行研究。結(jié)果表明經(jīng)熱改性的大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白共混體系的乳化性及凝膠性有顯著提高，其中乳化活性提高了12.6 m2/g，硬度和彈性分別增加了18.58 g和0.16 mm，持水性增加了22.14%。經(jīng)堿改性的SPI對(duì)混合體系的乳化性和凝膠性影響次之，而經(jīng)超聲和輻照改性的大豆分離蛋白，只對(duì)共混體系的持水性和乳化穩(wěn)定性有影響，對(duì)質(zhì)構(gòu)性和乳化活性影響不顯著。

肌原纖維蛋白 改性大豆分離蛋白 亞基解離 乳化性 凝膠性

大豆分離蛋白（SPI）是一種優(yōu)質(zhì)的植物性蛋白，其膽固醇含量低，營養(yǎng)價(jià)值高，備受消費(fèi)者的青睞。近幾年來，隨著大豆蛋白經(jīng)濟(jì)價(jià)值與功能特性研究的不斷深入，以及消費(fèi)者對(duì)肉制品健康需求的增加，大豆分離蛋白已廣泛應(yīng)用于肉制品（午餐肉、乳化香腸、火腿腸等）中。蛋白受熱聚集形成凝膠是腸類制品必要的加工過程。肌原纖維蛋白（MP）是熱加工肉制品中形成凝膠最主要的成分［1］，其占肉蛋白的50%～55%。大豆蛋白能直接與肉蛋白作用，占據(jù)凝膠基質(zhì)或凝膠的細(xì)胞間隙［2］。大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白的交互作用能改變?nèi)獾鞍椎慕Y(jié)構(gòu)，引起肉制品功能特性的改變。

然而，有研究表明低變性大豆分離蛋白由于其變性溫度比低溫肉制品常規(guī)加熱溫度低，不利于SPI與肌肉蛋白之間的交互作用，并且難以發(fā)揮SPI對(duì)肌肉蛋白凝膠性能的輔助與提高的積極作用［3－4］。還有一些研究表明大豆蛋白能改善肌原纖維蛋白的凝膠性，取決于大豆蛋白的特性［5］。因此，為促進(jìn)肌原纖維蛋白與大豆分離蛋白的交互作用，本試驗(yàn)將大豆分離蛋白進(jìn)行改性（熱改性、堿改性，機(jī)械處理、輻照處理），以制備改性大豆分離蛋白與肌原纖維蛋白共混體系，比較研究混合蛋白的功能性及其凝膠性，進(jìn)一步提高大豆分離蛋白在肉制品工業(yè)中的應(yīng)用潛能，實(shí)現(xiàn)大豆分離蛋白功能性的綜合應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮豬里脊肉：市售；商業(yè) SPI：黑龍江省哈爾濱高科技（集團(tuán)）股份有限公司；葵花籽油：山東魯花集團(tuán)有限公司；氯化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氯化鎂、EGTA等：均為分析純，哈爾濱市四葉草生物藥品公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高速勻漿機(jī)：Ultra Turrax T25 BASIS；臺(tái)式低速離心機(jī)：LDZ5－2型，上海安亭科學(xué)儀器廠；超聲細(xì)胞破碎儀：JY92－ⅡN，北京泰亞賽?？萍及l(fā)展有限責(zé)任公司；微波爐：格蘭仕 G80W23ESL－V9；pHS－25型酸度計(jì)：上海偉業(yè)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 肌原纖維蛋白的提取

根據(jù)Xiong等［6］的方法，豬里脊肉切碎稱重，4倍體積的分離緩沖液（0.1 mol/LNaCl，10mmol/L磷酸鹽緩沖液，2 mmol/L MgCl2，1 mmol/L EGTA，pH 7.0），在組織搗碎機(jī)中充分?jǐn)匕杌靹颍?00mL離心管3 500 g，4℃條件下離心15 min，得到肌原纖維沉淀，用相同的緩沖液重復(fù)2遍，然后用 0.1 mol/L NaCl溶液再重復(fù)2遍，即得到肌原纖維蛋白分離物，4℃保存，48 h內(nèi)使用。

1.3.2 大豆分離蛋白的改性

熱改性：天然大豆分離蛋白［SPI（N）］用10倍體積的水復(fù)溶，pH調(diào)節(jié)到7，95℃加熱30 min，冷凍干燥，得到熱改性大豆分離蛋白［SPI（95℃）］。

堿改性：天然大豆分離蛋白用10倍體積的水復(fù)溶，pH調(diào)節(jié)到10，攪拌60 min，冷凍干燥，得到堿改性大豆分離蛋白［SPI（pH10）］。

超聲改性：天然大豆分離蛋白用10倍體積的水復(fù)溶，pH調(diào)節(jié)到7，超聲處理（400 W，20 min），冷凍干燥，得到超聲改性大豆分離蛋白［SPI（U）］。

輻照改性：天然大豆分離蛋白，經(jīng)輻照處理（8劑量），得到輻照改性大豆分離蛋白［SPI（I）］。

1.3.3 共混體系及其凝膠制備

MP∶SPI＝4∶1，溶解在 0.6 mol/L NaCl，50 mmol/L磷酸鹽緩沖溶液中，總蛋白濃度為40 mg/mL，磁力攪拌30 min，即得共混體系。共混體系于80℃水浴加熱30 min制備凝膠，4℃隔夜。

1.3.4 質(zhì)構(gòu)性測定

使用質(zhì)構(gòu)儀測定混合蛋白凝膠的硬度及彈性。設(shè)定主要參數(shù)：探頭類型為P/0.5，測前速度為1.0 mm/s，測定速度為 0.5 mm/s，測后速度為 1.0 mm/s，測定距離為5.0 mm，觸發(fā)力為5 g，觸發(fā)類型為自動(dòng)，數(shù)據(jù)獲得速度為200 pps。

1.3.5 流變性測定

利用流變儀，對(duì)混合蛋白樣品進(jìn)行溫度掃描。主要參數(shù)為：平板夾具直徑40 mm，最大應(yīng)變力為0.01，單頻頻率為0.1 Hz，狹縫為1 mm，以1℃ /min的速率從20℃升至80℃，每個(gè)溫度點(diǎn)的平衡時(shí)間為20 s。滴加幾滴硅油并蓋好保護(hù)蓋，防止水分蒸發(fā)。測量升溫過程中G′隨溫度變化。

1.3.6 持水性（WHC）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50 mL的離心管中，在3 500 r/min 4℃條件下離心30 min。倒掉離出的水，將離心管倒置于鋪有吸水毛巾的桌面上，15 min后稱重。

WHC＝離心后凝膠凈重/離心前凝膠凈重×100%

1.3.7 乳化性測定

用pH值7.0，0.1mol/L的磷酸鹽緩沖溶液配制100 mL質(zhì)量濃度0.1 g/mL的混合蛋白懸浮液，取30 mL蛋白液于高速勻漿機(jī)中，加入10 mL葵花籽油，20 000 r/min均質(zhì)以形成乳濁液，均質(zhì)后，分別在0 min與10 min時(shí)從底部吸取100μL分散于10 mL質(zhì)量濃度0.1 g/mL的SDS溶液中，于波長500 nm處測定吸光度（測定3次取平均值），乳化性的計(jì)算公式為：

乳化活性（EAI）＝A0×100%

乳化穩(wěn)定性（ESI）＝（A10/A0）×100%

式中：A0為0 min的吸光值；A10為10 min的吸光值。

1.3.8 掃描電鏡

混合蛋白凝膠樣品用2.5%的戊二醛固定2 h，乙醇梯度脫水，冷凍干燥，噴10 nm的金。通過掃描電鏡進(jìn)行觀察，加速電壓為10 kV，每個(gè)樣品觀察8個(gè)區(qū)域［7］。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性SPI與MP共混體系乳化性

經(jīng)不同方式改性的SPI與MP混合體系的乳化性結(jié)果見圖1。由圖1可知改性的SPI與MP共混體系的乳化活性及乳化穩(wěn)定性較未改性樣品［MP－SPI（N）］都有升高趨勢，且經(jīng)熱改性（95℃，30 min）和堿改性（pH 10）的SPI與肌原纖維蛋白共混體系的乳化活性和乳化穩(wěn)定性比其他樣品都有明顯提高，其中樣品MP－SPI（95℃）和 MP－SPI（pH10）的乳化活性分別增加 12.6 m2/g和 11.7 m2/g。

SPI經(jīng)加熱能夠使蛋白分子從天然的卷曲狀態(tài)解折疊，7S和11S的亞基解離，并形成一定量的可溶性聚集體，增強(qiáng)蛋白質(zhì)－水的相互作用；加熱還能使SPI卷曲結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一些疏水基團(tuán)暴露［8］，有效改善蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)的相互作用，導(dǎo)致乳化活性的提高。SPI經(jīng)堿處理（pH 10）能夠破壞蛋白分子的聚集體內(nèi)靜電作用，促進(jìn)蛋白微粒進(jìn)一步解離，另外蛋白微粒的極性吸濕點(diǎn)增多，導(dǎo)致與水結(jié)合能力增強(qiáng)；此外，pH處理能夠使SPI更容易解聚和解離，增強(qiáng)蛋白質(zhì)的溶解性［9］，使SPI能夠與肌原纖維蛋白更加充分的混合，增加乳化活性。樣品MP－SPI（U）和MP－SPI（I）的乳化活性分別為 8.5 m2/g和 8.2 m2/g，與 MP－SPI（N）相比，經(jīng)超聲和輻照改性的SPI對(duì)共混體系的乳化活性影響不顯著。這可能是因?yàn)榻?jīng)超聲和輻照處理的SPI不能有效改善共混體系中蛋白之－水的相互作用。但經(jīng)改性的SPI與肌原纖維蛋白共混體系的乳化穩(wěn)定性都有明顯改善，這可能是因?yàn)楦男缘腟PI能夠降低MP－SPI共混體系中水－油、水－空氣的界面張力，并使共混體系的自由能降低，從而形成更加穩(wěn)定的乳化狀態(tài)。

圖1 MP－SPI共混體系乳化性。

2.2 改性SPI與MP共混體系流變性

改性SPI與MP共混體系熱凝膠過程中，儲(chǔ)能模量（G′）在20～80℃間的變化如圖2所示。所有樣品的G′都在大約40℃左右開始升高，表明在凝膠形成初期，形成了有彈性的蛋白網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，并在大約45℃時(shí)達(dá)到最大值。進(jìn)一步加熱，G′值顯著降低并達(dá)到最小值，這是因?yàn)榧∏虻鞍纵p鏈變性導(dǎo)致流動(dòng)性增加［10－11］。G′在55℃左右第2次增加，這是由于形成了永不可逆的穩(wěn)定的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)與二硫鍵和疏水作用密切相關(guān)。

熱處理及堿處理能夠使SPI的氨基酸側(cè)鏈展開，疏水氨基酸暴露，在凝膠形成過程中，疏水交互作用增強(qiáng)，改善SPI與MP之間的作用，形成了富有彈性更加強(qiáng)大的凝膠結(jié)構(gòu)。而經(jīng)超聲及輻照處理的SPI，只是破壞了蛋白質(zhì)的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)，改善SPI的溶解性［12］，使其能與肌原纖維蛋白作用更加充分，導(dǎo)致G′值增加，但其形成的凝膠沒有樣品 MP－SPI（95℃）和MP－SPI（pH 10）形成的凝膠穩(wěn)固。

圖2 MP－SPI共混體系凝膠化過程中儲(chǔ)能模量的變化

2.3 改性SPI與MP共混體系質(zhì)構(gòu)性

硬度和彈性是衡量凝膠樣品質(zhì)構(gòu)特性的重要指標(biāo)。硬度是指樣品被壓縮所需的最大力；彈性是指樣品第一次被壓縮后恢復(fù)的距離。經(jīng)不同方式改性的SPI與MP共混體系的硬度及彈性如圖3所示。SPI經(jīng)改性能夠改善SPI－MP共混體系的硬度和彈性，其中經(jīng)熱處理和堿處理的SPI對(duì)硬度及彈性提高顯著，分別提高 18.58 g，0.16 mm及 14.64 g，0.13 mm。這與二硫鍵及疏水氨基酸含量密切相關(guān)。蛋白質(zhì)疏水氨基酸含量高，易形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；大量的巰基和二硫鍵的存在，能夠使分子間的網(wǎng)絡(luò)得到加強(qiáng)［13］。SPI經(jīng)熱處理和堿處理不但能夠促進(jìn)疏水基團(tuán)暴露，而且能使內(nèi)部的巰基暴露，促進(jìn)二硫鍵的形成及交換。大量的疏水性氨基酸及二硫鍵的存在，有利于大豆蛋白與肉蛋白之間的交互作用，形成穩(wěn)固的凝膠。95℃加熱及pH 10處理還能夠使11S亞基解離，肌球蛋白能夠與解離的堿性亞基通過疏水相互作用聚集，改善硬度和彈性。而超聲和輻照只能通過空化和極化作用改變大豆蛋白的高級(jí)結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)生小分子亞基，對(duì)MP－SPI共混體系的硬度及彈性影響不大。

圖3 MP－SPI共混體系硬度及彈性

2.4 改性SPI與MP共混體系持水性

持水性能夠影響肉制品的多汁性、嫩度、香、味等感官品質(zhì)。MP－SPI共混體系持水性結(jié)果如圖4所示，結(jié)果表明改性SPI對(duì)共混體系的持水性有顯著影響。肌肉保存水的能力，主要依靠蛋白質(zhì)分子所帶的靜電負(fù)荷以及氫鍵的作用［14－15］。大豆蛋白分子以不同方式進(jìn)行改性，能夠以不同程度破壞分子內(nèi)部的氫鍵，在與肌原纖維蛋白混合加熱形成凝膠過程中使得蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)及蛋白質(zhì)－水的作用加強(qiáng)，凝膠樣品4℃保存過程中能夠促進(jìn)新的氫鍵的形成，提高保水性。SPI在95℃加熱還能夠使11S的酸性亞基和堿性亞基解離，增加蛋白質(zhì)的靜電負(fù)荷，使MP－SPI（95℃）復(fù)合體系保水性提高最大；而SPI在pH 10的溶液中通過改變氨基酸側(cè)鏈電荷的分布，提高M(jìn)P－SPI（pH 10）的保水性。

圖4 MP－SPI共混體系持水性

2.5 改性SPI與MP混合凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀察

凝膠的微觀結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的凝膠特性密切相關(guān)?；旌系鞍啄z的微觀結(jié)構(gòu)如圖5所示，通過對(duì)MP－SPI混合蛋白凝膠電鏡圖觀察發(fā)現(xiàn)，MP－SPI（N）的蛋白質(zhì)排列雜亂，凝膠表面有不規(guī)則空洞形成，并且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)粗糙，有明顯的斷層感；MP－SPI（95℃）結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，無明顯空洞，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)致密均勻，網(wǎng)格細(xì)??；MP－SPI（pH10）結(jié)構(gòu)均勻，無明顯的斷層感，蛋白質(zhì)交聯(lián)程度大；而 MP－SPI（U）和MP－SPI（I）凝膠與 MP－SPI（N）相比結(jié)構(gòu)均勻程度增大，蛋白質(zhì)間形成交聯(lián)。

圖5 MP－SPI凝膠微觀結(jié)構(gòu)

3 結(jié)論

SPI經(jīng)加熱和堿處理能夠使疏水性氨基酸暴露，蛋白質(zhì)亞基解離，增加其與MP的作用，提高混合體系的乳化性、質(zhì)構(gòu)性及持水性。經(jīng)4種改性的SPI制成的MP－SPI混合體系中，經(jīng)熱改性的SPI對(duì)混合體系的乳化性和凝膠性影響最大，其中MP－SPI（95℃）的乳化活性提高了12.6 m2/g，硬度和彈性分別增加了18.58 g和0.16 mm，持水性增加了22.14%。經(jīng)堿改性的SPI對(duì)混合體系的乳化性和凝膠性影響次之，乳化活性提高了11.7 m2/g，硬度和彈性分別提高了14.64 g，0.13mm。而超聲和輻照機(jī)械改性，是通過空化和極化作用影響SPI的高級(jí)結(jié)構(gòu)，且對(duì)共混體系的持水性和乳化穩(wěn)定性有影響，對(duì)質(zhì)構(gòu)性和乳化活性影響不顯著。綜上所述，可知經(jīng)熱改性的SPI對(duì)MP－SPI共混體系乳化性及凝膠性影響最顯著。

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The Emulsibility and Gel Properties of the Mixed System Between Modified Soy Protein Isolates and Myofibrillar Protein

Liang Jing1Wang Zhongjiang1Li Dan1Li Yang1Li Qiuhui1Jiang Lianzhou1
（Department of Food Science，Northeast Agricultural University1，Haerbin 150030）

Soy protein isolates have been modified by preheating，alkaline－treatment，ultrasound and irradiation in the paper.A mixed system between modified soy protein isolates and myofibrillar protein were made to research the emulsibility and gel properties.The results indicated that the emulsibility and gel propertieswere enhanced significantly in themixed system of soy protein isolates produced by the thermalmedication and myofibrillar protein，in which the emulsion ability，hardness springiness and water－h(huán)olding capacity increased respectively by 12.6 m2/g，18.58 g，0.16 mm and 22.14%respectively Soy protein isolates by alkaline－treatment had secondary effects on emulsibility aswell as gel properties of themixed system.Modified soy protein isolates by ultrasound and irradiation have effect on water holding capacity and emulsifying stability，but without significant effect on texture property and emulsifying activity.

myofibrillar protein，modified soy protein isolates，subunits dissociation，emulsibility，gel properties

TS214.2

A

1003－0174（2015）08－0037－05

2014－03－18

梁婧，女，1988年出生，碩士，糧食、油脂與植物蛋白工程

江連洲，男，1960年出生，教授，糧食、油脂與植物蛋白工程