竹筍不溶性膳食纖維對大豆蛋白凝膠性質(zhì)的影響

代曜伊，畢家鈺，田巧玲，鄭炯,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

竹筍不溶性膳食纖維對大豆蛋白凝膠性質(zhì)的影響

代曜伊1，畢家鈺1，田巧玲1，鄭炯1,2*

1(西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶，400715) 2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶，400715)

為考察竹筍不溶性膳食纖維(bamboo shoots insoluble dietary fiber，BSIDF)對大豆蛋白凝膠的流變及質(zhì)構(gòu)特性的影響，以大豆分離蛋白(soy isolate protein，SPI)為原料，加入不同比例的BSIDF制備大豆蛋白-竹筍不溶性膳食纖維復(fù)合凝膠(SPI-BSIDF)，研究SPI-BSIDF的流變、質(zhì)構(gòu)及微觀結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明，BSIDF的添加使大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的時間延后，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成減少，凝膠強度下降；隨著BSIDF添加量的增加，SPI-BSIDF的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和黏著性均下降，而粘力則呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢，當BSIDF添加量為0.5%時，混合凝膠體系的粘力最強。同時從微觀結(jié)構(gòu)可以看出，BSIDF的添加使蛋白質(zhì)凝膠體系組織結(jié)構(gòu)的褶皺明顯增多，大豆蛋白聚集體和凝膠孔均增大。

竹筍不溶性膳食纖維；大豆蛋白凝膠；流變特性；質(zhì)構(gòu)特性；微觀結(jié)構(gòu)

膳食纖維具有調(diào)節(jié)腸道菌群、防治冠心病、降低血壓、降低血糖、抗癌作用、減肥作用等多種生理功能[1-3]，它是維持人體健康所不可缺少的物質(zhì)。此外，由于膳食纖維具有的獨特生理功能和改善質(zhì)構(gòu)作用，目前已經(jīng)作為主要食品組分廣泛的應(yīng)用于肉丸[4]、法蘭克福香腸[5]、餅干[6]、飲料[7]等食品中。

大豆蛋白作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，不僅可以補充人體所需的必需氨基酸，而且具有良好的功能特性。凝膠性是大豆蛋白最重要的功能特性之一，因此許多大豆食品的加工就是利用大豆蛋白的凝膠化來制作。大豆蛋白凝膠雖然含有豐富的蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，但卻缺乏膳食纖維，不符合膳食平衡的要求。所以，在大豆蛋白凝膠中添加一定量膳食纖維對提高其營養(yǎng)價值和豐富產(chǎn)品種類，特別是對人體健康有重要意義[8-10]。大豆蛋白凝膠是一種復(fù)雜的均勻穩(wěn)定的混合物，添加膳食纖維后其穩(wěn)定性、流變性和質(zhì)構(gòu)等各方面均將會發(fā)生改變，但目前有關(guān)膳食纖維對大豆蛋白凝膠性質(zhì)影響的研究還較少。

竹筍不溶性膳食纖維(bamboo shoots insoluble dietary fiber，BSIDF)是一種極具開發(fā)潛力的膳食纖維資源，具有較好的持水性、溶脹性、吸附性等理化特性，以及促消化、降膽固醇、改善腸道健康等生理活性功能。但是，竹筍膳食纖維加入后對大豆蛋白凝膠形成及流變與質(zhì)構(gòu)特性的影響目前尚不清楚。因此，本實驗以大豆蛋白凝膠為主體研究對象，通過探究添加竹筍膳食纖維對大豆蛋白凝膠的流變、質(zhì)構(gòu)特性的影響，能夠為在大豆蛋白凝膠產(chǎn)品或豆腐中添加竹筍膳食纖維提供理論依據(jù)，并以此為基礎(chǔ)進一步拓展竹筍膳食纖維作為膳食纖維強化劑和食品物性改良劑在食品中的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大葉麻竹筍，購于重慶市北碚區(qū)天生路市場；大豆分離蛋白(SPI)，深圳一諾食品配料有限公司；葡萄糖酸內(nèi)酯，鄭州食全食美商貿(mào)有限公司；木瓜蛋白酶(10 000 U/g)、纖維素酶(6 000 U/g) 美國Sigma公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA2004A電子分析天平，上海精天電子儀器有限公司；pHS-3C酸度計，成都世紀方舟科技有限公司；HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州澳華儀器有限公司；FW135中草藥粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司；Zetasizer Nano ZS粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司；DHR-1 旋轉(zhuǎn)流變儀 美國TA公司；CT3物性測定儀 美國Brookfield公司；JSM-6510LV鎢燈絲掃描電子顯微鏡，日本電子株式會社(JEOL)。

1.3 實驗方法

1.3.1 BSIDF的提取

參考白瑞華等[11]的方法，以新鮮麻竹筍為原料，洗凈，去殼，切片，60 ℃烘干后粉碎，然后過80目篩，備用。 料水比1∶40(g∶mL)，α-淀粉酶1 600 U/g底物，木瓜蛋白酶3 000 U/g底物，纖維素酶4 000 U/g底物，pH值5.0，酶解溫度55 ℃，酶解時間1.5 h。然后于95 ℃滅酶20 min，將滅酶后的樣品抽濾至干，濾渣用15%的H2O2溶液脫色，過濾，用去離子水將濾渣洗凈，最后用乙醇漂洗濾渣，抽濾，濾渣經(jīng)冷凍干燥后得BSIDF，備用。BSIDF得率為85.3%，純度為(70.2±0.6)%。

1.3.2 樣品制備

稱取一定量SPI及不同質(zhì)量的BSIDF，加入不同質(zhì)量的去離子水，使得蛋白含量為 50 g/kg，BSIDF含量分別為 0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 g/kg。將混合體系磁力攪拌1 h后在 80 ℃水浴條件下磁力攪拌30 min，使大豆蛋白充分變性。將加熱后的溶液立即進行冰浴，使溶液溫度降至室溫。加入5.8 g/kg葡萄糖酸內(nèi)酯作為凝固劑，并磁力攪拌1 min使凝固劑在溶液中充分溶解并分散均勻，然后立即將該混合體系分裝至小燒杯中。將用保鮮膜密封的燒杯放入 80 ℃水浴鍋中靜置30 min，隨后將燒杯取出并進行冰浴，待凝膠冷卻至室溫后，放入4 ℃冰箱中靜置12 h。

1.3.3 BSIDF理化特性的測定

BSIDF的理化特性主要測定了其持水力、持油力、膨脹力和粒徑，具體測定方法如下：(1)持水力：稱取0.5 g樣品于離心管中，加入10 mL蒸餾水混合均勻，室溫下放置12 h，然后3 000 g離心20 min，去除上清液，每克干重所吸收的水分重即為其吸水性；(2)持油力：稱取0.5 g樣品于離心管中，加入10 mL食用油混合均勻，室溫放置過夜，3 000 g離心10 min，去除上浮液，每克干物質(zhì)所吸收油的質(zhì)量即為其吸油性；(3)膨脹力：稱取0.5 g樣品于10 mL量筒中，加入10 mL水混合，放置24 h后，記錄其體積，結(jié)果表示為mL/g；(4)粒徑：取適量的BSIDF粉末，蒸餾水分散后配制成濃度為0.1%的溶液，用粒度分析儀進行BSIDF平均粒徑的測定，單位為μm。

1.3.4 動態(tài)流變特性的測定

1.3.5 質(zhì)構(gòu)測定

參考BENJAKUL等[13]的方法，采用質(zhì)地剖面分析(texture profile analysis，TPA)，使用CT3物性測試儀，設(shè)定如下，樣品大?。簣A柱(直徑40 mm、高50 mm)；探頭型號，TA5(直徑0.5英寸的圓柱狀平頭探頭)；測試前速度，1.0 mm/s；測試速度，1.0 mm/s；測試后速度，1.0 mm/s；壓縮目標，25 mm；觸發(fā)類型，Auto-5 g；每組樣品平行測定6次。

1.3.6 微觀結(jié)構(gòu)測定

將SPI-BSIDF切成(1×1×3) mm規(guī)格的小方塊，然后放入 2.5%戊二醛溶液(使用磷酸鹽緩沖液制)中，4 ℃條件下固定3 h。使用磷酸鹽緩沖液對樣品進行2次漂洗(分別漂洗10 min)。接著依次使用體積分數(shù)為 50%、80%、90%、95%、100%的乙醇溶液分別浸泡樣品10 min。瀝干乙醇溶液, 再使用 100%叔丁醇浸泡樣品，將樣品和叔丁醇一起放入冰箱冷藏室(4 ℃)，等叔丁醇完全凝結(jié)后，將樣品進行自然干燥。將處理好的樣品安裝在雙面導(dǎo)電的鋁片上，并涂上一薄層鈀金合金，使用離子濺渡機使樣品具有導(dǎo)電性。樣品在15 kV的加速電壓和100～1 500×的放大率下進行觀察和拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗結(jié)果以(均值±標準誤差)(Mean ± S.E)表示。所有試驗均進行3次重復(fù)。應(yīng)用SPSS 11.5軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，使用Origin 8.6進行相關(guān)圖表的繪制和數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 BSIDF的理化特性

BSIDF的理化特性如表1所示。每克BSIDF可以吸收約8.17倍的水和1.53倍的油，體積可膨脹到約9.05 mL，這說明BSIDF具有較好的工藝特性，可以嘗試將BSIDF為一種膳食補充劑添加到大豆蛋白制品中。

2.2 復(fù)配體系的動態(tài)流變特性

圖1為不同添加量的SPI-BSDIF的彈性模量G’和溫度隨保溫時間的變化關(guān)系圖。

表1 BSIDF的理化特性

G’1到G’6 分別代表BSIDF含量為 0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%圖1 添加不同濃度BSIDF的大豆蛋白凝膠彈性模量G’和溫度隨保溫時間的變化Fig.1 The elastic modulus G’ and temperature as a function of time for soy protein gels with different BSIDF

由圖1可知，BSIDF添加量為0%復(fù)配體系的G’在800s保溫后開始緩慢增大，大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始大量形成；而添加了BSIDF的復(fù)配體系在1 200s保溫后才逐漸形成凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時，溫度達到80 ℃后，樣品的G’逐漸升高最后趨于平緩，這可能主要由于二硫鍵等的形成，蛋白質(zhì)凝膠得到進一步的固化[14]；G’在80 ℃區(qū)間內(nèi)的上升階段中，含有0.5% BSIDF的樣品的G’略高于不添加BSIDF的樣品，這表明BSIDF含量為0.5%時，大豆蛋白凝膠聚集的更有規(guī)律，形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更好，而這與疏水相互作用、二硫鍵、氫鍵和離子鍵等的形成有關(guān)[15]。在2 000s保溫時間過后，添加了BSIDF的復(fù)配體系的G’上升速度都開始緩慢上升；而不添加BSIDF的復(fù)配體系的G’則上升速度較快。對于這幾個體系而言，隨著BSIDF含量的增加，G'值上升得越緩慢，表明凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成得越少[9]。而對于BSIDF添加量為1.25%的復(fù)配體系，在整個升溫-保溫-降溫過程中，其G’上升得十分緩慢，說明在此過程中復(fù)配體系只形成了很微弱的凝膠體系。

從圖2可以看出，隨著BSIDF含量的增加，彈性模量最大值G’max下降，即凝膠強度下降。對于BSIDF添加量為0%到0.25%的大豆蛋白凝膠而言，其彈性模量值下降較緩慢；當BSIDF含量從0.25%增加到0.50%時彈性模量值下降迅速。當BSIDF添加量為1.25%時，SPI-BSDIF的彈性模量值很小。該結(jié)果進一步說明BSIDF的添加會阻礙大豆蛋白凝膠的形成，而且BSIDF的添加量越大，其對大豆蛋白凝膠的破壞作用也越大，BSIDF混合組分自身及與蛋白聯(lián)合形成的凝膠體，使得內(nèi)酯豆腐的凝膠強度下降趨勢得以緩和，但隨BSIDF添加量的再增加，豆腐強度出現(xiàn)較大的下降趨勢，這是由于BSIDF較高的持水性，大豆蛋白復(fù)配凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包含了大量水，使得其表面易于破裂(肉眼觀察)，凝膠強度下降。因此當其添加量達到一定濃度時大豆蛋白凝膠將難以形成。

圖2 凝膠彈性模量最大值隨BSIDF添加量的變化Fig.2 as a function of BSIDF concentration for soy protein gels

2.3 復(fù)配體系的質(zhì)構(gòu)特性

由表2可知，復(fù)配體系的硬度、黏力、內(nèi)聚性、咀嚼性以及黏著性都呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。其中硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和黏著性均隨著BSIDF添加量的增加而下降，而粘力則呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢，當BSIDF添加量為0.5%時，混合凝膠體系的粘力最強。膳食纖維中纖維、木質(zhì)素等幾乎沒有粘性，而果膠、樹膠、瓊脂等通常表現(xiàn)出較強的黏性，能夠形成高黏度的溶液，這種特性稱為膳食纖維的梯度黏合作用。膳食纖維的這種作用，在一定程度上，使得內(nèi)酯豆腐的粘力得以提高，同時也緩解了蛋白凝固過程中的速度過快問題[16]。當BSIDF添加量達到1.25%時，樣品的硬度降至最低。由于添加的膳食纖維是水不溶性的，有較強的溶脹性和吸水性，導(dǎo)致凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較為松散，以至于混合凝膠體系的硬度隨之下降，這與程珍珠[17]在膳食纖維對魚糜凝膠的作用研究結(jié)果相類似。因此，在實際生產(chǎn)中將竹筍不溶性膳食纖維添加到大豆蛋白凝膠等凝膠體系產(chǎn)品中，在一定程度上可以改善其粘力性質(zhì)，增強其持水能力，但硬度及穩(wěn)定性可能會下降。

表2 BSIDF/大豆蛋白凝膠復(fù)配體系質(zhì)構(gòu)參數(shù)

2.4 復(fù)配體系的微觀結(jié)構(gòu)

圖3分別為6種不同BSIDF添加量的大豆蛋白凝膠復(fù)配樣品在1 000倍下的電鏡掃描圖片。

(A)-(F)分別為0%、0.25%、0.5%、0.75%、1.00%、1.25%的BSIDF添加量圖3 不同BSIDF添加量的大豆蛋白凝膠復(fù)配體系電鏡掃描圖Fig.3 Scanning electron microscope images of different content of BSIDF in soy protein gel mixed system

由圖3A可以看出，不添加BSIDF的樣品，其凝膠孔徑較小，組織結(jié)構(gòu)褶皺較少，較平滑些，蛋白質(zhì)凝聚比較均勻。由圖3B～3F可明顯看出，當BSIDF的添加量增大后，蛋白質(zhì)凝膠體系組織結(jié)構(gòu)的褶皺明顯增多，大豆蛋白聚集體明顯增大，凝膠孔徑也增大。其中，當BSIDF添加量在0.25%～0.75%時，蛋白質(zhì)聚集體明顯增大，凝膠孔徑增大不明顯；而BSIDF添加量分別為 1%和 1.25%的樣品，其凝膠孔徑顯著增大，且含量為1.25%的凝膠體系其組織結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)較為明顯的斷裂空隙。這說明由于大豆分離蛋白質(zhì)分子本身已形成網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)，且添加的BSIDF中含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素、原果膠和殼聚糖等多糖化合物[18]，這些多糖聚合物依靠主鏈間氫鍵等非共價作用力能形成連續(xù)的、具有一定彈性的三維凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，體系便形成混合凝膠體[10]，這種混合凝膠體有部分是填充凝膠體，即部分膳食纖維填充到蛋白質(zhì)形成的網(wǎng)絡(luò)中，這種混合的凝膠體便不如單一蛋白質(zhì)形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)細致，因此纖維素的存在，嚴重干擾了蛋白凝膠有序網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[19]，未被纖維阻隔的部分還是存在塊狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但關(guān)于BSIDF與大豆蛋白凝膠在形成過程中的具體相互作用還需進一步探討。

3 結(jié)論

(1)BSIDF的添加使大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的時間延后，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成減少，凝膠強度下降；阻礙大豆蛋白凝膠的形成，當其添加量達到一定濃度時大豆蛋白凝膠將難以形成。

(2)隨著BSIDF添加量的增加，SPI-BSIDF復(fù)配體系的硬度、內(nèi)聚性、咀嚼性和黏著性均下降，而粘力則呈現(xiàn)出先增強后減弱的趨勢，當BSIDF添加量為0.5%時，混合凝膠體系的粘力最強。同時從微觀結(jié)構(gòu)可以看出，BSIDF的添加使蛋白質(zhì)凝膠體系組織結(jié)構(gòu)的褶皺明顯增多，大豆蛋白聚集體明顯增大，凝膠孔徑也增大。

(3)綜合考慮SPI-BSIDF的復(fù)配效果，在實際應(yīng)用中選擇竹筍膳食纖維添加量在0.5%以內(nèi)均能夠較好的改善大豆蛋白凝膠的膳食纖維缺乏，又不至于降低其凝膠特性，但對于大豆蛋白凝膠的風(fēng)味、口感等影響還需進行進一步的研究。

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Effect of bamboo shoots insoluble dietary fiber on the gel properties of soy protein

DAI Yao-yi1,BI Jia-yu1,TIAN Qiao-ling1,ZHENG Jiong1,2*

1 (College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400715, China)

Different proportions soy protein was mixed with of bamboo shoots insoluble dietary fiber (BSIDG) to investigate the influence of dietary fiber on the properties of rheological, quality and structure of soy protein gel. The results showed that BSIDF delayed soy protein gel network time, and decreased the structure forming of gel network, and lowered the strength of gel. With the increase of the amount of BSIDF in SPI-BSIDF, the hardness, cohesiveness, chewiness and adhesion decreased. The viscous force enhanced and then weakened. There was the strongest viscous force of mixed gel system when BSIDF amount was 0.5%. At the same time, through scanning electron microscopy (SEM) observation, it was found that the fold of protein gel system structure, soybean protein aggregation and gel pores all significantly increased by adding BSIDF.

bamboo shoots insoluble dietary fiber; soy protein gel; rheological property; texture property; microstructure

本科生(鄭炯副教授為通訊作者,E-mail：zhengjiong_swu@126.com)。

重慶市社會事業(yè)與民生保障科技創(chuàng)新專項一般項目(cstc2015shmszx80007)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(XDJK2016B035、SWU115051)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費學(xué)生“雙創(chuàng)”項目(XDJK2016E114)

2016-10-19，改回日期：2016-11-21

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201706017