風(fēng)味酶控結(jié)合乳化修飾技術(shù)制備多肽脫苦豆乳(粉)工藝

吳長(zhǎng)玲，王冬梅，魏冬旭，譚 越，王中江，李 楊，江連洲，范志軍

(1黑龍江省北大荒綠色健康食品有限責(zé)任公司，黑龍江佳木斯 154002；2 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030)

苦味一直是蛋白水解過(guò)程困擾著食品界的瓶頸問(wèn)題，并阻礙了其在功能性豆乳粉加工工業(yè)中的應(yīng)用[1-2]。T.K.Murry等[3]研究發(fā)現(xiàn)，牛奶蛋白水解產(chǎn)生苦味而明膠和蛋清蛋白水解無(wú)苦味，并測(cè)定活性炭吸附物質(zhì)具有較多的多肽組分，初步證明苦味是由特定多肽序列產(chǎn)生的，而不是游離氨基酸產(chǎn)生的。目前，已有研究報(bào)道采用連續(xù)密閉蒸煮技術(shù)應(yīng)用于稻谷熟化加工、高溫滅菌及濃縮，然而將該技術(shù)協(xié)同風(fēng)味修飾應(yīng)用到豆乳(粉)加工中的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本文以傳統(tǒng)濕法制備豆乳粉為基礎(chǔ)，采用連續(xù)密閉蒸煮濃縮、麥芽糊精/β-環(huán)糊精乳化及風(fēng)味蛋白酶低限制性酶解風(fēng)味修飾處理技術(shù)制備多肽脫苦強(qiáng)化型豆乳(粉)，研究風(fēng)味修飾聯(lián)控技術(shù)制備工藝對(duì)豆乳(粉)中多肽得率、苦味值的影響，并確定最佳加工工藝，得到高營(yíng)養(yǎng)型多肽強(qiáng)化豆乳(粉)，并對(duì)豆乳(粉)的分子量、多肽含量、異黃酮含量及口感進(jìn)行分析，為多肽強(qiáng)化型豆乳(粉)的生產(chǎn)加工提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

大豆，哈爾濱九三油脂集團(tuán)；風(fēng)味蛋白酶Flavourzyme 500 MG(500 LAPU/g)，諾維信；SDS-PAGE凝膠制備試劑盒，北京索萊寶科技有限公司；蛋白標(biāo)準(zhǔn)液，上海升正公司；考馬斯亮藍(lán)(R-250)、大豆卵磷脂，華美生物工程有限公司；麥芽糊精(食品級(jí)，DE20)，山東西王食品有限公司；β-環(huán)糊精，上?；瘜W(xué)試劑采購(gòu)供應(yīng)站，純度98%；基礎(chǔ)試劑均為分析純。

1.2 儀器

ZCG500立式法蘭蓋電加熱蒸煮罐，上?？苿跈C(jī)械設(shè)備有限公司；FDM-Z80豆?jié){機(jī)，上海偉業(yè)儀器廠；Ultra-Turrax T25高速分散器，德國(guó)IKA公司；噴霧干燥機(jī)，無(wú)錫昂益達(dá)機(jī)；AL204型分析天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；酶標(biāo)儀SH-1000，日本Corona electric公司；垂直板電泳儀，北京六一儀器公司；Tanon 凝膠成像系統(tǒng)，上海天能公司；XW-80A旋渦混合器，上海青浦滬西儀器廠；高速離心機(jī)，德國(guó) Eppendorf 公司；THZ-80水浴鍋，江蘇電子有限公司；HYP-Ⅱ八孔消化爐，上海纖檢儀器有限公司；LNK-871型凱氏定氮快速自動(dòng)蒸餾器，江蘇省宜興市科教儀器研究所；D-6L超高壓均質(zhì)機(jī)，美國(guó)PhD科技有限公司。

1.3 豆乳(粉)的制備方法

1.3.1 工藝流程 精選大豆→清洗→磨漿→過(guò)濾→連續(xù)密閉蒸煮→冷卻→風(fēng)味蛋白酶酶解→滅酶→高壓均質(zhì)→滅菌→氣流噴霧干燥→多肽強(qiáng)化豆乳(粉)。

1.3.2 豆乳(粉)制備方法及關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn) 根據(jù)齊寶坤等[4]的制作方法進(jìn)行修改，精選并稱量50 g優(yōu)質(zhì)黃豆，浸泡10 h(0.5%的NaHCO3溶液)，熱燙5 min(沸水)，用分離式磨漿機(jī)將大豆磨成漿體磨漿(豆水比1∶7，pH 6.5～7.0，溫度90℃)，漿液經(jīng)120目篩過(guò)濾去除豆渣，對(duì)豆乳進(jìn)行連續(xù)密閉蒸煮處理，經(jīng)連續(xù)密閉蒸煮處理后的豆乳溫度和pH進(jìn)行調(diào)節(jié)，堿性蛋白酶 Protex6L(8 900U/mL)酶解，風(fēng)味蛋白酶酶解，酶解結(jié)束后，95℃溫度下滅酶5 min，混入2%的乳化劑大豆磷脂，真空濃縮(濃縮至固形物含量為15%左右即可)，經(jīng)高壓微射流均質(zhì)處理后，噴霧干燥(進(jìn)口溫度185℃、出口溫度85℃)即得豆乳粉樣品。對(duì)照組不進(jìn)行連續(xù)密閉蒸煮及復(fù)合酶解風(fēng)味修飾處理。

1.4 風(fēng)味蛋白酶低添加限制性控位酶解工藝

保持連續(xù)密閉蒸煮處理壓強(qiáng)300 MPa、連續(xù)密閉蒸煮溫度120 ℃、蒸煮時(shí)間20 min、酶解溫度55℃、風(fēng)味蛋白酶酶解pH 7.0，選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2∶1、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為15%。分別選取風(fēng)味蛋白酶添加量0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，酶解時(shí)間為5、10、15、20、25 min，進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)多肽得率(%)及苦味值分析確定高壓均質(zhì)處理工藝單因素最優(yōu)條件。

1.5 麥芽糊精/β-環(huán)糊精乳化劑風(fēng)味修飾試驗(yàn)

保持連續(xù)密閉蒸煮處理壓強(qiáng)為300 MPa、連續(xù)密閉蒸煮時(shí)間20 min、連續(xù)密閉蒸煮溫度120 ℃，并保持酶解溫度55℃、風(fēng)味蛋白酶酶解pH 7.0，選取風(fēng)味蛋白酶添加量0.4%，酶解時(shí)間15 min，同時(shí)，在其他條件不變的情況下，選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1及麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為5%、10%、15%、20%、25%進(jìn)行單因素試驗(yàn)。通過(guò)豆乳(粉)中多肽得率(%)及苦味值比較分析確定酶解工藝單因素最優(yōu)條件。

1.6 連續(xù)密閉蒸煮聯(lián)合復(fù)合酶解—風(fēng)味修飾工藝的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

以豆乳(粉)中多肽得率(%)及苦味值為考察指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)考察風(fēng)味蛋白酶添加量、酶解時(shí)間、麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值及麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量對(duì)各指標(biāo)的影響規(guī)律。進(jìn)一步利用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行響應(yīng)面分析設(shè)計(jì)優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果，選取風(fēng)味蛋白酶添加量A(%)、酶解時(shí)間B(min)、麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值C、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量D(%)等4個(gè)因素為自變量，以豆乳(粉)中多肽得率(%)及苦味值分別為響應(yīng)值R1、R2，設(shè)置4因素5水平進(jìn)行試驗(yàn)(表1)。

1.7 豆乳(粉)中大豆分離蛋白的提取

根據(jù)Petruccelli等[5]的方法。

1.8 多肽含量的測(cè)定

表1 因素水平編碼

根據(jù)王常青等[6]方法進(jìn)行改進(jìn)，總氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；多肽得率按照水解后離心上清液中總氮量與黑豆奶中總氮量的比值進(jìn)行計(jì)算，如式(1)：

(1)

1.9 乳化活性(EA)和乳化穩(wěn)定指數(shù)(ESI)測(cè)定

乳化性能的測(cè)定參照Tang[7]和周瑩等[8]的方法，取一定體積濃度為 0.5 %的蛋白質(zhì)溶液，加入同體積的葵花籽油，以10 000 r/min 的速度高速攪拌1 min，之后分別在0、10 min 取樣，以 0.1 % (w/v)SDS (十二烷基磺酸鈉，pH 7.0)稀釋 100 倍，以SDS溶液為空白，測(cè)定 500 nm 處的吸光度值，以 0 min 的吸光度值(A0)表示EA，乳化穩(wěn)定性用 ESI 表示，如式(2)：

(2)

式(2)中：A0：0時(shí)刻的吸光值；ΔT：時(shí)間差 (min)；ΔA：ΔT 內(nèi)的吸光值差。

1.10 起泡性測(cè)定

根據(jù)曲曉婷等[9]對(duì)米糠蛋白乳化性測(cè)定方法，取50 mL 3 %(w/v)豆粉懸浮液用高速分散器以10 000 r/min的速度攪打2 min，用10 mL 蒸餾水清洗刀具，洗液小心并入起泡液中，記錄攪打前后的體積。起泡能力用體積增加的百分比表示。隨后，將攪打起泡的樣品分別靜置20、40、60、120 min，記錄不同時(shí)間段的泡沫體積。同樣條件下攪打2%、4%、5%、7%和10%(w/v)豆粉懸浮液，記錄泡沫體積變化。

(3)

式(3)中：FC：起泡能力(%)；FS：起泡穩(wěn)定性(%)；V1：攪打前的體積mL)；V2：攪打后的(mL)；V3：放置一段時(shí)間后的泡沫體積(mL)。

1.11 水解度測(cè)定

大豆蛋白水解度參照趙新淮等[10]和D.Spellman等[11]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.12 溶解性的測(cè)定

溶解性用蛋白質(zhì)分散指數(shù)表示。參照齊寶坤等[4]的方法，取5 g豆乳粉樣品溶于100 mL去離子水中，攪拌30 min使豆粉充分溶解，靜置分層后進(jìn)行離心(3 000 r/min、10 min)，利用凱氏定氮法測(cè)定離心后的上清液蛋白含量。按式(4)計(jì)算蛋白質(zhì)分散指數(shù)(溶解性)：

(4)

1.13 SDS-PAGE凝膠電泳

參考Laemmli[12]的方法。

1.14 苦味值測(cè)定

根據(jù)周志紅等[13]研究方法改進(jìn)進(jìn)行苦味值測(cè)定。

1.15 數(shù)據(jù)處理

每組試驗(yàn)都進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，并將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差分析。采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件SPSS 18對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性和差異顯著性分析；采用Origin 8.5軟件進(jìn)行作圖；數(shù)據(jù)及方差分析利用響應(yīng)面分析的Design-Expert軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 風(fēng)味蛋白酶低添加限制性控位酶解工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 風(fēng)味蛋白酶添加量對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響 選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2.5∶1、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為16%及酶解時(shí)間18 min。選取風(fēng)味蛋白酶添加量0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%等5個(gè)水平進(jìn)行單因素試驗(yàn)。以豆乳(粉)中多肽含量(%)及苦味值為指標(biāo)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)水平重復(fù)3次。根據(jù)圖1所示，其他條件不變情況下，隨著風(fēng)味蛋白酶添加量的不斷增加，豆乳(粉)中多肽含量呈上升趨勢(shì)，其中，添加量在0%～0.4%范圍內(nèi)增加幅度較為明顯，當(dāng)風(fēng)味蛋白酶添加量超過(guò)0.4%時(shí)，豆乳(粉)中多肽含量增加緩慢，甚至出現(xiàn)降低現(xiàn)象。

圖1 風(fēng)味蛋白酶添加量對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響

2.1.2 酶解時(shí)間對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響 選取酶解時(shí)間5、10、15、20、25 min等5個(gè)水平進(jìn)行單因素試驗(yàn)。以豆乳(粉)中多肽含量(%)及苦味值為指標(biāo)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)水平重復(fù)3次。由圖2發(fā)現(xiàn)，在豆乳(粉)加工過(guò)程中，其他條件不變，不斷延長(zhǎng)風(fēng)味蛋白酶的酶解時(shí)間可有效提高豆乳中的多肽含量，并顯著降低蛋白酶酶解過(guò)程中產(chǎn)生的苦味口感，當(dāng)風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間達(dá)到18min后，豆乳體系這種向“好”的趨勢(shì)變化不明顯。以上現(xiàn)象說(shuō)明，在一定程度上控制風(fēng)味蛋白酶的酶解時(shí)間可有效提高豆乳(粉)中的多肽含量，并降低苦味口感，從而提高豆乳粉品質(zhì)特性，增強(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。綜上所述，本研究設(shè)定最佳風(fēng)味蛋白酶酶解時(shí)間為18 min。

圖2 酶解時(shí)間對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響

2.2 麥芽糊精/β-環(huán)糊精乳化劑風(fēng)味修飾單因素試驗(yàn)

2.2.1 麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響 選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為1∶2、1∶1、2∶1、3∶1、4∶1等5個(gè)水平進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以豆乳(粉)中多肽含量(%)及苦味值為指標(biāo)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)水平重復(fù)3次。

根據(jù)圖3所示，在其他條件不變情況下，隨著麥芽糊精添加比例的不斷增加，豆乳多肽得率呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢(shì)，當(dāng)麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值在2∶1左右時(shí)，多肽得率達(dá)到最大。隨著麥芽糊精添加量的增加，豆乳在酶解過(guò)程中產(chǎn)生的苦味口感改善越來(lái)越明顯，這可能是由于麥芽糊精能在疏水基團(tuán)及油脂表面形成膜，有效減少苦味肽與疏水作用基團(tuán)的結(jié)合，降低顆粒的表觀黏度，從而隔絕苦味肽與外界的接觸，另一方面可能因?yàn)辂溠亢旧砭蜑橐环N低吸水性材料，添加適量麥芽糊精能有效改善豆粉體系的持水性[14-16]。根據(jù)相關(guān)研究，羥基與淀粉分子結(jié)合的作用大于與水分子的結(jié)合，顯示低的持水力，反之則顯示高的持水力。本研究設(shè)定麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2.5∶1。

圖3 麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響

2.2.2 麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響 選取風(fēng)味蛋白酶添加量0.5%、酶解時(shí)間18 min及麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2.5∶1，同時(shí)，在其他條件不變的情況下，選取麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為5%、10%、15%、20%、25%等5個(gè)水平進(jìn)行單因素試驗(yàn)，以豆乳(粉)中多肽含量(%)及苦味值為指標(biāo)分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每個(gè)水平重復(fù)3次。根據(jù)圖4所示，在其他條件不變情況下，隨著麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量的不斷增加，豆乳體系多肽得率及苦味值均呈下降趨勢(shì)，豆粉苦味值隨麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量的不斷增加變化越來(lái)越明顯，說(shuō)明添加一定量的麥芽糊精與β-環(huán)糊精能夠顯著改善豆粉苦味口感，同時(shí)說(shuō)明麥芽糊精、β-環(huán)糊精與風(fēng)味蛋白酶酶解對(duì)豆乳(粉)的風(fēng)味修飾有顯著協(xié)同作用，具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

圖4 麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量對(duì)豆乳(粉)多肽得率及苦味值的影響

2.3 具有高多肽得率脫苦多肽強(qiáng)化型豆乳(粉)連續(xù)密閉蒸煮聯(lián)合復(fù)合酶解—風(fēng)味修飾工藝的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

利用統(tǒng)計(jì)軟件Design-Expert進(jìn)行響應(yīng)曲面法過(guò)程優(yōu)化，以風(fēng)味蛋白酶添加量A(%)、酶解時(shí)間B(min)、麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值C、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量D(%)4個(gè)因素為自變量，以豆乳(粉)中多肽得率(%)及苦味值分別為響應(yīng)值R1、R2(表2)。

表2 試驗(yàn)安排及結(jié)果

R1=9.96-0.75A+0.47B+0.35C-0.19D+0.057AB+0.23AC+0.28AD-0.043BC-0.17BD-0.53CD-0.46A2-0.73B2-0.81C2-0.57D2

(5)

表3 回歸與方差分析結(jié)果

為適應(yīng)生產(chǎn)，將制備條件優(yōu)化為風(fēng)味蛋白酶添加量0.5%、酶解時(shí)間為15 min、麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2∶1、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為15%，此條件下多肽得率有最優(yōu)值為10.01%，說(shuō)明響應(yīng)值的實(shí)驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測(cè)值吻合良好。由感官評(píng)價(jià)的結(jié)果可知，此條件下得到的豆乳(粉)沒(méi)有苦味，為多肽強(qiáng)化型豆乳(粉)的加工推廣提供科學(xué)依據(jù)。

豆乳(粉)中多肽得率R2通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到二次回歸模型如式(6)：

R2=0.27+0.22A-0.058B-0.13C-0.28D-0.19AB-0.057AC+0.054AD-0.037BC+0.039BD-0.069CD+0.34A2+0.33B2+0.19C2+0.36D2

(6)

表4 回歸與方差分析結(jié)果

2.4 不同加工工藝制備豆乳(粉)乳化性分析

根據(jù)圖7所示，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，經(jīng)風(fēng)味蛋白酶修飾酶解、麥芽糊精與β-環(huán)糊精乳化修飾及二者結(jié)合改性處理豆乳工藝制備的豆乳(粉)，其乳化性及乳化穩(wěn)定性均呈增加趨勢(shì)，此時(shí)，多肽含得率增加，豆乳苦味值下降，且與單獨(dú)風(fēng)味酶修飾處理及單獨(dú)麥芽糊精與β-環(huán)糊精乳化修飾制備的豆乳(粉)相比，二者結(jié)合的風(fēng)味修飾工藝制備的豆乳(粉)乳化性及乳化穩(wěn)定性效果最佳，多肽得率較高，此條件下豆乳體系基本無(wú)苦味。

圖7 不同加工工藝制備的豆乳(粉)理化特性分析

3 結(jié)論

本研究應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化最佳多肽強(qiáng)化型脫苦豆乳(粉)制備工藝，由響應(yīng)面分析結(jié)果表明，在風(fēng)味蛋白酶添加量0.5%、限制性酶解時(shí)間為18 min、麥芽糊精與β-環(huán)糊精添加量比值為2.5∶1、麥芽糊精與β-環(huán)糊精總添加量為16%的條件下，多肽得率達(dá)到最高為10.21%，并消除豆乳苦味，且溶解性達(dá)到86%、 異黃酮含量達(dá)到180mg/g、多肽含量超過(guò)10%?！?/p>

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