超高壓處理對(duì)大豆分離蛋白與甘薯淀粉磷酸酯共混凝膠體質(zhì)構(gòu)的影響

朱雪萍 趙原偉 張斌 孫蘭萍

摘 要：大豆分離蛋白和甘薯淀粉磷酸酯具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和重要的功能特性，被廣泛用于替代動(dòng)物蛋白，其凝膠特性是決定食品品質(zhì)的關(guān)鍵。該文以大豆分離蛋白和甘薯淀粉磷酸酯混合成的凝膠體為研究對(duì)象，考察超高壓處理對(duì)共混凝膠體質(zhì)構(gòu)的影響，并通過(guò)SEM和DSC進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征。結(jié)果顯示：不同的壓力水平和保壓時(shí)間可顯著影響凝膠體凝膠的硬度、彈性、粘聚性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)參數(shù)。超高壓處理能夠改善凝膠體的質(zhì)構(gòu)特性及結(jié)構(gòu)，對(duì)豐富和完善超高壓加工技術(shù)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：超高壓；凝膠特性；質(zhì)構(gòu)

中圖分類號(hào) TS210 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）07-0016-4

Effect of Ultrahigh Pressure Processing on the Texture of Soybean Protein Lsolate and Sweet Potato Starch Phosphate Mixed Gel

Zhu Xueping et al.

（Department of Food and Bioengineering， Bengbu College，Bengbu 233030，China）

Abstract：Because of its high nutritional value and important function， Soybean Protein Isolate （SPI） and sweet potato starch phosphate were wildly used as the substitute of animal protein. Its gel properties were regarded as the key factors in determining food quality. In this paper， ultra-high pressure was designed for improving SPI and sweet potato starch phosphate mixed gel properties by means of SEM&DSC; to show structural characterization. The results show that different pressure levels could significantly affect the texture parameters of gel properties such as hardness， springiness， cohesiveness and chewiness. It also suggests that ultra-high pressure processing could improve texture properties and composition of gel， which is of great importance to enrich and perfect the ultra-high pressure processing technique.

Key words：Ultra-high pressure；Gel properties；Texture

大豆分離蛋白是一種典型的食品添加原料，含有豐富的異黃酮和類似動(dòng)物蛋白的必需氨基酸，能夠有效預(yù)防心腦血管疾病，且含有較低的脂肪和碳水化合物，被認(rèn)為是替代動(dòng)物蛋白的最佳營(yíng)養(yǎng)佳品[1-3]。由于大豆分離蛋白具有起泡性、乳化性、溶解性和凝膠性等諸多優(yōu)良的功能特征，常作為食品添加劑被廣泛應(yīng)用于肉制品、乳制品和面食制品等[4]。

甘薯淀粉磷酸酯為甘薯天然淀粉與磷酸鹽在特定條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，將磷酸酯基團(tuán)引入天然淀粉中而形成的一種交聯(lián)淀粉衍生物[5]。本項(xiàng)目組前期研究發(fā)現(xiàn)，天然甘薯淀粉在高濃度時(shí)（如5%以上時(shí)）粘度高、流性差、成膠凝狀，用水稀釋后，會(huì)發(fā)生沉淀，因而限制了它們?cè)诠I(yè)中的應(yīng)用。甘薯淀粉經(jīng)磷酸鹽酯化后形成甘薯淀粉磷酸酯，其特性優(yōu)良，開始引起國(guó)內(nèi)科研工作者的重視，項(xiàng)目組已經(jīng)開展了甘薯淀粉磷酸酯制備及特性的研究[6-7]。

超高壓加工技術(shù)是將待處理的食品原料包裝后密封于超高壓容器中，在壓力水平不低于100 MPa的條件下，處理適當(dāng)?shù)臅r(shí)間完成食品處理。該技術(shù)除了殺滅細(xì)菌等微生物、鈍化酶外，還能夠影響酶活性、蛋白質(zhì)構(gòu)象等特性，改善食品品質(zhì)等作用。研究表明，超高壓處理可改善凝膠的特性，如顯著增加雞肉的硬度、彈性和咀嚼性等質(zhì)構(gòu)特性，超高壓處理也可改善其凝膠的光澤、透明度和延展性等特性。除此之外，超高壓協(xié)同復(fù)合酶法處理可明顯降低SPI的致敏性，其效果與微波、超聲波、高壓均質(zhì)等物理方法相當(dāng)[8-10]。

質(zhì)構(gòu)參數(shù)可反映凝膠特性，衡量食品品質(zhì)優(yōu)劣[11]，檢測(cè)質(zhì)構(gòu)對(duì)研究凝膠食品的力學(xué)或流變學(xué)均具有重要的指導(dǎo)意義[12]。本研究以食品級(jí)大豆分離蛋白和甘薯淀粉磷酸酯為研究對(duì)象，考察不同壓力水平與保壓時(shí)間對(duì)其凝膠特性的影響，利用質(zhì)構(gòu)儀檢測(cè)凝膠特性參數(shù)，并探尋高壓處理和保壓時(shí)間對(duì)凝膠體質(zhì)構(gòu)特性的影響規(guī)律，以期為食品加工中尋求新型凝膠體提供的理論依據(jù)。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料 食品級(jí)大豆分離蛋白（蛋白質(zhì)含量≥98%），杭州普修生物科技有限公司；甘薯淀粉磷酸酯，蚌埠學(xué)院食品與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自制。

1.2 主要儀器設(shè)備 HH-2型水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；HPP.L2B-600/0.6型超高壓設(shè)備，天津華泰森淼超高壓設(shè)備有限公司；TA.XT型質(zhì)構(gòu)儀，英國(guó)Stable Micro System公司；FA2204B型電子天平，上海越品科學(xué)儀器有限公；KY-03型真空包裝機(jī)，東莞大朗開姆電器廠；NANO DSC差示掃描量熱儀，美國(guó)TA公司；SU1510型掃描電子顯微鏡，日本日立公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 凝膠塊的制備 將大豆分離蛋白和甘薯淀粉磷酸酯取適量溶于一定的水中，將此共混物溶液裝于100mL的燒杯中，蓋以鋁箔，置于（90±2℃）的水浴鍋中，加熱30min后用冰浴快速冷卻至室溫，然后置于4℃的冰箱中放置24h[7]。再用鋒利的刀具將上述制成的凝膠切成30mm×30mm×30mm的凝膠塊作為測(cè)試試樣。

2.2 凝膠塊的超高壓處理 將測(cè)試凝膠塊裝入PE食品級(jí)真空包裝袋（22cm×28cm），抽真空后密封，轉(zhuǎn)入超高壓設(shè)備壓力腔內(nèi)，加入去離子水為壓媒，分別在不同的高壓條件下處理一定的時(shí)間；測(cè)試過(guò)程中壓力上升的速度大約為5～10MPa/s。完成高壓處理操作后，緩慢卸壓，卸壓速度約為50～200MPa/s。超高壓處理過(guò)程樣品溫度控制在35℃以下。

2.3 凝膠樣品質(zhì)構(gòu)測(cè)定 質(zhì)構(gòu)儀測(cè)試探頭，P/0.5型；參數(shù)分別設(shè)置如下：測(cè)前速度：3.0mm/s；測(cè)中速度：1.0mm/s；測(cè)后速度：1.0mm/s；測(cè)試距離：5.0mm；間隔時(shí)間：5.00s；壓縮比：40%；觸發(fā)力：5.0g；數(shù)據(jù)收集率：200pps。重復(fù)測(cè)定3次。

2.4 掃描電鏡分析 參照Walther P等（1997）方法略有修改。取少量干燥后的超高壓前后混合物粉末粘著于樣品臺(tái)上，置真空噴度儀內(nèi)鍍一層導(dǎo)電膜（金）后，使用掃描電鏡進(jìn)行觀察樣品表面和截面微觀形態(tài)。

2.5 DSC分析 取超高壓處理后的樣品放入45℃干燥箱內(nèi)烘干后，粉碎取樣品粉末5.39g左右，置于DSC鋁盒中，然后用配套鋁蓋密封，以空白鋁盒作為對(duì)照，以10℃/min的加熱速率使鋁盒溫度從30℃上升到150℃，氮?dú)獾牧魉偈?0ml/min，記錄并計(jì)算吸熱曲線上蛋白變性的起始溫度（T0）、峰值溫度（Tp）、終止溫度（Tc）。

3 結(jié)果與分析

3.1 凝膠體濃度確定 分別配制質(zhì)量濃度為5%、10%、15%、20%的共混凝膠體溶液，按照2.1方法對(duì)樣品處理后，冷卻后觀察凝膠的表面特性。由圖1可看出，質(zhì)量濃度為5%和10%的凝膠體溶液制成的凝膠塊不易成型，表面出水，而且易碎。質(zhì)量濃度為15%的凝膠體溶液制成的凝膠塊成形性較好，凝膠強(qiáng)度適中。質(zhì)量濃度為20%的凝膠體溶液制成的凝膠和質(zhì)量濃度為15%的凝膠體溶液制成的凝膠表面特性相似。綜合各方面的考慮，本實(shí)驗(yàn)中凝膠體溶液的質(zhì)量濃度設(shè)定為15%。

3.2 壓力水平對(duì)共混凝膠體質(zhì)構(gòu)特性的影響 超高壓處理后，凝膠體的表面特性發(fā)生了較大改變，其表面變得更加光滑、細(xì)致，這與陳復(fù)生[13]研究結(jié)果部分相一致。由表1可知，超高壓處理后，凝膠體的質(zhì)構(gòu)特性均發(fā)生明顯變化，未經(jīng)超高壓處理的凝膠體的硬度僅為（33.3±0.58）g，經(jīng)超高壓處理凝膠體后，其凝膠硬度顯著增加。在0～300MPa范圍內(nèi)，隨著壓力水平的上升，凝膠硬度不斷上升，這與張宇昊等[9]對(duì)魚皮凝膠過(guò)程的凝膠強(qiáng)度研究結(jié)果相一致。在保壓時(shí)間為10min時(shí)，所有高壓處理組的凝膠硬度均顯著高于未處理組，并在400MPa時(shí)達(dá)到最大值。相對(duì)于未加壓處理，超高壓處理后可以提高凝膠硬度，這與方紅美等研究結(jié)果相一致[17]。未用超高壓處理的凝膠體彈性參數(shù)為0.99，當(dāng)保壓時(shí)間為10min時(shí)，隨著壓力的增大，彈性也隨之增大，并在500MPa時(shí)達(dá)到最大值，但在100MPa、200MPa下彈性變小。在保壓時(shí)間為10min時(shí)，粘聚性也隨著壓力的增加而增加，在500MPa時(shí)凝膠體粘性達(dá)到最大值。咀嚼性是硬度、彈性、粘聚性三者的綜合反映，由表1可知，當(dāng)保壓時(shí)間為10min時(shí)，咀嚼性隨著壓力的增加而增加。這與羅曉玲等[10]研究結(jié)果相一致。

3.3 保壓時(shí)間對(duì)共混凝膠體質(zhì)構(gòu)特性的影響 由表2可知，在超高壓處理壓力為400MPa時(shí)，當(dāng)保壓時(shí)間為15min時(shí)，其凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值，并且保壓時(shí)間為10min與15min時(shí)，凝膠硬度變化不明顯（P>0.05）。這與張宇昊等[7]對(duì)魚皮明膠硬度的研究結(jié)果相一致。同時(shí)，隨著保壓時(shí)間的增加，凝膠彈性變化不明顯（P>0.05）。在400MPa下，隨著保壓時(shí)間的增大，共混凝膠體的粘聚性緩慢減小。在400MPa下，隨著保壓時(shí)間的增加，凝膠體的咀嚼特性緩慢增加。當(dāng)保壓時(shí)間由5min增加到10min時(shí)，凝膠咀嚼性沒(méi)有明顯變化；而當(dāng)保壓時(shí)間繼續(xù)增加至15min時(shí)，咀嚼性達(dá)到最大值。

3.4 超高壓處理的凝膠體微觀形態(tài)掃描 由各樣品的電鏡掃描圖譜如圖2所示，其中樣品表面圖譜均在1000倍放大倍數(shù)下獲得，截面圖片均在2000倍放大倍數(shù)下獲得。圖中2A、2B為未經(jīng)過(guò)超高壓處理共混凝膠體，圖2C、2D為200 MPa處理5min的凝膠體，圖2E、2F為200 MPa處理10min的凝膠體，圖2G、2H為400 MPa處理10min的凝膠體。圖2A、圖2B可知，未經(jīng)高壓處理的凝膠體空白樣表面較為粘稠、平滑、結(jié)構(gòu)緊湊，未見(jiàn)明顯孔洞；由圖2C、圖2D可知，高壓處理后的凝膠體表面不平滑，粘稠度變小，且出現(xiàn)了一些大小不規(guī)則的孔洞，這可能是由于凝膠體的聚合體遭到壓力破碎，被高壓機(jī)械力沖擊成無(wú)數(shù)個(gè)不規(guī)則的小顆粒不規(guī)則的緊密結(jié)合在一起，出現(xiàn)孔洞。由圖2E、圖2F可知，在同一個(gè)壓力條件下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，凝膠體表面的不規(guī)則孔洞加大，表面趨于光滑，截面趨于緊實(shí)。由圖2G、圖2H可知，隨著壓力進(jìn)一步增大，凝膠體顆粒由于高壓作用，促使蛋白顆粒破碎成更細(xì)小的結(jié)構(gòu)，比表面積增大，小顆粒在高壓作用下無(wú)規(guī)則的聚集，表面出現(xiàn)緊密、凹凸不平，成分層次的片狀，截面結(jié)構(gòu)更加緊實(shí)、光滑。凝膠體微觀結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致不同超高壓條件下樣品所形成凝膠的質(zhì)構(gòu)特性顯著不同。這與何軒輝[16]所研究的超高壓對(duì)花生分離蛋白凝膠特性的SEM結(jié)果相一致。

3.5 超高壓對(duì)凝膠體熱力學(xué)特性的影響 DSC廣泛地應(yīng)用于研究蛋自質(zhì)變性的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)特性[15]，超高壓處理能否影響球蛋白的變性可以通過(guò)DSC實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。由圖3可看出，隨著處理壓力的升高，凝膠體變性溫度較未高壓處理的樣品有所升高，說(shuō)明凝膠體在不同壓力處理?xiàng)l件下熱穩(wěn)定性發(fā)生變化，這可能是由于高壓作用使蛋白分子延展，結(jié)合水分子的能力有所增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，超高壓處理后凝膠體溶解度、乳化性等性質(zhì)會(huì)發(fā)生一定改善。這與汪菁琴[19]所研究的大豆分離蛋白在高壓處理后熱力學(xué)變換結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)高壓處理后凝膠體的質(zhì)構(gòu)測(cè)定，得出以下結(jié)論：

（1）超高壓處理后，凝膠體的硬度、彈性、粘聚性、咀嚼性均明顯增加。

（2）在壓力為400MPa時(shí)，當(dāng)保壓時(shí)間為15min時(shí)，其凝膠強(qiáng)度達(dá)到最大值，并且保壓時(shí)間為10min與15min時(shí)，凝膠硬度變化不明顯（P>0.05）。同時(shí)，隨著保壓時(shí)間的增加，凝膠彈性變化不明顯（P>0.05）。在400MPa下，隨著保壓時(shí)間的增大，凝膠體凝膠的粘聚性緩慢減小，同時(shí)，凝膠體的咀嚼性緩慢增加，當(dāng)保壓時(shí)間為15min時(shí)，達(dá)到最大值。

（3）超高壓處理后，凝膠體的表面變得更加光滑、細(xì)致，其截面變得更加緊實(shí)、光滑；同時(shí)凝膠體在不同壓力處理?xiàng)l件下熱穩(wěn)定性發(fā)生變化。

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（責(zé)編：張宏民）