小粒黑大豆蛋白質(zhì)功能特性研究

江 帆 郭 穎 王 華 梁雞保 杜雙奎

(西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，楊凌 712100)(渭南市食品執(zhí)法監(jiān)察支隊(duì)2，渭南 714000)(神木市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心3，神木 719300)

大豆根據(jù)其籽粒百粒重大小可分為特小粒(<10 g)、小粒(10～15 g)、中粒(15～20 g以下)、大粒(20～25 g)和特大粒(>25 g)；根據(jù)籽粒種皮顏色可分為黃色、黑色、青色、褐色以及雙色豆[1-2]。黑大豆為豆科植物大豆(GlycinemaxL.Merr.)的黑色種子，栽培源于我國，種質(zhì)資源多樣且數(shù)量大，目前我國現(xiàn)保存的黑大豆資源有2 980份，占全國大豆品種資源的13.2%[3]。黑大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)36%～40%，富含18種氨基酸，其氨基酸構(gòu)成比例與FAO/WHO頒布的模式值基本接近，必需氨基酸種類齊全，比例合適且數(shù)量充足，是一種完全蛋白質(zhì)，特別是黑大豆中的丙氨酸、精氨酸等必需氨基酸占氨基酸總量的40%以上，其組成與動(dòng)物蛋白類似[4]。目前研究主要集中在大粒黑大豆?fàn)I養(yǎng)成分分析[5]、蛋白質(zhì)提取[6]和蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[7-8]等方面，關(guān)于小粒黑大豆蛋白質(zhì)的功能特性研究較少。

黃土高原地區(qū)，屬于我國的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，長期氣候干旱，水土流失嚴(yán)重，土地貧瘠。小粒黑大豆以其較強(qiáng)的抗逆性和適應(yīng)性，尤其是極強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，使其成為了黃土高原地區(qū)主要的食用大豆資源。小粒黑大豆含有有益于人體健康的生理功能成分而受到消費(fèi)者和研究者關(guān)注[9-10]。但目前其產(chǎn)品多以傳統(tǒng)的豆腐制品、豆芽等為主，新興制品研發(fā)不足，蛋白質(zhì)功能特性的差異尚不清楚，影響了這一寶貴資源的開發(fā)利用。本實(shí)驗(yàn)以黃土高原小粒黑大豆為實(shí)驗(yàn)材料，以小粒黃大豆為對照，采用堿溶酸沉法提取蛋白質(zhì)，研究不同小粒黑大豆蛋白的溶解性、吸水性和吸油性，對不同蛋白濃度條件下蛋白乳化能力和乳化穩(wěn)定性、起泡能力和泡沫穩(wěn)定性分析，并對小粒黑大豆蛋白的凝膠特性進(jìn)行探討，以期為小粒黑大豆、蛋白的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

小粒黑大豆、小粒黃大豆均收集于黃土高原地區(qū)，種植于陜西神木市農(nóng)技推廣中心實(shí)驗(yàn)田。4個(gè)小粒黃大豆分別為定邊白黑豆、橫山狗牙豆、府谷小黃豆、神木雞腰白，8個(gè)小粒黑大豆分別為子洲小黑豆、鹽池黑豆、定邊小黑豆、靖邊王渠子黑豆、府谷小黑豆、神木連枷條、橫山老黑豆、偏關(guān)小黑豆。

1.2 方法

1.2.1 小粒黑大豆蛋白的提取

小粒黑大豆粉碎過60目篩，用石油醚脫脂后與蒸餾水以1∶20的比例混勻，調(diào)pH至8.0～9.0，40 ℃下恒溫振蕩2 h，間歇加堿液以維持pH值，隨后3 800 r/min離心20 min，沉淀物再按料液比為1 ∶10提取2次，混合3次上清液，調(diào)pH至4.5，靜置2 h，離心后棄上清液，水洗沉淀物2次，調(diào)pH為6.5～7.0，在4 ℃下透析48 h，凍干后于-20 ℃貯存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 蛋白質(zhì)的功能特性測定

1.2.2.1 溶解性

參考Wu等[11]方法。稱取1.000 g蛋白樣品分散于50 mL去離子水中，磁力攪拌1 h，4 000 r/min離心20 min，取上清液5 mL，用微量凱氏定氮法測其蛋白含量。用氮溶解度指數(shù)(NSI)表示其溶解度。

1.2.2.2 吸水性

稱取0.2 g蛋白樣品與6 mL蒸餾水于已知質(zhì)量的離心管中，振蕩1 min后靜置10 min，1 600 r/min離心25 min，倒去上清液，將沉淀物同離心管置于50 ℃干燥25 min后稱重[12]。

式中：m2為離心后總質(zhì)量/g；m1為離心前樣品與離心管總質(zhì)量/g；m為樣品質(zhì)量/g。

1.2.2.3 吸油性

取0.5 g蛋白樣品與5.0 g大豆油于離心管中，每隔5 min攪拌30 s，30 min后于2 000 r/min離心25 min，吸出未被吸附的大豆油，計(jì)算蛋白吸油能力[12]。

1.2.3.4 乳化能力(EC)和乳化穩(wěn)定性(ES)

乳化能力和乳化穩(wěn)定性參考Timilsena等[13]方法測定。

取濃度為0.2%、0.3%、0.5%蛋白溶液24 mL與8 mL大豆油于離心管中，用高速分散器以10 000 r/min攪打2 min，用微量注射器迅速從底部吸取50 μL乳化液加入到5 mL0.1%的SDS溶液中，以0.1%的SDS溶液為對照，于500 nm處測定其吸光度(A)，乳化能力以吸光值(A)×100來表示。將測定乳化能力后的乳化液放置于80 ℃水浴中加熱30 min，冷卻至室溫，搖勻，按上述方法測定乳化能力(EC80)，計(jì)算乳化穩(wěn)定性。

1.2.3.5 起泡能力(FC)和泡沫穩(wěn)定性(FS)

室溫下取100 mL 2%、3%、5% 蛋白溶液于燒杯中，用高速分散器以10 000 r/min攪打2 min，測定其泡沫體積。記錄攪打后的體積V，隨后將攪打起泡的3%蛋白液樣品靜置20、40、60、90 min，記錄不同時(shí)間段的泡沫體積V1，計(jì)算起泡性(FC)和泡沫穩(wěn)定性(FS)[14]。

1.2.3.6 凝膠特性

凝膠制備：配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14%的蛋白樣品溶液于50 mL小燒杯中，用保鮮膜封口，置于80 ℃恒溫水浴鍋中保溫30 min，取出迅速冷卻，形成蛋白凝膠，在4 ℃過夜備用。

凝膠質(zhì)構(gòu)特性測定：采用TPA模式測定，P/10探頭，測前速度2.0 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度0.8 mm/s，穿刺距離2.0 mm，觸發(fā)應(yīng)力1 g[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 溶解性、吸水性和吸油性

蛋白質(zhì)的溶解性影響其乳化性、起泡性和凝膠特性等功能特性。由表1可以看出，不同小粒大豆蛋白質(zhì)的溶解性有顯著差異，小粒黑大豆的氮溶解指數(shù)(51.72%～62.07%)顯著低于小粒黃大豆(62.19%～63.60%)。不同品種間小粒黑大豆蛋白質(zhì)的溶解性有顯著差異，這可能由于蛋白質(zhì)的表面疏水性與蛋白分子的空間構(gòu)象及疏水殘基的暴露有關(guān)[16]。

蛋白質(zhì)的吸水性與吸油性在食品加工及食品品質(zhì)方面有著至關(guān)重要的作用[17]。由表1可知，不同小粒黑大豆蛋白質(zhì)的吸水性和吸油性差異顯著，小粒黑大豆蛋白質(zhì)吸水性在2.29～2.95 g/g之間，其中鹽池黑豆、定邊小黑豆和靖邊王渠子黑豆的蛋白質(zhì)吸水性顯著高于小粒黃大豆蛋白質(zhì)(2.58～2.81 g/g)。小粒黑大豆蛋白質(zhì)吸油性在1.52～1.70 g/g之間，顯著低于小粒黃大豆蛋白質(zhì)(1.72～2.00 g/g)。定邊白黑豆和橫山狗牙豆的蛋白質(zhì)吸油性較高，府谷小黑豆和神木連枷條的蛋白質(zhì)吸油性較低，這可能與小粒黑大豆蛋白質(zhì)含有較多親水部分，如極性或帶電荷的側(cè)鏈，從而有較高的親水性、較低的親脂性有關(guān)[18]。

表1 小粒大豆蛋白質(zhì)的溶解性、吸水性和吸油性

2.2 乳化能力和乳化穩(wěn)定性

小粒黑大豆蛋白質(zhì)的乳化能力隨著蛋白質(zhì)濃度的不同而不同(表2)。蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%～0.5%時(shí)，乳化能力在54.40%～88.60%之間變化。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，小粒黑大豆蛋白質(zhì)有較高的乳化能力，其中子洲小黑豆的乳化能力最高；橫山老黑豆和偏關(guān)小黑豆的乳化能力最低，且顯著低于小粒黃大豆。劉潤玉等[19]發(fā)現(xiàn)小粒黑豆分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性均優(yōu)于黃豆分離蛋白，這與本研究結(jié)果基本一致。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度增加到一定程度時(shí)，部分蛋白質(zhì)分子間彼此靠在一起，形成膠束，膠束有利于提高蛋白的乳化性。當(dāng)乳液達(dá)到臨界膠束濃度后，油水界面乳化劑的量不隨濃度增大而增多，故蛋白的乳化能力不再提高，乳化活性趨于穩(wěn)定[20]。由表3可以看出，不同蛋白濃度時(shí)，小粒黑大豆蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性不同；同一蛋白質(zhì)濃度下，不同品種小粒大豆蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性亦有顯著差異，這可能與蛋白質(zhì)種類、氨基酸組成及親脂性蛋白數(shù)量有關(guān)。小粒黑大豆蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性隨著蛋白濃度的增大而降低，與小粒黃大豆乳化穩(wěn)定性的變化趨勢相同，這可能是由于隨著蛋白質(zhì)濃度的不斷增加，多余蛋白分子聚集在一起，因而降低了蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性[21]。

表2 蛋白質(zhì)濃度對乳化能力的影響/%

表3 蛋白質(zhì)濃度對乳化穩(wěn)定性的影響/%

2.3 起泡能力和泡沫穩(wěn)定性

蛋白質(zhì)起泡能力隨蛋白濃度的不同而不同(表4)。神木雞腰白、子洲小黑豆和鹽池黑豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，起泡能力最大；定邊白黑豆和府谷小黑豆蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)的起泡能力最大；其余小粒黑大豆蛋白質(zhì)的起泡能力隨濃度的增大而增大，在5%時(shí)起泡能力最大。同一蛋白質(zhì)濃度下，不同小粒大豆蛋白質(zhì)的起泡能力差異顯著，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，神木雞腰白的起泡能力最大，為91.40%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，定邊白黑豆的起泡能力最大，為95.80%，靖邊王渠子黑豆的起泡能力最小，為78.79%；質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí)，橫山老黑豆的起泡能力最大，為92.7%，府谷小黑豆的起泡能力最小，為75.70%。蛋白質(zhì)的起泡能力與蛋白內(nèi)在結(jié)構(gòu)和聚集狀態(tài)有關(guān)，同時(shí)還受外在因素如離子強(qiáng)度、溫度和pH等影響[22]。

表4 蛋白質(zhì)濃度對起泡能力的影響/%

由圖1可知，隨著靜置時(shí)間的延長，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的蛋白泡沫穩(wěn)定性不斷降低。在20 min內(nèi)，定邊白黑豆、府谷小黑豆和靖邊王渠子黑豆蛋白的泡沫穩(wěn)定性降低較快，橫山狗牙豆蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性降低最慢，在靜置1 h后，除定邊白黑豆、府谷小黑豆、靖邊王渠子黑豆和定邊小黑豆外，其余大豆蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性均大于80%。靜置2 h后，橫山狗牙豆蛋白泡沫穩(wěn)定性大于85%，具有較好的泡沫穩(wěn)定性，而其余小粒大豆蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性均低于80%。劉潤玉等[19]研究表明小黑豆蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性差于黃豆蛋白，這與本研究結(jié)果一致。

圖1 靜置20、40、60、120 min后小粒大豆蛋白質(zhì)(3%)的泡沫穩(wěn)定性

2.4 凝膠特性

不同小粒黑大豆蛋白質(zhì)的凝膠強(qiáng)度和黏附性有顯著差異(表5)。小粒黑大豆的蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度為154.59～203.66 g，定邊小黑豆的凝膠強(qiáng)度最大，偏關(guān)小黑豆的最??；除子洲小黑豆、橫山老黑豆和偏關(guān)小黑豆外，其余小粒黑大豆蛋白的凝膠強(qiáng)度均顯著高于小粒黃大豆。小粒黃大豆中的橫山狗牙豆的蛋白黏附性較高，為8.45 g·s；小粒黑大豆中的定邊小黑豆和神木連枷條的蛋白黏附性較大，分別為9.50 g·s和9.39 g·s。李靜靜等[23]分析了30種不同大豆品種，發(fā)現(xiàn)不同品種的大豆分離蛋白的凝膠硬度、彈性明顯不同，硬度的變異系數(shù)高達(dá)57.89%。石彥國等[24]研究了13個(gè)不同大豆品種，發(fā)現(xiàn)不同品種大豆蛋白的凝膠特性差異顯著，其中硬度和彈性的變異系數(shù)分別為34.92%和10.48%。這可能與組成蛋白質(zhì)的7S/11S的含量比例不同有關(guān)，蛋白質(zhì)中11S球蛋白含量越高，蛋白的凝膠性能越好。7S由于巰基和二硫鍵含量較低，形成的凝膠沒有11S規(guī)則[25]。另外，蛋白質(zhì)濃度、凝膠溫度、加熱時(shí)間、pH及離子強(qiáng)度等因素也會(huì)影響蛋白質(zhì)的凝膠特性[26]。

表5 小粒黑大豆蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度和黏附性

3 結(jié)論

小粒黑大豆的氮溶解指數(shù)在51.72%～62.07%之間，顯著低于小粒黃大豆。小粒黑大豆蛋白間的吸水性和吸油性有顯著差異，鹽池黑豆、定邊小黑豆和靖邊王渠子黑豆的蛋白質(zhì)吸水性顯著高于小粒黃大豆，吸油性顯著低于小粒黃大豆。同一蛋白質(zhì)濃度時(shí)，小粒大豆蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性差異顯著，乳化穩(wěn)定性隨著蛋白濃度的增大而降低。隨著靜置時(shí)間的延長，3%濃度的小粒黑大豆蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性不斷降低。定邊小黑豆的凝膠強(qiáng)度最大，偏關(guān)小黑豆的最?。恍×：诖蠖沟鞍椎哪z強(qiáng)度顯著高于小粒黃大豆。不同小粒黑大豆蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性、起泡性和凝膠特性有差別，這可能與其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)不同有關(guān)，有必要后續(xù)開展深層次研究。