大豆分離蛋白原料特性與組織蛋白品質(zhì)關(guān)系的研究

安紅周 吳文舉 周豫飛 馬宇翔 何紅偉 王金水

(河南工業(yè)大學糧油食品學院1，鄭州 450001)(豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司2，上海 200000)(河南工業(yè)大學生物工程學院3，鄭州 450001)

大豆蛋白原料的特性是低水分組織蛋白產(chǎn)品質(zhì)量的保障和連續(xù)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)。不同的大豆分離蛋白在進行低水分組織蛋白生產(chǎn)過程中，得到的樣品會有很大的差異。

國內(nèi)有大量研究不同品種的大豆所生產(chǎn)的大豆蛋白與組織蛋白的關(guān)系，如康立寧等[1]研究了大豆的品種特性與擠壓組織化的關(guān)系，得出大豆組分和植酸與組織蛋白品質(zhì)有內(nèi)在聯(lián)系，董玲[2]在大豆品種的基礎(chǔ)上探究了脫脂豆粉與高水分組織蛋白品質(zhì)特性的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)原料的理化特性和功能性與組織蛋白的組織化度、色澤、質(zhì)構(gòu)有密切的聯(lián)系，并通過研究得出適合用于生產(chǎn)組織蛋白的原料特征。張丙虎[3]則是利用不同品種谷朊粉探究原料特性與高水分組織蛋白品質(zhì)的關(guān)系?？赡苁且驗閿D壓生產(chǎn)工藝的不同或選用的原料的不同，無法較為準確對品質(zhì)指標進行測定，造成了原料特性與組織蛋白的關(guān)系的不準確性。

針對以上問題，本實驗對不同的大豆分離蛋白分別進行復(fù)配，低水分組織蛋白的生產(chǎn)并對品質(zhì)特性進行測定和分析，來探究大豆分離蛋白原料與低水分組織蛋白品質(zhì)的關(guān)系。

1 材料與設(shè)備

1.1 材料與試劑

食鹽、雙乙酰酒石酸單(雙)甘油酯(DATEM)、大豆卵磷脂、小蘇打、三聚磷酸鈉、抗壞血酸鈣、豆分離蛋白(分別從不同廠家選取不同季度的大豆分離蛋白原料1—22號)、大豆?jié)饪s蛋白、谷朊粉、玉米淀粉。

1.2 設(shè)備

CLEXTRAL Ev025型雙螺桿擠壓機，JD/1A-40多功能整形機，F(xiàn)34-EH加熱制冷循環(huán)器，TA-XT plus物性測定儀，RRH-250萬能粉碎機，BS-30KA電子天平，BSA224S分析天平，CR-400型色彩色差計。

2 實驗方法

2.1 低水分組織蛋白的制備

原料∶以大豆分離蛋白∶大豆?jié)饪s蛋白∶谷朊粉∶玉米淀粉為40∶30∶20∶10的比例，通過添加劑的單因素實驗，確定了添加劑的量為NaCl 1.2%，大豆卵磷脂0.6%，三聚磷酸鈉0.5%，小蘇打0.1%進行低水分組織蛋白的生產(chǎn)。

擠壓工藝：物料含水率約為35%，喂料速度為2.2 kg/min，一～六區(qū)擠壓溫度依次設(shè)置為30、75、120、140、165、160 ℃。更換原料后，當出料穩(wěn)定時收集原料。

2.2 原料理化特性測定方法

水分含量的測定：GB 5009.3—2016直接干燥法；粗蛋白的測定：GB 5009.5—2016；粗脂肪的測定：GB 5009.6—2016；灰分含量：GB 5009.4—2016。粗纖維：參照GB/T5009.10—2003。NSI：參照AACC—46—23。

蛋白懸濁液pH值的測定：參照Tan等[4]的方法，并進行一些調(diào)整。采用蒸餾水加入0.01 mol/L的NaOH溶液作為分散劑和調(diào)整蒸餾水pH。取100 mL燒杯，加入30 ℃蒸餾水配成濃度為5%的大豆分離蛋白懸濁液，攪拌至無干粉，然后在磁力攪拌器上攪拌30 min后，用pH測定懸濁液的pH值。

2.3 原料功能特性測定方法

2.3.1 持水的測定[5]

在已知質(zhì)量的離心管(m1)中加入3 g(m2)粉樣，加入18 mL蒸餾水，靜置30 min，4 500 r/min離心5 min，稱量倒掉上清液的離心管質(zhì)量(m3)。同一個樣品重復(fù)三次，測定取平均值。計算公式如下：

持水力=(m3-m2-m1)/m2

2.3.2 持油性的測定[6]

在已知質(zhì)量的離心管(m1)中加入4 g(m2準確)粉樣，取大豆油16 mL于離心管內(nèi)，攪拌5 min混勻，3 000 r/min離心20 min，倒出上清液，擦干管口油漬，稱重離心管質(zhì)量(m3)，每個樣品做3次重復(fù)，取平均值。計算公式如下：

持油性=(m3-m2-m1)/m2

2.3.3 乳化性：參照Yin等[7]的方法，用去蒸餾水配置10 g/L的蛋白溶液，振蕩30 min 使其充分溶解，3 000 r/min離心10 min，取上清液15 mL，加入5 mL玉米油，在高速分散均質(zhì)機中以10 000 r/min均質(zhì)1 min，制備得到乳狀液后分別于0 min和10 min時從乳液底部吸取50 μL，加入到5 mL 0.1% SDS溶液中，混合均勻后在500 nm的波長處測定吸光度A0和A10，以0.1%SDS做空白。按公式分別計算乳化活性指數(shù)(EAI)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)(ESI)。

EAI=(2×2.303×A0×N) /(10 000×θ×L×C)

ESI= (A0×10) /(A0-A10)

式中：N為稀釋倍數(shù)，100；θ為油相體積，0.25。

2.3.4 起泡性：參照楊鋒等[8]的方法，用去蒸餾水配置10 g/L 的蛋白溶液，振蕩30 min 使其充分溶解，3 000 r/min離心10 min，取上清液30 mL為液體體積為(V0/mL)置于高速分散均質(zhì)機中以10 000 r/min均質(zhì)1 min 后，記錄泡沫體積(V1/mL)，靜置20 min 后，再記錄泡沫體積(V20/mL)。按公式分別計算起泡能力(FC)和泡沫穩(wěn)定性(FS)。

FC=V1/V0

FS=V20/V1

2.3.5 黏度：采用數(shù)字黏度儀進行測量。配成一定濃度的大豆分離蛋白溶液，再利用磁力攪拌機攪拌20 min，然后馬上用數(shù)字黏度計(1#轉(zhuǎn)子，60 r/min)進行測量。

2.3.6 凝膠性：凝膠硬度參照石彥國等[9]方法測定，稍作調(diào)整：精準稱取3 g的大豆分離蛋白與20 mL的小燒杯中，加入30 ℃ 17 mL的蒸餾水，用玻璃棒充分攪拌直到燒杯內(nèi)無結(jié)塊，10 000 r·min-1均質(zhì)10 s排出大豆分離蛋白溶液中的氣泡，然后將表面抹勻，配成濃度為 15%的蛋白溶液，液面高度約3 cm，燒杯口蓋保鮮膜。將燒杯置于95 ℃水浴中加熱30 min，取出后迅速用流動的冰水冷卻至室溫，置于4 ℃冰箱中保存24 h。待凝膠形成后，取出燒杯用質(zhì)構(gòu)儀測其凝膠硬度。

用質(zhì)構(gòu)儀測量凝膠強度，選用直徑為10 mm的P0.5探頭。設(shè)定測前速度：2 mm/s；測中速度：1 mm/s；側(cè)后速度2 mm/s，沖壓深度：10 mm。

2.4 原料色澤和巰基測定方法

2.4.1 色澤的測定: 使用多功能色彩色差計對樣品進行L*、a*、b*、ΔE進行測定，L*為明度指數(shù)，數(shù)值越高，表示樣品色彩越明亮，a*、b*為彩度系數(shù)，分別表示紅色度和黃色度。ΔE*表示各值與標準色調(diào)之間的差值程度。標準白板色調(diào)值為L*=95.22，a*= -0.60，b*=4.15。ΔE*計算公式如下：

ΔE*=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2

2.4.2 巰基含量：參照歐仕益等[10]測定方法。試劑∶緩沖液1∶10.4 g Tris，6.9 g 甘氨酸，1.2 g EDTA溶于1L蒸餾水中，pH 8.0；Ellman試劑：0.2 g DTNB 溶于50 mL緩沖液1中。

方法：將1 g蛋白試樣和10 mL水加入燒杯中攪拌5 min，充分溶解，取1 mL蛋白液+7 mL 無水丙酮，攪拌均勻后，靜置10 min，然后離心(3 000 r/min，15 min)，用丙酮(5 mL)懸浮沉淀，于3 000 r/min離心15 min，重復(fù)兩次，用低溫冷風吹干丙酮，加入3 mL緩沖溶液1，取上層清液備用，測量游離巰基含量。

取1 mL丙酮處理過的蛋白液+2.0 mL緩沖液1+0.02 mL Ellman試劑，25 ℃保溫5 min，用紫外分光光度計，在412 nm下測定吸光度。實驗以不加蛋白液，而加Ellman試劑為空白，以不加Ellman試劑而加蛋白液確定其混濁度。計算公式如下：

SH=(73.53×A412×9.06)/C

式中：A412為有DTNB存在時的吸光值-無DTNB存在時的吸光值；9.06為稀釋倍數(shù)；C為固形物含量。

實驗方法均重復(fù)測定3～5次，取平均值，即為最終結(jié)果。

2.5 產(chǎn)品品質(zhì)特性的測定

2.5.1 色差的測定[11]

將低水分組織蛋白進行低溫烘干，然后進行粉碎。使用多功能色彩色差計對樣品進行L*、a*、b*、ΔE進行測定，L*為明度指數(shù)，數(shù)值越高，表示樣品色彩越明亮，a*、b*為彩度系數(shù)，分別表示紅色度和黃色度。ΔE*表示各值與標準色調(diào)之間的差值程度。標準白板色調(diào)值為L*=95.22，a*= -0.60，b*=4.15。ΔE*計算公式為：

ΔE*=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2

2.5.2 持水和吸油性的測定同2.3.1和2.3.2。2.5.3 膨化度的測定[12]

以低水分組織蛋白與擠壓機模頭出口矩形周長的比值進行測定，上述測定采用卷尺測量，隨機抽取同一次樣品測定5次，求其平均值，即為產(chǎn)品的膨化度:

膨化度=樣品周長/?？谥荛L

2.5.4 復(fù)水率的測定[13]

稱取5 g干燥的小麥組織化蛋白樣品( 質(zhì)量計為ml) ，25 ℃復(fù)水30 min，瀝水10 min后稱重(質(zhì)量記為m2),公式如下：

復(fù)水率=(m2-m1)/m1

2.5.5 質(zhì)構(gòu)特性的測定[14]

將低水分組織蛋白放入25 ℃水浴鍋中復(fù)水30 min，然后放在鐵絲網(wǎng)上瀝水10 min，修剪成長約2 cm的樣品，每個批次樣品平行測5次，去掉最大值和最小值后取平均值。

選定質(zhì)構(gòu)儀為TPA模式，采用P/50探頭，設(shè)定探頭測試前速度為2.0 mm/s，測試中速度為1.0 mm/s，測試后速度為2.0 mm/s，下壓程度為75%，觸發(fā)力5 g，時間間隔5 s。

2.5.6 感官評價的測定[15，16]

將從擠壓機模頭出口處生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，放入25 ℃的水浴鍋中復(fù)水30 min，然后放在鐵絲網(wǎng)上瀝水10 min，修剪成長約2 cm的樣品，各準備10塊。從色澤、表觀狀態(tài)、口感風味和組織狀態(tài)4個方面對高水分組織蛋白產(chǎn)品進行感官評定，A樣品用于評價色澤和平整性，B樣品用于評價口感和組織狀態(tài)。感官評分設(shè)計見表1，其中色澤、平整性、口感、組織狀態(tài)的比例系數(shù)分別為0.1、0.1、0.4、0.4，各項評分范圍1～10分，最后計算綜合得分。

感官評分小組由內(nèi)、外部人員各選取5名，共10名。其中內(nèi)部人員5名專業(yè)感官評價人員，5名非專業(yè)人士。感官評分小組的建立、人員篩選及培訓參照GB/T 16291.1—2012。

表1 感官評定標準

3 結(jié)果與分析

3.1 大豆分離蛋白原料理化特性

理化特性反映著原料最基本的成分，一般來說大豆品種的不同和生產(chǎn)工藝細微的差別會導(dǎo)致理化特性會有很大的不同[17]。目前市面的大豆分離蛋白是以低溫脫脂豆粕為原料，經(jīng)過“堿溶酸提”的方法進行分離。國內(nèi)生產(chǎn)大豆蛋白的廠家遍布各地，大豆的品種繁多，所以企業(yè)收集的大豆品種可能不盡相同，而且每一批次進行生產(chǎn)時的生產(chǎn)工藝也會有細微的差別，再加上生產(chǎn)環(huán)境等因素，會造成生產(chǎn)出的大豆分離蛋白品質(zhì)有著很大差別。

對1～22號不同廠家的大豆分離蛋白灰分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、NSI、pH值測定結(jié)果為：灰分平均值為4.45%，變幅為3.35%～5.37%，變異系數(shù)為12.13%，灰分含量最大為14號，最小為19號；粗蛋白含量平均值為93.05%，變幅為89.88%～95.92%,變異系數(shù)為1.92%，粗蛋白含量最大為8號，最小為12號；粗脂肪含量平均值為0.4%，變幅為0.14%～0.77%，變異系數(shù)為35%，粗脂肪含量最大為5號，最小為4號；粗纖維含量平均值為0.59%，變幅為0.3～1.01%，變異系數(shù)為30.51%，粗纖維含量最大為22號，最小為12號；NSI平均值為72.79%，變幅為51.08%～87.12%，變異系數(shù)為13.84%，最大為7號，最小為4號；懸濁液pH平均值為7.86，變幅為6.86～8.84，變異系數(shù)為6.49%，最大為10號，最小為19號。

3.2 大豆分離蛋白的功能特性

大豆分離蛋白的功能特性是蛋白原料的非常重要的原料特性，其功能特性包括持水性、吸油性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性、乳化性、乳化穩(wěn)定性、黏度、凝膠強度等。探討大豆分離蛋白的功能特性對研究大豆分離蛋白對組織蛋白影響十分重要。

不同廠家大豆分離蛋白功能特性的測定結(jié)果為：持水性的平均值為5.70 g/g，變幅為2.96～7.01 g/g,變異系數(shù)為17.01%，持水性最大的為3號，最小的6號；吸油性的平均值為1.24 g/g，變幅為0.9～1.59 g/g，變異系數(shù)為43.55%，持油性最大的為20號，最小的為19號；起泡性的平均值為144.64%，變幅為138.16%～153.51%,變異系數(shù)為2.78%，起泡性最大的為16號，最小的為18號；泡沫穩(wěn)定性的平均值為31.68%，變幅為23.54%～39.67%，變異系數(shù)為13.64%，泡沫穩(wěn)定性最大為11號，最小為29號。

乳化性平均值為7.66 m2/g，變幅為6.28～8.81 m2/g，變異系數(shù)為7.70%，最大8號，最小為17號；乳化穩(wěn)定性平均值為17.98 min,變幅為14.33～24.25 min，變異系數(shù)為15.57%，最大為7號，最小為22號；黏度平均值為53.04 mPa·s，變幅為12.97～93.23 mPa·s，最大為22號，最小為15號；凝膠強度平均值為222.97 g，變幅為109.31～417.34 g，變異系數(shù)為38.23%最大10為號，最小為18號。

3.3 大豆分離蛋白色澤和巰基

大豆蛋白的色澤和巰基在生產(chǎn)過程中也會隨著大豆的品種和工藝不同也會發(fā)生有所差異。

大豆分離蛋白的巰基含量和色澤的結(jié)果為：巰基含量的平均值為4.27 μmol/g，變幅為1.87 ～7.70 μmol/g，變異系數(shù)為29.74%，最大為16號，最小為3號，L*的平均值為84.81，變幅為81.70～88.00，變異系數(shù)為2.20%，最大為19號，最小為4號；a*的平均值為4.16，變幅為2.51～6.89，變異系數(shù)為25.90%，最大為4號，最小為7號；b*的平均值為13.36，變幅為10.44～15.81，變異系數(shù)為10.85%，最大為4號，最小為19號；ΔE平均值為17.48，變幅為13.49～21.66，變異系數(shù)為13.27%，最大為4號，最小為19號。

3.4 低水分組織蛋白品質(zhì)

低水分組織蛋白的品質(zhì)測定結(jié)果為：亮度L*值的平均值為73.25，變幅為71.72～76.22，變異系數(shù)為1.50%，最大為16號，最小為4號；紅色度a*值的平均值為8.07，變幅為7.29～8.75，變異系數(shù)為3.96%，最大為10號，最小為16號；黃色度b*值的平均值為20.19，變幅為19.41～20.85，變異系數(shù)為1.78%，最大為10號，最小為16號；色差ΔE的平均值為30.44，變幅為26.94～31.84，變異系數(shù)為3.79%，最大為10號，最小為19號。

持水性的平均值為2.19 g/g的，變幅為2.02～2.53 g/g,變異系數(shù)為5.48%，最大為18號，最小為1號；吸油性的平均值為0.89 g/g，變幅為0.81～1.01 g/g，變異系數(shù)為6.74%，最大為20號，最小為1號；低水分組織蛋白復(fù)水率的平均值為4.01 g/g，變幅為0.94～4.90 g/g，變異系數(shù)為23.44%，最大為17號，最小為18號；膨化度的平均值為2.94 g/g，變幅為1.16～3.58 g/g,變異系數(shù)為19.39%，最大為16號，最小為18號。

低水分組織蛋白硬度的平均值為6 421.62 g，變幅為4 986.77～7 895.22，變異系數(shù)為11.74%，最大為1號，最小為11號；彈性的平均值為92.17%，變幅為86.92%～94.91%，變異系數(shù)為2.30%，最大為6號，最小為19號；咀嚼性的平均值為3 722.12 g，變幅為2 628.96～4 877.13 g，變異系數(shù)為17.08%，最大為22號，最小為11號；感官評價的平均值為73.42分，變幅為60.33～86.19分，變異系數(shù)為7.31%，最大為16號，最小為18號。

3.5 大豆分離蛋白理化特性與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

由大豆分離蛋白理化特性與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性(表2)可知，原料灰分與樣品膨化度和復(fù)水率呈極顯著性正相關(guān)，與感官評價呈顯著性正相關(guān)；粗蛋白含量與膨化度呈顯著性負相關(guān)；原料的NSI和感官評價呈顯著性正相關(guān)，與吸油性呈極顯著性負相關(guān)；原料的懸浮液pH值與樣品復(fù)水率、膨化度和感官評價呈顯著性正相關(guān)，原因在于在堿性條件下有利于擠壓組織化的形成。賈旭[18]在NaHCO3和小蘇打的添加量對小麥組織蛋白的影響發(fā)現(xiàn)，組織蛋白的結(jié)構(gòu)和纖維化程度與pH有關(guān)，在弱堿性更有利用蛋白質(zhì)分子定向排列，使密度變小，體積增大，有利用組織蛋白絲狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生，口感具有嚼勁。灰分、粗脂肪、粗纖維與品質(zhì)特征沒有顯著性影響。

表2 大豆分離蛋白理化特性與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

3.6 大豆分離蛋白色澤與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

由表3可知，原料的巰基含量與樣品硬度呈顯著性正相關(guān)；原料明度L*與吸油性呈極顯著性正相關(guān)，與樣品b*呈顯著性正相關(guān)；原料a*與樣品b*呈極顯著性負相關(guān)；原料b*與樣品吸油性呈極顯著性負相關(guān)，與持水性呈顯著性負相關(guān)，與復(fù)水率和感官評價呈顯著性正相關(guān)；色差ΔE與樣品b*、持水性呈顯著性負相關(guān)，與吸油性呈極顯著性負相關(guān)。

表3 大豆分離蛋白色澤和巰基與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

3.7 大豆分離蛋白功能特性與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

由原料的功能特性與樣品品質(zhì)特性的相關(guān)性可知(表4)，原料持水性與樣品b*呈顯著性負相關(guān)；持油性與樣品ΔE、咀嚼性呈顯著性正相關(guān)；原料起泡性與膨化度、感官評價呈極顯著性正相關(guān)，與復(fù)水率呈顯著性正相關(guān)；原料泡沫穩(wěn)定性與ΔE呈極顯著性正相關(guān)。

表4 大豆分離蛋白功能特性與低水分組織蛋白品質(zhì)的相關(guān)性

4 結(jié)論

對22種大豆分離蛋白分別生產(chǎn)的低水分組織蛋白進行品質(zhì)特征的測定，個別樣品之間存在著顯著性差異。導(dǎo)致這些差異的原因在于大豆分離蛋白原料特性有所差異。將低水分組織蛋白的11種品質(zhì)指標與原料特性進行分析，找出適合用于生產(chǎn)以大豆分離蛋白為主的復(fù)配低水分組織蛋白適合的范圍約為：粗蛋白質(zhì)量分數(shù)≥90%、L*值為82.24～84.57、乳化穩(wěn)定性為17.08～18.75 min-1、吸油性為1.22～1.26 g/g、泡沫穩(wěn)定性為30.91%～31.71%、NSI為77.79%～82.57%、黏度為48.97～56.53 mPa·s、凝膠強度為230.71～250.66 g、巰基含量為3.41～4.4 μmol/L。