黑豆中花青素對大豆分離蛋白加工特性的影響

溫文君，李麗美，李占蓉，李鑫鵬

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

花青素是一類多羥基酚類物質(zhì)，黑豆中的花青素主要存在于種皮中，具有抗氧化[1]等多種生理活性，并具有降血脂[2]、抗癌[3]等功效。黑豆中蛋白質(zhì)含量豐富，約為30%，主要為大豆分離蛋白，并含有多種必需氨基酸，因此被廣泛應(yīng)用于食品加工中。黑豆蛋白質(zhì)可以用于制作蛋白質(zhì)飲料[4]、肉類替代品[5]、果凍[6]等食品，但其在食品加工中的應(yīng)用常受到持水性、乳化性、持油性、起泡性等加工特性的影響[7]。

食品組分之間的相互作用會影響食品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，這一直是食品領(lǐng)域研究的熱點，尤其是對蛋白質(zhì)性質(zhì)的影響[8-11]。Ye 等[12]的研究表明，茶多酚與酪蛋白之間的相互作用會導(dǎo)致酪蛋白疏水作用加強，二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。有研究表明，酚類化合物和蛋白質(zhì)之間的相互作用還可以通過其他機制實現(xiàn)。肌原纖維蛋白與單寧酸、沒食子酸和沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）之間氫鍵的作用降低了肌原纖維蛋白的表面疏水性和α-螺旋含量，提高了溶解度[13]。劉勤勤等[14]研究發(fā)現(xiàn)，茶多酚和大豆分離蛋白之間既存在范德華力，又存在氫鍵作用，加入茶多酚后，大豆分離蛋白的二級結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變。此外，小分子物質(zhì)與蛋白質(zhì)的相互作用與其濃度有關(guān)。EGCG 可以通過非共價作用或共價作用改變大豆分離蛋白的二級結(jié)構(gòu)[15-17]。當(dāng)EGCG 濃度相對較低時，共價復(fù)合物更容易形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。形成的不同復(fù)合物中，非共價復(fù)合物比共價復(fù)合物更易消化，具有更好的營養(yǎng)價值，并可作為功能性食品配料使用。共價復(fù)合物具有較高的穩(wěn)定性，可保護多酚類物質(zhì)不被分解，更適合用作活性物質(zhì)運輸載體或生物材料[18]。

食品中的大豆分離蛋白與其他組分相互作用對食品加工和產(chǎn)品研發(fā)等有重要意義。本研究考察了黑豆中花青素對大豆分離蛋白加工特性的影響，為更加高效地開發(fā)黑豆食品提供了一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料與試劑

大豆油，購于本地超市；大豆分離蛋白、花青素（純度為95%，來源于黑豆種皮）、十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液，上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.2 儀器與設(shè)備

FSH-2A可調(diào)高速勻漿機，常州天瑞儀器有限公司；SCIENTZ-30YD/A 冷凍干燥機，寧波新芝凍干設(shè)備股份有限公司；Heraeus Multifuge X1R 離心機，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；UV-1100 可見分光光度計，上海美譜達(dá)儀器有限公司；LC-DMS-H 磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物的制備

參考Kroll 等[19]的方法。向燒杯中加入1 g 大豆分離蛋白，用蒸餾水定容至100 mL，室溫（20 ℃）下磁力攪拌2 h，4 ℃下充分水化12 h，按照大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比分別為20∶1、20∶2、20∶4的比例加入花青素，以未添加花青素的大豆分離蛋白為對照（CK），在室溫避光條件下充分?jǐn)嚢?0 min，凍干備用。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 持水性

參考林晗等[20]的方法。稱量干燥離心管質(zhì)量并向其中加入0.5 g的大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物，然后加入10 mL蒸餾水，搖勻，室溫（20 ℃）下靜置30 min，8 000 r/min離心10 min。待離心結(jié)束以后，取出離心管并將離心管中的上清液倒出，稱量離心管和沉淀物的總質(zhì)量。每組樣品均進行3次平行試驗。

式中：m1為干燥離心管的質(zhì)量，g；m2為離心管和沉淀物的總質(zhì)量，g；m為添加大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物的質(zhì)量，0.5 g。

1.2.2.2 持油性

參考肖彤[21]的方法。稱量干燥離心管質(zhì)量后向其中加入0.5 g大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物，再加入3 mL大豆油（分3次加入，每次1 mL），使用攪拌棒將大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物和大豆油充分混合，持續(xù)攪拌5 min，攪拌結(jié)束后靜置30 min，將離心管放入離心機中，于8 000 r/min條件下離心10 min。離心結(jié)束以后，取出離心管并用移液槍將離心管中的上層油脂吸出，稱量離心管和沉淀物的總質(zhì)量。每組樣品均進行3次平行試驗。

式中：m3為干燥離心管質(zhì)量，g；m為添加大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物的質(zhì)量，0.5 g；m4為離心管和沉淀物的總質(zhì)量，g。

1.2.2.3 起泡性和起泡穩(wěn)定性

參考張曉敏[22]的方法。將大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物用蒸餾水稀釋至0.01 g/mL，取20 mL試樣于干燥的離心管內(nèi)，于15 000 r/min條件下均質(zhì)2 min。記錄均質(zhì)剛終止時的泡沫初始體積和均質(zhì)終止30 min后的泡沫體積。起泡性按公式（3）計算，泡沫穩(wěn)定性按公式（4）計算。

式中：V0為泡沫初始體積，mL；V1為30 min 后的泡沫體積，mL；V為試樣體積，20 mL。

1.2.2.4 乳化性和乳化穩(wěn)定性

參考惠君玉等[23]的方法。將大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物加蒸餾水稀釋至0.01 g/mL，取24 mL于干燥離心管中，再向其中加入8 mL大豆油，于10 000 r/min條件下均質(zhì)5 min。分別在靜置0 min 和10 min 時取50 μL乳狀液與5 mL質(zhì)量濃度為1 g/L的十二烷基硫酸鈉混合均勻，以1 g/L SDS溶液作為空白，在500 nm處測定吸光度，分別記為A0、A10。乳化性按公式（5）計算，乳化穩(wěn)定性按公式（6）計算。

式中：c為大豆分離蛋白-花青素復(fù)合物的質(zhì)量濃度，g/mL。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 進行數(shù)據(jù)分析，Origin Pro 8.5作圖；采用SPSS 22.0中的ANOVA結(jié)合Duncan’s檢驗進行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 花青素對大豆分離蛋白持水性的影響

持水性對食品的質(zhì)構(gòu)特性有很大影響。持水性與蛋白質(zhì)氨基酸的組成、構(gòu)象、親水性及其他食品組分的存在狀態(tài)有密切的關(guān)系，它不僅受共價交聯(lián)的影響，還受蛋白質(zhì)與水相互作用力的影響[24]。由圖1可見，大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比分別為20∶1、20∶2時，其與未添加花青素的大豆蛋白相比持水性無顯著變化，當(dāng)大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比為20∶4時，持水性顯著降低（P＜0.05）。過量添加花青素會導(dǎo)致大豆分離蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，這可能會影響大豆分離蛋白溶液的pH 值和離子強度[25]，從而影響其電荷分布，進而使持水性受到影響。

圖1 花青素對大豆分離蛋白持水性的影響Fig.1 Effects of anthocyanins on water retention of soybean protein isolate

2.2 花青素對大豆分離蛋白持油性的影響

在食品加工中，蛋白質(zhì)的持油特性被廣泛應(yīng)用。對于一些需要添加油脂的食品，如乳制品、糕點、肉制品等，蛋白質(zhì)的持油性能夠改善其質(zhì)地和口感，保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性并延長其貨架期[26]。由圖2 可以看出，隨著花青素添加量的增加，大豆分離蛋白的持油性先升高后降低。添加適量的花青素可以使其與大豆分離蛋白分子中的疏水基團相互作用[27]，改變其表面性質(zhì)，增強其疏水性，使其更易吸附油脂。但當(dāng)花青素添加量過高時，離子強度的變化會導(dǎo)致大豆分離蛋白分子構(gòu)象的變化[18]，從而降低其持油性。綜上，只有在一定添加量范圍內(nèi)，花青素才能夠增強大豆分離蛋白質(zhì)的持油性，增加其在食品工業(yè)中的應(yīng)用價值。

圖2 花青素對大豆分離蛋白持油性的影響Fig.2 Effects of anthocyanins on oil retention of soybean protein isolate

2.3 花青素對大豆分離蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響

蛋白質(zhì)的起泡性和泡沫穩(wěn)定性會對面包、蛋糕等食品的品質(zhì)產(chǎn)生影響，其與自身的空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)[28]，常常受到多種外界因素，如溫度、pH 以及蛋白質(zhì)分子量等的影響[29]。蛋白質(zhì)與其他組分的相互作用也會引起起泡性及泡沫穩(wěn)定性的變化。由圖3和圖4可以看出，大豆分離蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的變化趨勢是一致的。大豆分離蛋白本身具有較高的起泡性和泡沫穩(wěn)定性，在加入花青素后大豆分離蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性顯著下降（P＜0.05）。同樣的結(jié)果在小麥面筋蛋白中加入茶多酚后也被觀察到[30]。隨著花青素添加量的增加，起泡性和泡沫穩(wěn)定性有所升高，但仍低于未加入花青素的大豆分離蛋白。這可能是由于花青素與大豆分離蛋白結(jié)合后改變了蛋白質(zhì)的表面性質(zhì)[31]，使其在形成氣泡時難以產(chǎn)生穩(wěn)定的膜結(jié)構(gòu)，從而降低了起泡性能。

圖3 花青素對大豆分離蛋白起泡性的影響Fig.3 Effects of anthocyanins on foaming characteristics of soybean protein isolate

圖4 花青素對大豆分離蛋白泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.4 Effects of anthocyanins on foaming stability of soybean protein isolate

2.4 花青素對大豆分離蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響

蛋白質(zhì)是一種天然乳化劑，其乳化性能主要受自身結(jié)構(gòu)和成分的影響，氨基酸的組成不同、蛋白質(zhì)分子量的大小、蛋白質(zhì)的等電點、溶液的pH都會影響蛋白質(zhì)的乳化及乳化穩(wěn)定性[32-33]。由圖5和圖6可以看出，加入花青素后大豆分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性開始顯著上升（P＜0.05），但隨著花青素添加量的增加，乳化性降低。說明花青素對大豆分離蛋白乳化性能的影響具有濃度依賴性，低濃度的花青素能夠提高大豆分離蛋白的乳化性能。乳化穩(wěn)定性受花青素濃度的影響更大，花青素濃度越高，乳化穩(wěn)定性下降幅度越大。乳化性能的改變與蛋白質(zhì)的帶電性質(zhì)有關(guān)。Zang 等[34]研究表明，隨著溶液pH 的變化，蛋白表面的凈電荷也隨之改變，靜電斥力的提高有助于防止蛋白質(zhì)在溶液中的聚集，從而提高其乳化性能。本研究中，大豆分離蛋白乳化性能的變化可能是由于花青素與大豆分離蛋白之間靜電作用力的變化，導(dǎo)致大豆分離蛋白表面凈電荷發(fā)生變化。

圖5 花青素對大豆分離蛋白乳化性的影響Fig.5 Effects of anthocyanins on emulsification of soybean protein isolate

圖6 花青素對大豆分離蛋白乳化穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effects of anthocyanins on emulsification stability of soybean protein isolate

3 結(jié)論

本研究通過比較不同濃度的花青素與大豆分離蛋白所形成復(fù)合物的加工特性，探究了花青素濃度對大豆分離蛋白加工特性的影響。結(jié)果顯示：花青素添加量較低時，大豆分離蛋白的持水性不受花青素的影響，但花青素添加量增加到一定量時，持水性降低，大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比為20∶4 時持水性達(dá)到最小值；持油性隨著花青素添加量的升高呈先升高后降低的趨勢，大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比為20∶1 時最高；起泡性和泡沫穩(wěn)定性在未加花青素時最高，加入花青素后顯著降低，但這種影響隨花青素添加量的增加而減弱；乳化性和乳化穩(wěn)定性均隨著花青素添加量的升高先增加后降低，在大豆分離蛋白與花青素質(zhì)量比為20∶1時均達(dá)到最大值。本研究為黑豆產(chǎn)品的加工提供了參考依據(jù)。