三種脫腥方法對大豆分離蛋白酶解物風味和抗氧化特性影響研究

摘要：大豆分離蛋白酶解物（soy protein isolate hydrolysate，SPIH）營養(yǎng)豐富，并具有良好的加工性能和生物活性，備受消費者關(guān)注，但豆腥味會限制其適用性。因此，該研究采用活性炭、β-環(huán)糊精和酵母發(fā)酵3種方法對SPIH進行脫腥處理，通過頂空-固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HS-SPME-GC-MS）分析，并結(jié)合感官評分和抗氧化活性確定最佳脫腥方法。結(jié)果表明，在脫腥前后的SPIH中共鑒定出48種揮發(fā)性成分，且經(jīng)過不同脫腥方法處理后，揮發(fā)性成分的種類和相對含量存在顯著性差異。結(jié)合氣味活度值（odor activity value，OAV）確定了9種關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)，將己醛、2-戊基呋喃、壬醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-壬烯醛和（E，E）-2，4-壬二烯醛定義為SPIH中的豆腥味物質(zhì)。通過計算OAV比值（愉快氣味∶不愉快氣味）和主成分分析確定了酵母發(fā)酵脫腥后SPIH風味最佳，其次分別為β-環(huán)糊精脫腥、活性炭脫腥，該結(jié)果與感官評價和抗氧化活性結(jié)果一致。綜合比較得出，相較于活性炭脫腥與β-環(huán)糊精脫腥，酵母發(fā)酵脫腥對SPIH的脫腥效果最佳。

關(guān)鍵詞：大豆分離蛋白；蛋白酶解物；脫腥；風味；抗氧化活性

中圖分類號：TS201.21文獻標志碼：A文章編號：1000-9973（2025）03-0047-07

Study on Effect of Three Deodorization Methods on Flavor and Antioxidant

Properties of Soy Protein Isolate Hydrolysate

WANG Jia-dong¹， WANG Ke¹， LI Yu-wen¹， LIAO Yong-hong^{1，2，3，4*}

（1.School of Light Industry Science and Engineering， Beijing Technology and Business University，

Beijing 100048， China; 2.Key Laboratory of Cleaner Production and Integrated Resource

Utilization of China National Light Industry， Beijing 100048， China; 3.Beijing Key

Laboratory of Flavor Chemistry， Beijing 100048， China; 4.Key Laboratory of

Flavor Science of China General Chamber of Commerce，

Beijing 100048， China）

Abstract： Soy protein isolate hydrolysate （SPIH） is rich in nutrition and has good processing properties and bioactivities， attracting much attention from consumers， but the beany flavor can limit its applicability. Therefore， in this study， three" methods such as activated charcoal， β-cyclodextrin and yeast fermentation are used to deodorize SPIH. The optimal deodorization method is determined by headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry （HS-SPME-GC-MS） analysis combined with sensory score and antioxidant activity. The results show that a total of 48 volatile components are identified in SPIH before and after deodorization， and there are significant differences in the types and relative content of volatile components after treatment with different deodorization methods. Combined with odor activity value （OAV）， nine key active odor substances are identified， and hexanal， 2-pentylfuran， nonanal， （E）-2-octenal， 1-octen-3-ol， （E）-2-nonenal and （E，E）-2，4-nonadienal are defined as the beany flavor substances in SPIH. By calculating the OAV ratio （pleasant odor∶unpleasant odor） and principal component analysis， it is determined that the flavor of SPIH is the best after yeast fermentation deodorization， followed by β-cyclodextrin deodorization and activated charcoal deodorization respectively， which is in agreement with sensory evaluation and antioxidant activity. Through comprehensive comparison， it is concluded that compared with activated charcoal deodorization and β-cyclodextrin deodorization， yeast fermentation deodorization has the best deodorization effect on SPIH.

Key words： soy protein isolate; protein hydrolysate; deodorization; flavor; antioxidant activity

收稿日期：2024-09-20

基金項目：國家重點研發(fā)項目（2017YFB0308905）

作者簡介：王家棟（1999—），男，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)。

*通信作者：廖永紅（1965—），女，教授，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)及食品發(fā)酵企業(yè)綠色制造技術(shù)評估與開發(fā)。

大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）的營養(yǎng)豐富，是在氨基酸組成上可替代動物蛋白的植物蛋白^[1]。研究表明SPI酶解后，其溶解性、起泡性、凝膠性、持水持油性、乳化性等功能特性得到改善，同時致敏性降低且更易被人體消化吸收^[2-3]。此外， SPIH具有多種生物活性，如抗氧化、抗疲勞、抗菌、降血壓等，具有廣闊的發(fā)展前景^[4]。但與多數(shù)大豆制品一樣，SPIH具有令人不快的豆腥味，限制了其應(yīng)用。因此，有效去除SPIH中的豆腥味值得進一步研究。

近年來對豆腥味的脫除方法主要包括物理法（加熱、輻射、吸附、包埋）、化學法（調(diào)節(jié)pH、有機溶劑萃取、添加還原劑）、生物法（微生物發(fā)酵、酶解）和復合法等^[5-9]。其中，活性炭吸附是常見的脫腥方法，研究證明活性炭可去除豆奶中的豆腥味及其他異味^[10]。β-環(huán)糊精是一種由7個葡萄糖單元組成的環(huán)狀碳水化合物，價格低廉且安全性高，可以與大豆的不溶性和非極性化合物形成水溶性包合物，有效掩蓋或減少大豆的不良風味^[11]。Shi等^[12]研究發(fā)現(xiàn)添加β-環(huán)糊精能夠顯著降低豆乳中關(guān)鍵性豆腥味成分的含量，從而提高豆乳的整體風味。此外，微生物發(fā)酵以其效率高、成本低等特點而受到廣泛的研究。在發(fā)酵過程中適當利用微生物群，不僅可以減少豆腥味，而且可以改善產(chǎn)品的香氣特征^[13]。目前常用的菌種有乳酸菌、酵母菌和鏈球菌等^[14-17]。

本研究采用活性炭、β-環(huán)糊精和酵母發(fā)酵3種方法對SPIH進行脫腥處理，通過HS-SPME-GC-MS分析，并結(jié)合感官評價和抗氧化活性結(jié)果，確定最佳脫腥方法。本文為SPIH的脫腥研究提供了參考，以期推進其在食品加工領(lǐng)域的進一步開發(fā)利用。

1材料與方法

1.1材料與試劑

SPIH：實驗室自制;粉狀活性炭（粒徑200目）：上海唐新活性炭有限公司;高活性干酵母：安琪酵母股份有限公司;鄰氯二苯（色譜級）：北京邁瑞達科技有限公司;β-環(huán)糊精、1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、七水合硫酸亞鐵、水楊酸：北京博奧拓達科技有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

Agilent 7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀、DB-WAX色譜柱美國安捷倫公司;50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭美國Supelco公司;M200 Pro酶標儀帝肯（上海）貿(mào)易有限公司;HZQ-F160恒溫振蕩培養(yǎng)箱蘇州培英實驗設(shè)備有限公司;DK-S22恒溫水浴鍋上海精宏實驗設(shè)備有限公司;3K15臺式高速冷凍離心機德國Sigma公司。

1.3實驗方法

1.3.1脫腥方法

1.3.1.1活性炭脫腥

取一定量的SPIH于100 mL錐形瓶中，加入1%的活性炭后置于40 ℃、150 r/min的恒溫搖床中脫腥60 min，脫腥后以8 500 r/min離心30 min，取上清液并定容至50 mL，得到活性炭脫腥后的SPIH。

1.3.1.2β-環(huán)糊精脫腥

取一定量的SPIH于100 mL錐形瓶中，加入7%的β-環(huán)糊精后置于40 ℃、150 r/min的恒溫搖床中脫腥90 min，脫腥后以8 500 r/min離心30 min，取上清液并定容至50 mL，得到β-環(huán)糊精脫腥后的SPIH。

1.3.1.3酵母發(fā)酵脫腥

稱取1 g活性干酵母，添加酵母質(zhì)量5%的葡萄糖，加入20 mL去離子水，置于35 ℃、150 r/min的恒溫搖床中活化30 min。

取一定量的SPIH于100 mL錐形瓶中，加入2.5%活化后的酵母后置于30 ℃、150 r/min的恒溫搖床中發(fā)酵脫腥10 h，脫腥后以8 500 r/min離心30 min，取上清液并定容至50 mL，得到酵母發(fā)酵脫腥后的SPIH。

1.3.2HS-SPME-GC-MS分析

依次加入5.0 g氯化鈉、8 mL樣品和1 μL內(nèi)標鄰二氯苯（1.000 μg/μL）于固相微萃取瓶中，用50/30 μm DVB/CAR/PDMS 萃取頭60 ℃頂空吸附30 min。進樣口溫度為250 ℃，解吸時間為5 min。

氣相色譜條件：DB-WAX毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），起始柱溫35 ℃，保持2 min，以5 ℃/min升至85 ℃，再以4 ℃/min升至135 ℃，最后以10 ℃/min升至230 ℃，保持2 min。載氣為高純氦氣，流速為1.2 mL/min，分流比為5∶1。

質(zhì)譜條件：電子轟擊離子源，能量為70 eV；離子源溫度為230 ℃；四極桿溫度為150 ℃；全掃描模式，質(zhì)量掃描范圍為33～500 amu；輔助加熱線溫度為230 ℃。

1.3.3感官評價

感官評價小組由10名成員組成，均經(jīng)過系統(tǒng)的感官評價培訓，并按照表1的評價標準對樣品的整體風味進行打分，以平均分為最終結(jié)果。本研究的樣品包括未脫腥、活性炭脫腥后、β-環(huán)糊精脫腥后和酵母發(fā)酵脫腥后4組SPIH樣品。

1.3.4體外抗氧化活性測定

1.3.4.1DPPH自由基清除率測定

參照GB/T 39100—2020《多肽抗氧化性測定DPPH和ABTS法》中的DPPH法進行。

1.3.4.2羥基自由基清除率測定

參考劉文穎等^[18]的方法并稍作修改，依次加入0.1 mL樣品溶液、1 mL 6 mmol/L水楊酸-乙醇溶液、1 mL 6 mmol/L FeSO4·7H2O溶液，實驗組加入1 mL 6 mmol/L H2O2啟動反應(yīng)，測得吸光度值，記為As；對照組加入等體積去離子水啟動反應(yīng)，測得吸光度值，記為Ac；空白組以等體積蒸餾水代替樣品，并以H2O2啟動反應(yīng)，測得吸光度值，記為Ab。混合均勻，于37 ℃水浴鍋中反應(yīng)1 h，測定510 nm處的吸光度值。羥基自由基清除率（P）計算公式如下：

P（%）=（1-As－AcAb）×100%。

2結(jié)果與分析

取本實驗室自制SPIH樣品，按照1.3.1的方法脫腥，脫腥結(jié)束后，比較脫腥前后SPIH樣品的HS-SPME-GC-MS分析結(jié)果、感官評分和抗氧化活性，實驗流程見圖1。

2.1SPIH中揮發(fā)性成分比較分析

由表2可知，通過HS-SPME-GC-MS測定了脫腥前后SPIH中揮發(fā)性成分的組成，共鑒定出48種揮發(fā)性化合物，包括醛類10種、醇類8種、酮類8種、酸類2種、呋喃類1種、吡嗪類5種、烴類12種、其他類2種。

由表3可知，在未脫腥樣品中檢測出33種化合物，經(jīng)活性炭、β-環(huán)糊精和酵母發(fā)酵脫腥處理后分別檢測出22，34，34種。相比于脫腥處理前，活性炭脫腥后未檢測出新增揮發(fā)性化合物，且揮發(fā)性化合物數(shù)量減少11種；β-環(huán)糊精脫腥后有9種揮發(fā)性化合物減少，包括醛類4種、醇類2種、酮類2種、酸類1種，但是新增10種烴類，包括十二烯、十二烷、1-癸烯等，經(jīng)驗證發(fā)現(xiàn)這些揮發(fā)性化合物均來自β-環(huán)糊精，見表4。酵母發(fā)酵脫腥后新增5種揮發(fā)性化合物，有4種為醇類，分別為3-甲基-1-丁醇、2-庚醇、1-辛醇和苯乙醇，同時醛類和酮類各減少2種，出現(xiàn)這種情況的原因通常與微生物代謝有關(guān)。脫腥前后SPIH中揮發(fā)性成分的種類和數(shù)量均發(fā)生了明顯變化，說明脫腥處理后SPIH的風味可能發(fā)生了改變。

脫腥前后揮發(fā)性成分相對含量總和見圖2。

由圖2可知，3種方法脫腥處理后揮發(fā)性化合物相對含量總和均發(fā)生了不同幅度的下降，其中活性炭脫腥后揮發(fā)性化合物相對含量僅為（86.32±0.37） μg/L，降低程度最明顯；其次是β-環(huán)糊精脫腥，相對含量為（262.20±0.04） μg/L；而酵母發(fā)酵脫腥后相對含量為（559.74±20.66） μg/L，降低幅度最小。同時活性炭、β-環(huán)糊精、酵母發(fā)酵脫腥后，SPIH中被脫除的揮發(fā)性化合物相對含量總和分別為525.42，440.07，272.84 μg/L。說明脫腥處理后，SPIH中揮發(fā)性成分被有效脫除，且吸附和包埋的物理方法對揮發(fā)性成分的脫除效果高于酵母發(fā)酵。

由圖3和表2可知，在未脫腥的SPIH中，醛類含量最高，占總揮發(fā)性化合物的40.38%。醛類化合物的閾值通常較低，是豆腥味的主要來源；呋喃類中只有2-戊基呋喃，卻是含量第二高的組分，許多研究中報道其是一種典型的豆腥味成分^[19]。酮類也是揮發(fā)性成分的重要組成部分，含量為17.76%。活性炭脫腥后，各類化合物含量均呈現(xiàn)下降趨勢，與其他脫腥方法相比，其對呋喃類、酮類和吡嗪類的脫除效果最好，脫除率分別達到99.61%、92.74%、89.67%。研究表明，吡嗪類化合物可作為堅果類和烘烤食品的增味劑，提升樣品的整體風味^[20]。此外，2-庚酮、苯乙酮、2-癸酮等具有奶油、花果香氣^[21-22]。因此，活性炭在吸附腥味物質(zhì)的同時，也大大降低了樣品中香氣成分的含量，可能會影響總體風味；在β-環(huán)糊精脫腥中，自身帶入的烴類化合物使烴類化合物含量隨之上升。除此之外，其他揮發(fā)性化合物含量同樣呈現(xiàn)下降趨勢，且對醇類和酸類的脫除效果最佳。Lyu等^[23]研究表明1-戊醇、1-己醇和1-辛烯-3-醇是豆腥味的關(guān)鍵風味物質(zhì)。而己酸、辛酸通常具有酸臭味，會降低樣品的整體接受度。β-環(huán)糊精脫腥后將1-戊醇、1-辛烯-3-醇、辛酸完全脫除，可有效提高樣品的風味；酵母發(fā)酵脫腥對醛類化合物的脫除率最高，達到79.32%。相反，發(fā)酵后醇類含量增加，從脫腥前的（45.41±0.79） μg/L增加到（314.41±11.01） μg/L，這與Xiang等^[22]使用釀酒酵母對豌豆蛋白脫腥后，醇類含量從（11.33±0.20） μg/L增加到（114.87±1.49） μg/L的結(jié)果一致^[22]。其中新增的3-甲基-1-丁醇和苯乙醇含量最高，它們由酵母菌分解脂肪酸產(chǎn)生，分別呈清香、玫瑰香，可對SPIH的風味起到改良作用。

2.2關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)分析

OAV是揮發(fā)性化合物濃度與氣味閾值的比值，可以表示某個揮發(fā)性成分對風味的貢獻，是評價揮發(fā)性成分對樣品風味貢獻的重要指標。一般將OAVgt;1的揮發(fā)性化合物定義為關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)。通過計算HS-SPME-GC-MS鑒定的48種揮發(fā)性成分的OAV，共發(fā)現(xiàn)SPIH中有9種化合物的濃度高于其氣味閾值，即OAVgt;1，見表5。

由表5可知，未脫腥SPIH中OAV＞1的化合物共有8種，包括醛類6種、醇類1種、呋喃類1種，其中7種活性物質(zhì)己醛、2-戊基呋喃、壬醛、（E）-2-辛烯醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-壬烯醛和（E，E）-2，4-壬二烯醛分別呈現(xiàn)青草味、塑料味、蘑菇味、脂肪味等不愉快氣味，因此，將它們定義為SPIH中的豆腥味物質(zhì)。在已有的研究報道中，同樣將它們定義為豆腥味組成成分^{[15，25]}。

由圖4可知，脫腥后豆腥味物質(zhì)的OAV總和均低于未脫腥組，說明活性炭、β-環(huán)糊精和酵母發(fā)酵3種處理方法均對SPIH中的豆腥味物質(zhì)起到脫除作用，豆腥味物質(zhì)含量分別減少了84.75%、85.57%、44.29%，且β-環(huán)糊精對豆腥味物質(zhì)的脫除效果最好。3種脫腥方法對（E，E）-2，4-壬二烯醛的脫除率均達到100%，在未脫腥樣品中其OAV高達14.28，但閾值為0.1 μg/L，相對含量僅為（1.43±0.03） μg/L，原因可能與此有關(guān)。此外，活性炭對2-戊基呋喃的脫除率最大，對己醛的脫除效果最差；β-環(huán)糊精對己醛、1-辛烯-3-醇、（E）-2-壬烯醛的脫除效果最佳，與Lee等^[26]添加β-環(huán)糊精在降低大豆中己醛和1-辛烯-3-醇含量方面發(fā)揮重要作用的結(jié)論基本一致。發(fā)酵脫腥后對壬醛和（E）-2-辛烯醛的脫除率最高，但對豆腥味物質(zhì)的整體脫除效果最差。

由于發(fā)酵后產(chǎn)生了新的關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)3-甲基-1-丁醇，影響了SPIH的整體風味。同時考慮到其與苯乙醛分別呈現(xiàn)花香、清香的愉快氣味，因此，通過進一步計算2種愉快氣味與7種不愉快氣味的OAV比值，即OAV比值（愉快氣味∶不愉快氣味），比較不同脫腥方法之間的差異，見圖5。

由圖5可知，脫腥后OAV比值均高于未脫腥組，且酵母發(fā)酵脫腥gt;β-環(huán)糊精脫腥gt;活性炭脫腥，說明酵母發(fā)酵脫腥后SPIH風味最佳。相較于其他方法，活性炭脫腥后苯乙醛損失最大，是導致其最終風味寡淡的原因。

2.3關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)主成分分析

針對OAV分析得出的9種關(guān)鍵活性氣味物質(zhì)，對脫腥前后的SPIH進行主成分分析。4組樣品的PCA得分見圖6（PC1為62.8%，PC2為29.5%），涵蓋了樣品中92.3%的信息，可以較好地反映原始數(shù)據(jù)。

由圖6可知，經(jīng)不同脫腥方法處理后，均與未脫腥樣品無重疊且區(qū)分效果明顯。其中，活性炭和β-環(huán)糊精處理后樣品較接近，可能是因為這兩種方法都屬于物理法脫腥。酵母發(fā)酵脫腥后與另外3組樣品均有較大差距。根據(jù)脫腥后樣品數(shù)據(jù)點與未脫腥樣品數(shù)據(jù)點間的距離，可以判斷其與未脫腥樣品的差異，發(fā)現(xiàn)酵母發(fā)酵脫腥gt;β-環(huán)糊精脫腥gt;活性炭脫腥，與上述得到的結(jié)果一致。

2.4感官評價

對未脫腥SPIH、活性炭脫腥后SPIH、β-環(huán)糊精脫腥后SPIH和酵母發(fā)酵脫腥后SPIH 4組樣品按照1.3.3進行感官評價，見圖7。

由圖7可知，脫腥后樣品的感官評分顯著高于未脫腥組（Plt;0.05），說明脫腥處理后SPIH風味均得到改善。酵母發(fā)酵脫腥后SPIH風味最佳，其次分別為β-環(huán)糊精脫腥、活性炭脫腥，結(jié)果與OAV比值和PCA結(jié)果一致。

2.5抗氧化活性變化

通過測定DPPH自由基和羥基自由基清除能力，評價脫腥前后SPIH的抗氧化能力，見圖8。

由圖8可知，未脫腥樣品的DPPH自由基和羥基自由基清除率分別為（55.72±0.69）%和（39.79±0.67）%，脫腥后各組樣品的DPPH自由基和羥基自由基清除率均有所下降。從DPPH自由基清除率變化可以看出，酵母發(fā)酵脫腥后DPPH自由基清除率（（54.94±0.22）%）最高，且與未脫腥樣品無顯著性差異；另外兩組脫腥后樣品的DPPH自由基清除率顯著低于未脫腥組（Plt;0.05），分別降低了15.66%和5.85%，其中活性炭脫腥后DPPH自由基清除率（（40.06±0.46）%）最低。從羥基自由基清除率變化可以看出，脫腥后樣品的抗氧化能力均顯著低于未脫腥組（Plt;0.05），酵母發(fā)酵脫腥后羥基自由基清除率（（32.27±0.80）%）最高，活性炭脫腥和β-環(huán)糊精脫腥后羥基自由基清除率分別為（28.54±0.25）%和（29.68±0.53）%，二者無顯著性差異?？傮w來說，酵母發(fā)酵脫腥后樣品的抗氧化能力明顯高于另外兩組樣品，活性炭脫腥后樣品的抗氧化能力最低，而β-環(huán)糊精脫腥后樣品介于兩者之間。不同處理條件下DPPH自由基和羥基自由基清除率存在差異與各組樣品中具有抗氧化活性的生物成分組成有關(guān)?；钚蕴棵撔扰cβ-環(huán)糊精脫腥都是通過物理方法將腥味物質(zhì)以吸附或包埋的方式進行脫除，同時也會對樣品中的功能性成分造成損失。酵母也具有一定的吸附能力，會導致生物活性物質(zhì)流失，但微生物生長代謝過程中可能產(chǎn)生一些具有抗氧化活性的物質(zhì)，導致其抗氧化能力損失較低，而具體原因有待進一步研究。

3結(jié)論

本研究采用活性炭、β-環(huán)糊精和酵母發(fā)酵3種方法對SPIH進行脫腥處理，以HS-SPME-GC-MS分析結(jié)果、感官評分和抗氧化活性為考察指標，評價了不同脫腥方法的差異。結(jié)果表明，不同脫腥方法對SPIH均起到脫腥作用，其中，活性炭對揮發(fā)性成分的脫除效果最好，但樣品的整體風味和抗氧化活性低于另外兩種方法；β-環(huán)糊精對7種豆腥味物質(zhì)的脫除效果最好，脫腥后豆腥味物質(zhì)數(shù)量減少了3種，含量減少了85.57%；酵母發(fā)酵脫腥對SPIH風味改善效果最佳。同時，酵母發(fā)酵脫腥后感官評分和抗氧化活性均高于其他兩種方法。綜合得出，酵母發(fā)酵脫腥對SPIH的脫腥效果最佳。

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