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大豆分離蛋白的組成與功能性質(zhì)

時(shí)間：2020-06-15 14:02 點(diǎn)擊次數(shù)：216

大豆分離蛋白的組成與功能性質(zhì)
作者：謝良? 王璋? 蔡寶玉? 無(wú)錫輕工大學(xué)食品學(xué)院

摘　要　本文對(duì)國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的兩種大豆分離蛋白進(jìn)行了分析,比較了它們的化學(xué)組成與功能性質(zhì)。與進(jìn)口的大豆分離蛋白相比,國(guó)產(chǎn)的大豆分離蛋白灰分較高,乳化能力較高,熱變性時(shí)熱焓較小,分子量較小;兩種蛋白質(zhì)水合能力和凝膠性質(zhì)相近;國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白的溶解性好于進(jìn)口產(chǎn)品,但分散性卻低于進(jìn)口產(chǎn)品;研究結(jié)果表明:國(guó)產(chǎn)大豆蛋白在加工過(guò)程中解聚和降解較多,且粉末未經(jīng)工藝處理。

關(guān)鍵詞　大豆分離蛋白　成分　功能性質(zhì)

前言

大豆分離蛋白是重要的植物蛋白產(chǎn)品,除了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外?,它還具有許多重要的功能性質(zhì)?,這些功能性質(zhì)對(duì)于大豆蛋白在食品中的應(yīng)用具有重要的價(jià)值〔1〕。

大豆蛋白的功能性質(zhì)可歸為三類(lèi)〔^1〕,?一是蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)(取決于蛋白質(zhì)-?水相互作用)?,二是與蛋白質(zhì)?-?蛋白質(zhì)相互作用有關(guān)的性質(zhì)?,三是表面性質(zhì)。水合性質(zhì)包括?:?水吸收及保留能力、濕潤(rùn)性、腫脹性、粘著性、分散性、溶解度和粘度。而蛋白分子間的相互作用在大豆蛋白發(fā)生沉淀作用、凝膠作用和形成各種其它結(jié)構(gòu)(例如面筋)?時(shí)才有實(shí)際的意義。表面性質(zhì)主要是指乳化性能和起泡性能。

國(guó)外對(duì)于大豆分離蛋白的研究可追溯到本世紀(jì)30 年代,近年來(lái)在大豆分離蛋白的結(jié)構(gòu)與功能性質(zhì)的關(guān)系方面做了很多工作,找到了一些規(guī)律〔2～5〕。然而,迄今為止,大豆分離蛋白的功能性質(zhì)的物理化學(xué)基礎(chǔ)還沒(méi)有完全搞清楚,至于將大豆分離蛋白添加到某種食品中去之后它們所表現(xiàn)出來(lái)的功能性質(zhì),由于涉及到大豆分離蛋白產(chǎn)品中的各種蛋白質(zhì)組分與食品組分之間的相互作用,情況就更復(fù)雜了。

影響大豆分離蛋白功能性質(zhì)的因素非常復(fù)雜〔^5〕,首先是大豆蛋白產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的含量?,各個(gè)蛋白質(zhì)組分的聚集和解聚狀態(tài)?,蛋白質(zhì)的變性程度和蛋白產(chǎn)品中非蛋白質(zhì)部分的組成。除了上述這些內(nèi)在因素外?,許多外部因素也影響著大豆分離蛋白產(chǎn)品的功能性質(zhì)?,例如?,p?H、離子強(qiáng)度和溫度。因此不同的大豆分離蛋白生產(chǎn)工藝會(huì)影響大豆蛋白產(chǎn)品中蛋白質(zhì)的組成與分子結(jié)構(gòu),從而影響到產(chǎn)品的功能性質(zhì)。

本文分析和測(cè)定了市售國(guó)產(chǎn)的大豆分離蛋白和從美國(guó)進(jìn)口的一種型號(hào)的大豆分離蛋白產(chǎn)品的成份和功能性質(zhì)。

1、試驗(yàn)材料與方法

1.?1?????材料

國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白:市售 ,食品級(jí)進(jìn)口大豆分離蛋白:美國(guó)?,火腿生產(chǎn)用的大豆分離蛋白

1.?2?????方法

1.?2.?1??????水分測(cè)定〔⁶^〕^:?^{真空干燥法?}^(?^680mm^汞柱70 ℃)

1.?2.?2?????灰分測(cè)定〔⁷^〕^:^高溫爐?⁶⁰⁰^℃灰化

1.?2.?3?????鉀、鈉和鈣含量(ppm或μg/g)?測(cè)定〔⁸^〕^:^{原子吸收分光光度法}

1.?2.?4?????磷酸鹽含量(以?PO₄³?-?計(jì)?,mg/g)測(cè)定〔⁹^〕^:^{鉬藍(lán)比色法}

1.?2.?5?????蛋白質(zhì)含量(N×6.?25)測(cè)定〔¹⁰^〕^:^{凱氏定氮法}

1.?2.?6?????脂肪含量測(cè)定〔¹¹^〕^:^{索氏抽提法}

1.?2.?7?????纖維含量測(cè)定〔¹²^〕^:^{酸性洗滌劑法}

? 1.?2.?8?????碳水化合物含量測(cè)定〔^{13〕:?費(fèi)林氏容量法(?以轉(zhuǎn)化糖計(jì))}

? 1.?2.?9????蛋白質(zhì)溶液的粘度測(cè)定〔¹⁴^〕^:?^{用哈克粘度計(jì)}⁽^Haake?^RV12^?,^MVST^)?^{測(cè)定蛋白質(zhì)水溶液的粘度}⁽^{剪切速率為}¹⁰^s²¹?,mPas)?。

? 1.?2.?10??水合能力(?WHC)?測(cè)定〔¹⁵^〕^:?^{測(cè)定蛋白質(zhì)的水}^{合能力分兩步進(jìn)行?}^,^{首先確定水合能力的近似值}^:^稱(chēng)⁵^.?^0g^樣品?^,^{置于預(yù)先稱(chēng)重過(guò)的離心管中?}^,^{逐步加水?}^,?^{每加一次水?}^,^{就用玻棒將樣品攪勻?}^,^{加至樣品呈漿狀}^{但無(wú)水析出為止?}^,?^{在管壁上擦干玻棒?}^,?^于^2000r/min?^離心?^10min^?,^{倒去上層清液?}^,^{稱(chēng)重。若沒(méi)有上清液?}^,^{則應(yīng)再加水?dāng)噭蛟匐x心?}^,^{至離心后有少量上清液止。}

水合能力(WHC)?近似值?= [?(離心管重?+?沉淀物重)?-?(離心管重?+?樣品重)?]/?樣品重(g?水/ g 樣品)

WHC 精確測(cè)定:

在4?支稱(chēng)重過(guò)的離心管中放入待測(cè)樣品?,樣品量按下式計(jì)算出:

試樣重 = 15/?(WHC近似值 + 1)

加入試樣后?,向離心管中加水?,加水量分別比由公式?(?15?為待測(cè)樣品重)?計(jì)算出的水量多?1.?5ml?,?0.?5ml和少?0.?5ml?,1.?5ml?,用玻棒用力攪?2min?,然后用前述的條件離心?,相鄰兩離心管?,一支有清液而另一支沒(méi)有清液出現(xiàn)?,此兩管的加水量差即為?WHC?的偏差范圍。

1.?2.?11?????氮可溶解指數(shù)(NSI)?測(cè)定〔¹⁶^〕

1.?2.?12?????蛋白質(zhì)分散指數(shù)(?PDI)?測(cè)定〔¹⁷^〕

1.?2.?13?????大豆分離蛋白的DSC分析〔¹⁸^〕

用差示掃描量熱分析儀(?PE公司?,DSC7)?分析所測(cè)樣品 ,?掃描速率為?10?℃/?min?,?掃描區(qū)間為?0?℃～?180 ℃,裝樣量為?5mg?左右。

1.?2.?14?????凝膠性質(zhì)的分析〔²^〕

凝膠的制備:將蛋白質(zhì)溶于去離子水中?,濃度為12?%?(?w/?v)?,?攪拌均勻?,?用分散器?(?Ultra?-?TURRAX?T25)分散?1min?(12500r/?min)?,均質(zhì)?20mpa?,將此蛋白質(zhì)溶液裝于?100ml?的燒杯中?,蓋以鋁箔?,將此燒杯置于90?℃的水浴中加熱保溫?30min?,然后用冰浴冷卻至室溫?,在?4?℃的冰箱中保存24h?,從冰箱中取出立即測(cè)定其凝膠強(qiáng)度。

凝膠強(qiáng)度的測(cè)定:用材料儀(LLOYD ,1000S)測(cè)定凝膠的強(qiáng)度 , 選用直徑為 7. 94mm 的圓柱狀平頭沖頭 ,沖壓速度為 30cm/ min ,沖壓深度為 20mm。

1.?2.?15?????大豆蛋白質(zhì)乳化能力的測(cè)定〔³^〕

配制1?%的蛋白質(zhì)溶液?,?攪拌?60min?,?量取50ml?此蛋白質(zhì)溶液?,先加入20ml大豆色拉油?,開(kāi)動(dòng)勻漿機(jī)(RS?-1?,江陰周莊)?,轉(zhuǎn)速為?10000r/?min?,邊攪邊加入大豆色拉油?,測(cè)體系的電導(dǎo)率的變化,電導(dǎo)率急劇下降的點(diǎn)即為加油的終點(diǎn)。重復(fù)4?次?,取平均值?,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差?,乳化能力的計(jì)算如下式:

乳化能力(EA)??=總加油量/蛋白質(zhì)量??(ml油/g蛋白質(zhì))

1.?2.?16?????大豆蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性測(cè)定〔⁴^〕

配制?0.?5?%的大豆分離蛋白溶液?,于室溫下攪拌2h使其充分溶解?,將大豆分離蛋白溶液與大豆色拉油以65∶35的比例混合?,?用分散器(Ultra?-?TURRAXT25)?分散?1min(9500r/min)?,?取樣測(cè)定其水份(?105℃ 恒重法)?,取上述乳狀液?10ml置于?15×150nm的試管中?,于室溫下靜置?30min?,用移液管小心移去底部的5ml 樣品 , 測(cè)定余下的樣品的水份(?105 ℃恒重法)?。重復(fù) 4 次 ,取平均值 ,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差 ,乳化穩(wěn)定性的計(jì)算如下式:

乳化穩(wěn)定性(?ES)?=?(100 - 靜置 30min 的樣品的水份)?/?(100- 初始樣品的水分)

ES值越大,表示乳化穩(wěn)定性越差

1.2.17???? 分子量分布測(cè)定^〔¹⁹^〕

采用凝膠過(guò)濾層析法測(cè)定大豆分離蛋白質(zhì)的分子量分布?,柱長(zhǎng)?150cm?,直徑?1.?6cm?,凝材料為?Sepa2?cryl200?。樣品的提取方法為?:將?1g?樣品分散于?20ml?的磷酸緩沖液中(0.?1M?,p?H7.?5)?,攪拌?30min?,離心?,用濾紙過(guò)濾?,濾液即為待分析樣品。標(biāo)準(zhǔn)樣品如下表所示:
?

2、試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1? ?理化指標(biāo)

本文測(cè)定了進(jìn)口的火腿生產(chǎn)用大豆分離蛋白和國(guó)產(chǎn)的大豆分離蛋白的理化性質(zhì)?,結(jié)果見(jiàn)表?2?。

從表?2?可以看出?,在化學(xué)組成上?,進(jìn)口樣品的蛋白質(zhì)含量明顯高于國(guó)產(chǎn)樣品?,然而兩者都沒(méi)有達(dá)到90?% ;進(jìn)口樣品的灰份含量明顯低于國(guó)產(chǎn)樣品?,但總脂含量明顯高于國(guó)產(chǎn)樣品。從產(chǎn)品的成分可以知道:兩種大豆分離蛋白的制備工藝是不同的?,溶解試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)口樣品的分散性明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白?,表明進(jìn)口產(chǎn)品的粗脂肪含量較高是因?yàn)椴捎昧?/span>表面噴涂工藝?,而不是脫脂不徹底。

2.?2???? 產(chǎn)品中的礦物質(zhì)組成

為進(jìn)一步了解大豆分離蛋白的組成,用原子吸收分光光度法對(duì)大豆分離蛋白樣品的礦物質(zhì)組成進(jìn)行分析,結(jié)果見(jiàn)表3。

國(guó)產(chǎn)樣品中礦物質(zhì)的含量大都超過(guò)進(jìn)口樣品一倍以上?,但鈣的含量卻低于進(jìn)口樣品一倍。國(guó)產(chǎn)樣品很高的鈉離子含量說(shuō)明在提取過(guò)程中加入了較多的堿?,這可以提高蛋白質(zhì)的提取率,但會(huì)使大豆蛋白在提取過(guò)程中發(fā)生較大的性質(zhì)變化,產(chǎn)品中灰分含量較高。進(jìn)口樣品較高的鈣離子含量可能是加工中為某種目的而加入鈣鹽。
2.?3???? 功能性質(zhì)分析
2.?3.?1???? 蛋白質(zhì)溶液的粘度

用粘度計(jì)測(cè)定大豆分離蛋白溶液的粘度?,結(jié)果見(jiàn)表?4?。從粘度數(shù)據(jù)可以看出?,在相同濃度下?,進(jìn)口樣品的粘度較低。根據(jù)流變學(xué)的研究可以知道〔^20〕,?體系的粘度與濃度和分子的結(jié)構(gòu)(?分子量和分子構(gòu)象等)?有關(guān)?,濃度越高?,分子量越大的體系粘度較大。從后面的測(cè)定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)?,進(jìn)口大豆分離蛋白分子量較大的組分含量較高(表?9)?,這對(duì)賦予體系高粘度是有利的,但進(jìn)口大豆分離蛋白的溶解度明顯低于國(guó)產(chǎn)的產(chǎn)品(表?5)?,而對(duì)溶液粘度的貢獻(xiàn)主要是由溶解部分提供的,因測(cè)定粘度的試樣的濃度為分散體系的總濃度?,故實(shí)際測(cè)定粘度的樣品?,進(jìn)口大豆分離蛋白的溶解部分的濃度遠(yuǎn)低于國(guó)產(chǎn)樣品?,致使進(jìn)口樣品的粘度偏低。由于進(jìn)口樣品是專(zhuān)用于火腿生產(chǎn)的產(chǎn)品有關(guān)?,粘度低對(duì)使用是有利的。

2. 3. 2 　大豆分離蛋白的水化性質(zhì)水合能力(WHC) 和溶解性是大豆分離蛋白重要的水合性質(zhì),兩種大豆分離蛋白樣品的水合性質(zhì)見(jiàn)表5。

由表5 可以發(fā)現(xiàn),國(guó)產(chǎn)的大豆分離蛋白的水合能力(WHC) 略高于進(jìn)口樣品。在溶解指數(shù)和分散指數(shù)上,國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白都優(yōu)于進(jìn)口樣品,因?yàn)閲?guó)產(chǎn)大豆分離蛋白分子量小的組分含量較高(表9) ,然而在操作時(shí)觀察到進(jìn)口樣品溶解時(shí)非常易于分散,不會(huì)粘結(jié)在一起。進(jìn)口樣品中總脂含量明顯高于國(guó)產(chǎn)樣品(表2) ,說(shuō)明進(jìn)口產(chǎn)品在加工時(shí)采用表面噴涂乳化劑的工藝,改變了大豆粉末的表面物性,使大豆分離蛋白產(chǎn)品的顆粒流動(dòng)性和分散性較好。
2. 3. 3 　大豆分離蛋白的DSC 分析結(jié)果

用DSC 對(duì)大豆分離蛋白樣品進(jìn)行分析,可以測(cè)得大豆分離蛋白的變性溫度和變性熱焓,從中可以了解大豆分離蛋白在加工過(guò)程中已發(fā)生變性的程度。DSC 分析結(jié)果如表6 所示。

DSC 分析結(jié)果顯示,兩種蛋白質(zhì)的變性溫度相近,但從變性熱焓數(shù)據(jù)來(lái)看,進(jìn)口樣品中未變性的組分含量較高,這意味著進(jìn)口樣品在加工過(guò)程中變性較少。2. 3. 4 　大豆分離蛋白的凝膠性質(zhì)的分析

用LLOYD 材料儀測(cè)定了大豆分離蛋白凝膠的凝膠強(qiáng)度,為使測(cè)定結(jié)果有統(tǒng)計(jì)意義,每組樣品的重復(fù)次數(shù)為6 ,結(jié)果見(jiàn)表7。

凝膠強(qiáng)度測(cè)定顯示,兩種樣品的凝膠能力接近,然而,從形成凝膠的切面來(lái)看,進(jìn)口樣品稍好。
2. 3. 5 　大豆蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)的測(cè)定

大豆蛋白的乳化性質(zhì)包括乳化能力(EC) 和乳化穩(wěn)定性(ES) 兩方面,分析結(jié)果如表8。

兩種樣品的乳化能力接近,國(guó)產(chǎn)樣品的乳化能力和穩(wěn)定性略高。大豆蛋白的乳化能力與蛋白質(zhì)的濃度和分子結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系〔4〕,濃度高的蛋白質(zhì)溶液具有較高的乳化能力,從溶解性測(cè)定可以發(fā)現(xiàn),國(guó)產(chǎn)的大豆分離蛋白具有較高的溶解度,因此在總濃度一定時(shí),國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白具有較高的乳化能力和乳化穩(wěn)定性。從分子結(jié)構(gòu)來(lái)看,柔性分子具有較高的乳化能力,而球蛋白的乳化能力較低。DSC 的測(cè)定結(jié)果表明,國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白具有較低的變性熱焓,說(shuō)明加工過(guò)程中變性程度較高。大豆蛋白是球蛋白,蛋白質(zhì)變性意味著分子的展開(kāi),所以,國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白較高的乳化能力與其較高的變性程度有關(guān)。
2. 3. 6 　大豆分離蛋白的分子量分布測(cè)定

用凝膠過(guò)濾色譜測(cè)定兩種大豆分離蛋白的分子量分布,結(jié)果如圖所示。

根據(jù)圖中的結(jié)果分析,得到兩種大豆分離蛋白樣品不同分子量組分的相對(duì)含量,如表9 所示。從兩種樣品的分子量分布來(lái)看,進(jìn)口樣品中高分子量部份所占的比例明顯高于國(guó)產(chǎn)樣品,而國(guó)產(chǎn)樣品中低分子量部分占有很高的比例。

據(jù)國(guó)內(nèi)有關(guān)生產(chǎn)廠家介紹,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家在加工大豆分離蛋白時(shí),為了提高從脫脂大豆粉中提取蛋白質(zhì)的得率,采用了較高pH 的介質(zhì)進(jìn)行提取,使脫脂大豆粉中的蛋白質(zhì)得以充分溶出;為了增加產(chǎn)品的白度,在加工中添加亞硫酸鹽。在高pH 的體系中,蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)受到很大影響,蛋白質(zhì)的聚集體會(huì)發(fā)生解聚,甚至?xí)l(fā)生蛋白質(zhì)肽鍵的斷裂;而亞硫酸鹽的存在會(huì)打開(kāi)二硫鍵,這都會(huì)使蛋白質(zhì)中分子量大的組分減少,因此,國(guó)產(chǎn)大豆分離蛋白的分子量明顯低于進(jìn)口產(chǎn)品。

國(guó)產(chǎn)大豆蛋白的生產(chǎn)工藝制得的產(chǎn)品,其低分子的組分含量較高,變性程度較高,產(chǎn)品具有較好的溶解性和較高的乳化能力;但蛋白質(zhì)與其它組分發(fā)生相互作用的能力較弱。雖然本研究中測(cè)得的兩種大豆分離蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度值相近,但在肉制品加工中,添加進(jìn)口大豆分離蛋白所得的體系膠凝能力較強(qiáng)。蛋白質(zhì)與其它組分的相互作用不僅與蛋白質(zhì)的分子量大小有關(guān),還與進(jìn)口產(chǎn)品中較高的鈣鹽含量有關(guān)。因此可以針對(duì)不同的用途,制備不同性能的大豆分離蛋白產(chǎn)品,使產(chǎn)品適用于多種食品體系。

參　考　文　獻(xiàn)

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〔6〕黃偉坤等編.《食品分析與檢驗(yàn)》. 北京:輕工出版社,1989 ,8 - 9

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〔12〕黃偉坤等編.《食品分析與檢驗(yàn)》. 北京: 輕工出版社,1989 ,45

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〔15〕AACC Method 88 - 04 ,First approval 9 - 26 - 78 ,revised 10 -27 - 82

〔16〕AACC Method 46 - 23 ,First approval 4 - 25 - 65 ,revised 10 -30 - 75 and 10 - 27 - 82