程建軍, 任為聰, 王 帥, 張智宇, 趙偉華

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030;2.浙江養(yǎng)生堂實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,浙江杭州 310007; 3.杭州九陽(yáng)豆業(yè)有限公司,浙江杭州 310018;4.上海福潤(rùn)肉類加工有限公司,上海 214997)

物理方法提高高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的方法

程建軍1, 任為聰2, 王 帥1, 張智宇3, 趙偉華4

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030;2.浙江養(yǎng)生堂實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司,浙江杭州 310007; 3.杭州九陽(yáng)豆業(yè)有限公司,浙江杭州 310018;4.上海福潤(rùn)肉類加工有限公司,上海 214997)

研究了微波處理、水浴加熱、超聲處理及高壓均質(zhì)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白含量的影響.通過實(shí)驗(yàn)證明微波處理和水浴加熱對(duì)提高高溫變性豆粕氮溶解指數(shù)效果明顯,并對(duì)兩種加熱處理方式進(jìn)行了正交L9(34)優(yōu)化試驗(yàn).結(jié)果表明,微波(700 W)處理在pH 8.0,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%,時(shí)間5 min時(shí)氮溶解指數(shù)達(dá)到70.39%;加熱處理高溫變性豆粕的較佳條件為pH 8.0,反應(yīng)時(shí)間90min,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,其溶液氮溶解指數(shù)可達(dá)74.81%;但在較高底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%) 下,加熱處理高溫變性豆粕的氮溶解指數(shù)只達(dá)到63.96%.微波處理后蛋白質(zhì)的其他功能性要優(yōu)于酶處理后的,因此微波加熱處理高溫變性豆粕可有效提高生產(chǎn)效率,有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn).

物理方法;高溫變性豆粕;氮溶解指數(shù)

大豆蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白質(zhì)資源,具有良好的功能特性[1].功能特性的體現(xiàn)要依賴于蛋白質(zhì)的溶解性,所以,蛋白質(zhì)的溶解性將影響蛋白質(zhì)的功能特性[2].高溫變性豆粕是大豆制油后的副產(chǎn)物,制油工藝中高溫處理工序造成了蛋白質(zhì)的熱變性,導(dǎo)致了高溫變性豆粕的蛋白質(zhì)溶解度較低.可采用物理、化學(xué)、生物方法等的處理方式[3],以提高蛋白質(zhì)的溶解性和功能特性,其中物理改性由于較為簡(jiǎn)單安全,因此被廣泛應(yīng)用.Jambrak等[4-5]利用超聲波對(duì)大豆蛋白和乳清蛋白進(jìn)行處理,涂宗財(cái)?shù)萚6]、Iordache等[7]對(duì)大豆分離蛋白和熱變性乳清蛋白進(jìn)行了高壓均質(zhì)及超高壓射頻均質(zhì)處理,結(jié)果表明蛋白質(zhì)的溶解性均有明顯提高,并且處理后的蛋白質(zhì)發(fā)泡性、乳化性和凝膠性效果均得到了改善. Arrese等[8]、Petruccelli等[9]和 Wagner等[10]在20世紀(jì)90年代對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行了不同程度的熱處理,熱處理后的大豆分離蛋白仍然具有較高的溶解性.近些年隨著微波加熱技術(shù)的發(fā)展,利用微波技術(shù)輔助加工食品原料成為研究重點(diǎn).Tao Yongzhen等[11]利用微波加熱技術(shù)處理多糖類物質(zhì),使其溶解性大大提高.但這些技術(shù)應(yīng)用于高溫變性脫脂豆粕的文獻(xiàn)國(guó)內(nèi)未報(bào)道,本研究擬利用超聲波、高壓均質(zhì)、水浴加熱和微波加熱處理方式對(duì)高溫變性豆粕進(jìn)行處理,以期提高高溫變性豆粕的溶解性.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

高溫變性豆粕,黑龍江省雙鴨山市楊霖油脂廠.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

THZ-82型恒溫水浴振蕩器,金壇市億通電子儀器有限公司;恒溫水浴鍋,余姚市東方電工儀器廠;KQ-500B型容器式超聲波儀,昆山市超聲儀器有限公司;MM-2270M型微波爐,青島海爾公司; JJ-0.1/60型均質(zhì)機(jī),廊坊市通用機(jī)械有限公司;飛鴿TDL-40B型離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠;PHS-3C型酸度計(jì),上海雷磁儀器廠;HYP-2型消化爐,上海纖檢儀器有限公司;TDW馬弗爐:溫州市雙嶼儀器廠.

化學(xué)試劑為化學(xué)純或分析純;消泡劑為食品級(jí).

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 測(cè)定方法

蛋白溶解度測(cè)定:蛋白溶解度=上清液蛋白質(zhì)含量/樣品總蛋白含量;

蛋白質(zhì)含量測(cè)定參考GB 5009.5—2003;粗脂肪測(cè)定參考GB 5009.6—2003;灰分測(cè)定參考GB 5009.4—2003;

水分測(cè)定參考GB 5009.6—2003;

粗纖維測(cè)定參考GB 5009.10—2003;

總糖含量測(cè)定參考孫偉偉等[12]的檢測(cè)方法.

1.3.2 高溫變性豆粕預(yù)處理

稱取粉碎過80目的高溫變性豆粕粉5 g到500 mL三角瓶中,加入250 mL蒸餾水,在室溫下(25 ℃)振蕩搖勻120 min.

1.3.3 超聲波處理

將1.3.2處理好的高溫變性豆粕溶液放入超聲波器中,分別處理15,30,45,60,75,90,105,120,135 min,隨后立即放入冰水浴中冷卻至室溫,在1500 r/min下離心10min,取上清液用中速濾紙過濾后,測(cè)定其蛋白質(zhì)含量.

1.3.4 高壓均質(zhì)處理

將1.3.2處理好的溶液經(jīng)過膠體磨兩次處理,準(zhǔn)備均質(zhì)處理.調(diào)整均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)壓力為5,10,15, 20,25 MPa,樣品分別經(jīng)過1次和2次處理后,冷卻、離心等處理方式如1.3.3.

1.3.5 微波處理

將1.3.2處理好的溶液加入適量食用級(jí)消泡劑,放入微波爐中在輸出頻率140,235,380,520,700W下加熱處理3min,冷卻、離心等處理方式如1.3.3.

1.3.6 水浴加熱處理

將1.3.2處理好的溶液放入25,40,55,70,85, 100℃水浴中溫和攪拌加熱處理120min后,冷卻、離心等處理方式如1.3.3.

1.3.7 微波處理、水浴加熱處理的優(yōu)化設(shè)計(jì)

以處理時(shí)間(min)、pH、底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為影響因素,以可溶性蛋白質(zhì)含量為檢測(cè)指標(biāo)進(jìn)行了L9(34)正交優(yōu)化設(shè)計(jì).

1.3.8 微波處理蛋白質(zhì)吸油性測(cè)定

樣品0.5 g與大豆油3.5mL混勻,靜置30min后, 5 000 g離心10min,測(cè)定上清液中大豆油的體積.

吸油性(mL/g)=(起始大豆油體積-反應(yīng)后大豆油體積)/樣品質(zhì)量.

1.3.9 微波處理蛋白質(zhì)乳化性測(cè)定

40mL 0.5%的樣品溶液,加入14 mL大豆油, 10 000 r·min-1的條件下勻漿1 min后,立刻取50 μL,加入到5mL的緩沖溶液中(0.1 mol/L pH 7.0 PBS),混勻,500 nm下測(cè)其吸光值.

式(1)中,φ為0.25;A0為吸光值;c為質(zhì)量濃度(g/mL).

提升人才的培養(yǎng)質(zhì)量 團(tuán)隊(duì)的工作方式主要強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作，只有這樣才能夠有效實(shí)現(xiàn)全面合作，取得事半功倍的效果。這種工作方式能夠在很大程度上提升高職院校的教學(xué)質(zhì)量，更重要的是可以通過相互溝通、整合等方式，實(shí)現(xiàn)教師相互之間的取其精華、去其糟粕，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)上的交流和互補(bǔ)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)共享，從而才可以使團(tuán)隊(duì)迎接更大的挑戰(zhàn)。因此，高職學(xué)校的教學(xué)方式理應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，不要單純依靠個(gè)人的力量，只有團(tuán)隊(duì)協(xié)作，共同進(jìn)步和發(fā)展，才能最終實(shí)現(xiàn)共同目標(biāo)[1]。

1.3.10 微波處理后蛋白質(zhì)凝膠的制備及檢測(cè)

20%溶液,均勻攪拌,脫氣10min,90℃條件下處理30min后,冷卻,置冰箱中過夜.通過質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定.

1.3.11 酶解高溫變性豆粕

酶解條件參考文獻(xiàn)[13].

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS 13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析檢驗(yàn).

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆高溫豆粕成分分析

表1為大豆高溫豆粕成分分析檢測(cè)結(jié)果,由表1可知,大豆高溫豆粕中水分含量接近10%;蛋白質(zhì)含量高達(dá)49%(干基),基本接近干基物質(zhì)總量的一半,含量較高,但氮溶解指數(shù)(NST)僅為21%.眾所周知,這是大豆高溫豆粕加熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的緣故,加熱造成蛋白質(zhì)肽鏈松散,大量疏水基團(tuán)外露,從而使蛋白質(zhì)NSI下降[2].

圖1為超聲處理對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響結(jié)果,從圖1可知,在底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%,pH 7.0條件下,隨處理時(shí)間的延長(zhǎng),豆粕溶液的NSI值增長(zhǎng)顯著,當(dāng)處理時(shí)間達(dá)到120 min時(shí),溶液NSI值增長(zhǎng)到40.69%,隨后增長(zhǎng)開始趨于平緩(由SPSS的Duncan式分析120min和135min的NSI值無(wú)顯著性差異).這可能是超聲波的瞬態(tài)空化效應(yīng),促使能量密度高度聚集,瞬間就會(huì)產(chǎn)生高壓、高溫等一系列極端物理效應(yīng),而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生崩潰[14],從而提高蛋白質(zhì)的溶解性.

表1 大豆高溫豆粕成分Tab.1 Composition of highly denatured defatted soy flakes %

圖1 超聲波對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.1 Effect of ultrasound treatment on NSI of highly denatured defatted soy flakes

2.3 高壓均質(zhì)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)影響

圖2是在底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,pH 7.0條件下,不同的均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)(1次和2次)的結(jié)果.從圖2中可知,隨均質(zhì)壓力的不斷提高,均質(zhì)1次和2次的高溫變性豆粕溶液的NSI值均不斷提高,達(dá)到20 MPa時(shí)達(dá)到最高,分別為50.34%和50.70%,隨后開始下降.均質(zhì)造成的強(qiáng)剪切力是導(dǎo)致高溫變性豆粕NSI提高的原因,隨均質(zhì)壓力進(jìn)一步增大后,可能使已溶解的蛋白質(zhì)再次發(fā)生結(jié)構(gòu)的改變,疏水性基團(tuán)暴露,使得NSI值下降.

圖2 高壓均質(zhì)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.2 Effectof high-pressure homogenization on NSI of highly denatured defatted soy flakes

2.4 加熱處理?xiàng)l件對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響

圖3 加熱溫度對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響Fig.3 Effect of heating treatment on NSI of highly denatured defatted soy flakes

圖3是在底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,pH 7.0條件下,不同溫度條件下高溫變性豆粕溶解度指數(shù)的變化.由圖3中可知,溫度對(duì)高溫變性豆粕溶液的NSI影響十分顯著,隨著溫度的升高,NSI值增大,當(dāng)溫度達(dá)到100℃時(shí),溶液的NSI值到達(dá)最高的66.56%.這與傳統(tǒng)理論認(rèn)為蛋白質(zhì)在受熱情況下變性,溶解性下降所不同.但本研究的結(jié)果與一些研究者的結(jié)論是一致的,Arrese等[8]對(duì)大豆分離蛋白的7S和11S蛋白質(zhì)進(jìn)行了DSC測(cè)定,結(jié)果發(fā)現(xiàn)7S和11S蛋白質(zhì)的變性溫度分別是74℃和83℃.Arrese等[8]、Petruccelli等[9]和Wagner等[10]對(duì)加熱大豆分離蛋白的NSI進(jìn)行了系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)100℃下大豆分離蛋白仍然具有較高的溶解性.高溫加熱處理,大豆分離蛋白NSI的提高是由于7S和11S之間的亞基通過二硫鍵重新結(jié)合,疏水性基團(tuán)被包裹在中間,形成可溶性聚合物,因此加熱可以提高高溫變性豆粕溶液NSI值.

2.5 微波處理對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)影響

圖4是在底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%,pH 7.0,不同功率微波處理對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響結(jié)果,圖4表明:微波輸出功率對(duì)高溫變性豆粕溶液的NSI值影響比較顯著,在520W、700W條件下溶液NSI值明顯高于其他輸出功率下的NSI值,分別為49.15%和51.45%,輸出功率在700 W條件下NSI值與520W相比較有顯著性差異.由于微波輸出功率的不同造成水分子每秒鐘的震蕩次數(shù)不同,輸出功率升高,水分子震蕩更加激烈,使得溶液溫度不斷提高,水分子與豆粕的蛋白分子相互碰撞次數(shù)升高,從而使蛋白分子的結(jié)構(gòu)造成的一定的變化,使其NSI值升高[15].

2.6 加熱處理?xiàng)l件對(duì)高溫變性豆粕的影響

2.6.1 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響

圖4 微波處理對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.4 Effect of MWI treatment on NSI of highly denatured defatted soy flakes

圖5為底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(S)對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響結(jié)果,從圖5可知,在100℃沸水浴條件下,隨底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從1%～2%,高溫變性豆粕溶液的NSI值基本沒有變化(僅從68.81%緩慢下降到68.53%),當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增高,NSI值急劇下降.這可能由于沸水浴向底物傳遞的熱量是一定的,當(dāng)溶液濃度過大時(shí),加熱所提供的熱量不足以使高溫變性豆粕全部的7S和11S蛋白質(zhì)之間的亞基重新結(jié)合,形成可溶性聚集物,因此當(dāng)?shù)孜餄舛仍龈?相對(duì)于全部蛋白質(zhì)的可溶性蛋白質(zhì),由于沒有形成足夠的可溶性聚合物,造成其NSI值下降.

圖5 底物濃度對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.5 Influence of substrate concentration on NSI of highly denatured defatted soy flakes

2.6.2 時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響

圖6為時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響結(jié)果,由圖6可知,隨著時(shí)間增加,高溫變性豆粕溶液的NSI值逐漸增高.統(tǒng)計(jì)分析表明:時(shí)間達(dá)到60min時(shí)溶液NSI值為67.21%,與更長(zhǎng)時(shí)間的NSI值無(wú)顯著性差異(由SPSS的Duncan式分析60 min后的NSI值無(wú)顯著性差異),因此認(rèn)為從60 min后溶液NSI值趨于平緩.

圖6 時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.6 Effect of time on NSIof highly denatured defatted soy flakes

2.6.3 pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響

圖7為pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)影響結(jié)果,由圖7可知,pH值對(duì)熱處理高溫變性豆粕溶液的NSI值影響的趨勢(shì)明顯,隨溶液pH升高,溶液的NSI值不斷增加,當(dāng)pH 7.0時(shí)達(dá)到62.63%,之后趨于平緩,這是由于在較高pH值下,被質(zhì)子化的酸性及堿性氨基酸殘基基團(tuán)失去了質(zhì)子,使得蛋白質(zhì)帶負(fù)電;另外,pH值會(huì)改變蛋白質(zhì)的高級(jí)結(jié)構(gòu),不同結(jié)構(gòu)下的氨基酸殘基不同,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性的改變[16-17].

圖7 pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.7 Effect of pH on NSIof highly denatured defatted soy flakes

2.6.4 加熱處理高溫變性豆粕的條件優(yōu)化

依據(jù)加熱處理高溫變性豆粕的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,選取對(duì)提高NSI顯著的因素和水平,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),結(jié)果如表2.

極差分析發(fā)現(xiàn),pH值對(duì)高溫變性豆粕溶液的NSI值影響最為顯著,其次為加熱時(shí)間和底物濃度.優(yōu)化方案為:A3B3C1,即pH 8.0,時(shí)間90 min,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%.

經(jīng)過驗(yàn)證,在此條件下高溫變性豆粕溶液的NSI值高達(dá)為74.81%.

2.7 不同微波處理?xiàng)l件對(duì)高溫變性豆粕NSI影響

2.7.1 微波處理時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響

微波處理時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕NSI的影響結(jié)果見圖8,由圖8可知,隨微波加熱處理時(shí)間的增長(zhǎng),高溫變性豆粕溶液的NSI值不斷增長(zhǎng),到達(dá)4 min時(shí)為69.1%,隨后開始趨于平緩.

圖8 處理時(shí)間對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.8 Effect of time on NSI of highly denatured defatted soy flakes

2.7.2 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響

圖9為底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的作用結(jié)果,由圖9可知,隨底物濃度增加,高溫變性豆粕溶液NSI值不斷升高,當(dāng)?shù)孜镔|(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時(shí),NSI值達(dá)到70.83%為最高,隨即開始下降.這與加熱處理有所不同,由于微波加熱的分子運(yùn)動(dòng)的高能量,使得溶液加熱更充分,但底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高,可能使高溫變性豆粕蛋白受熱不充分,從而導(dǎo)致溶液NSI值下降.

圖9 底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的作用Fig.9 Influence of substrate concentration on NSI of highly denatured defatted soy flakes

2.7.3 pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響

圖10為pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的作用結(jié)果,由圖10可知,隨溶液pH值升高,高溫變性豆粕溶液NSI值先升高,pH值達(dá)到7.0時(shí)NSI值為71.49%,隨后趨于平緩.這與加熱處理的pH值影響趨勢(shì)基本相同.

圖10 pH值對(duì)高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.10 Effectof pH on NSIof highly denatured defatted soy flakes

2.7.4 微波加熱處理高溫變性豆粕的條件優(yōu)化

根據(jù)微波處理高溫變性豆粕的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,確定對(duì)NSI影響顯著的因素和水平,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn),其結(jié)果如表3.

表3 微波加熱處理正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonal experiment of MWI treatment

極差分析發(fā)現(xiàn),以因素pH值對(duì)高溫變性豆粕溶液的NSI值影響最為顯著,然后依次為時(shí)間和底物質(zhì)量分?jǐn)?shù),優(yōu)化方案為:A3B3C1,即pH 8.0,時(shí)間5 min,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%.

通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明,在此條件下高溫變性豆粕溶液的NSI值高達(dá)70.39%.

2.8 吸油性的研究

大豆分離蛋白(SPI)、未處理高溫變性豆粕(control)、微波改性后的高溫變性豆粕(MWIT)、酶解改性后的高溫變性豆粕(EMT)吸油性差異比較結(jié)果見圖11.由圖11可知,MWIT、EMT以及SPI、對(duì)照樣品吸油性差異性顯著.與對(duì)照樣品相比,SPI的吸油性最高,MWIT其次,EMT最低.形成這種結(jié)果的原因可能是微波改性改變了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),使原本變性的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重排,趨向于恢復(fù)SPI的功能性,使疏水集團(tuán)大量暴露,提高吸油性.酶改性蛋白質(zhì)分子量下降,親水基團(tuán)數(shù)量上升而疏水基團(tuán)數(shù)量下降,導(dǎo)致其親油性下降.

2.9 pH值對(duì)樣品乳化性的影響

圖11 吸油性比較Fig.11 Comparison of oil absorption capacitiesfrom different samp le

圖12 pH對(duì)乳化性的影響Fig.12 EAIof sample at different pH

pH值對(duì)樣品乳化性的影響如圖12.由圖12可見,隨pH值的升高,樣品的乳化性整體呈上升趨勢(shì);但在pH值為4.0時(shí),4種樣品的乳化性均最低. SPI、control、MWIT以及EMT的乳化性分別從1.58, 1.42,2.87,1.20 m L/g上升到26.41,17.29,27.83, 8.47mL/g.由此可知,微波改性明顯提高了高溫變性豆粕的乳化性,顯著高于酶改性樣品.這可能是微波處理后的蛋白質(zhì)形成了聚合物,親水性氨基酸殘基和疏水性氨基酸殘基分布均勻,當(dāng)遇到水和油時(shí)能夠更好地將親水基和疏水基在兩相界面展開, pH值升高有利于聚合物在油和水界面的分布,并形成均一穩(wěn)定的乳化液.而酶改性蛋白質(zhì)由于酶解過程,蛋白質(zhì)分子量變小[18-19],大量疏水性氨基酸被酶解,在兩相界面不能形象良好的伸展,致使其親油性下降.而酶改性使得蛋白質(zhì)分子質(zhì)量親水性氨基酸殘基大量暴露而疏水性氨基酸殘基被大量破壞,使得乳化性明顯下降.

2.10 樣品凝膠性的研究

4種樣品凝膠強(qiáng)度和黏度結(jié)果如表4,由表4可知,SPI和MWIT形成了較為結(jié)實(shí)的凝膠,凝膠強(qiáng)度超過了300 g,而且MWIT形成的凝膠強(qiáng)度和黏度都比SPI大;樣品control和EMT未檢測(cè)到凝膠的形成,這可能是control樣品在加熱中的熱變性破壞了其三、四級(jí)結(jié)構(gòu),從而喪失了形成凝膠的能力.由于微波處理形成的聚合物,以二硫鍵為主形成更為穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),有利于水分的保持,產(chǎn)生更大的凝膠強(qiáng)度.圖13為SPI和MWTT的凝膠微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)結(jié)果.圖13(a)(b)的微觀結(jié)構(gòu)圖能更清晰說明MWIT凝膠質(zhì)地結(jié)構(gòu)均勻,利于水分子的保持.

表4 凝膠特性Tab.4 Gelling and viscosity features of different sample

圖13 SPI和MWTT的凝膠微觀結(jié)構(gòu)Fig.13 Scanning electron microscopy of SPIand MWIT

2.11 加熱處理和微波處理對(duì)高溫變性豆粕NSI影響的比較

微波處理靠電子輻射,造成分子震動(dòng),并使溶液溫度升高;加熱處理靠熱傳遞對(duì)溶液升溫.這兩種方式都是由于加熱使大豆球蛋白的AB亞基斷裂[9],與β-半球蛋白的亞基發(fā)生結(jié)合,形成新的可溶性聚合物[16],使高溫變性豆粕的NSI值升高.在相同底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%)下,微波處理后NSI值達(dá)到70.39%,但加熱處理后NSI值僅為63.96%.從得到的結(jié)果分析,加熱處理和微波處理對(duì)提高高溫變性豆粕的NSI值都十分有效,尤其是微波處理的底物濃度更高,處理的時(shí)間更少,處理的效果更顯著,因此,微波處理技術(shù)應(yīng)用在高溫變性豆粕溶解性改性方面具有良好的工業(yè)化生產(chǎn)前景.

微波處理后的NSI值低于本課題組酶解處理后的NSI值[19],但微波改性后蛋白質(zhì)的吸油性、乳化性和凝膠性均優(yōu)于酶解處理后的.這是由于蛋白質(zhì)具備高級(jí)結(jié)構(gòu)時(shí)才具備蛋白質(zhì)的功能特性,微波處理使得蛋白質(zhì)形成了可溶性聚合物,分子質(zhì)量提高,而酶解使蛋白質(zhì)分子質(zhì)量減小,肽鏈斷裂,疏水性氨基酸殘基數(shù)量減少,更多的親水性氨基酸殘基暴露,溶解性上升,但蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞,功能性下降.

3 結(jié) 論

1)微波處理、水浴加熱、超聲波及高壓均質(zhì)都能提高高溫變性豆粕溶液的NSI值,并且加熱處理和微波處理對(duì)高溫變性豆粕影響顯著.

2)加熱處理高溫變性豆粕的較佳條件為pH 8.0,反應(yīng)時(shí)間90 min,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%,其溶液NSI值可達(dá)74.81%;微波處理較佳條件為:pH 8.0,反應(yīng)5 min,底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%,溶液NSI可達(dá)70.39%.

3)在較高底物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%)下,微波處理比加熱處理能更顯著地提高高溫變性豆粕的NSI值,因此微波處理更有利于工業(yè)化和節(jié)能.

4)微波處理后的蛋白質(zhì)在吸油性、乳化性和凝膠性上優(yōu)于酶處理后的蛋白質(zhì).

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Effect of Physical Treatments on Soluble Protein of Highly Denatured Defatted Soy Flakes

CHENG Jianjun1, RENWeicong2, WANG Shuai1, ZHANG Zhiyu3, ZHAOWeihua4(1.Food College,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;
2.ZheJiang YangShengTang Industrial Development Co.Ltd.,Hangzhou 310007,China;
3.Hangzhou Joyoung Soybean Milk Industry Co.Ltd.,Hangzhou 310018,China;
4.Furun(shanghai)Meat Processing Co.Ltd.,Shanghai214997,China)

The effects of microwave irradiation(MWI)treatment,heating treatment by boiling water bath,ultrasound treatment,and high-pressure homogenization on the soluble protein of highly denatured defatted soy flakes were investigated.The results indicated that MWI treatment and heating treatment by boiling water bath improved the nitrogen solubility index(NSI)of the soy flakes.The optimal conditions of solubility were determined using an orthogonal design.The optimal conditions of the MWI treatment (700W)were 3%substrate at pH 8.0 for 5min,resulting in the increasing NSI(70.39%).However, the NSIonly increased to 63.96%with the same substrate concentration at100℃ (boiling water bath) for90min.The functional properties of protein for MWI treatmentwere better,and therefore MWI treatment should be considered as a better technology for the soy flakes processing.

physical treatment;highly denatured defatted soy flakes;nitrogen solubility index

葉紅波)

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.03.005

2095-6002(2014)03-0023-09

TS214.2

A

程建軍,任為聰,王 帥,等.物理方法提高高溫變性豆粕可溶性蛋白質(zhì)的方法.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2014,32(3): 23-31. CHENG Jianjun,RENWeicong,WANG Shuai,etal.Effectof physical treatments on solubility of highly denatured defatted soy flakes.Journal of Food Science and Technology,2014,32(3):23-31.

2014-04-02

程建軍,男,教授,博士,主要從事農(nóng)產(chǎn)品貯藏與加工方面的研究.