李 良 周 艷 鄒智博 郭增旺 吳長(zhǎng)玲 王中江

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院， 哈爾濱 150030)

0 引言

豆粕是大豆經(jīng)破碎提取油脂后得到的一種副產(chǎn)物，一般呈不規(guī)則碎片狀，顏色為淺黃色至淺褐色，其中含40%～45%的蛋白質(zhì)、10%～15%的低聚糖、20%～25%的多糖與纖維素，具有極高的開(kāi)發(fā)與利用價(jià)值[1]。根據(jù)提取工藝不同，豆粕分為低溫豆粕和高溫豆粕，其中95%以上豆粕為高溫豆粕。與低溫豆粕相比，高溫豆粕的加工成本低，但高溫處理工藝會(huì)使豆粕中蛋白質(zhì)發(fā)生變性，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的溶解性質(zhì)和部分功能性質(zhì)降低，這極大地影響了高溫豆粕中蛋白質(zhì)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)高溫豆粕進(jìn)行深加工研究的并不多，其主要被應(yīng)用于牲畜和家禽飼料加工中，限制了高溫豆粕的利用價(jià)值[2]。

射流空化技術(shù)是一種新型的強(qiáng)化均質(zhì)手段，與超聲和高壓均質(zhì)處理相比，具有空化場(chǎng)均勻、操作簡(jiǎn)便、效率高等特點(diǎn)，該技術(shù)是基于液體中的空化泡潰滅時(shí)產(chǎn)生的高溫、高壓、強(qiáng)烈的沖擊波及高時(shí)速的微射流產(chǎn)生機(jī)械效應(yīng)、自由基效應(yīng)、熱效應(yīng)[3]。文獻(xiàn)[4]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理具有分解蛋白質(zhì)和乳化蛋白質(zhì)懸浮液的作用，可明顯提高蛋白質(zhì)溶液的親水性和溶解性；文獻(xiàn)[5]研究發(fā)現(xiàn)在300 W、12 Hz、8 min超聲波條件下，浸出率提高到73%，說(shuō)明通過(guò)超聲波處理高溫豆粕，蛋白質(zhì)的浸出率顯著提高，且溶解性明顯增加；文獻(xiàn)[6]研究蒸汽爆破輔助提取高溫豆粕中的蛋白質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn)爆破條件為1.8 MPa、180 s時(shí)，蒸汽爆破處理使高溫豆粕的氮溶解指數(shù)提高了1.1倍。上述研究結(jié)果表明，物理方法輔助處理可有效提高高溫豆粕中大豆分離蛋白提取率及其功能特性，但目前關(guān)于利用射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白，及其對(duì)提取蛋白質(zhì)功能特性影響尚需進(jìn)一步探究。

本文主要對(duì)射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白進(jìn)行研究，以期改善高溫豆粕中蛋白質(zhì)的提取率和功能特性，從而提高高溫豆粕中蛋白質(zhì)的利用價(jià)值，同時(shí)也為其他低值蛋白質(zhì)深加工提供技術(shù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

高溫豆粕(氮溶解指數(shù)23.29%，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)46.03%，粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.23%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.77%)，山東禹王實(shí)業(yè)有限公司提供；市售大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)92.53%)，山東禹王實(shí)業(yè)有限公司提供；非轉(zhuǎn)基因大豆油，九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司；2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)，北京索萊寶科技有限公司；5,5-二硫雙-2-硝基苯甲酸(DTNB)、8-苯胺基-1-萘磺酸(ANS)，美國(guó)Sigma公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

M-110-EH-30型高壓微射流納米均質(zhì)機(jī)，美國(guó)MFIC公司；CR22G型高速冷凍離心機(jī)，日立(Hitachi)公司；HYP-2型消化爐，上海纖檢儀器有限公司；恒溫水浴鍋，余姚市東方電工儀器廠；Ultra-Turrax T18型高速分散器，德國(guó)Ika公司；VIC-212型電子天平，美國(guó)艾科勒公司；FTIR-7600型傅里葉紅外光譜儀，日本島津公司；TU-1810型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；LS45型熒光分光光度計(jì)，日本島津公司；PHS-25C型數(shù)字酸度計(jì)，上海大普儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1大豆分離蛋白射流空化提取

高溫豆粕粉碎過(guò)60目篩，然后與去離子水按料液比20 mg/L，用NaOH溶液(2 mol/L)將其pH值調(diào)至8.0，室溫(20℃)下攪拌1 h，并在攪拌過(guò)程中保持pH值恒定；然后對(duì)豆粕粉溶液進(jìn)行射流空化處理，射流空化壓力為0、0.5、1.0、1.5、2.0 MPa，時(shí)間為20 min，并保持pH值恒定為8.0于室溫下攪拌1 h；將射流空化處理后豆粕粉溶液于10 000g、4℃條件下離心30 min，得上清液，用HCl溶液(2 mol/L)將上清液pH值調(diào)至4.5并在室溫中靜置1 h；靜置后溶液在10 000g、4℃條件下離心20 min取沉淀，用去離子水溶解并洗滌沉淀3次，最后用去離子水溶解沉淀，并用NaOH溶液(2 mol/L)調(diào)節(jié)pH值為7.0，在10 000g、4℃條件下離心30 min，離心后取上清液預(yù)凍24 h，冷凍干燥后粉碎得大豆分離蛋白[7]。

1.3.2大豆分離蛋白提取率

以10.00 g豆粕粉計(jì)，準(zhǔn)確稱取1.3.1節(jié)中提取的大豆分離蛋白質(zhì)量(精確到0.000 1 g)，利用凱氏定氮法分別測(cè)定豆粕粉和大豆分離蛋白中的蛋白含量。大豆分離蛋白提取率計(jì)算公式為[8]

(1)

式中N——大豆分離蛋白提取率，%

M1——所得大豆分離蛋白質(zhì)量，g

C1——分離蛋白中的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

M0——所用豆粕粉質(zhì)量，g

C2——豆粕粉中蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

1.3.3紅外光譜

樣品充分研磨過(guò)篩，置于干燥器內(nèi)用P2O5充分干燥，精確稱取2.0 mg干燥樣品加入200 mg的KBr，研磨混合均勻，并進(jìn)行壓片處理，紅外光譜儀以KBr為背景掃描，然后對(duì)樣品進(jìn)行紅外光譜掃描，掃描波段400～4 000 cm-1，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)32，采集的紅外圖譜處理采用Origin 9.0和Peakfit 4.21數(shù)據(jù)處理軟件[9]。

1.3.4蛋白質(zhì)游離巰基及二硫鍵含量

參照文獻(xiàn)[10]改進(jìn)的Ellman試劑法，并做適當(dāng)調(diào)整。

游離巰基含量測(cè)定：2 mL樣品溶液(5 mg/mL)中，加入5 mL Tris-Gly 緩沖液(含0.086 mol/L Tris、0.09 mol/L Glycine、4 mmol/L Na2EDTA，pH值 8.0)，再加入0.10 mL Ellman試劑(0.01 mol/L)，測(cè)定時(shí)溶液經(jīng)漩渦迅速混合后25℃保溫反應(yīng)15 min，測(cè)定其在412 nm波長(zhǎng)處吸光度。以不加Ellman試劑的溶液作為空白對(duì)照。每組樣品測(cè)定3次。

總巰基含量測(cè)定：2 mL樣品溶液(5 mg/mL)中，加入5 mL Tris-Gly與8 mol/L Urea、0.5% SDS(十二烷基苯磺酸鈉)的混合液，再加入0.10 mL Ellman試劑(0.01 mol/L)，測(cè)定時(shí)溶液經(jīng)漩渦迅速混合后在25℃下保溫反應(yīng)15 min，測(cè)定其在412 nm波長(zhǎng)處吸光度。 以不加 Ellman 試劑的溶液作為空白對(duì)照。每組樣品測(cè)定3次。

游離巰基質(zhì)量摩爾濃度計(jì)算公式為

(2)

二硫鍵質(zhì)量摩爾濃度計(jì)算公式為

(3)

式中C—SH——游離巰基質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g

A412——加Ellman試劑時(shí)樣品的吸光度與不加Ellman試劑時(shí)樣品的吸光度差值

D——樣品稀釋系數(shù)

C——樣品溶液的質(zhì)量濃度，mg/mL

CSH——總巰基質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g

CS—S——二硫鍵質(zhì)量摩爾濃度，μmol/g

1.3.5表面疏水性

將樣品配制成1 mg/mL溶液，然后用0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液(pH值7.0)將樣品液分別稀釋10、20、40倍。取4.0 mL稀釋后蛋白溶液與40 μL 8 mmol/L ANS磷酸鹽緩沖液(0.1 mol/L，pH值7.0)混勻，室溫下避光放置2 min后測(cè)定熒光強(qiáng)度。激發(fā)波長(zhǎng)390 nm，發(fā)射波長(zhǎng)470 nm，掃描速率240 nm/min，狹縫寬度5.0 nm。以蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作圖，采用線性回歸分析進(jìn)行曲線擬合，直線斜率即為蛋白質(zhì)的表面疏水性指數(shù)[11]。

1.3.6持油性及持水性

持油性：準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品(精確至0.000 1 g)與大豆油3.5 mL混勻，靜置30 min后，9 000g離心10 min，測(cè)定上清液中大豆油的體積[12]。持油性指數(shù)計(jì)算公式為

(4)

式中c1——持油性指數(shù)，mL/g

V0——添加大豆油體積，mL

V1——上清液中大豆油體積，mL

M2——干燥樣品質(zhì)量，g

持水性：準(zhǔn)確稱取5 g樣品(精確至0.000 1 g)加入到預(yù)先稱量的50 mL離心管中，以小增量不斷加入蒸餾水，連續(xù)攪拌直至樣品徹底潤(rùn)濕后，將潤(rùn)濕樣品在4℃、12 000g條件下離心5 min[13]。持水性指數(shù)計(jì)算公式為

(5)

式中c2——持水性指數(shù)

W0——干燥樣品的質(zhì)量，g

W1——離心加干燥樣品管的質(zhì)量，g

W2——離心管加沉淀物質(zhì)量，g

1.3.7溶解度

將100 mg樣品和商品大豆分離蛋白分別溶于10 mL去離子水中配制成樣品溶液，室溫下磁力攪拌30 min，4℃、12 000g條件下離心15 min。采用Lowry法測(cè)定上清液蛋白質(zhì)含量，以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)物繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定500 nm處吸光度。溶解度為上清液蛋白質(zhì)量濃度占總蛋白質(zhì)量濃度的百分比[14]，每個(gè)取樣測(cè)定3次。

1.3.8起泡性

將30 mL質(zhì)量濃度1.0 mg/mL的樣品和商品大豆分離蛋白溶液置于50 mL燒杯中，樣品溶液體積記為V。樣品溶液用高速乳化均質(zhì)機(jī)以12 000 r/min的速度進(jìn)行均質(zhì)處理3次共計(jì)2 min，均質(zhì)后乳液迅速倒入50 mL量筒中，泡沫面體積記為V′0，靜置10 min后再次記錄泡沫面體積記為V′10[15]。大豆分離蛋白的起泡性指數(shù)(Foaming ability index, FAI)和起泡穩(wěn)定性指數(shù)(Foaming stability index, FSI)計(jì)算公式為

(6)

(7)

1.3.9乳化性

燒杯中分別按照3∶1的比例分別加入15 mL 1.0 mg/mL樣品和商品大豆分離蛋白溶液與5 mL大豆油，利用高速均質(zhì)機(jī)12 000 r/min、3 min乳化，分別在0 min和30 min時(shí)從測(cè)試管底部取出50 μL乳液，加入到5 mL 0.1% SDS溶液中，同時(shí)，于500 nm波長(zhǎng)處分別測(cè)定乳液吸光度，記為A0和A30，用0.1%的SDS做空白對(duì)照。乳化活性指數(shù)(Emulsifying activity index, EAI)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)(Emulsifying stability index, ESI)的計(jì)算公式分別為[16]

(8)

(9)

式中EAI——乳化活性指數(shù)，m2/g

ESI——乳化穩(wěn)定性指數(shù)，min

N——稀釋倍數(shù)，取100

C′——乳化液形成前蛋白質(zhì)水溶液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度，g/mL

1.4 數(shù)據(jù)分析

每次實(shí)驗(yàn)做3次平行，采用SPSS 18.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA差異顯著性分析(P<0.05為顯著性差異)，利用PeakFit 4.12分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用Origin 9.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白提取率

射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白提取率如圖1(圖中不同字母表示差異顯著，下同)所示，隨著射流空化壓力的逐漸增加，大豆分離蛋白提取率呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，且當(dāng)射流空化壓力為1.5 MPa時(shí)，大豆分離蛋白提取率為58.97%，與對(duì)照組樣品(即射流空化壓力為0 MPa)相比提取率顯著增加(P<0.05)，提高了34.42%。這可能是由于射流空化產(chǎn)生的空穴作用和機(jī)械效應(yīng)使高溫豆粕中蛋白質(zhì)發(fā)生一定程度的解離和伸展，分子的立體結(jié)構(gòu)變得松散，從而暴露出更多的極性基團(tuán)，促進(jìn)蛋白質(zhì)的溶解[17]。當(dāng)射流空化壓力繼續(xù)增大(2.0 MPa)時(shí)，大豆分離蛋白提取率下降，這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是由于射流空化壓力過(guò)大時(shí)，伴隨產(chǎn)生的高壓和極端熱效應(yīng)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子過(guò)度伸展，暴露出大量的極性基團(tuán)，使得蛋白質(zhì)分子間通過(guò)非共價(jià)鍵(疏水作用力)和共價(jià)鍵(二硫鍵)相互作用形成難溶性聚合物，影響蛋白質(zhì)溶出，導(dǎo)致其提取率下降[18]。上述結(jié)果表明射流空化處理可顯著增加豆粕中大豆分離蛋白提取率。

2.2 紅外光譜分析

圖2 射流空化壓力下大豆分離蛋白的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectra of soy protein isolate by different jet cavitation powers

表1 不同射流空化壓力下大豆分離蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量Tab.1 Secondary structure content of soy protein isolate by jet cavitation powers %

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.3 游離巰基及二硫鍵質(zhì)量摩爾濃度

二硫鍵是存在于蛋白質(zhì)分子間和分子內(nèi)的唯一共價(jià)側(cè)鏈交聯(lián)鍵，是維持蛋白分子空間結(jié)構(gòu)的重要作用力，其中巰基是二硫鍵的形成原體，因此，巰基含量分析可用來(lái)探究變性后蛋白結(jié)構(gòu)變化[16]。射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的游離巰基質(zhì)量摩爾濃度、二硫鍵質(zhì)量摩爾濃度及游離巰基占總巰基物質(zhì)的量百分比變化如圖3所示。隨射流空化壓力增加，大豆分離蛋白的游離巰基與總巰基的比值變化趨勢(shì)呈現(xiàn)出先增大后減少的變化趨勢(shì)；游離巰基含量先增加后減小，而二硫鍵含量呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢(shì)，且各組之間差異顯著(P<0.05)。射流空化處理產(chǎn)生的空穴效應(yīng)可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子發(fā)生解折疊，結(jié)構(gòu)展開(kāi)，使埋藏在蛋白質(zhì)分子中半胱氨酸殘基上的巰基基團(tuán)被逐漸暴露出來(lái)，游離巰基含量增加，同時(shí)部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的二硫鍵因結(jié)構(gòu)展開(kāi)而暴露到分子表面，導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵含量降低[15]。但隨射流空化壓力逐漸增大，暴露出更多的游離巰基，其中一部分游離巰基可能會(huì)通過(guò)交換反應(yīng)或被氧化形成二硫鍵[22]。此外，射流空化處理產(chǎn)生的高壓及極端熱可能使一些蛋白質(zhì)分子的巰基基團(tuán)重折疊包埋于分子內(nèi)部，使得游離巰基含量下降[23]。文獻(xiàn)[16]研究發(fā)現(xiàn)，游離巰基與總巰基的比值可反映蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)的解折疊程度，游離巰基與總巰基的比值越大，大豆蛋白的解折疊程度越強(qiáng)，該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與2.2節(jié)中大豆分離蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)無(wú)序性增加的結(jié)論相一致。

圖3 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白巰基含量的影響Fig.3 Effect of jet cavitation powers on sulfhydryl content of SPI in highly denatured soybean meal

2.4 表面疏水性

圖4 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白表面疏水性的影響Fig.4 Effect of jet cavitation powers on surface hydrophobicity of SPI in highly denatured soybean meal

蛋白質(zhì)表面疏水性是評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變的一個(gè)重要指標(biāo)，與蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)密切相關(guān)。如圖4所示，與對(duì)照(射流空化壓力為0 MPa)相比，射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的表面疏水性顯著提高(P<0.05)。該結(jié)果可能是由于射流空化產(chǎn)生的空穴效應(yīng)及超高壓條件誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子中α-螺旋相對(duì)含量減少，β-折疊相對(duì)含量增加，蛋白質(zhì)分子排列無(wú)序性增加，導(dǎo)致分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)部分暴露出來(lái)。同時(shí)，超高壓作用和極端熱也可能會(huì)破壞蛋白質(zhì)分子中的弱氫鍵和范德華作用力，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)象發(fā)生改變，伴隨著疏水基團(tuán)的暴露。此外，大部分蛋白質(zhì)分子聚集形成的顆粒在高剪切作用下分散成更小的單元，暴露出更多的蛋白質(zhì)表面及疏水基團(tuán)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)表面疏水性的提高[24]。

2.5 持油性及持水性

持油性和持水性是指一定量的干基蛋白質(zhì)樣品對(duì)添加水或油的保持能力。水和油與蛋白質(zhì)的相互作用對(duì)食品的風(fēng)味和質(zhì)地有顯著影響，因此在食品系統(tǒng)中非常重要[25]。射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的持油性及持水性如圖5所示。隨射流空化壓力增加，大豆分離蛋白的持油性指數(shù)及持水性指數(shù)呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，且各組之間差異顯著(P<0.05)。當(dāng)射流空化壓力為1.5 MPa時(shí)，持油性指數(shù)和持水性指數(shù)最大值分別為8.402 3 mL/g和5.565 9。這可能是由于射流空化處理產(chǎn)生的空穴效應(yīng)和高速碰撞作用使得蛋白顆粒發(fā)生一定程度的破碎，粒徑減小，顆粒的比表面積、表面能和空隙率提高，增大了與水分子的接觸面積，改善了大豆分離蛋白的持水性。同時(shí)，在流體動(dòng)力的作用下，小粒徑的蛋白顆粒與油的接觸部位、接觸面積增加，致使蛋白分散性增強(qiáng)，進(jìn)而使蛋白持油性增加。文獻(xiàn)[26]指出蛋白質(zhì)柔性的增加和蛋白質(zhì)體積密度的改變改善了蛋白質(zhì)的吸油能力。當(dāng)射流空化壓力繼續(xù)增大時(shí)，高壓和極端熱導(dǎo)致部分極化的蛋白分子通過(guò)非共價(jià)相互作用形成難溶性聚集體，蛋白分子粒徑增加，導(dǎo)致大豆分離蛋白的持油性和持水性降低。

圖5 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白持油性及持水性的影響Fig.5 Effect of jet cavitation powers on oil-holding capacity and water holding capacity of SPI in highly denatured soybean meal

2.6 溶解度

文獻(xiàn)[17]指出溶解度是體現(xiàn)蛋白質(zhì)水化作用的重要指標(biāo)，是分析和研究蛋白其他功能特性的前提。射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的溶解度如圖6所示。隨射流空化壓力增加，大豆分離蛋白的溶解度顯著增加(P<0.05)，且其增加速度逐漸減小。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因可能是射流空化產(chǎn)生的空穴效應(yīng)使得蛋白質(zhì)分子伸展，暴露出更多的極性分子，增加了表面表面電荷，增加了蛋白質(zhì)和水分子之間的相互作用，從而改善了大豆分離蛋白的溶解度[27]；另一方面，機(jī)械作用破壞了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使得其粒度變小，增加了大豆分離蛋白與水的接觸面積，導(dǎo)致大豆分離蛋白的溶解度增大[24]。此外，射流空化處理產(chǎn)生的熱量使得樣品在高溫高壓下展開(kāi)蛋白質(zhì)分子，親水性氨基酸殘基暴露，從而使得大豆分離蛋白的溶解度得到提高[28]。與商品大豆分離蛋白的溶解度相比，射流空化處理輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白使其溶解度得到一定程度的提高。

圖6 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白溶解度的影響Fig.6 Effect of jet cavitation powers on solubility of SPI in highly denatured soybean meal

2.7 起泡性

大豆分離蛋白同時(shí)含有疏水性基團(tuán)和親水性基團(tuán)，因此具有表面活性，能降低水的表面張力，在劇烈攪拌時(shí)易于形成泡沫。射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性如圖7(圖中不同小寫(xiě)字母表示起泡性指數(shù)差異顯著，不同大寫(xiě)字母表示起泡穩(wěn)定性指數(shù)差異顯著)所示，大豆分離蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性隨著射流空化壓力增加呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。射流空化壓力為0.5～1.5 MPa時(shí)，大豆分離蛋白溶液的起泡性和起泡穩(wěn)定性得到顯著改善，且各組之間差異顯著(P<0.05)。射流空化處理產(chǎn)生的空穴效應(yīng)及機(jī)械破壞作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)解聚成的小分子亞基，使遷移至氣-水界面的蛋白分子數(shù)量增多，產(chǎn)生的氣液界面積也逐漸變大，從而使得大豆分離蛋白的起泡能力出現(xiàn)不同程度的提高[29]。同時(shí)，表面疏水性的提高使蛋白質(zhì)分子易于吸附至水-空氣界面，有利于增強(qiáng)水相和氣相的平衡，形成的泡沫不易于被破壞，使得蛋白的起泡穩(wěn)定性得到提高[16]。射流空化壓力過(guò)大時(shí)，部分極化的蛋白分子之間通過(guò)非共價(jià)鍵作用重新形成更大的分子聚集體，可溶性蛋白濃度降低，吸附至蛋白膜表面分子數(shù)量減少，相互作用減弱，從而膜粘彈性下降，容易破裂，使得起泡性和起泡穩(wěn)定性下降[30]。與商品大豆分離蛋白的起泡性相比，射流空化處理輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白使其起泡性和起泡穩(wěn)定性均得到一定程度的改善。

圖7 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of jet cavitation powers on foam capacity and foam stability of SPI in highly denatured soybean meal

圖8 射流空化壓力對(duì)高溫豆粕中大豆分離蛋白乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of jet cavitation powers on emulsification and emulsion stability of SPI in highly denatured soybean meal

2.8 乳化性

射流空化輔助提取高溫豆粕中大豆分離蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性如圖8(圖中不同小寫(xiě)字母表示乳化活性指數(shù)差異顯著，不同大寫(xiě)字母表示乳化穩(wěn)定性指數(shù)差異顯著)所示，隨著射流空化處理壓力增加，乳化活性和乳化穩(wěn)定性呈先增大后減小的趨勢(shì)。隨射流空化壓力增加，高溫豆粕中大豆分離蛋白的乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)顯著提高(P<0.05)，隨射流空化壓力進(jìn)一步增加，兩者均略有降低。當(dāng)處理壓力為1.5 MPa時(shí)，乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)分別達(dá)到98.41 m2/g和25.71 min。這可能是由于射流空化產(chǎn)生的空穴效應(yīng)和高壓作用誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子部分解折疊，暴露出更多的疏水性基團(tuán)，使得蛋白質(zhì)分子更快地吸附油至水界面，促進(jìn)蛋白質(zhì)與油相結(jié)合，從而改善了大豆分離蛋白的乳化性[17]。隨射流空化壓力繼續(xù)增加，乳化性降低，可能是因?yàn)樯淞骺栈瘔毫^(guò)大時(shí)，蛋白分子間通過(guò)疏水相互作用、二硫鍵、靜電相互作用及氫鍵等重新形成難溶性分子聚集體，蛋白質(zhì)表面積縮小，導(dǎo)致其乳化能力下降[30]。同時(shí)，機(jī)械作用與熱效應(yīng)的雙重影響使得蛋白發(fā)生一定程度的變性，也會(huì)導(dǎo)致大豆分離蛋白乳化性略有下降。大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性改善可能是由于射流空化處理的空穴和剪切效應(yīng)導(dǎo)致蛋白液滴比表面積增加、粒徑減少，降低了沉降速率。

3 結(jié)束語(yǔ)

射流空化輔助提取可顯著提高高溫豆粕中大豆分離蛋白提取率和功能特性，當(dāng)射流空化壓力為1.5 MPa時(shí)，大豆分離蛋白提取率為58.97%，比未處理樣品提高了34.42%。射流空化處理可誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子部分解折疊，結(jié)構(gòu)展開(kāi)，暴露出更多的巰基基團(tuán)和疏水性基團(tuán)，使得蛋白質(zhì)的游離巰基含量和表面疏水性顯著增加，而二硫鍵含量顯著降低。同時(shí)，射流空化處理使蛋白質(zhì)顆粒粒徑減小，比表面積增加，有利于改善大豆分離蛋白的持油性及持水性、溶解度、起泡性、乳化性等功能特性。