劉靜雪，梁雪寒，田蘭英,2，李鳳林

（1.吉林農業(yè)科技學院 食品工程學院，吉林 吉林 132101；2.吉林省釀造技術科技創(chuàng)新中心，吉林 吉林 132101；3.農業(yè)農村部國家糖料加工技術研發(fā)分中心，吉林 吉林 132101）

大豆分離蛋白是一種蛋白質含量能達到90%的高精制蛋白，制備方式主要為堿溶酸沉法。它含有氨基酸的種類約為20種，其中包含8種必需氨基酸，是動物蛋白的完美替代品。根據免疫學特性的不同，大豆分離蛋白的成分主要為大豆球蛋白、α-伴大豆球蛋白及β-伴大豆球蛋白等。根據離心分離系數的不同，大豆分離蛋白的主要組成部分為2S、7S、11S和15S。其中，7S和11S的組成成分為β-伴大豆球蛋白、大豆球蛋白，它們約占大豆分離蛋白質量的80%左右[1]。根據功能性質的不同，大豆分離蛋白主要分為水化作用、表面特性及蛋白質-蛋白質間的交互作用三種，具體表現為吸水性、溶解性、起泡性、乳化性、凝膠性等。

大豆分離蛋白具有良好的功能特性，不僅可以改善產品的口感和風味，還可以提高產品的營養(yǎng)價值。但天然蛋白質的自然功能屬性不夠突出，在一定程度上限制了產品的開發(fā)與應用。因此，采用一定技術手段對蛋白質進行改性，以獲得具有較高功能特性的專用型蛋白產品具有重要意義。目前，蛋白質改性技術主要有物理改性、化學改性、生物改性三種。其中，在物理改性中，超聲波作為新興的技術，具有操作簡單、方便安全、營養(yǎng)損失小等優(yōu)點，廣泛的應用于蛋白質改性中，可提高蛋白質的加工性能[2]。本文對采用超聲改性處理后的大豆分離蛋白的溶解性、凝膠性、乳化性及持水性等功能性質進行綜述，為開發(fā)高性能、專一性強的蛋白產品奠定基礎。

1 超聲波技術作用原理

超聲波技術通常是指頻率高于20 KHz的機械波，它是一種遠遠高于人類聽覺范圍的聲波。超聲波具有高效率、低成本、低損耗、易操作等優(yōu)點，其一般分為低場強和高場強超聲波兩種，低場強超聲波的聲波范圍為100 KHz~1 MHz，具有對物料損傷低的特點，通常用于醫(yī)學無損檢測技術、超聲波顯微鏡等。高場強超聲波的聲波范圍為20~100 KHz，它能夠有效改變物料的結構和性質以及蛋白質的結構，主要應用于超聲波清洗及食品加工領域[3]。超聲波技術在應用傳播過程中具有以下特點，①傳播時方向性好，這是由于超聲波的功率較高且波長較短，導致衍射發(fā)生率降低，從而輸出更高的能量并作用于物料；②穿透性強，與其它聲波相比，超聲波在傳播時，衰減程度低，穿透距離更長，穿透能力更好；③在作用于物料時，常會引起空化效應及熱效應等現象。

超聲波技術的作用對象不是物料分子，它是通過周圍環(huán)境物理作用產生的影響達到改變物料性質的目的。超聲波作用產生的超聲波效果主要有空穴效應、微流束效應和熱效應。空穴效應主要是指超聲波作用于介質時，液體中的氣泡在其作用下發(fā)生波動、振蕩、收縮等一系列動力學過程，壓縮波和稀疏波循環(huán)往復形成周期性運動，多次周期性運動后，當壓力超過臨界值時，空穴氣泡會發(fā)生瞬時破裂，產生高能量的剪切力，可使物料間的化學鍵斷裂，從而能加快各類反應的進行。微流束效應產生的作用原理主要有兩種，一種是由于空穴效應產生的氣泡不斷震動引起的微流束效應，另一種是由于壓縮波和稀疏波周期性的往復運動使氣泡持續(xù)進入氣泡中，導致微流束效應的發(fā)生[4]。熱效應一般有瞬時熱效應和連續(xù)熱效應兩種，瞬時熱效應是指空穴氣泡破裂時產生的高熱高能，連續(xù)熱效應是指超聲波作用于物料時，會被傳播介質吸收，一段時間后環(huán)境體系中積累了大量的熱量，進而溫度持續(xù)上升。

目前，超聲波技術已經廣泛應用于食品加工行業(yè)，尤其是蛋白質改性技術方面，具有廣闊的發(fā)展前景和潛力。超聲波技術是一種物理改性方法，通過改變蛋白質的分子結構、空間分布等達到改變蛋白質功能特性的目的，改善了功能特性的蛋白質分子可用于專用型蛋白產品的工業(yè)化生產。

2 超聲波對大豆分離蛋白的影響

2.1 超聲波對大豆分離蛋白溶解性的影響

溶解性是指大豆分離蛋白中的肽鍵或側鏈基團與水分子之間發(fā)生相互作用時大豆分離蛋白中可溶性蛋白的占比，一般蛋白的粒徑越小，其溶解度越大。影響溶解性的因素有pH、離子強度、疏水作用等。Morales等[5]發(fā)現在20 kHz、4.27 W的超聲處理條件下，大豆分離蛋白的粒徑有所減小。袁道強等[6]探究了采用超聲波技術和未采用超聲波技術對大豆分離蛋白溶解性的影響，研究發(fā)現在超聲功率200 W、超聲時間5 min條件下，大豆分離蛋白在酸性條件下的溶解性比未采用超聲處理的大豆分離蛋白提高86%。朱建華、李笑笑等[7-8]研究表明大豆分離蛋白的溶解性隨著超聲功率增加而增大，與未經過超聲處理相比，經過超聲處理的大豆分離蛋白的溶解性得到顯著的提高。劉國琴等[9]研究發(fā)現當超聲處理時間小于30 min時，大豆分離蛋白的溶解性變化較大，呈現升高的趨勢；當超聲處理時間大于30 min時，大豆分離蛋白的溶解性變化不大，這可能是由于隨著超聲時間的增加，聲波產生的能量越來越弱，不能使物料分子破裂。阮雁春等[10]發(fā)現在超聲功率大于200 W時，大豆分離蛋白溶解性有明顯地增加。涂宗財、孫英杰等[11-12]研究發(fā)現在超聲處理時間為60 min時，大豆分離蛋白的溶解性達到最大。

2.2 超聲波對大豆分離蛋白乳化性的影響

乳化性是指蛋白質擴散進入水油界面形成穩(wěn)定均一乳化液的能力。大豆分離蛋白是具有親水和親油基團的兩親結構，其主要組成部分為7S的乳化能力比11S的乳化能力強。影響其乳化性的因素主要有溫度、離子強度。大豆分離蛋白的內部結構緊密，經過超聲波等物理改性后，乳化性會顯著提高，作為乳化劑被廣泛地應用于食品加工行業(yè)[13]。李揚等[14]研究發(fā)現采用超聲處理后的大豆分離蛋白的乳化性隨著超聲功率的升高而增加，中強度的超聲功率對大豆分離蛋白乳化性的升高有顯著作用。田然等[15]研究發(fā)現超聲處理后大豆分離蛋白的主要成分7S和11S球蛋白乳化性存在顯著上升趨勢。楊會麗[16]等研究發(fā)現在超聲功率為320 W、超聲時間為15min時，大豆分離蛋白的乳化性有顯著升高。朱建華等[7]研究表明在超聲功率為200 W，超聲時間為10min時，0.2%大豆分離蛋白的乳化值達到最高。包中宇、孫英杰等[12,17]研究表明隨著超聲功率和超聲時間的增加，大豆分離蛋白的乳化性逐漸增加，當超聲功率達到600 W，超聲時間達到60 min時，大豆分離蛋白的乳化性能最強。這主要是因為在超聲波的作用下蛋白質分子因空穴效應而致分子結構被破壞，變得疏松，使位于蛋白質分子內部的疏水基團暴露，疏水基團增加，蛋白分子的乳化能力增強。

2.3 超聲波對大豆分離蛋白凝膠性的影響

凝膠性是指大豆分離蛋白形成膠狀網絡結構的性能，凝膠的形成需要一定的蛋白含量及適當的變性。溫度、pH、鹽離子濃度、蛋白含量、蛋白濃度等都是影響凝膠形成的關鍵因素，其中蛋白濃度與凝膠的形成呈正相關，蛋白濃度越低，越不易形成凝膠。大豆分離蛋白中7S和11S分別影響著凝膠的黏彈性、硬度。凝膠性對食品的組織結構和口感有重要作用[18]。在香腸等碎肉制品中加入大豆分離蛋白能夠利用其凝膠性賦予食品優(yōu)良的口感，Hu等[19]研究發(fā)現超聲處理能夠促使鈣離子誘導的大豆分離蛋白具有更強的凝膠結構和性能。Zhang等[20]研究發(fā)現高強度超聲波和轉谷氨酰胺酶作用大豆分離蛋白下形成的凝膠強度更大。Madadlou，Tang等[21-22]發(fā)現超聲處理可以顯著提高大豆分離蛋白的凝膠性能。涂宗財等[11]研究發(fā)現在超聲時間為60 min時，大豆分離蛋白在谷氨酰胺轉氨酶作用下凝膠強度達到最大，為146.57 g。這可能是由于超聲處理后蛋白的粒徑變小，表面積變大，從而導致凝膠強度增加。張宏偉、劉冉等[23-24]研究發(fā)現中功率的超聲處理更有利于增加大豆分離蛋白的凝膠特性，400 W是大豆分離蛋白凝膠品質達到最高的最佳功率條件。

2.4 超聲波對大豆分離蛋白持水性、持油性的影響

大豆分離蛋白的持水性是指一定濃度的蛋白水溶液經過離心分離后剩余的水分含量。蛋白質顆粒在復水后能夠充分膨脹，且具有一定的黏性，可形成一定的網絡結構使蛋白質分子具有保持水分的能力。除了大豆分離蛋白本身結構能影響持水性外，外界溫度、pH、離子強度等均會影響大豆分離蛋白的持水性。大豆分離蛋白的持水性已廣泛應用于肉制品、面食等食品加工中，不僅能夠保持食品的感官特性，也能提高產品的得率。大豆分離蛋白的持油性是指蛋白質分子吸收脂肪的能力。影響持油性的強弱主要有蛋白質結構、非共價鍵等因素，蛋白質和脂類間的相互作用主要是依靠非極性鍵的作用。大豆分離蛋白的持油性主要應用于肉制品加工中，不僅能促進脂肪的吸收，也能促進二者相互結合，在一定程度上減少肉制品在蒸煮過程中的損失。同時，大豆分離蛋白能有效的保持肉制品中的湯汁，對肉制品的形態(tài)、口感、風味的保持有重要意義[25]。

涂宗財等[11]發(fā)現超聲處理后的大豆分離蛋白與未經過超聲處理的相比，其持水性增加了3.66%。孫英杰等[12]采用不同超聲時間、超聲功率對大豆分離蛋白進行改性處理，發(fā)現在超聲功率為600 W、超聲時間為60 min的條件下，大豆分離蛋白的持油能力最強。此外，研究還表明經過超聲處理的大豆分離蛋白的持水性有一定程度的降低，這主要是因為經過超聲處理的蛋白結構發(fā)生改變，大量蛋白分子被溶解，保持水分的網絡結構被破壞。包中宇等[17]發(fā)現隨著超聲功率的增加，大豆分離蛋白的持水力、持油力分別提高了27.43%和16.81%，這主要因為蛋白質分子經過超聲處理，內部結構更加疏松，粒徑變小，使疏水基團暴露出來，使蛋白質分子能夠更好地吸附和結合脂類物質，以致持水和持油能力逐漸增強。

2.5 超聲波對大豆分離蛋白起泡性的影響

起泡性主要是指大豆分離蛋白在攪拌過程中，蛋白質分子會吸附在空氣和水的界面，形成一層粘彈性薄膜，將氣體包裹并聚集成泡沫。影響大豆分離蛋白的起泡性主要有蛋白質濃度、pH、溫度等，當蛋白質濃度較低時，其黏度低，易形成泡沫，但其穩(wěn)定性相對較差，反之，蛋白質濃度高時，其不易形成泡沫，但泡沫穩(wěn)定性較高[26]。楊會麗、阮雁春等研究發(fā)現超聲功率在800 W時大豆分離蛋白的起泡性得到明顯地提高。這可能是由于經過超聲處理的蛋白質分子的相互作用力得到增強，加快了空氣和水界面形成，進而增大了大豆分離蛋白的起泡性[10,16]。趙飛等[27]研究發(fā)現在超聲功率600 W、超聲時間30min時，大豆分離蛋白發(fā)泡性能達到最大。包中宇等[17]研究表明超聲波能顯著提高大豆分離蛋白的起泡性，當在超聲功率為400 W、超聲時間為60 min時，大豆分離蛋白的泡沫穩(wěn)定性最好。劉國琴等[9]研究發(fā)現大豆分離蛋白的起泡性隨著超聲時間的增加而增大，這是因為超聲波的空穴效應使蛋白質分子中基團暴露出來，降低了水的界面張力，使蛋白質分子快速吸附在界面上，從而提高了大豆分離蛋白起泡性。

3 結語

大豆分離蛋白具有營養(yǎng)價值高、資源豐富、產量高等特點，在食品工業(yè)中，因其具有較為豐富的功能特性而倍受關注，并用于開發(fā)專用型的大豆蛋白產品。但在實際生產過程中，因大豆分離蛋白的本身結構特性及加工因素的影響，限制了大豆分離蛋白產品更好的發(fā)揮其功能特性。因此，大豆分離蛋白功能性質的改性成為蛋白產品開發(fā)的必然趨勢。超聲波技術是一種綠色的物理改性技術，它利用空穴效應、微流束效應、熱效應等作用來改變大豆分離蛋白的組織結構、空間結構等，進而改變其功能性質，從而更好地應用于食品加工領域中。通過超聲技術對大豆分離蛋白進行改性，能夠明顯提高大豆分離蛋白的溶解性、乳化性、凝膠性及起泡性等，改善了大豆分離蛋白的功能性質，拓展其在食品加工領域的應用范圍。研究超聲處理對大豆分離蛋白性質的影響，為大豆分離蛋白功能性質的改性及專用型的大豆蛋白產品的開發(fā)應用提供理論參考，有利于大豆蛋白產品的精深開發(fā)。