高温高湿对大豆分离蛋白组分及乳化性的影响

孙冰玉，石彦国，宿 晨，刘洪洪

(哈尔滨商业大学，黑龙江省食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076)

高温高湿对大豆分离蛋白组分及乳化性的影响

孙冰玉，石彦国，宿 晨，刘洪洪

(哈尔滨商业大学，黑龙江省食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076)

大豆分离蛋白被广泛应用于食品工业，但在贮运过程中其功能特性可能会发生变化。本研究采用不同包装形式(100%氮气铝箔包装、80%氮气∶20%二氧化碳铝箔包装、60%氮气∶40%二氧化碳铝箔包装、真空铝箔包装、实际工厂包装:白板纸塑/HDPE和PE包装)将大豆分离蛋白(SPI)包装后在高温高湿环境(RH 80%、30℃)条件下储藏5个月。研究储藏环境、时间、包装条件对SPI的7S/11S、巯基、二硫键及乳化性的影响。实验结果表明，PE包装中SPI的7S/11S比值与对照样相比显著下降(p＜0.05)，并且SPI亚基有不同程度的缺失，通过SDS-PAGE实验发现，SPI在所有储藏条件下都发生了亚基的解离和大分子物质的聚集。通过对各包装中SPI功能特性的比较得出包装材质对温湿度的阻隔性:铝箔包装＞工厂包装＞PE。通过相关性分析得出，PE包装中SPI的7S/11S比值与其乳化性相关性不显著;PE包装的SPI巯基含量与乳化性极显著正相关(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊);PE包装中SPI的二硫键含量与乳化性呈极显著负相关(EAI-0.975＊＊/ESI-0.967＊＊)，60%N2∶40%CO2包装中SPI的二硫键含量与乳化性相关性不显著。

大豆分离蛋白，储藏，乳化性，包装

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大豆分离蛋白 凝胶型，哈尔滨高科技大豆食品有限责任公司提供(蛋白质含量87.12%，水分5.73%，脂肪0.82%，灰分4.91%，NSI值是68.62%);铝箔袋，PE拉链封口袋，复合袋(内衬袋材质:LDPE;外包装袋材质:白板纸塑);氮气、二氧化碳 市售;所用化学试剂 均为分析纯。

79-1磁力加热搅拌器 江苏金坛市中大仪器厂;Anke TDL-5-A离心机 上海安亭科学仪器厂; KDN-F自动定氮仪 上海纤检仪器有限公司; DQS-700N呼吸式气调包装机 上海轻葩食品包装机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆分离蛋白的包装 实际工厂包装:使用哈尔滨高科技大豆食品有限责任公司提供的双层包装袋(外包装袋:白板纸塑，内衬袋:高压低密度聚乙烯(HDPE)进行包装［12-13］。气调包装:选择4种气体混合比例:a.真空;b.100%N2;c.80%N2∶20%CO2; d.60%N2∶40%CO2。使用DQS-700N呼吸式气调包装机抽真空后将预先混合的不同比例气体充入铝箔包装袋内，最后热封封口。普通包装:使用PE拉链封口袋包装。

1.2.2 大豆分离蛋白的储藏 经包装的大豆分离蛋白在五种环境条件下储藏于高温高湿环境(RH为80%，30℃)，储藏时间为5个月，以每30d为一个监测周期。

1.2.3 7S/11S比值测定方法 采用SDS-PAGE方法，加样量20μL，分离胶浓度12.5%，电流25mA。

1.2.4 巯基和二硫键含量的测定方法 目前普遍采用的是Ellman建立的方法，即利用5，5’-二硫代-2-硝基苯甲酸(DTNB)与游离SH反应，在波长412nm处生成有最大吸收峰的黄色物质后，采用分光光度法进一步测定吸光度而得［14-15］。

1.2.5 乳化性的测定方法 乳化活性(EAI)和乳化稳定性(ESI)采用浊度法测定［16］。

2 结果与分析

2.1 大豆分离蛋白7S/11S比值在储藏期间的变化

2.1.1 储藏前SPI的7S/11S比值分析 由图1所示，对照样SPI出现了6条主要谱带，分别是P74，P66，P55，P44，P36，P20，其中P74、P66、P55被认为是7S球蛋白的α'、α、β亚基，P44、P36则是11S球蛋白的酸性亚基A3、酸性亚基Ax(A1a，A1b，A2和A4)，P20则被认为是11S中的BX亚基，而在接近凝胶底部的条带则被认为是11S中的A5亚基。

图1 大豆分离蛋白对照样电泳图谱及密度扫描图谱注:1.Mark;2.SPI对照样。

采用电泳分析软件对储藏前的大豆分离蛋白的SDS-PAGE谱图进行扫描分析，从而确定大豆分离蛋白的7S/11S比值，结果见表1。

表1 对照样SPI的7S/11S比值的确定

2.1.2 高温高湿环境(RH 80%，30℃)下大豆分离蛋白的7S/11S比值的变化 由实验结果(图2)可知，在高温高湿条件下储藏时，除了储藏4个月的PE包装中SPI的7S/11S比值与对照样相比显著下降(p＜0.05)外，100%氮气包装、80%氮气∶20%二氧化碳包装、60%氮气∶40%二氧化碳包装、真空包装和工厂包装中SPI的7S/11S比值与对照样相比在储藏期间变化均不显著(p＜0.05)。但是从SDS-PAGE谱图(图3)可以看出，各包装中SPI在储藏1个月后，蛋白质的亚基发生解离。从储藏4个月的SDS-PAGE的谱图(图4)上可以看出，各包装中SPI的亚基均有不同程度的缺失，其中以PE包装中SPI的亚基缺失最明显，说明SPI已经发生变性，并且在SDS-PAGE图中浓缩胶的顶端颜色加深，说明在储藏的过程中大分子物质发生了聚集。

图2 RH=80%，T=30℃条件下SPI的7S/11S变化图

2.2 高温高湿条件对SPI巯基和二硫键的影响

由实验结果(图5)可知，在高温高湿环境下储藏时，各包装中SPI的巯基含量随储藏时间的延长而显著下降(p＜0.05)。其中工厂包装和PE包装中SPI的巯基含量下降幅度大，且以PE包装中SPI的巯基含量下降幅度最大，原因是在储藏过程中，由于PE材质的阻水阻湿性较好，但是阻气性能较差，所以外界渗入的空气将SPI的大部分巯基氧化，并且在高湿高温条件下加速了巯基的氧化速度，致使巯基含量迅速下降。真空包装和充气包装中SPI的巯基含量下降缓慢，其中以100%氮气包装中SPI巯基含量下降最慢，一方面是因为铝箔材质能有效地阻止空气和湿气的侵入，降低了巯基氧化的速度;另一方面可能是由于充气包装是先将装有SPI的包装袋抽真空后再充入气体，这样能使袋内空气残留量降至最低，从而降低了巯基被氧化的机率;第三，可能是惰性气体氮气的存在能够保护巯基，降低空气与SPI的接触面积，从而延缓了巯基氧化速率。

图3 在RH=80%，T=30℃条件储藏1个月的SPI电泳谱图注:1.Mark;2.100%氮气包装的 SPI;3.80%氮气∶20%二氧化碳包装的SPI;4.60%氮气∶40%二氧化碳包装的SPI;5.真空包装包装的SPI;6.工厂包装包装的SPI;7.PE包装包装的SPI;图4同。

图4 在RH=80%，T=30℃条件储藏4个月的SPI电泳谱

图5 RH=80%，T=30℃条件下SPI的巯基含量变化图

由实验结果(图6)可知，在高温高湿环境下，各包装中SPI的二硫键含量随储藏时间的延长而增加，储藏到第三个月后，SPI的二硫键含量上升较缓慢。其中以PE包装中SPI的二硫键含量上升幅度最大，充气包装和真空包装中SPI的二硫键含量上升缓慢。在储藏期间，表面总游离巯基含量的下降伴随着二硫键含量的上升，暗示了SPI原先内部半胱氨酸的残留量，即埋藏在大豆蛋白分子内的巯基和二硫键更多地暴露在表面。并且在储藏期期间，二硫键含量显著增加也意味着通过分子内部二硫键的形成，蛋白质分子发生了聚集，SPI发生变性。

图6 RH=80%，T=30℃条件下SPI二硫键含量变化图

2.3 高温高湿环境(RH为80%，30℃)对SPI乳化性的影响

由实验结果(图7、图8)可知，在高温高湿环境下储藏时，六种包装中SPI的乳化性随储藏时间延长而下降。在储藏初期，充气包装中SPI的乳化性增加，且氮气比例越小，EAI值越大，可能是氮气破坏了氢键等次级键作用，使原先包含在分子内部的疏水基团暴露出来，增加了SPI的亲油性，从而表现为乳化能力增加。在非充气包装中，以真空包装中SPI的乳化性下降幅度最缓慢，原因可能是真空铝箔包装的隔热阻湿性能较好，降低了温度和湿度对SPI的影响，延缓其变性速度，使其在短期内能够保持相对较好的乳化性;而PE包装中SPI的乳化性下降速度最快。六种包装中SPI的乳化稳定性总体上呈现下降的趋势，其中以60%N2∶40%CO2充气铝箔包装中SPI的乳化稳定性相对保持较好，且在储藏一个月后ESI出现最高值，但随储藏时间的延长迅速下降，可能是适量的氮气有利于蛋白质在水油界面的扩散，降低了水油界面的张力，从而提高了SPI的乳化稳定性，随储藏时间的延长，蛋白质发生了聚合作用，使SPI的乳化稳定性下降。

图7 RH=80%，T=30℃条件下SPI乳化性变化图

图8 RH=80%，T=30℃条件下SPI的乳化稳定性变化图

2.4 高温高湿环境下SPI乳化性与组分相关性分析

通过实验结果可知，在高温高湿环境下储藏期结束时，以PE包装中SPI功能特性变化最大，因此，选择PE包装中SPI的构效关系进行分析。在高温高湿环境下储藏时(如图9～图14)，PE包装中SPI的7S/11S比值与其乳化性相关性不显著(EAI 0.468/ESI 0.688);PE包装的SPI巯基含量与乳化性呈极显著正相关(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊)，60% N2∶40%CO2包装中SPI巯基含量与乳化性相关性不显著(EAI 0.665/ESI 0.580);PE包装中SPI的二硫键含量与乳化性呈极显著的负相关(EAI-0.975＊＊/ ESI-0.967＊＊)，60%N2∶40%CO2包装中SPI的二硫键含量与乳化性相关性不显著(EAI-0.594/ESI-0.532)(*表示α=0.05时的显著性，＊＊表示α= 0.01时的显著性)。

图9 PE包装中SPI的7S/11S与乳化能力变化图

图10 PE包装中SPI的7S/11S与乳化稳定性变化图

图11 PE包装中SPI的巯基含量与乳化性变化图

图12 PE包装中SPI的巯基含量与乳化稳定性变化图

3 结论

图13 PE包装中SPI的二硫键含量与乳化性变化图

图14 PE包装中SPI的二硫键含量与乳化稳定性变化图

在高温高湿贮藏环境(RH 80%、30℃)下，针对不同包装(100%氮气铝箔包装、80%氮气∶20%二氧化碳铝箔包装、60%氮气∶40%二氧化碳铝箔包装、真空铝箔包装、实际工厂包装:白板纸塑/HDPE和PE包装)的SPI的7S/11S、巯基、二硫键及溶解性的分析得知，在贮藏5个月期间，SPI的亚基均有不同程度的缺失，并形成一定程度的聚集;SPI的巯基含量下降，二硫键增多;PE包装的SPI巯基含量与乳化性极显著正相关，PE包装中SPI的二硫键含量与乳化性呈极显著的负相关(EAI-0.975＊＊/ESI-0.967＊＊)。K.C.CHANG［17］等人研究了储藏条件对大豆中提纯的大豆球蛋白结构特性的影响，研究发现在不利条件(RH 84%，30℃)下储藏三个月后的大豆中提纯的大豆球蛋白与糖含量有明显关联并且表现为疏水作用下降，总游离巯基含量下降，但是二硫键含量增加;二级结构中的α-螺旋的含量略微增加，但是β-折叠含量下降。储藏条件对SPI乳化性产生影响的机理有待于进一步深入研究。

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Effect of high temperature and humidity on component and emulsibility of soy protein isolate

SUN Bing-yu，SHI Yan-guo，SU Chen，LIU Hong-hong
(Heilongjiang Food Science and Engineering Key Laboratory，Harbin University of Commerce，Harbin 150076，China)

The SPI was applied in food industry widely，but its functionalities may change during storage.The effect of store temperature，time，RH and package material on emulsibility and the component of SPI were studied，when SPI was packaged in 100%N2and Al，80%N2∶20%CO2and Al，60%N2∶40%CO2and Al，vacuum and Al，white paper/plastic/HDPE，and PE and then stored for 5 months in the conditions of RH 80%and 30℃.It was shown that the 7S/11S of SPI only packaged in PE decreased significantly(p＜0.05)，while the subunit of SPI would lost in different levels and obviously in PE.It was observed by SDS-PAGE that the subunit of SPI disaggregated and molecules aggregated.Comparing the functionalities of SPI with different packaging material，it was shown that the sequence of the barrier property of material to temperature and RH was Al packaging＞factory packaging＞PE packaging.Focusing on the sulfydryl group and disulfide bond，it was found that the content of sulfydryl decreased while disulfide bond increased.Analyzed by relatedness，it was shown that the 7S/11S of SPI with PE packaging storage was not significant with emulsibility.The content of-SH with PE was significantly positive with emulsibility(EAI 0.975＊＊/ESI 0.985＊＊)，but the-S-S-of SPI in PE was significantly negative(EAI-0.975＊＊/ESI -0.967＊＊)correlation with emulsibility.

soy protein isolate(SPI);storage;emulsibity;package

TS201.2+1

A

1002-0306(2011)03-0159-05

大豆分离蛋白(soy protein isolate，SPI)是以低温变性脱脂大豆粉为原料，经碱提酸沉等工序得到的组分较均一、机能特性较强的蛋白质，蛋白质纯度要求在90%以上［1］。大豆分离蛋白除营养价值外，还具有许多重要的功能性质，如起泡性、乳化性、溶解性、胶凝性等，这些特性可有效地改善食品的口感，增加食品的弹性、保水性、吸油性，提高贮存性等［2-3］。由于大豆分离蛋白组成和结构是影响其功能性的一个重要的因素，所以近几十年来国内外对这方面的研究比较关注，并且采用了X-射线衍射、近(远)紫外、圆二色谱法［4-6］、DSC法［7-8］、荧光光谱分析［9-10］、傅立叶变换红外光谱法［11］、电泳技术等技术手段来研究大豆蛋白的构效关系。但早期研究人员将改善大豆分离蛋白功能特性的焦点放在制取工艺上，而忽略了储藏过程中功能特性也会受环境等因素的影响而发生变化。目前，国内外关于储藏条件(环境条件和包装条件)对SPI功能特性影响的研究尚少。然而随着食品工业的发展，现代食品加工对大豆分离蛋白的功能特性要求越来越高，但是蛋白质在加工和储藏过程中，SPI功能性质除受蛋白制备条件和蛋白本身组成结构影响外，同时也受环境因素的影响。所以，本课题对在不同储藏条件(包括环境条件和包装条件)下的SPI功能特性发生变化进行研究，这对 SPI的储藏及应用具有现实指导意义。

2010-02-04

孙冰玉(1978-)，女，讲师，硕士，研究方向:大豆化学与技术加工。