紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性与乳化特性的研究

吴锦波 吴 振 朱国君,3 赵国华,2

(西南大学食品科学学院1,重庆 400715)

(重庆市农产品加工技术重点实验室2,重庆 400715)

(四川省南充市高坪区质量技术监督局3,南充 637100)

紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性与乳化特性的研究

吴锦波1吴 振1朱国君1,3赵国华1,2

(西南大学食品科学学院1,重庆 400715)

(重庆市农产品加工技术重点实验室2,重庆 400715)

(四川省南充市高坪区质量技术监督局3,南充 637100)

以氮溶解指数、乳化活性和乳化稳定性为考察指标,研究了温度、pH值、离子强度、蛋白质质量浓度、蔗糖添加量等对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解特性和乳化特性的影响。紫苏饼粕浓缩蛋白的NSI在 50～60℃范围内最大。紫苏饼粕浓缩蛋白的等电点在 pH 4.4,其溶解度与 pH值的关系呈典型的 V型。低浓度 (<0.05 mol/L)的 NaCl对蛋白质的溶解性和乳化性均表现为正面作用,而高浓度 (0.1～0.25 mol/L)NaCl对其影响则截然相反。添加蔗糖(0%～2.5%)明显改善了紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化活性与乳化稳定性。

紫苏 浓缩蛋白 氮溶解指数 乳化活性 乳化稳定性

紫苏饼粕是紫苏籽制油后的副产品,具有良好的色泽和芳香味,蛋白质含量高,与菜籽饼粕和棉籽饼粕相比,不含有毒有害物质,必需氨基酸含量丰富且全面,功效比值、净蛋白比值和真消化率都很高,是非常好的植物蛋白资源[1-3]。然而目前紫苏饼粕主要被当作动物饲料、燃料或回入田中充当肥料,没有得到充分合理的应用。

植物蛋白质是人类重要的蛋白质来源之一,植物蛋白也作为添加剂在食品工业中大量使用,赋予产品丰富的营养价值和优良的加工性能。寻找和开拓新的植物蛋白资源以及提高优质蛋白资源的利用率一直是食品工业和人类营养工作者关注的重点。作为优质的植物蛋白质除了要具备含量较高、较全面的营养价值外,还要在食品加工中表现出良好的功能性质[4-5]。虽然紫苏饼粕浓缩蛋白是一种营养优良的植物蛋白,但其在食品加工中的功能性质,尚未见详细报道。本试验在前期制备紫苏饼粕浓缩蛋白并测试其理化性质的基础上[2],研究了温度、pH值、离子强度、蛋白质浓度以及蔗糖等对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性、乳化活性和乳化稳定性的影响,为紫苏饼粕浓缩蛋白在食品中的应用提供试验科学依据。

1 材料与方法

紫苏饼粕:云南丽江先锋食品开发有限公司;红蜻蜓大豆色拉油:市售;其他试剂均为分析纯。

1.2 仪器设备

22PC可见分光光度计:上海棱光技术有限公司;STA-II3型实验室高剪切乳化机:上海索祥机电设备制造有限公司。

1.3 紫苏饼粕浓缩蛋白制备

紫苏饼粕粉碎后过 80目筛,用 3倍石油醚搅拌处理 30 min,待静止分层后除去油层,放于通风处进行脱溶,使石油醚挥发,进行脱脂 3次,80℃烘干待用。按照饼粕质量的 10倍加入水,并用 10%的NaOH调整提取液的 pH值为 9,在 50℃下浸提60 min。浸提过程中间歇搅拌。浸提完毕后,3 000 r/min离心 20 min获得上清液,用浓盐酸将上清液 pH调整到 4.4后在 2 000 r/min离心 20 min获得沉淀,稀碱液中和并水洗,干燥后获得紫苏饼粕浓缩蛋白[2,6]。其蛋白质质量分数为 83.67%。

1.4 紫苏饼粕浓缩蛋白氮溶解指数的测定[7-8]

称取紫苏饼粕浓缩蛋白 0.5 g,溶于 50 mL蒸馏水中,即配成 1%蛋白质溶液。分别在 pH为 2～10(每一组都不添加 NaCl)的条件下,室温磁力搅拌1 h后,4 000 r/min离心 20 min,取 1 mL上清液于试管中,加入 4 mL双缩脲试剂,在涡旋振荡器上混匀,室温放置 30 min,用分光光度计在 540 nm测定吸光值。与以上相似,分别在 NaCl浓度为 0～0.25 mol/L以及室温磁力搅拌的条件下,进行相同的操作及测定;分别在 pH 7、不添加 NaCl以及于不同温度 (20～90℃)和磁力搅拌的条件下,进行相同的操作及测定。以牛血清白蛋白标准曲线方程计算上清液中蛋白质的含量,微量凯氏定氮法测定紫苏饼粕浓缩蛋白中蛋白质的含量。分别计算紫苏饼粕浓缩蛋白在不同 pH值、离子强度和温度下的氮溶解指数 (NSI)。计算公式如下:

综上所述，小学阶段作为学生学习英语的开端，对学生的发展有重要作用。在教学过程中，教师要将学生作为课堂主体，根据学生的发展特点制定多元化的教学方式，激发学生的学习兴趣，调动学生的积极性，促使学生主动地投入到英语课堂中来，进而有效提升课堂教学效率。

NSI=上清液中的氮含量 /样品中的总氧量 ×100%

1.5 紫苏饼粕浓缩蛋白乳化性及乳化稳定性的测定[9]

准确称取一定量的紫苏饼粕浓缩蛋白溶于60 mL蒸馏水中,分别配制 0.2%～2.0%的蛋白质溶液,分别在不同 pH值 (2～10)、离子强度 (0.05～0.25 mol/L NaCl)以及添加蔗糖 (0.5%～2.5%)的条件下,于室温 (25℃)磁力搅拌 1 h后加入 20 mL大豆色拉油,在高速乳化剪切机中 (10 000～12 000 r/min)均质 2 min制成乳状液,用微量注射器迅速吸取底部乳状液 0.1 mL稀释于 25 mL的质量分数为 0.1%SDS溶液,经涡旋混合后,以 0.1%SDS溶液做空白参比,立即用分光光度计在 500 nm测定吸光值 (A1);15 min后,再次测定吸光值 (A2)。乳化活性指数 (EA I)用吸光度 (A1)表示,并计算乳化活性指数 (EA I)和乳化稳定性 (ES):

EA I=A1×100 ES=A2/A1×t式中:t为时间间隔 (15 min)。

1.6 数据分析方法

试验数据采用 Excel分析处理,取 3个测定结果的平均值。

2 结果与分析

2.1 温度对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性的影响

图 1 温度对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性的影响

紫苏饼粕浓缩蛋白的 NSI与温度关系曲线如图1所示。结果表明,温度为 50～60℃时,紫苏饼粕浓缩蛋白 NSI最大,低于 50℃时,NSI随温度的升高而增大,60℃时达到最大值 68.6%,高于 60℃时,NSI随温度的升高而降低。高温下 NSI的下降是由于高温导致蛋白质变性,原来在蛋白质分子内部的一些疏水基团暴露于分子表面,从而降低了蛋白质的溶解度。

2.2 pH对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性和乳化特性的影响

紫苏饼粕浓缩蛋白的氮溶解指数和乳化特性与pH值关系曲线如图 2所示。结果表明,紫苏饼粕浓缩蛋白与其他植物蛋白一样,pH-溶解度曲线基本符合“V”字形,可以初步判断紫苏饼粕浓缩蛋白的 p I在 pH 4.4左右,此时紫苏饼粕浓缩蛋白的氮溶解指数达到最小值 5.3%。紫苏饼粕浓缩蛋白在 pH 2和pH>8时具有较好的乳化性,在 p I附近其乳化性最差,这是由于蛋白质分子表面的结构和带电荷所决定的。因为在 p I附近,随着蛋白质之间相互作用的增强,导致了较低的表面疏水性,同时减少了净电荷和溶解度[5]。基于此,pH 2或者 pH>8的情况下可以显著改善紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化特性。同时从图 2还可以看出,pH-乳化性和乳化稳定性曲线与pH-溶解性曲线的趋势相似,表明紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化特性与其溶解性呈正相关[10]。

图 2 pH对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性和乳化特性的影响

2.3 离子强度对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性和乳化特性的影响

离子强度对紫苏饼粕浓缩蛋白的氮溶解指数和乳化特性的影响见图 3。结果表明,NaCl对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性和乳化特性的影响表现为:较低浓度时有利,而较高浓度时不利。这是因为较低浓度的NaCl减小液滴之间的静电斥力,而过高浓度NaCl会改变蛋白质乳化液胶体的水化层,破坏了静电复合物的形成[11-12]。NaCl浓度 0.05 mol/L时氮溶解指数达到最大值 46.8%。

图 3 离子强度对紫苏饼粕浓缩蛋白溶解性和乳化特性的影响

2.4 蔗糖添加量对紫苏饼粕浓缩蛋白乳化特性的影响

蔗糖添加量对紫苏饼粕浓缩蛋白乳化性及乳化稳定性的影响见图 4。结果显示,随着蔗糖添加量的增加,紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性均增大;当蔗糖添加量达到 1.5%,其乳化特性趋于稳定。其主要原因是一定浓度的蔗糖会增加体系的黏稠度,使乳状液的乳化稳定性得到增强[13]。此外,有学者认为添加蔗糖后形成的保护层阻碍了蛋白质发生聚集,同时有可能形成蛋白质与糖胶束结构。蔗糖由于分子小而利于快速移动至胶束结构的“空隙”中,更加巩固了胶束结构,从而有利于蛋白质的乳化稳定性[14-15]。

图 4 蔗糖添加量对紫苏饼粕浓缩蛋白乳化性特性的影响

2.5 蛋白质质量浓度对紫苏饼粕浓缩蛋白乳化特性的影响

紫苏饼粕浓缩蛋白质量浓度对乳化性及乳化稳定性的影响见图 5。结果显示,随着浓度的增大,紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性都增大,但是增大的幅度越来越小。一方面,这是因为蛋白质总量的增加为乳化提供了更多的可溶性蛋白质,为形成良好的乳化膜提供了充足的原料。另一方面,随着浓度的增加,乳化过程中蛋白质在界面上的吸附由单分子层变为多分子层,形成了规则排列的界面膜,能够使得蛋白质的乳化稳定性得到改善[16]。

图 5 蛋白质质量浓度对紫苏饼粕浓缩蛋白乳化特性的影响

3 结 论

3.1 通过调节浓缩蛋白浓度、pH、离子强度、温度以及蔗糖添加量可以显著改善紫苏饼粕浓缩蛋白的溶解性和乳化特性。

3.2 随着蛋白质浓度和蔗糖添加量的增加,紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性均呈上升趋势;紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性均随 pH升高而先降后升,在 pH为 10时最佳;随着 NaCl浓度的增大,紫苏饼粕浓缩蛋白的乳化性和乳化稳定性均呈先升后降的趋势,但浓度达到 0.05 mol/L之后乳化稳定性的变化不明显。

3.3 紫苏饼粕浓缩蛋白的氮溶解指数 (NSI)随着pH值的升高而先降后升,在等电点时达到最小值5.3%;紫苏饼粕浓缩蛋白的 NSI随着温度和 NaCl浓度的升高而先升后降,温度 60℃和 NaCl浓度0.05 mol/L时达到最大值分别为 68.6%和 46.8%。

[1]刘大川,余华峰.乙醇浸提紫苏籽压榨饼中油脂的工艺[J].农业工程学报,2008,24(11):242-246

[2]谢超,朱国君,赵国华.紫苏饼粕浓缩蛋白的制备及理化性质研究[J].中国粮油学报,2009,24(11):83-86

[3]张卫明,刘月秀,王红.紫苏子的化学成分研究 ]J].中国野生植物资源,1998,17(1):42-44

[4]Bourre J M,Francois M,Youyou A,et al.The effects of dietaryα-linolenic acid on the composition of nerve mem2 branes,enzymatic activity,amplitude of electrophy-siological parameters,resistance to poisous and performance learning tasks in rats[J].Nutrition,1989,119:1880-1889

[5]BilgiB,Celik S.Solubility and emulsifying properties of bar2 ley protein concentrate[J]European Food Research and Technology,2004,218(5):437-441

[6]管骁,姚惠源,陈正行.碱提酸沉法制备燕麦麸浓缩蛋白的工艺及其改进[J].粮食与饲料工业,2006,(4):22-24

[7]王金水,张长付,郭录峰.绿豆分离蛋白功能特性研究[J].中国粮油学报,1998,13(2):36-39

[8]朴金苗,都凤华,齐斌.马铃薯分离蛋白的溶解性和乳化性研究[J].食品科学,2009,30(17):91-94

[9]鲁晓翔,陈新华,唐津忠.酶法改性玉米蛋白功能特性的研究[J].食品科学,2000,21(12):13-15

[10]殷军,华欲飞,陆健健.大豆蛋白乳化性能比较及机理探讨[J].中国油脂,2005,30(5):35-38

[11]Prakash V,Nandi PK.Isolation and characterization ofα-Globulin of Sesame seed(Sesamum indicum L)[J].Journal ofAgricultural and Food Chemistry,1978,26(2):320-323

[12]Tao Zhang,Bo Jiang,WanmengMu,et al.Emulsifying prop2 erties of chickpea protein isolates:Influence of pH and NaCl[J].Food Hydrocolloids,2009,23(1):146-152

[13]Xie YR,HettiarachchyNS.Xanthan gum effects on solubility and emulsification properties of soy protein isolate[J].Jour2 nal of Food Science,1997,62(6):1101-1104

[14]赵谋明,林伟锋,胡坤,等.多糖对大豆蛋白在水相介质中乳化特性的影响研究 [J].食品工业科技,2002,23(6):31-34

[15]管军军,裘爱泳,周瑞宝.糖对大豆分离蛋白及其改性物乳化性能的影响[J].无锡轻工大学学报,2004,23(1):84-88

[16]谢笔钧.食品化学[M].第二版.北京:科学出版社,2004.

Solubility and Emulsifying Properties of Perilla SeedMeal Protein Concentrate

Wu Jinbo1Wu Zhen1Zhu Guojun1,3Zhao Guohua1,2
(College of Food Science,SouthwestUniversity,Chongqing1400715)
(Chongqing Key Laboratory ofAgricultural Products Processing2,Chongqing 400715)
(Breau ofQuality and Technial Supervision of GaopingDistrict3,Nanchong 637100)

The effectsof temperature,pH,ionic strength,protein concentration and sugaron the solubility and e2 mulsifying properties of perilla seed meal protein concentrate were investigated with indexes of nitrogen solubility,e2 mulsifying activity and emulsifying stability.Results:The denantural temperature of perilla seed meal protein concen2 trate is 50～60℃;its isoelectric point is pH 4.4,and the relationship bet ween its solubility and pH for ms a typical V curve.Low concentration of NaCl(<0.05 mol/L)enhances the solubility and emulsifying properties of perilla seed meal protein concentrate;however,NaClwith high concentration(0.1～0.25 mol/L)deteriorates these proper2 ties,and addition of sugar(0%～2.5%)facilitates significantly the emulsifying activity and stability.

perilla,protein concentrate,nitrogen solubility index,emulsifying activity,emulsifying stability

Q816

A

1003-0174(2011)02-0055-04

云南省省院省校合作项目(2007AD014)

2010-01-07

吴锦波,男,1985年出生,硕士,食品科学

赵国华,男,1971年出生,教授,博士,食品化学与营养学