不同改性大豆分离蛋白乳化性比较研究

郭永，王雪平，张春红

（1.黄河水利职业技术学院，河南开封475003；2.沈阳农业大学，辽宁沈阳110161）

不同改性大豆分离蛋白乳化性比较研究

郭永1，王雪平1，张春红2

（1.黄河水利职业技术学院，河南开封475003；2.沈阳农业大学，辽宁沈阳110161）

利用氮气水浴加热、微生物谷氨酰转氨酶（MTG）以及二者复合改性大豆分离蛋白（SPI），3种处理结果比较发现，氮气水浴加热改性SPI的乳化性有所增加，比对照提高了7.2%，氮气水浴加热改性SPI和MTG改性的乳化性稳定性显著增加，分别比对照提高了91%、42%，并经电镜观察改性SPI微观结构，探讨了SPI改性机理。

氮气；谷氨酰转氨酶；大豆分离蛋白；乳化性

Abstract:When SPI was modified by microtransgluminase,nitrogen or comprehensive modification,the function of comprehensive modified SPI by nitrogen and MTG were improved.Emulsification property of modified-SPI was higher than original SPI by 7.2%.But the emulsion stability property of SPI by nitrogen or MTG was higher than that by 91%,42%.Then the modification mechanism was discussed after different modified-SPI were inspected by the electron microscope.

Key words：nitrogen；microtransgluminase；soy protein isolate；emulsification property

开发和利用大豆是当今食品工业中一个重要的研究领域，大豆蛋白的改性更是当今研究的前沿课题之一。目前，世界各国主要集中于大豆分离蛋白（SPI）多功能性的开发，已经开发出多种专业化的大豆蛋白产品，而我国这方面比较落后，品种单一[1-2]。大豆蛋白的功能性是指在食品加工、制取、配制、烹调、储藏及销售过程中所表现出来的理化性质的总称，如溶解性、持水性、乳化性、起泡性、凝胶性、吸油性、黏度、弹性、固定风味等[3]。其中大豆分离蛋白的乳化性及乳化稳定性对于香肠、胶浆、蛋糕等食品制作过程中油脂乳化的形成与稳定起着非常重要的作用。本实验利用物理改性以及酶复合改性等方法处理SPI[4-6]，力求探讨出新的既安全又高效的提高SPI乳化性和乳化稳定性的方法，并深入讨论大豆蛋白改性的机理，为大豆蛋白的深加工和在食品加工中的应用提供理论和应用参考。

1 材料与方法

1.1 材料

五菊牌普通SPI：黑龙江天菊公司；谷氨酰胺转胺酶：沈阳农业大学。

1.2 仪器

RVA-3D型快速粘度分析仪：澳大利亚Newport科学仪器公司；Himac CR21G高速冷冻离心机、S-450型电子扫描显微镜；日本日立公司；FD-5型真空冷冻干燥机：北京博医康技术公司；KDN-04凯式定氮仪：上海新嘉电子有限公司；气体流量计：北京六一仪器公司；高压氮气瓶：成都开来压缩气体公司；气体减压阀：成都开来压缩气体公司；1100型分光光度计：北京瑞利仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 经单因素和正交试验确定最佳氮气水浴加热改性处理条件和方法

称取20 g SPI放入反应器中，充入氮气，于70℃水浴中分别反应2 h。控制充氮量为9.0 L/min，反应结束后，分别测定SPI的各种功能性，并用电镜扫描观察改性SPI的微观结构。

1.3.2 经单因素和正交试验确定最佳MTG改性处理条件和方法

配成10%SPI溶液，控制反应体系pH 6，添加MTG酶用量为0.4 U/gSPI，于70℃反应1 h，离心，水洗，冷冻干燥，过筛，得到MTG改性SPI，反应结束后，分别测定SPI的各种功能性，并用电镜扫描观察改性SPI的微观结构。

1.3.3 复合改性处理条件和方法

称取60 gSPI于反应器中，充入氮气，充氮量为5.0 L/min，60℃反应1 h，配制成10%SPI溶液，控制反应体系pH 7，添加MTG酶用量为0.3 U/gSPI，60℃反应1 h，然后经过离心、水洗、冷冻干燥、粉碎、过筛，得到复合改性SPI。反应结束后，分别测定改性SPI的功能性，并用电镜扫描观察改性SPI的微观结构。

1.4 试验分析方法

1.4.1 蛋白质乳化性和乳化稳定性的测定

采用搅打法测定[7]。

1.4.2 电子扫描显微镜的观察

将SPI样品在固定台上喷金后，于电子扫描显微镜下观察、拍照。

1.4.3 谷氨酰胺转胺酶酶活测定方法

采用比色法[8]。

2 结果与分析

2.1 不同改性SPI乳化性、乳化稳定性比较不同改性SPI乳化性比较，见图1。

由图1可知，氮气水浴加热改性SPI的乳化性有所增加，比对照提高了7.2%，MTG改性和氮气复合改性分别比对照降低23%、56%。

不同改性SPI乳化稳定性，见图2。

由图2可知，氮气水浴加热改性SPI和MTG改性的乳化稳定性显著增加，分别比对照提高了91%、42%，氮气复合改性比对照降低27%。

综合氮气改性，MTG改性，氮气复合改性3种处理结果，从中筛选出大豆蛋白改性后功能性显著提高的最佳处理，可以发现：要求乳化性，乳化稳定性显著提高的食品，需要选择氮气水浴加热处理。

2.2 不同改性对SPI微观结构的影响

不同改性对SPI微观结构的影响，见图3～图6。

从图3和图4对比可以发现，天然SPI颗粒多为球状，边缘比较光滑，彼此之间连接紧凑。SPI经过MTG改性之后，许多蛋白质颗粒连接成为一个整体，外部呈不规则状，内部出现小的空洞。因此，从另一个侧面证明了SPI经MTG改性后蛋白质之间进行了不同程度的交联。

从图3和图5观察比较，可知而氮气改性之后的SPI的分子间距离明显增大，彼此之间连接比较松散，而且内部出现较多空隙，充分证明氮气改性有助于蛋白质分子的伸展。

在氮气复合改性SPI的微观结构（图6）中，可以发现，原来的片状结构完全被破坏，球蛋白之间彼此连接成为比较规则的蜂窝状结构。推测原因可能是由于先经氮气处理后，使SPI分子之间的距离加大，蛋白质因发生变性，蛋白质的多肽链的侧链断裂开来，形成开链状态，分子从原来有序的紧密结构变成疏松的无规则状态，再经MTG作用，分子间相互交联，但因彼此间距离较大，变性的蛋白质分子相互凝聚、相互穿插凝结成网状的凝聚体，水分被包在网状结构的网眼中，变成蛋白质凝胶。

3 结论

SPI的乳化稳定性与乳化性在氮气改性过程中，乳化稳定性有所增加，乳化性稍有增加，分析认为，这种处理促进了蛋白质分子三维结构的破坏，使其二、三级结构部分展开，增加了反应基团特别是SPI球蛋白中疏水基团的暴露，因而提高了SPI的乳化性；另外由于SPI的黏度和凝胶性增强，提高了高度水化界面蛋白质膜的表面黏度和韧性，从而大大提高了乳化液的稳定性。

在MTG改性过程中，乳化稳定性显著增加，乳化性下降，认为当大豆蛋白以高度黏弹性的紧密结构存在时，可能会阻止蛋白质分子结构的展开和吸附到界面上，因此不利于形成乳化液，但可能会稳定一个已经吸附的蛋白质膜，以防止它变形或解吸。后一个效应有利于乳化液的稳定[9]。因此，经MTG改性后SPI的乳化性降低，而乳化稳定性增加。

氮气复合改性过程中，乳化性和乳化稳定性显著减小，认为主要是因为复合改性SPI的疏水性基团基本参与了形成高度黏弹性的紧密结构，相对造成疏水性基团减少，表现为凝胶性增强而乳化性和乳化稳定性显著降低的结果。

[1]石彦国.国内大豆分离蛋白产业现状与发展分析[J].食品与机械,2000(3):25

[2]陈春佳,张宝琴.大豆蛋白质功能性调整及其他产品的开发利用[J].食品科技,2000(4):21-23

[3]李川.大豆蛋白改性[J].食品工业科技,2000(3):75-76

[4]张春红,郭永,唐宁,等.热烘改性对大豆分离蛋白功能性的影响[J].食品科技,2004(1):30-32

[5]刘大川,杨国艳.大豆分离蛋白的制备及产品功能性研究[J].中国油脂,2004(12):56-61

[6]张春红,张佰清,孙焕,等.利用氮气和谷氨酰胺转氨酶对大豆分离蛋白改性机理的研究[J].粮油加工,2004(9):42-43

[7]Zhu Y.Microorganism transglutaminase a review of its production and application in food processing[J].Applied microbiology and biotechnology,1995,44(7):277-282

[8]Ando H,Adadi M,Motoki M.Purification and characteristics of a noyal transglutaminase derived from microorgnism[J].Agric Biol Chem,1989,53(5):2613-2617

[9]O R菲尼马.食品化学[M].王璋,译.北京:中国轻工业出版社,1999:85-88

Studies on Emulsification Property of Soy Protein Isolate(SPI)Modified by Nitrogen and Microtransglutaminase(MTG)

GUO Yong1,WANG Xue-ping1,ZHANG Chun-hong2
（1.Yellow River Conservancy Technical Institute,Kaifeng 475003,Henan,China;2.The College of Food Science,ShenYang Agriculture University,Shenyang 110161,Liaoning,China）

2011-12-22

河南省教育厅自然科学研究项目《大豆分离蛋白复合改性和应用研究》（2010B550006）

郭永（1974—），男（汉），讲师，硕士，研究方向：食品加工技术研究和教学工作。