竹笋不溶性膳食纤维对大豆蛋白凝胶性质的影响

代曜伊，毕家钰，田巧玲，郑炯,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400715)

竹笋不溶性膳食纤维对大豆蛋白凝胶性质的影响

代曜伊1，毕家钰1，田巧玲1，郑炯1,2*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(重庆市特色食品工程技术研究中心，重庆，400715)

为考察竹笋不溶性膳食纤维(bamboo shoots insoluble dietary fiber，BSIDF)对大豆蛋白凝胶的流变及质构特性的影响，以大豆分离蛋白(soy isolate protein，SPI)为原料，加入不同比例的BSIDF制备大豆蛋白-竹笋不溶性膳食纤维复合凝胶(SPI-BSIDF)，研究SPI-BSIDF的流变、质构及微观结构的变化。结果表明，BSIDF的添加使大豆蛋白凝胶网络结构形成的时间延后，凝胶网络结构形成减少，凝胶强度下降；随着BSIDF添加量的增加，SPI-BSIDF的硬度、内聚性、咀嚼性和黏着性均下降，而粘力则呈现出先增强后减弱的趋势，当BSIDF添加量为0.5%时，混合凝胶体系的粘力最强。同时从微观结构可以看出，BSIDF的添加使蛋白质凝胶体系组织结构的褶皱明显增多，大豆蛋白聚集体和凝胶孔均增大。

竹笋不溶性膳食纤维；大豆蛋白凝胶；流变特性；质构特性；微观结构

膳食纤维具有调节肠道菌群、防治冠心病、降低血压、降低血糖、抗癌作用、减肥作用等多种生理功能[1-3]，它是维持人体健康所不可缺少的物质。此外，由于膳食纤维具有的独特生理功能和改善质构作用，目前已经作为主要食品组分广泛的应用于肉丸[4]、法兰克福香肠[5]、饼干[6]、饮料[7]等食品中。

大豆蛋白作为一种优质的植物蛋白，不仅可以补充人体所需的必需氨基酸，而且具有良好的功能特性。凝胶性是大豆蛋白最重要的功能特性之一，因此许多大豆食品的加工就是利用大豆蛋白的凝胶化来制作。大豆蛋白凝胶虽然含有丰富的蛋白质等营养成分，但却缺乏膳食纤维，不符合膳食平衡的要求。所以，在大豆蛋白凝胶中添加一定量膳食纤维对提高其营养价值和丰富产品种类，特别是对人体健康有重要意义[8-10]。大豆蛋白凝胶是一种复杂的均匀稳定的混合物，添加膳食纤维后其稳定性、流变性和质构等各方面均将会发生改变，但目前有关膳食纤维对大豆蛋白凝胶性质影响的研究还较少。

竹笋不溶性膳食纤维(bamboo shoots insoluble dietary fiber，BSIDF)是一种极具开发潜力的膳食纤维资源，具有较好的持水性、溶胀性、吸附性等理化特性，以及促消化、降胆固醇、改善肠道健康等生理活性功能。但是，竹笋膳食纤维加入后对大豆蛋白凝胶形成及流变与质构特性的影响目前尚不清楚。因此，本实验以大豆蛋白凝胶为主体研究对象，通过探究添加竹笋膳食纤维对大豆蛋白凝胶的流变、质构特性的影响，能够为在大豆蛋白凝胶产品或豆腐中添加竹笋膳食纤维提供理论依据，并以此为基础进一步拓展竹笋膳食纤维作为膳食纤维强化剂和食品物性改良剂在食品中的应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大叶麻竹笋，购于重庆市北碚区天生路市场；大豆分离蛋白(SPI)，深圳一诺食品配料有限公司；葡萄糖酸内酯，郑州食全食美商贸有限公司；木瓜蛋白酶(10 000 U/g)、纤维素酶(6 000 U/g) 美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

FA2004A电子分析天平，上海精天电子仪器有限公司；pHS-3C酸度计，成都世纪方舟科技有限公司；HH-8数显恒温水浴锅，常州澳华仪器有限公司；FW135中草药粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司；Zetasizer Nano ZS粒度分析仪 英国马尔文仪器有限公司；DHR-1 旋转流变仪 美国TA公司；CT3物性测定仪 美国Brookfield公司；JSM-6510LV钨灯丝扫描电子显微镜，日本电子株式会社(JEOL)。

1.3 实验方法

1.3.1 BSIDF的提取

参考白瑞华等[11]的方法，以新鲜麻竹笋为原料，洗净，去壳，切片，60 ℃烘干后粉碎，然后过80目筛，备用。 料水比1∶40(g∶mL)，α-淀粉酶1 600 U/g底物，木瓜蛋白酶3 000 U/g底物，纤维素酶4 000 U/g底物，pH值5.0，酶解温度55 ℃，酶解时间1.5 h。然后于95 ℃灭酶20 min，将灭酶后的样品抽滤至干，滤渣用15%的H2O2溶液脱色，过滤，用去离子水将滤渣洗净，最后用乙醇漂洗滤渣，抽滤，滤渣经冷冻干燥后得BSIDF，备用。BSIDF得率为85.3%，纯度为(70.2±0.6)%。

1.3.2 样品制备

称取一定量SPI及不同质量的BSIDF，加入不同质量的去离子水，使得蛋白含量为 50 g/kg，BSIDF含量分别为 0、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 g/kg。将混合体系磁力搅拌1 h后在 80 ℃水浴条件下磁力搅拌30 min，使大豆蛋白充分变性。将加热后的溶液立即进行冰浴，使溶液温度降至室温。加入5.8 g/kg葡萄糖酸内酯作为凝固剂，并磁力搅拌1 min使凝固剂在溶液中充分溶解并分散均匀，然后立即将该混合体系分装至小烧杯中。将用保鲜膜密封的烧杯放入 80 ℃水浴锅中静置30 min，随后将烧杯取出并进行冰浴，待凝胶冷却至室温后，放入4 ℃冰箱中静置12 h。

1.3.3 BSIDF理化特性的测定

BSIDF的理化特性主要测定了其持水力、持油力、膨胀力和粒径，具体测定方法如下：(1)持水力：称取0.5 g样品于离心管中，加入10 mL蒸馏水混合均匀，室温下放置12 h，然后3 000 g离心20 min，去除上清液，每克干重所吸收的水分重即为其吸水性；(2)持油力：称取0.5 g样品于离心管中，加入10 mL食用油混合均匀，室温放置过夜，3 000 g离心10 min，去除上浮液，每克干物质所吸收油的质量即为其吸油性；(3)膨胀力：称取0.5 g样品于10 mL量筒中，加入10 mL水混合，放置24 h后，记录其体积，结果表示为mL/g；(4)粒径：取适量的BSIDF粉末，蒸馏水分散后配制成浓度为0.1%的溶液，用粒度分析仪进行BSIDF平均粒径的测定，单位为μm。

1.3.4 动态流变特性的测定

1.3.5 质构测定

参考BENJAKUL等[13]的方法，采用质地剖面分析(texture profile analysis，TPA)，使用CT3物性测试仪，设定如下，样品大小：圆柱(直径40 mm、高50 mm)；探头型号，TA5(直径0.5英寸的圆柱状平头探头)；测试前速度，1.0 mm/s；测试速度，1.0 mm/s；测试后速度，1.0 mm/s；压缩目标，25 mm；触发类型，Auto-5 g；每组样品平行测定6次。

1.3.6 微观结构测定

将SPI-BSIDF切成(1×1×3) mm规格的小方块，然后放入 2.5%戊二醛溶液(使用磷酸盐缓冲液制)中，4 ℃条件下固定3 h。使用磷酸盐缓冲液对样品进行2次漂洗(分别漂洗10 min)。接着依次使用体积分数为 50%、80%、90%、95%、100%的乙醇溶液分别浸泡样品10 min。沥干乙醇溶液, 再使用 100%叔丁醇浸泡样品，将样品和叔丁醇一起放入冰箱冷藏室(4 ℃)，等叔丁醇完全凝结后，将样品进行自然干燥。将处理好的样品安装在双面导电的铝片上，并涂上一薄层钯金合金，使用离子溅渡机使样品具有导电性。样品在15 kV的加速电压和100～1 500×的放大率下进行观察和拍照。

1.4 数据处理

实验结果以(均值±标准误差)(Mean ± S.E)表示。所有试验均进行3次重复。应用SPSS 11.5软件对数据进行统计分析，使用Origin 8.6进行相关图表的绘制和数据处理。

2 结果与分析

2.1 BSIDF的理化特性

BSIDF的理化特性如表1所示。每克BSIDF可以吸收约8.17倍的水和1.53倍的油，体积可膨胀到约9.05 mL，这说明BSIDF具有较好的工艺特性，可以尝试将BSIDF为一种膳食补充剂添加到大豆蛋白制品中。

2.2 复配体系的动态流变特性

图1为不同添加量的SPI-BSDIF的弹性模量G’和温度随保温时间的变化关系图。

表1 BSIDF的理化特性

G’1到G’6 分别代表BSIDF含量为 0%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%图1 添加不同浓度BSIDF的大豆蛋白凝胶弹性模量G’和温度随保温时间的变化Fig.1 The elastic modulus G’ and temperature as a function of time for soy protein gels with different BSIDF

由图1可知，BSIDF添加量为0%复配体系的G’在800s保温后开始缓慢增大，大豆蛋白凝胶网络结构开始大量形成；而添加了BSIDF的复配体系在1 200s保温后才逐渐形成凝胶网络结构。同时，温度达到80 ℃后，样品的G’逐渐升高最后趋于平缓，这可能主要由于二硫键等的形成，蛋白质凝胶得到进一步的固化[14]；G’在80 ℃区间内的上升阶段中，含有0.5% BSIDF的样品的G’略高于不添加BSIDF的样品，这表明BSIDF含量为0.5%时，大豆蛋白凝胶聚集的更有规律，形成的凝胶网络结构更好，而这与疏水相互作用、二硫键、氢键和离子键等的形成有关[15]。在2 000s保温时间过后，添加了BSIDF的复配体系的G’上升速度都开始缓慢上升；而不添加BSIDF的复配体系的G’则上升速度较快。对于这几个体系而言，随着BSIDF含量的增加，G'值上升得越缓慢，表明凝胶网络结构形成得越少[9]。而对于BSIDF添加量为1.25%的复配体系，在整个升温-保温-降温过程中，其G’上升得十分缓慢，说明在此过程中复配体系只形成了很微弱的凝胶体系。

从图2可以看出，随着BSIDF含量的增加，弹性模量最大值G’max下降，即凝胶强度下降。对于BSIDF添加量为0%到0.25%的大豆蛋白凝胶而言，其弹性模量值下降较缓慢；当BSIDF含量从0.25%增加到0.50%时弹性模量值下降迅速。当BSIDF添加量为1.25%时，SPI-BSDIF的弹性模量值很小。该结果进一步说明BSIDF的添加会阻碍大豆蛋白凝胶的形成，而且BSIDF的添加量越大，其对大豆蛋白凝胶的破坏作用也越大，BSIDF混合组分自身及与蛋白联合形成的凝胶体，使得内酯豆腐的凝胶强度下降趋势得以缓和，但随BSIDF添加量的再增加，豆腐强度出现较大的下降趋势，这是由于BSIDF较高的持水性，大豆蛋白复配凝胶网络内包含了大量水，使得其表面易于破裂(肉眼观察)，凝胶强度下降。因此当其添加量达到一定浓度时大豆蛋白凝胶将难以形成。

图2 凝胶弹性模量最大值随BSIDF添加量的变化Fig.2 as a function of BSIDF concentration for soy protein gels

2.3 复配体系的质构特性

由表2可知，复配体系的硬度、黏力、内聚性、咀嚼性以及黏着性都呈现出规律性的变化。其中硬度、内聚性、咀嚼性和黏着性均随着BSIDF添加量的增加而下降，而粘力则呈现出先增强后减弱的趋势，当BSIDF添加量为0.5%时，混合凝胶体系的粘力最强。膳食纤维中纤维、木质素等几乎没有粘性，而果胶、树胶、琼脂等通常表现出较强的黏性，能够形成高黏度的溶液，这种特性称为膳食纤维的梯度黏合作用。膳食纤维的这种作用，在一定程度上，使得内酯豆腐的粘力得以提高，同时也缓解了蛋白凝固过程中的速度过快问题[16]。当BSIDF添加量达到1.25%时，样品的硬度降至最低。由于添加的膳食纤维是水不溶性的，有较强的溶胀性和吸水性，导致凝胶的网络结构较为松散，以至于混合凝胶体系的硬度随之下降，这与程珍珠[17]在膳食纤维对鱼糜凝胶的作用研究结果相类似。因此，在实际生产中将竹笋不溶性膳食纤维添加到大豆蛋白凝胶等凝胶体系产品中，在一定程度上可以改善其粘力性质，增强其持水能力，但硬度及稳定性可能会下降。

表2 BSIDF/大豆蛋白凝胶复配体系质构参数

2.4 复配体系的微观结构

图3分别为6种不同BSIDF添加量的大豆蛋白凝胶复配样品在1 000倍下的电镜扫描图片。

(A)-(F)分别为0%、0.25%、0.5%、0.75%、1.00%、1.25%的BSIDF添加量图3 不同BSIDF添加量的大豆蛋白凝胶复配体系电镜扫描图Fig.3 Scanning electron microscope images of different content of BSIDF in soy protein gel mixed system

由图3A可以看出，不添加BSIDF的样品，其凝胶孔径较小，组织结构褶皱较少，较平滑些，蛋白质凝聚比较均匀。由图3B～3F可明显看出，当BSIDF的添加量增大后，蛋白质凝胶体系组织结构的褶皱明显增多，大豆蛋白聚集体明显增大，凝胶孔径也增大。其中，当BSIDF添加量在0.25%～0.75%时，蛋白质聚集体明显增大，凝胶孔径增大不明显；而BSIDF添加量分别为 1%和 1.25%的样品，其凝胶孔径显著增大，且含量为1.25%的凝胶体系其组织结构表面出现较为明显的断裂空隙。这说明由于大豆分离蛋白质分子本身已形成网络框架结构，且添加的BSIDF中含有纤维素、半纤维素、木质素、原果胶和壳聚糖等多糖化合物[18]，这些多糖聚合物依靠主链间氢键等非共价作用力能形成连续的、具有一定弹性的三维凝胶网络结构，体系便形成混合凝胶体[10]，这种混合凝胶体有部分是填充凝胶体，即部分膳食纤维填充到蛋白质形成的网络中，这种混合的凝胶体便不如单一蛋白质形成的凝胶网络细致，因此纤维素的存在，严重干扰了蛋白凝胶有序网络结构的形成[19]，未被纤维阻隔的部分还是存在块状网络结构。但关于BSIDF与大豆蛋白凝胶在形成过程中的具体相互作用还需进一步探讨。

3 结论

(1)BSIDF的添加使大豆蛋白凝胶网络结构形成的时间延后，凝胶网络结构形成减少，凝胶强度下降；阻碍大豆蛋白凝胶的形成，当其添加量达到一定浓度时大豆蛋白凝胶将难以形成。

(2)随着BSIDF添加量的增加，SPI-BSIDF复配体系的硬度、内聚性、咀嚼性和黏着性均下降，而粘力则呈现出先增强后减弱的趋势，当BSIDF添加量为0.5%时，混合凝胶体系的粘力最强。同时从微观结构可以看出，BSIDF的添加使蛋白质凝胶体系组织结构的褶皱明显增多，大豆蛋白聚集体明显增大，凝胶孔径也增大。

(3)综合考虑SPI-BSIDF的复配效果，在实际应用中选择竹笋膳食纤维添加量在0.5%以内均能够较好的改善大豆蛋白凝胶的膳食纤维缺乏，又不至于降低其凝胶特性，但对于大豆蛋白凝胶的风味、口感等影响还需进行进一步的研究。

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Effect of bamboo shoots insoluble dietary fiber on the gel properties of soy protein

DAI Yao-yi1,BI Jia-yu1,TIAN Qiao-ling1,ZHENG Jiong1,2*

1 (College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Chongqing Engineering Research Center of Regional Food, Chongqing 400715, China)

Different proportions soy protein was mixed with of bamboo shoots insoluble dietary fiber (BSIDG) to investigate the influence of dietary fiber on the properties of rheological, quality and structure of soy protein gel. The results showed that BSIDF delayed soy protein gel network time, and decreased the structure forming of gel network, and lowered the strength of gel. With the increase of the amount of BSIDF in SPI-BSIDF, the hardness, cohesiveness, chewiness and adhesion decreased. The viscous force enhanced and then weakened. There was the strongest viscous force of mixed gel system when BSIDF amount was 0.5%. At the same time, through scanning electron microscopy (SEM) observation, it was found that the fold of protein gel system structure, soybean protein aggregation and gel pores all significantly increased by adding BSIDF.

bamboo shoots insoluble dietary fiber; soy protein gel; rheological property; texture property; microstructure

本科生(郑炯副教授为通讯作者,E-mail：zhengjiong_swu@126.com)。

重庆市社会事业与民生保障科技创新专项一般项目(cstc2015shmszx80007)；中央高校基本科研业务费(XDJK2016B035、SWU115051)；中央高校基本科研业务费学生“双创”项目(XDJK2016E114)

2016-10-19，改回日期：2016-11-21

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201706017