多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥的影响

王孟云，陈业明，孔祥珍，张彩猛，华欲飞(江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122)

多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥的影响

王孟云，陈业明，孔祥珍，张彩猛，华欲飞
(江南大学 食品学院，江苏 无锡 214122)

研究添加丙三醇、木糖醇和甘露醇不同相对分子质量的多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥的影响。结果表明：加入多元醇会提高热处理大豆分离蛋白喷雾干燥样品的溶解性，且溶解性随多元醇相对分子质量增大而增加，以加入甘露醇的样品最为显著，相比热处理对照提高了25.12%；加入多元醇以后喷雾干燥样品可溶性部分能更大程度地维持其三级结构，且表面疏水性均比喷雾干燥前低；加入多元醇后其乳化性及凝胶性能都得到提高。

大豆分离蛋白；多元醇；热处理；喷雾干燥；溶解性；功能性

大豆分离蛋白由于其低廉的成本、良好的功能性质及营养价值，在食品生产中得到广泛的应用。喷雾干燥是工业上生产大豆分离蛋白最常用的方法。但喷雾干燥会造成大豆蛋白变性，导致大豆蛋白溶解性下降。热处理是食品灭菌最常采用的手段,也是重要的大豆蛋白变性方法。高温热处理的大豆分离蛋白经喷雾干燥后，会更大程度地使蛋白质变性聚集，溶解性急剧下降。

文献报道多元醇等添加剂可以在热处理时保护天然蛋白质的结构，降低蛋白质变性程度，从而使蛋白质的热稳定性增强[1-5]。本文研究了多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥的影响，试图提高热处理大豆分离蛋白喷雾干燥样品的溶解性，并改善其他功能性质。以期对大豆相关产品的质量控制与新产品开发提供理论指导，对提高大豆分离蛋白产品质量具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

低温脱脂豆粕，购自山东禹王实业有限公司；丙三醇、木糖醇、甘露醇，购自国药集团；其他试剂均为分析纯。

尼鲁喷雾干燥机，德国GEA集团；MCR301旋转流变仪，奥地利安东帕有限公司；MOS-450圆二色光谱仪，法国Bio-Logic 公司；K9840凯氏定氮仪，济南海能仪器股份有限公司；Beckman OptimaL-XP 超速离心机,美国贝克曼库尔特公司；F-7000荧光光谱仪，日本日立公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大豆分离蛋白的提取

将低温脱脂豆粕按料水比1∶10分散，调节pH至7.0，于室温下低速搅拌浸提1 h， 8 500 r/min离心30 min，收集上清液调pH至4.5，6 500 r/min离心30 min。所得凝乳水洗3次，复溶凝乳，回调pH至7.0，测定溶液蛋白质质量浓度，用去离子水稀释至50 mg/mL，分别不添加(未加热对照、热处理对照)或添加1 mg/mL 的丙三醇、木糖醇、甘露醇，充分溶解。

1.2.2 大豆分离蛋白溶液的热处理及喷雾干燥

将热处理对照与分别添加丙三醇、木糖醇和甘露醇的4种溶液置于90℃ 恒温水浴锅中保温30 min(溶液中心温度达到90℃时开始计时)，保温结束后立即置于冰水浴中冷却至室温。喷雾干燥条件为进风温度190℃、出风温度90℃，收集得到的样品，置于-20℃下保存备用。

1.2.3 蛋白质含量的测定

参照GB 5009.5—2010，采用凯氏定氮法测定蛋白质含量。

1.2.4 溶解性测定

将喷雾干燥前的蛋白质溶液稀释至20 mg/mL，将喷雾干燥后的样品称取0.6 g溶解于30 mL 0.02% NaN3溶液中，磁力搅拌过夜(保证样品充分溶解)，将喷雾干燥前后的样品离心(50 000 r/min，1 h，20℃) 收集上清液。 分别测定上清液以及原溶液的蛋白质含量。分别计算喷雾干燥前后样品的溶解性。溶解性计算公式如下：

溶解性=上清液蛋白质含量原溶液蛋白质含量×100%

(1)

1.2.5 表面疏水性测定

表面疏水性测定参照Kato等[6]的方法。将按照1.2.4中方法所得到的上清液用0.01 mol/L、pH 7.0的磷酸盐缓冲液稀释至0.01～0.12 mg/mL,每4 mL溶液加入50 μL的ANS，在激发波长365 nm、发射波长484 nm条件下用荧光光谱仪测定荧光强度，以荧光强度对上清液质量浓度作曲线，曲线的斜率表示蛋白质的表面疏水性。

1.2.6 圆二色光谱测定

采用近紫外圆二色光谱法分析大豆分离蛋白三级结构的变化。在25℃使用MOS-450圆二色光谱仪测得光谱。将按照1.2.4中方法所得到的上清液用0.01 mol/L、pH 7.0的磷酸盐缓冲液稀释至1.0 g/L，空白对照为0.01 mol/L、pH 7.0的磷酸盐溶液。测定条件为[7]：石英比色皿厚度1.0 cm，光谱分辨率0.5 nm，狭缝宽度1.0 nm，响应时间0.125 s，近紫外区域(250～320 nm)扫描，扫描速度2 s/nm。重复扫描 5 次后取平均值。

1.2.7 乳化性测定

参考Molina等[8]的方法，略作修改。分别将热处理对照和添加丙三醇、木糠醇、甘露醇的蛋白质溶液喷雾干燥后样品配成蛋白质质量浓度为1 mg/mL的溶液。取12 mL蛋白质溶液与4 mL大豆油混合，10 000 r/min 剪切1 min，在新鲜乳化液底部取500 μL 用0.1%的SDS溶液定容至10 mL，以0.1%的SDS溶液作为空白，迅速在500 nm处测定吸光值。将乳液放置10 min，再在乳液底部取样500 μL 用0.1% 的SDS溶液定容至10 mL，测定在500 nm处的吸光值。按下式计算乳化活性、乳化稳定性：

EAI=2×2.303×A0×NC×Φ×10 000

(2)

ESI=A0A0-A10×10

(3)

式中：EAI为乳化活性，m2/g；ESI为乳化稳定性，min；A0为乳液的初始吸光值；A10为静置10 min后乳液的吸光值；N为稀释倍数；C为溶液中蛋白质质量浓度，g/mL；Φ为乳化液中油的体积分数。

1.2.8 凝胶流变性能的测定

分别将热处理对照和添加丙三醇、木糖醇、甘露醇的蛋白质溶液喷雾干燥样品配成蛋白质质量浓度100 mg/mL的溶液，充分溶解，脱气后在流变仪中选择直径25 mm的平板并设定狭缝距离为1 mm进行分析，在板间加满溶液，拭去多余样品，在平板周围涂上硅油以防止水分蒸发。程序参数设定如下[9]。

温度扫描：起始温度25℃，以2 ℃/min升温至100℃，在100℃条件下保温30 min，再以2 ℃/min降温至25℃，整个过程设置角频率为0.63 rad/s，固定形变0.01，测定G′(储能模量)。

频率扫描：温度扫描结束后，保持25℃，固定形变0.01，扫描频率为0.1～100 Hz，测定G′、G″(耗损模量)等参数。

1.2.9 凝胶的持水性测定

同1.2.8制备100 mg/mL大豆分离蛋白溶液，加热至100℃保温30 min，取出，放入4℃冰箱过夜，制成凝胶。取一定质量 (W1) 凝胶，离心管质量 (W2)，在转速8 000 r/min下离心 20 min，离心结束后用滤纸将凝胶表面的水分吸干后称重 (W3)。凝胶持水性按下式计算：

持水性=W3-W2W1×100%

(4)

2 结果与分析

2.1 溶解性测定

添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后溶解性的影响见图1。

图1 添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后溶解性的影响

由图1可知，未经加热的大豆分离蛋白在喷雾干燥前溶解性高达88.74%，而经过90℃、30 min的热处理之后溶解性下降至63.43%，因此热处理会导致蛋白质变性聚集。在分别加入丙三醇、木糖醇、甘露醇的大豆分离蛋白溶液热处理之后，发现随着加入多元醇相对分子质量的增加，蛋白质的溶解性也随之增加，从65.70%上升至69.98%。这说明在热处理时加入多元醇可以抑制蛋白质的变性聚集，从而表观上表现出相比热处理对照蛋白质溶解性要高。

另一方面，90℃、30 min热处理的大豆分离蛋白在喷雾干燥前蛋白质溶解性为63.43%，而喷雾干燥后蛋白质溶解性下降至45.74%，因此喷雾干燥能够使热处理的大豆分离蛋白溶解性显著降低。当加入多元醇以后，随着加入多元醇的相对分子质量的增加，喷雾干燥后蛋白质的溶解性也呈现递增的趋势，以加入甘露醇的最为显著，溶解性提高到57.23%，相比热处理对照提高了25.12%。

2.2 表面疏水性测定

天然大豆分离蛋白是球蛋白，呈紧密折叠的状态。疏水的氨基酸侧链包埋在蛋白质分子内部形成疏水性区域，而亲水的极性氨基酸侧链通常都分布于蛋白质分子的表面。表面疏水性通常与两个因素有关：一种是蛋白质分子经过不同加工处理比如热处理、冷冻等导致轻微的变性，使天然折叠的蛋白质分子展开，暴露出疏水性部位从而表现出表面疏水性增大；另一种是通过蛋白质-蛋白质相互作用引起蛋白质分子之间的聚集而掩盖表面疏水区域，从而使表面疏水性降低[10]。添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后可溶性蛋白表面疏水性的影响见图2。

图2 添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后可溶性蛋白表面疏水性的影响

由图2可知，经热处理之后的可溶性蛋白溶液相比于未加热可溶性蛋白表面疏水性整体大幅提高，这说明经过热处理之后天然大豆球蛋白三级结构展开发生变性，但加入多元醇的溶液可溶性蛋白表面疏水性比热处理对照小，说明多元醇的加入对蛋白质起到一定的保护作用，这与文献中报道添加多元醇可以作为功能性蛋白或者酶类的保护剂结果一致[11-12]。而经过热处理喷雾干燥之后可溶性蛋白的表面疏水性比喷雾干燥之前可溶性蛋白的低，这是由于喷雾干燥之后疏水性大的蛋白质亚基发生聚集形成沉淀所导致。

2.3 圆二色光谱的测定

250 ～ 320 nm 的近紫外圆二色光谱来源于芳香族的氨基酸和二硫键。文献报道近紫外区圆二色强度下降是由于蛋白质三级结构的展开及不断暴露到极性微环境的疏水芳香族氨基酸残基，说明此蛋白质的变性程度相应增大[13]。添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后可溶性蛋白圆二色光谱的影响见图3。

由图3可知，热处理之后的溶液相比未加热溶液的吸收值大幅降低，说明热处理 (90℃，30 min)导致大豆分离蛋白完全变性。而加入多元醇的样品在经过热处理之后发现其吸收值比热处理对照增大，更接近于未加热对照天然蛋白质的三级结构，说明加入多元醇以后大豆分离蛋白在受热时变性程度要小。另外，喷雾干燥之后随着多元醇的相对分子质量的增加，圆二色吸收值正向偏移，即变性程度越来越小。因此，在热处理过程中多元醇对蛋白质起到保护作用，在喷雾干燥过程中对保护蛋白质结构也起到积极的效果。

图3添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥前后可溶性蛋白圆二色光谱的影响

2.4 乳化性测定

添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥后样品的乳化活性和乳化稳定性的影响见图4。

图4 添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥后样品乳化活性和乳化稳定性的影响

由图4可知，加入多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥后样品的乳化性质产生了良好的改善作用。随着加入多元醇相对分子质量的增大，大豆分离蛋白的乳化活性逐步提高，加入甘露醇的大豆分离蛋白的乳化活性最大，达到 20.71 m2/g，比热处理对照的乳化活性(15.86 m2/g)提高了30.6%。乳化活性的提高可能是由于加入多元醇后热处理大豆蛋白喷雾干燥样品的溶解性提高，从而相同条件下有更多蛋白质分子吸附到油水界面造成；加入多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥后样品的乳化稳定性影响不显著。

2.5 凝胶流变性能的测定

大豆蛋白凝胶形成过程中G′随加热时间与温度的变化曲线见图5。温度扫描后大豆蛋白凝胶G′和G″随频率变化曲线见图6。

由图5可知，加入多元醇热处理喷雾干燥之后的蛋白质样品的凝胶强度相比热处理对照大，说明加入一定量的多元醇可以增强热处理大豆分离蛋白喷雾干燥后样品的凝胶强度。但同时也发现随着加入多元醇相对分子质量的增加，凝胶强度呈相反趋势。Gekko等[1]研究称，多元醇对大豆分离蛋白的热稳定性与凝胶稳定性的影响呈相反的作用。认为多元醇由于增强蛋白质稳定性而降低参与凝胶形成的变性蛋白的浓度。随着多元醇链长度的增加，稳定肽-肽氢键的作用减弱，稳定疏水相互作用增强。而多元醇的加入抑制了由凝胶形成中肽-肽之间氢键交联的形成。因此，增长多元醇链的长度会使凝胶强度减弱。这与我们实验结果一致。

图5 大豆蛋白凝胶形成过程中G′随加热时间与温度的变化曲线

图6 温度扫描后大豆蛋白凝胶G′和G″随频率变化曲线

由图6可知，所有喷雾干燥大豆分离蛋白样品的凝胶G′和G″都彼此平行且与频率无关。从本研究实验结果可以发现添加丙三醇后其G′与G″间距较大，表明其凝胶强度较大。

2.6 凝胶持水性测定

添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥样品凝胶持水性的影响见图7。

图7 添加多元醇对热处理大豆分离蛋白喷雾干燥样品凝胶持水性的影响

凝胶持水性可以反映凝胶内部结构的粗糙程度[14]。由图7可知，所有凝胶样品的凝胶持水性都达到95%以上，说明样品凝胶内部结构均较细腻，均有较强的锁水能力，加入多元醇的样品凝胶强度较热处理对照略有增强，说明凝胶的性能更好。

3 结 论

添加多元醇后，可以提高热处理大豆分离蛋白喷雾干燥所得样品的溶解性、乳化活性和凝胶强度。随着多元醇相对分子质量的增加，喷雾干燥后样品溶解性随之增加。多元醇可以作为热处理喷雾干燥蛋白的热保护剂，可以在一定程度上维持蛋白质的三级结构，降低蛋白质的表面疏水性，降低蛋白质的聚集程度，改善热处理喷雾干燥产品的质量。

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Effectsofpolyolonpropertiesofheat-treatedsoybeanproteinisolateafterspray-drying

WANG Mengyun，CHEN Yeming，KONG Xiangzhen，ZHANG Caimeng， HUA Yufei
(School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, Jiangsu, China)

The effects of different relative molecular weights polyols such as glycerol, xylitol and mannitol on the properties of heat-treated soybean protein isolate after spray-drying were studied. The results showed that the addition of polyol increased the solubility of heat-treated soybean protein isolate after spray-drying and the solubility improved with the increase of relative molecular weight of polyol. The sample with mannitol added had the highest increase of solubility after spray-drying, and the solubility increased by 25.12% compared with heat-treated control sample. After adding polyol, the soluble fraction of the spray-dried sample could maintain its tertiary structure to a greater degree, the surface hydrophobicity decreased, and its emulsifying ability and gel property were improved.

soybean protein isolate; polyol; heat treatment; spray-drying; solubility; functionality

2017-01-10;

2017-06-15

国家自然科学基金项目(21276107)

王孟云(1991)，女，硕士研究生，主要从事植物蛋白方面的研究工作(E-mail)15190276078@163.com。

华欲飞，教授，博士(E-mail)yfhua@jiangnan.edu.cn。

油料蛋白

TQ645.9;TS202

A

1003-7969(2017)10-0047-05