大豆分离蛋白原料特性与组织蛋白品质关系的研究

安红周 吴文举 周豫飞 马宇翔 何红伟 王金水

(河南工业大学粮油食品学院1，郑州 450001)(丰益(上海)生物技术研发中心有限公司2，上海 200000)(河南工业大学生物工程学院3，郑州 450001)

大豆蛋白原料的特性是低水分组织蛋白产品质量的保障和连续化生产的基础。不同的大豆分离蛋白在进行低水分组织蛋白生产过程中，得到的样品会有很大的差异。

国内有大量研究不同品种的大豆所生产的大豆蛋白与组织蛋白的关系，如康立宁等[1]研究了大豆的品种特性与挤压组织化的关系，得出大豆组分和植酸与组织蛋白品质有内在联系，董玲[2]在大豆品种的基础上探究了脱脂豆粉与高水分组织蛋白品质特性的关系，发现原料的理化特性和功能性与组织蛋白的组织化度、色泽、质构有密切的联系，并通过研究得出适合用于生产组织蛋白的原料特征。张丙虎[3]则是利用不同品种谷朊粉探究原料特性与高水分组织蛋白品质的关系。可能是因为挤压生产工艺的不同或选用的原料的不同，无法较为准确对品质指标进行测定，造成了原料特性与组织蛋白的关系的不准确性。

针对以上问题，本实验对不同的大豆分离蛋白分别进行复配，低水分组织蛋白的生产并对品质特性进行测定和分析，来探究大豆分离蛋白原料与低水分组织蛋白品质的关系。

1 材料与设备

1.1 材料与试剂

食盐、双乙酰酒石酸单(双)甘油酯(DATEM)、大豆卵磷脂、小苏打、三聚磷酸钠、抗坏血酸钙、豆分离蛋白(分别从不同厂家选取不同季度的大豆分离蛋白原料1—22号)、大豆浓缩蛋白、谷朊粉、玉米淀粉。

1.2 设备

CLEXTRAL Ev025型双螺杆挤压机，JD/1A-40多功能整形机，F34-EH加热制冷循环器，TA-XT plus物性测定仪，RRH-250万能粉碎机，BS-30KA电子天平，BSA224S分析天平，CR-400型色彩色差计。

2 实验方法

2.1 低水分组织蛋白的制备

原料∶以大豆分离蛋白∶大豆浓缩蛋白∶谷朊粉∶玉米淀粉为40∶30∶20∶10的比例，通过添加剂的单因素实验，确定了添加剂的量为NaCl 1.2%，大豆卵磷脂0.6%，三聚磷酸钠0.5%，小苏打0.1%进行低水分组织蛋白的生产。

挤压工艺：物料含水率约为35%，喂料速度为2.2 kg/min，一～六区挤压温度依次设置为30、75、120、140、165、160 ℃。更换原料后，当出料稳定时收集原料。

2.2 原料理化特性测定方法

水分含量的测定：GB 5009.3—2016直接干燥法；粗蛋白的测定：GB 5009.5—2016；粗脂肪的测定：GB 5009.6—2016；灰分含量：GB 5009.4—2016。粗纤维：参照GB/T5009.10—2003。NSI：参照AACC—46—23。

蛋白悬浊液pH值的测定：参照Tan等[4]的方法，并进行一些调整。采用蒸馏水加入0.01 mol/L的NaOH溶液作为分散剂和调整蒸馏水pH。取100 mL烧杯，加入30 ℃蒸馏水配成浓度为5%的大豆分离蛋白悬浊液，搅拌至无干粉，然后在磁力搅拌器上搅拌30 min后，用pH测定悬浊液的pH值。

2.3 原料功能特性测定方法

2.3.1 持水的测定[5]

在已知质量的离心管(m1)中加入3 g(m2)粉样，加入18 mL蒸馏水，静置30 min，4 500 r/min离心5 min，称量倒掉上清液的离心管质量(m3)。同一个样品重复三次，测定取平均值。计算公式如下：

持水力=(m3-m2-m1)/m2

2.3.2 持油性的测定[6]

在已知质量的离心管(m1)中加入4 g(m2准确)粉样，取大豆油16 mL于离心管内，搅拌5 min混匀，3 000 r/min离心20 min，倒出上清液，擦干管口油渍，称重离心管质量(m3)，每个样品做3次重复，取平均值。计算公式如下：

持油性=(m3-m2-m1)/m2

2.3.3 乳化性：参照Yin等[7]的方法，用去蒸馏水配置10 g/L的蛋白溶液，振荡30 min 使其充分溶解，3 000 r/min离心10 min，取上清液15 mL，加入5 mL玉米油，在高速分散均质机中以10 000 r/min均质1 min，制备得到乳状液后分别于0 min和10 min时从乳液底部吸取50 μL，加入到5 mL 0.1% SDS溶液中，混合均匀后在500 nm的波长处测定吸光度A0和A10，以0.1%SDS做空白。按公式分别计算乳化活性指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)。

EAI=(2×2.303×A0×N) /(10 000×θ×L×C)

ESI= (A0×10) /(A0-A10)

式中：N为稀释倍数，100；θ为油相体积，0.25。

2.3.4 起泡性：参照杨锋等[8]的方法，用去蒸馏水配置10 g/L 的蛋白溶液，振荡30 min 使其充分溶解，3 000 r/min离心10 min，取上清液30 mL为液体体积为(V0/mL)置于高速分散均质机中以10 000 r/min均质1 min 后，记录泡沫体积(V1/mL)，静置20 min 后，再记录泡沫体积(V20/mL)。按公式分别计算起泡能力(FC)和泡沫稳定性(FS)。

FC=V1/V0

FS=V20/V1

2.3.5 黏度：采用数字黏度仪进行测量。配成一定浓度的大豆分离蛋白溶液，再利用磁力搅拌机搅拌20 min，然后马上用数字黏度计(1#转子，60 r/min)进行测量。

2.3.6 凝胶性：凝胶硬度参照石彦国等[9]方法测定，稍作调整：精准称取3 g的大豆分离蛋白与20 mL的小烧杯中，加入30 ℃ 17 mL的蒸馏水，用玻璃棒充分搅拌直到烧杯内无结块，10 000 r·min-1均质10 s排出大豆分离蛋白溶液中的气泡，然后将表面抹匀，配成浓度为 15%的蛋白溶液，液面高度约3 cm，烧杯口盖保鲜膜。将烧杯置于95 ℃水浴中加热30 min，取出后迅速用流动的冰水冷却至室温，置于4 ℃冰箱中保存24 h。待凝胶形成后，取出烧杯用质构仪测其凝胶硬度。

用质构仪测量凝胶强度，选用直径为10 mm的P0.5探头。设定测前速度：2 mm/s；测中速度：1 mm/s；侧后速度2 mm/s，冲压深度：10 mm。

2.4 原料色泽和巯基测定方法

2.4.1 色泽的测定: 使用多功能色彩色差计对样品进行L*、a*、b*、ΔE进行测定，L*为明度指数，数值越高，表示样品色彩越明亮，a*、b*为彩度系数，分别表示红色度和黄色度。ΔE*表示各值与标准色调之间的差值程度。标准白板色调值为L*=95.22，a*= -0.60，b*=4.15。ΔE*计算公式如下：

ΔE*=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2

2.4.2 巯基含量：参照欧仕益等[10]测定方法。试剂∶缓冲液1∶10.4 g Tris，6.9 g 甘氨酸，1.2 g EDTA溶于1L蒸馏水中，pH 8.0；Ellman试剂：0.2 g DTNB 溶于50 mL缓冲液1中。

方法：将1 g蛋白试样和10 mL水加入烧杯中搅拌5 min，充分溶解，取1 mL蛋白液+7 mL 无水丙酮，搅拌均匀后，静置10 min，然后离心(3 000 r/min，15 min)，用丙酮(5 mL)悬浮沉淀，于3 000 r/min离心15 min，重复两次，用低温冷风吹干丙酮，加入3 mL缓冲溶液1，取上层清液备用，测量游离巯基含量。

取1 mL丙酮处理过的蛋白液+2.0 mL缓冲液1+0.02 mL Ellman试剂，25 ℃保温5 min，用紫外分光光度计，在412 nm下测定吸光度。实验以不加蛋白液，而加Ellman试剂为空白，以不加Ellman试剂而加蛋白液确定其混浊度。计算公式如下：

SH=(73.53×A412×9.06)/C

式中：A412为有DTNB存在时的吸光值-无DTNB存在时的吸光值；9.06为稀释倍数；C为固形物含量。

实验方法均重复测定3～5次，取平均值，即为最终结果。

2.5 产品品质特性的测定

2.5.1 色差的测定[11]

将低水分组织蛋白进行低温烘干，然后进行粉碎。使用多功能色彩色差计对样品进行L*、a*、b*、ΔE进行测定，L*为明度指数，数值越高，表示样品色彩越明亮，a*、b*为彩度系数，分别表示红色度和黄色度。ΔE*表示各值与标准色调之间的差值程度。标准白板色调值为L*=95.22，a*= -0.60，b*=4.15。ΔE*计算公式为：

ΔE*=(ΔL*2+Δa*2+Δb*2)1/2

2.5.2 持水和吸油性的测定同2.3.1和2.3.2。2.5.3 膨化度的测定[12]

以低水分组织蛋白与挤压机模头出口矩形周长的比值进行测定，上述测定采用卷尺测量，随机抽取同一次样品测定5次，求其平均值，即为产品的膨化度:

膨化度=样品周长/模口周长

2.5.4 复水率的测定[13]

称取5 g干燥的小麦组织化蛋白样品( 质量计为ml) ，25 ℃复水30 min，沥水10 min后称重(质量记为m2),公式如下：

复水率=(m2-m1)/m1

2.5.5 质构特性的测定[14]

将低水分组织蛋白放入25 ℃水浴锅中复水30 min，然后放在铁丝网上沥水10 min，修剪成长约2 cm的样品，每个批次样品平行测5次，去掉最大值和最小值后取平均值。

选定质构仪为TPA模式，采用P/50探头，设定探头测试前速度为2.0 mm/s，测试中速度为1.0 mm/s，测试后速度为2.0 mm/s，下压程度为75%，触发力5 g，时间间隔5 s。

2.5.6 感官评价的测定[15，16]

将从挤压机模头出口处生产出来的产品，放入25 ℃的水浴锅中复水30 min，然后放在铁丝网上沥水10 min，修剪成长约2 cm的样品，各准备10块。从色泽、表观状态、口感风味和组织状态4个方面对高水分组织蛋白产品进行感官评定，A样品用于评价色泽和平整性，B样品用于评价口感和组织状态。感官评分设计见表1，其中色泽、平整性、口感、组织状态的比例系数分别为0.1、0.1、0.4、0.4，各项评分范围1～10分，最后计算综合得分。

感官评分小组由内、外部人员各选取5名，共10名。其中内部人员5名专业感官评价人员，5名非专业人士。感官评分小组的建立、人员筛选及培训参照GB/T 16291.1—2012。

表1 感官评定标准

3 结果与分析

3.1 大豆分离蛋白原料理化特性

理化特性反映着原料最基本的成分，一般来说大豆品种的不同和生产工艺细微的差别会导致理化特性会有很大的不同[17]。目前市面的大豆分离蛋白是以低温脱脂豆粕为原料，经过“碱溶酸提”的方法进行分离。国内生产大豆蛋白的厂家遍布各地，大豆的品种繁多，所以企业收集的大豆品种可能不尽相同，而且每一批次进行生产时的生产工艺也会有细微的差别，再加上生产环境等因素，会造成生产出的大豆分离蛋白品质有着很大差别。

对1～22号不同厂家的大豆分离蛋白灰分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、NSI、pH值测定结果为：灰分平均值为4.45%，变幅为3.35%～5.37%，变异系数为12.13%，灰分含量最大为14号，最小为19号；粗蛋白含量平均值为93.05%，变幅为89.88%～95.92%,变异系数为1.92%，粗蛋白含量最大为8号，最小为12号；粗脂肪含量平均值为0.4%，变幅为0.14%～0.77%，变异系数为35%，粗脂肪含量最大为5号，最小为4号；粗纤维含量平均值为0.59%，变幅为0.3～1.01%，变异系数为30.51%，粗纤维含量最大为22号，最小为12号；NSI平均值为72.79%，变幅为51.08%～87.12%，变异系数为13.84%，最大为7号，最小为4号；悬浊液pH平均值为7.86，变幅为6.86～8.84，变异系数为6.49%，最大为10号，最小为19号。

3.2 大豆分离蛋白的功能特性

大豆分离蛋白的功能特性是蛋白原料的非常重要的原料特性，其功能特性包括持水性、吸油性、起泡性、泡沫稳定性、乳化性、乳化稳定性、黏度、凝胶强度等。探讨大豆分离蛋白的功能特性对研究大豆分离蛋白对组织蛋白影响十分重要。

不同厂家大豆分离蛋白功能特性的测定结果为：持水性的平均值为5.70 g/g，变幅为2.96～7.01 g/g,变异系数为17.01%，持水性最大的为3号，最小的6号；吸油性的平均值为1.24 g/g，变幅为0.9～1.59 g/g，变异系数为43.55%，持油性最大的为20号，最小的为19号；起泡性的平均值为144.64%，变幅为138.16%～153.51%,变异系数为2.78%，起泡性最大的为16号，最小的为18号；泡沫稳定性的平均值为31.68%，变幅为23.54%～39.67%，变异系数为13.64%，泡沫稳定性最大为11号，最小为29号。

乳化性平均值为7.66 m2/g，变幅为6.28～8.81 m2/g，变异系数为7.70%，最大8号，最小为17号；乳化稳定性平均值为17.98 min,变幅为14.33～24.25 min，变异系数为15.57%，最大为7号，最小为22号；黏度平均值为53.04 mPa·s，变幅为12.97～93.23 mPa·s，最大为22号，最小为15号；凝胶强度平均值为222.97 g，变幅为109.31～417.34 g，变异系数为38.23%最大10为号，最小为18号。

3.3 大豆分离蛋白色泽和巯基

大豆蛋白的色泽和巯基在生产过程中也会随着大豆的品种和工艺不同也会发生有所差异。

大豆分离蛋白的巯基含量和色泽的结果为：巯基含量的平均值为4.27 μmol/g，变幅为1.87 ～7.70 μmol/g，变异系数为29.74%，最大为16号，最小为3号，L*的平均值为84.81，变幅为81.70～88.00，变异系数为2.20%，最大为19号，最小为4号；a*的平均值为4.16，变幅为2.51～6.89，变异系数为25.90%，最大为4号，最小为7号；b*的平均值为13.36，变幅为10.44～15.81，变异系数为10.85%，最大为4号，最小为19号；ΔE平均值为17.48，变幅为13.49～21.66，变异系数为13.27%，最大为4号，最小为19号。

3.4 低水分组织蛋白品质

低水分组织蛋白的品质测定结果为：亮度L*值的平均值为73.25，变幅为71.72～76.22，变异系数为1.50%，最大为16号，最小为4号；红色度a*值的平均值为8.07，变幅为7.29～8.75，变异系数为3.96%，最大为10号，最小为16号；黄色度b*值的平均值为20.19，变幅为19.41～20.85，变异系数为1.78%，最大为10号，最小为16号；色差ΔE的平均值为30.44，变幅为26.94～31.84，变异系数为3.79%，最大为10号，最小为19号。

持水性的平均值为2.19 g/g的，变幅为2.02～2.53 g/g,变异系数为5.48%，最大为18号，最小为1号；吸油性的平均值为0.89 g/g，变幅为0.81～1.01 g/g，变异系数为6.74%，最大为20号，最小为1号；低水分组织蛋白复水率的平均值为4.01 g/g，变幅为0.94～4.90 g/g，变异系数为23.44%，最大为17号，最小为18号；膨化度的平均值为2.94 g/g，变幅为1.16～3.58 g/g,变异系数为19.39%，最大为16号，最小为18号。

低水分组织蛋白硬度的平均值为6 421.62 g，变幅为4 986.77～7 895.22，变异系数为11.74%，最大为1号，最小为11号；弹性的平均值为92.17%，变幅为86.92%～94.91%，变异系数为2.30%，最大为6号，最小为19号；咀嚼性的平均值为3 722.12 g，变幅为2 628.96～4 877.13 g，变异系数为17.08%，最大为22号，最小为11号；感官评价的平均值为73.42分，变幅为60.33～86.19分，变异系数为7.31%，最大为16号，最小为18号。

3.5 大豆分离蛋白理化特性与低水分组织蛋白品质的相关性

由大豆分离蛋白理化特性与低水分组织蛋白品质的相关性(表2)可知，原料灰分与样品膨化度和复水率呈极显著性正相关，与感官评价呈显著性正相关；粗蛋白含量与膨化度呈显著性负相关；原料的NSI和感官评价呈显著性正相关，与吸油性呈极显著性负相关；原料的悬浮液pH值与样品复水率、膨化度和感官评价呈显著性正相关，原因在于在碱性条件下有利于挤压组织化的形成。贾旭[18]在NaHCO3和小苏打的添加量对小麦组织蛋白的影响发现，组织蛋白的结构和纤维化程度与pH有关，在弱碱性更有利用蛋白质分子定向排列，使密度变小，体积增大，有利用组织蛋白丝状结构的产生，口感具有嚼劲。灰分、粗脂肪、粗纤维与品质特征没有显著性影响。

表2 大豆分离蛋白理化特性与低水分组织蛋白品质的相关性

3.6 大豆分离蛋白色泽与低水分组织蛋白品质的相关性

由表3可知，原料的巯基含量与样品硬度呈显著性正相关；原料明度L*与吸油性呈极显著性正相关，与样品b*呈显著性正相关；原料a*与样品b*呈极显著性负相关；原料b*与样品吸油性呈极显著性负相关，与持水性呈显著性负相关，与复水率和感官评价呈显著性正相关；色差ΔE与样品b*、持水性呈显著性负相关，与吸油性呈极显著性负相关。

表3 大豆分离蛋白色泽和巯基与低水分组织蛋白品质的相关性

3.7 大豆分离蛋白功能特性与低水分组织蛋白品质的相关性

由原料的功能特性与样品品质特性的相关性可知(表4)，原料持水性与样品b*呈显著性负相关；持油性与样品ΔE、咀嚼性呈显著性正相关；原料起泡性与膨化度、感官评价呈极显著性正相关，与复水率呈显著性正相关；原料泡沫稳定性与ΔE呈极显著性正相关。

表4 大豆分离蛋白功能特性与低水分组织蛋白品质的相关性

4 结论

对22种大豆分离蛋白分别生产的低水分组织蛋白进行品质特征的测定，个别样品之间存在着显著性差异。导致这些差异的原因在于大豆分离蛋白原料特性有所差异。将低水分组织蛋白的11种品质指标与原料特性进行分析，找出适合用于生产以大豆分离蛋白为主的复配低水分组织蛋白适合的范围约为：粗蛋白质量分数≥90%、L*值为82.24～84.57、乳化稳定性为17.08～18.75 min-1、吸油性为1.22～1.26 g/g、泡沫稳定性为30.91%～31.71%、NSI为77.79%～82.57%、黏度为48.97～56.53 mPa·s、凝胶强度为230.71～250.66 g、巯基含量为3.41～4.4 μmol/L。