酶法改性大豆分离蛋白对乳化性能的影响

1 前言

1.1 立题背景和意义

大豆是我国的主要农作物之一，尤以北方种植甚为广泛，因为它兼备食用油脂资源和食用蛋白资源的特点，深受世界各国的青睐，我国也先后制定了“大豆行动计划”、“大豆产业发展计划”、“大豆专用品种种植”等多项计划，这些计划的全面实施，使我国豆制品的生产和市场发展呈现出欣欣向荣的景象，大豆食品越来越得到广大消费者的认可和青睐。大豆蛋白质无论从营养组成、资源丰富还是加工技术方面来看，都是人类最为熟悉、安全和经济的植物蛋白质资源。

大豆蛋白在国内资源丰富，除了部分被直接加工利用外，大部分存在于油料工业的高蛋白副产物豆粕中。长期以来，由于上游加工路径、本身性能等原因，导致豆粕深加工程度比较低。国内大豆蛋白资源越来越多，绝大部分用于饲料、酿造、水解蛋白等附加值相对比较低的场合，而附加值略高的食品蛋白类配料功能产品，目前仅仅生产浓缩蛋白和分离蛋白，主要用于肉制品工业，产能极少。分析造成这种局面的主要原因是大豆蛋白尽管具有价格便宜，也具有一定的功能性质，但是各种性质例如：起泡性与蛋清蛋白、乳化性与酪蛋白酸钠等天然优良性能的蛋白质相比还有很大的差距,导致其在现代食品加工中的应用受到一定限制。本文以大豆分离蛋白为原料,主要研究碱性蛋白酶对其乳化性的影响，对于提高大豆蛋白的使用价值具有重要的现实意义。

1.2 大豆分离蛋白的组织与结构

大豆蛋白是一种质优价廉、来源丰富的植物蛋白。大豆蛋白分子中存在大量的氢键、疏水键和离子键，同时具有许多重要的功能特性，使得大豆蛋白具有较好的成膜性能。

大豆蛋白，除了有少部分生理活性的蛋白之外，主要是贮存于子叶亚细胞结构—蛋白体中的蛋白。大豆分离蛋白主要包括7S和11S两种球蛋白成分，其中按不同物化性质，7S又包括β大豆伴球蛋白，r大豆伴球蛋白和碱性7S球蛋白，其中以β大豆伴球蛋白为主要成分，而11S球蛋白就一种。所以，大豆分离蛋白又常常被描述成由大豆球蛋白和β大豆伴球蛋白组成，就分别指11S和7S球蛋白。大豆分离蛋白的主要组成元素为C,H,O,N,S,P，还含有少量Zn, Mg, Fe, Cu等，它是由甘氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸、组氨酸、丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸、脱氨酸、丙氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、脯氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸和色氨酸等20种氨基酸以肽键相结合而形成的天然高分子化合物。由20种氨基酸按一定的顺序以肽键相连形成的多肽链是大豆蛋白质分子的一级结构。二级结构是指蛋白质分子中多肽链主链骨架的空间构象。

1.3 大豆分离蛋白的功能特性

大豆分离蛋白的功能特性是指蛋白质在食品加工中，如制取、配制、加工、烹调、贮藏、销售过程中所表现出来的理化特性的总称。其功能特性主要有乳化性、水合性、吸油性、胶凝性、溶解性、发泡性、粘性、结团性、组织性、结膜性、调色性等十一大功能，现分述如下：

①乳化性乳化性是指脂肪乳化的形成和稳定乳化是液液两相体系间疏水液滴被液相所包围,分离蛋白质具有乳化剂特征结构,即两亲结构,在蛋白质分子中同时含有亲水基团和亲油基团。在油水混合液中,分散蛋白质有扩散到油水一界面趋势,且使疏水性多肽部分展开朝向脂质,极性部分朝向水相,因此,大豆蛋白质用于食品加工时,它是一种表面活性剂,可稳定乳化状态从而延长货架时间。

蛋白质乳化性能取决于两个因素以降低界面张力的能力在油——水界面上,蛋白质吸附所造成界面张力大幅降低。成膜能力该膜起着静电、结构和机械的屏障。乳化形成取决于快速解吸作用,在界面上展开及重新定向,其稳定能力性是通过界面自由能的降低和膜的流变性质决定的,后者起因于水合程度和分子间相互作用。

乳化性是大豆分离蛋白的一种重要的功能性质，包括乳化活性和乳化稳定性两个方面。乳化活性是指蛋白质在促进油水混合时，单位质量的蛋白质(g)能够稳定的油水界面的面积(m )。乳化稳定性是指蛋白质维持油水混合不分离的乳化特性对外界条件的抗应变能力。按照表面活性剂分类规则，大豆分离蛋白属于典型的氨基酸型表面活性剂。大豆蛋白的表面活性是大豆蛋白最重要、最基本的性质之一，在实际应用中则表现为乳化功能，即能显著地降低油、水或空气、水的界面张力。大豆蛋白具有一定乳化能力，能使脂肪和水形成稳定的乳胶体系。

影响乳化性能因素很多如蛋白质变性程度、蛋白质种类、可溶性蛋白质浓度、pH 值、离子强度、温度、糖的存在、低分子量表面活性剂存在等。

就大豆蛋白质本身而言,变性与否乳化性相差很大,变性蛋白质乳化特性往往明显下降。不同蛋白质组分,乳化特性也不一样,蛋白比蛋白更易形成稳定乳状液。含量高的大豆分离蛋白较高乳化能力与较高疏水性相一致。在蛋白质溶解度和乳化能力或乳状液稳定性间常存在一致的关系。

可溶性蛋白质能够扩散并吸附在油水界面,这是决定它们乳化性质最重要特征。不溶性蛋白质对乳化作用影响很少,这或许是由于在实验中蛋白质在它的表面性质能起作用之前必须先溶解和移动到界面。热聚集的不溶性大豆蛋白质比起相应的可溶性蛋白质来说是效力较低的乳化剂,然而,一旦乳状液形成,不溶解的蛋白质粒子也起着稳定乳状液作用。对分离蛋白而言,只有当氮溶解指数值近80%时,才能起到良好乳化效果。

pH以各种不同方式影响着蛋白质乳化性质。大豆蛋白在远离等电点pH时表现出较好乳化性质。如将天然大豆分离蛋白pH由7增加到9时可提高其乳化性能。

加热处理通常能降低吸附在界面上蛋白质膜的粘度和硬度,因而降低乳状液稳定性。然而,高度水化的界面蛋白质膜的凝胶作用提高表面粘度和硬度,从而稳定乳状液。如经过一段时间热处理的大豆分离蛋白具有最好的乳化性能,这类大豆分离蛋白具有较高的表面疏水性和溶解度。此类改性可源于聚集解离程度的改变或大豆分离蛋白中盐含量不同。

大豆分离蛋白部分水解可提高其溶解度、乳化能力及经历热聚集的能力,增加表面疏水性,提高大豆分离蛋白的溶解度和乳化活力。

多糖的添加对影响乳化稳定性很大,它是通过液相介质的流变性质改变及其与为蛋白质所包覆的油滴相互作用来实现的。蛋白质——多糖分散相可作为乳化剂来应用,以使有可能生产具有低含油量、高营养价值的新食品。

加入小分子表面活性剂,由于降低蛋白质膜的硬度和减弱使蛋白质保留在界面上作用力,因此,通常会有损于由蛋白质稳定的乳状液稳定性.

对于大豆分离蛋白的乳化特性的研究，国内外的研究已相当多，但有关大豆分离蛋白乳化性的影响因素研究较少。因此，本文对影响大豆分离蛋白的乳化性的外部因素如Ph、离子强度和温度等进行研究，以期能更好地发挥大豆分离蛋白在食品中应用的乳化特性。

②水合性大豆分离蛋白沿着它的肽链骨架，含有很多极性基，所以具有吸水性、保水性和膨胀性。

③吸油性分离蛋白吸收脂肪的作用是另一种形式的乳化作用。分离蛋白加入肉制品中，能形成乳状液和凝胶基质，防止脂肪向表面移动，因而起着促进脂肪吸收或脂肪结合的作用，可以减少肉制品加工过程中脂肪和汁液的损失，有助于维持外形的稳定。吸油性随蛋白质含量增加而增加，随pH值增大而减少。

④胶凝性(又称凝胶性) 大豆蛋白质的分散物质经加热、冷却、渗析和碱处理，可得到凝胶。其形成受固形物浓度、速度、温度和加热时间、制冷情况、有无盐类巯基化合物、亚硫酸盐或脂类的影响。

⑤溶解性是指蛋白质在水溶液或食盐溶液中溶解的性能。其溶解的程度称为溶解度。平时所说的溶解性一般指水溶性。溶解性好的蛋白质其功能性必然好，具有良好的凝胶性、乳化性、发泡性和脂肪氧化酶活性，易于食品的加工使用，掺和到食品中就比较容易。大豆蛋白质的溶解性受原料的加热处理、溶出时加水量、pH值、共存盐类等条件的影响很大。加热会导致大豆蛋白变性，降低溶解度，所以在处理原料时加热温度不能太高，或采用干法加热(即原料大豆的水分含量不高并无水蒸气存在时高温加热)。液比对大豆蛋白质溶解度的影响更大。液比在5倍以下时，蛋白质浸出率急剧下降，蛋白质分子间容易进行相互反应，使溶解性降低。一般液比在1：10左右为合适。pH值对球蛋白影响较大，在pH值4.2-4.6时，球蛋白几乎不溶解。共存盐类对溶解度也有影响，