加熱對(duì)大豆分離蛋白-寡糖復(fù)合溶液性質(zhì)的影響

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(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

加熱對(duì)大豆分離蛋白-寡糖復(fù)合溶液性質(zhì)的影響

樊雪靜,劉紅玉*,遲玉杰

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

本文以大豆分離蛋白(SPI)與寡糖(棉子糖與水蘇糖)為原料,考察了加熱(60,65,70,75,80、85 ℃)對(duì)SPI與寡糖聚合機(jī)理以及復(fù)合物乳化特性的影響。主要探討了形成復(fù)合物的主要作用力、復(fù)合物特征、結(jié)構(gòu)特性與功能特性的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),加熱使復(fù)合溶液整體的Zeta電位升高,濁度增加,粒度分布右移,說明SPI與寡糖在加熱條件下通過靜電作用形成可溶性復(fù)合物,熒光強(qiáng)度降低從結(jié)構(gòu)角度證實(shí)了蛋白質(zhì)與寡糖的靜電相互作用,同時(shí),復(fù)合物的功能性質(zhì)較SPI有所改善,SPI-水蘇糖與SPI-棉子糖復(fù)合溶液乳化性和起泡性在75 ℃時(shí)達(dá)到最大,乳化性分別提高了32.7%和19.9%。

大豆分離蛋白,寡糖,靜電作用,乳化性

大豆分離蛋白(SPI)作為營(yíng)養(yǎng)豐富的優(yōu)質(zhì)植物蛋白,廣泛用于乳制品加工中。蛋白質(zhì)經(jīng)過物理或化學(xué)改性,其功能性質(zhì)得到改善,利用率得以增加。在食品體系中,糖類在增加溶液粘度、增強(qiáng)乳狀液穩(wěn)定性方面也發(fā)揮著巨大作用,因此蛋白質(zhì)與糖類共同作用創(chuàng)建新型乳化劑成為研究熱點(diǎn)。從蛋白質(zhì)與糖類的相互作用角度看,蛋白質(zhì)可以與糖類發(fā)生共價(jià)聚合、靜電復(fù)合和生物聚合三種方式。從食品材料角度來看蛋白質(zhì)與糖類物質(zhì)都屬于聚電解質(zhì)[1],所以可以形成復(fù)合聚電解質(zhì),繼而形成新型的功能性配料。蛋白質(zhì)與糖類形成靜電復(fù)合物在乳狀液穩(wěn)定性方面起到積極的作用,即蛋白質(zhì)形成乳狀液后加入糖類,在表面通過靜電相互作用發(fā)生絡(luò)合,使蛋白質(zhì)表面帶電情況發(fā)生逆轉(zhuǎn),更快的吸附到界面并快速降低界面張力[2],提高乳化能力[3]。在一定的物理化學(xué)條件下,這種靜電復(fù)合物具有更好的環(huán)境適應(yīng)能力[4-6]。Guzey和McClements等人[7]研究了靜電復(fù)合物對(duì)乳狀液功能性質(zhì)的作用。同時(shí),Grigoriev和Miller等人[8]也證實(shí)了靜電復(fù)合物能夠快速吸附在油滴表面,并且因蛋白質(zhì)與糖的靜電復(fù)合物的制備較為便捷與廉價(jià),所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐?？刂企w系的組成和制備條件是實(shí)現(xiàn)多層乳狀液穩(wěn)定的關(guān)鍵因素,其中,溫度對(duì)乳狀液性質(zhì)產(chǎn)生重要影響。

棉子糖和水蘇糖作為寡糖,雖然難以被人體消化吸收,但可以被人體腸道內(nèi)雙歧桿菌利用,促進(jìn)腸道蠕動(dòng),防止便秘,并由于其甜度、熱量均較低,所以也可以抑制血糖的上升,降低血液中膽固醇[9],所以,寡糖成為天然的功能性保健食品原料[10]。本課題組實(shí)驗(yàn)測(cè)得,在弱堿性條件下,濃度為0.4%(w/v)的水蘇糖水溶液Zeta電位值大概在-12～-16 mV之間,同樣濃度的棉子糖水溶液的Zeta電位值大概在-21.3～-23.6 mV之間,濃度為4%的大豆分離蛋白溶液的Zeta電位在-28.2～-30.4 mV之間,所以,蛋白質(zhì)與寡糖由于排斥力可以共存于溶液體系中。當(dāng)加熱處理后,蛋白質(zhì)肽鏈伸展,正電荷暴露,蛋白質(zhì)可以與寡糖發(fā)生靜電相互作用,形成靜電復(fù)合物,從而改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。蛋白質(zhì)與陰離子多糖的復(fù)合研究已經(jīng)很多,但是與寡糖相互作用的研究還不夠完善。

因此,本文以大豆分離蛋白(SPI)和大豆寡糖(即棉子糖和水蘇糖)為主要研究對(duì)象,以不同溫度熱處理SPI-寡糖復(fù)合溶液,通過測(cè)定其濁度和Zeta電位來表征SPI與寡糖的靜電結(jié)合程度,內(nèi)源熒光色譜的測(cè)定表征了加熱處理后復(fù)合物中SPI結(jié)構(gòu)的變化,并分析加熱對(duì)可溶性復(fù)合物的乳化性的影響,從而為進(jìn)一步研究提供思路和方向。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

大豆分離蛋白、寡糖 鄭州春信生物科技有限公司;大豆油(食品級(jí)) 哈爾濱九三集團(tuán);十二烷基硫酸鈉(SDS)(分析純) Sigma公司;磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉(分析純) 天津市天力化學(xué)公司。

ALC-310.3電子分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;DK-98-Ⅱ電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司;pHS-3C精密pH計(jì) 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;恒溫磁力攪拌器 常州國(guó)華電器有限公司;GL-21M離心機(jī) 上海市離心機(jī)械研究所;BME100L高剪切混合乳化機(jī) 啟東市長(zhǎng)江機(jī)電有限公司;721-分光光度計(jì) 上海元析儀器有限公司;F-4500熒光分光光度計(jì) 日本日立公司;Nano-ZS粒度電位分析儀 英國(guó)Malvern公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品溶液的制備 準(zhǔn)確稱取60 g SPI、2 g寡糖分別溶于1200 mL和100 mL蒸餾水中,配制成SPI濃度為5%(w/v),寡糖濃度為2%(w/v)的儲(chǔ)液,在室溫下磁力攪拌3 h使可溶物充分溶解后放入4 ℃冰箱中水化過夜[11]。取80 mL蛋白質(zhì)儲(chǔ)液與20 mL寡糖儲(chǔ)液充分混合,得到SPI濃度為4%(w/v)、寡糖濃度為0.4%(w/v)的SPI-寡糖復(fù)合溶液。取80 mL SPI儲(chǔ)液稀釋至100 mL得到4%(w/v)的SPI溶液。調(diào)節(jié)SPI溶液、SPI-水蘇糖和SPI-棉子糖復(fù)合溶液pH至7.0,并將三種溶液在65、70、75、80、85 ℃水浴鍋中分別加熱3.5 h。加熱后無明顯凝固現(xiàn)象,劇烈振蕩樣品并迅速使其冷卻至室溫,得到不同溫度處理的樣品溶液。

1.2.2 磷酸鹽緩沖液的配制 準(zhǔn)確稱取NaH2PO4·H2O 13.8 g,溶于蒸餾水中,稀釋至1000 mL,配制成0.1 mol/L的磷酸二氫鈉水溶液,標(biāo)為A液。準(zhǔn)確稱取Na2HPO4·7H2O 26.8 g,溶于蒸餾水中,稀釋至1000 mL,配制成0.1 mol/L的磷酸氫二鈉水溶液,標(biāo)為B液。分別取A液39.0 mL,B液61.0 mL充分混合,得到0.1 mol/L pH為7.0的磷酸鹽緩沖液。

1.2.3 Zeta電位的測(cè)定 對(duì)樣品溶液進(jìn)行Zeta電位測(cè)定分析,采用O’Brien等人[12]的方法,并稍作改進(jìn)。分別取100 μL不同溫度處理的樣品溶液用磷酸鹽緩沖液(0.1 mol/L,pH7.0)稀釋50倍,利用Zeta電位分析儀對(duì)可溶性復(fù)合物所帶電荷量進(jìn)行測(cè)定。

1.2.4 濁度的滴定分析濁度 是反映溶液體系穩(wěn)定性的重要表征,同時(shí)還可以表示體系聚集體的數(shù)量以及聚集程度[11],因此對(duì)復(fù)合溶液進(jìn)行濁度分析。分別將不同溫度處理的樣品倒入比色皿中并利用分光光度計(jì)在600 nm對(duì)樣品的吸光度進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5 粒徑分布的測(cè)定 粒度分布是反應(yīng)溶液體系中顆粒大小與分布和體系穩(wěn)定性的重要表征。分別將不同溫度處理的樣品用高速均質(zhì)機(jī)以9500 r/min的速度均質(zhì)1 min后,4000 g離心20 min,取上清液100 μL用蒸餾水稀釋50倍,利用馬爾文激光粒度儀進(jìn)行分析測(cè)定。

1.2.6 內(nèi)源熒光光譜分析 對(duì)復(fù)合溶液進(jìn)行熒光光譜測(cè)定,分析加熱條件對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響,以及從結(jié)構(gòu)變化角度淺析與寡糖發(fā)生靜電反應(yīng)的程度。參照Tang等人[13]的方法,并稍作改進(jìn)。分別取100 μL不同溫度處理的樣品用磷酸鹽緩沖液(0.1 mol/L,pH7.0)稀釋50倍,激發(fā)波長(zhǎng)為280 nm,發(fā)射波長(zhǎng)為300～500 nm,激發(fā)和發(fā)射的狹縫寬度均為5 nm,電壓為700 mV。

1.2.7 乳化性及乳化穩(wěn)定性的測(cè)定 采用Pearce和Kinsella等人[14]測(cè)定乳化性的方法,并稍加改進(jìn)。取不同溫度處理的樣品溶液與其四分之一體積的大豆油混合,以10000 r/min的速度均質(zhì)1 min后,分別在均質(zhì)0、10 min時(shí)取樣200 μL,用0.1%(w/v)SDS(十二烷基磺酸鈉,pH7.0)稀釋50倍,以SDS溶液為空白,測(cè)定500 nm處的吸光度值,以0 min的吸光度值(A0)表示乳化性(EA),10 min內(nèi)的乳化穩(wěn)定性(ESI)表示為:

式中:A0:0時(shí)刻的吸光值;ΔT:時(shí)間差(min);ΔA:ΔT內(nèi)的吸光值差。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)樣品進(jìn)行3次重復(fù)實(shí)驗(yàn),取平均值,采用Excel 2010和Origin8.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同溫度處理對(duì)復(fù)合體系Zeta電位的影響

表1 加熱對(duì)SPI及復(fù)合溶液分散體系PDI值的影響Table 1 Effects of heating on PDI value of SPI and composite solution dispersion system

蛋白質(zhì)與糖形成復(fù)合溶液時(shí),靜電相互作用是重要的結(jié)合力[11]。分子的電荷量、電荷密度影響著溶液的穩(wěn)定性[15-17],電荷強(qiáng)度與分子之間的作用力呈正相關(guān)關(guān)系[18]。熱處理會(huì)在短時(shí)間內(nèi)改變?nèi)芤航M分之間相互作用力的平衡,而改變體系的穩(wěn)定性[11]。從圖1中可以看出,隨著溫度的增加,SPI溶液中分子Zeta電位的改變量甚小,只有微微的上升趨勢(shì)。這與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果類似[19]。加熱提高了SPI-寡糖復(fù)合溶液整體的Zeta電位值,說明SPI與寡糖形成復(fù)合物。這可能是由于加熱處理使SPI肽鏈展開,疏水基團(tuán)暴露,所帶的正電荷與寡糖發(fā)生靜電相互作用,從而形成靜電復(fù)合物。隨著溫度的升高,復(fù)合溶液電位都呈先升高后降低的趨勢(shì),在75 ℃時(shí)電位值達(dá)到最高,SPI-水蘇糖復(fù)合物和SPI-棉子糖復(fù)合物電位值分別提高到(-12.4±0.424) mV和(-20.4±0.294) mV。因?yàn)閺?fù)合物整體還帶有負(fù)電荷,所以靜電復(fù)合物是可溶的[20]。同時(shí),實(shí)驗(yàn)測(cè)得弱堿性條件下水蘇糖溶液的Zeta電位為-16 mV,棉子糖溶液的Zeta電位為-23.8 mV,水蘇糖所帶的負(fù)電荷少于棉子糖,所以SPI-水蘇糖復(fù)合溶液中負(fù)電荷密度較小,體系Zeta電位較高。

圖1 加熱對(duì)SPI溶液、SPI-水蘇糖、SPI-棉子糖復(fù)合溶液Zeta電位的影響Fig.1 Effect of heating on Zeta-potential of SPI,SPI-stachyose and SPI-raffinose composite solution

2.2不同溫度處理對(duì)復(fù)合體系濁度的影響

從圖2中看出,隨著溫度的升高,三種溶液體系的濁度都在增加,75 ℃時(shí)達(dá)到最大,SPI、SPI-棉子糖和SPI-水蘇糖溶液的濁度分別為2.562±0.04,2.789±0.06和3.296±0.04,然后緩慢下降。這與前述Zeta電位的變化情況相仿,可能是由于加熱使得SPI內(nèi)部更多的帶正電基團(tuán)暴露于外,增加了與帶相反電荷的寡糖反應(yīng)的結(jié)合位點(diǎn),從而導(dǎo)致濁度提升。由圖1可知,當(dāng)溫度達(dá)到75 ℃時(shí),復(fù)合溶液中電位絕對(duì)值較小,電荷密度、粒子間的相互排斥力較小容易聚集,因此濁度也達(dá)到最大值,這與袁楊[11]的研究結(jié)果類似。當(dāng)溫度繼續(xù)升高,溶液體系的Zeta電位值負(fù)電性增強(qiáng),粒子間排斥力增強(qiáng),濁度反而有所下降。電荷密度與強(qiáng)度越強(qiáng),分子間的作用力越大[21]。SPI溶液與SPI-棉子糖復(fù)合溶液體系的電荷密度大于SPI-水蘇糖復(fù)合溶液體系,聚集體之間的靜電斥力更強(qiáng),所以濁度小于SPI-水蘇糖復(fù)合溶液。

圖2 加熱對(duì)SPI、SPI-水蘇糖、SPI-棉子糖復(fù)合溶液濁度的影響Fig.2 Effect of heating on turbidity of SPI,SPI-stachyose and SPI-raffinose composite solution

2.3不同溫度處理對(duì)復(fù)合體系粒徑分布及大小的影響

PDI反映蛋白質(zhì)分子之間,以及蛋白質(zhì)和水分子之間作用力的改變:分散指數(shù)越小,說明蛋白質(zhì)顆粒粒徑分布范圍較小。從表1看出,加熱引起SPI以及SPI-寡糖復(fù)合物分散體系中PDI值的改變。隨著溫度的升高SPI溶液的PDI值逐漸增大。說明加熱誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性,使得蛋白質(zhì)分子間相互作用增強(qiáng),SPI顆粒更容易聚集,顆粒粒徑增大[22]。然而加熱處理(65～75 ℃)降低了SPI-寡糖復(fù)合溶液整體的PDI值,可能是由于寡糖與SPI通過靜電復(fù)合,降低了顆粒之間的相互作用,從而減小了顆粒粒徑的分布范圍[23]。隨著溫度的升高,SPI-寡糖復(fù)合物的PDI值降低后又呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。PDI值增大,說明粒徑分布寬度增加,復(fù)合物大分子在溶液中的分散指數(shù)增大,溶液中顆粒分散性較差[24]。SPI-棉子糖和SPI-水蘇糖復(fù)合物在75 ℃處理時(shí),PDI值最小,分別為0.294和0.254,均低于SPI溶液。PDI值越小,說明分散體系中粒徑分布范圍越小,顆粒分散性較好[25]。

由激光粒度儀測(cè)試結(jié)果的D(50)數(shù)據(jù)作為樣品溶液的平均粒徑進(jìn)行分析。由表2發(fā)現(xiàn),加熱處理后三種溶液的平均粒徑增大,且隨著溫度的升高,平均粒徑逐漸增大。可能是由于升高體系溫度顯著增加顆粒的不穩(wěn)定性,大分子顆粒聚集,粒徑增大[26]。而且SPI-寡糖復(fù)合溶液的平均粒徑大于SPI溶液,這可能是由于在加熱過程中,SPI肽鏈展開,暴露出的帶電基團(tuán)與寡糖發(fā)生靜電復(fù)合,因此平均粒徑增大,而且隨著溫度升高,SPI變性程度較大,原本伸展的復(fù)合物鏈發(fā)生卷曲,復(fù)合物之間相互作用增加,發(fā)生聚集,小顆粒聚集為大顆粒,平均粒徑增大[27]。

表2 加熱對(duì)SPI及復(fù)合溶液平均粒徑的影響Table 2 Effects of heating on average particle size of SPI and composite solution

圖3 加熱溫度對(duì)SPI溶液粒度分布的影響Fig.3 Effect of heating on particle size distribution of SPI solution

圖3～圖5中分別為不同溫度處理后SPI溶液以及分別與棉子糖和水蘇糖復(fù)合溶液粒度分布與粒徑的變化。從圖3中可以看出,65 ℃加熱后的SPI粒徑主要分布在0.08～3.42 μm之間,峰值大約在0.135 μm左右。隨著溫度的升高,粒徑分布逐漸右移,主要分布在0.08～8.25 μm之間,可能是由于加熱使得SPI肽鏈逐漸展開,發(fā)生變性,形成不規(guī)則粒子,使得粒徑增大。圖4表示SPI-棉子糖復(fù)合溶液,經(jīng)加熱處理后粒徑分布再次右移,主要分布在0.16～12.80 μm之間,其中主要分布區(qū)又包括兩個(gè)峰,峰值主要分布在0.43、7.93 μm左右?？赡苁怯捎诩訜崾筍PI中肽鏈展開,疏水基團(tuán)暴露,帶正電荷的基團(tuán)與棉子糖發(fā)生靜電復(fù)合,形成可溶性復(fù)合物,致使分子粒徑變大。圖5表示加熱處理的SPI-水蘇糖復(fù)合溶液,與圖3相比粒徑分布右移,主要分布在0.12～9.55 μm之間,主要分布區(qū)包括峰值在0.4、3.52 μm左右兩個(gè)峰。形成原因可能與SPI-棉子糖復(fù)合溶液一樣,但不同的是,在SPI-水蘇糖復(fù)合溶液中,體系負(fù)電荷密度更小,所帶負(fù)電荷較少,與SPI的靜電復(fù)合程度小于SPI-棉子糖溶液,因此平均粒徑以及粒度分布范圍均小于SPI-棉子糖溶液。當(dāng)溶液經(jīng)過75 ℃處理時(shí),三種溶液的體積分?jǐn)?shù)均為最高,SPI溶液粒度分布在0.1～0.8 μm,峰值高達(dá)17.7%;SPI-棉子糖復(fù)合溶液粒度主要分布在0.15～0.80 μm,峰值高達(dá)19.6%,比SPI溶液峰值高10.7%;SPI-水蘇糖復(fù)合溶液粒度主要分布在0.15～0.80 μm,峰值最高為24.2%,比SPI溶液峰值高36.7%。說明此溫度下SPI與寡糖靜電復(fù)合效果較好,溶液中的顆粒粒度分布更為均一,這與周文婷等人[27]的研究結(jié)果相似。當(dāng)溫度繼續(xù)升高,復(fù)合物間的相互作用增加,小顆粒的數(shù)量減少導(dǎo)致體積分?jǐn)?shù)減小,大的顆粒出現(xiàn)使得峰寬變寬。

圖4 加熱溫度對(duì)棉子糖-SPI復(fù)合溶液粒度分布的影響Fig.4 Effect of heating on particle size distribution of SPI-raffinose composite solution

圖5 加熱對(duì)SPI-水蘇糖復(fù)合溶液粒度分布的影響Fig.5 Effect of heating on particle size distribution of SPI-stachyose composite solution

2.4不同溫度處理對(duì)復(fù)合體系熒光光譜的測(cè)定

在蛋白質(zhì)分子中,受到激發(fā)的氨基酸具有發(fā)射熒光能力的主要有色氨酸(Trp)、酪氨酸(Tyr)和苯丙氨酸(Phe)。色氨酸熒光強(qiáng)度最大,其次是酪氨酸,最弱的是苯丙氨酸[28],它們的熒光峰位波長(zhǎng)分別是348,303,282 nm左右。所以,一般選用Trp作為熒光內(nèi)源熒光探針檢測(cè)蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化較為方便[29]。不同熱處理?xiàng)l件下SPI溶液及其與寡糖的復(fù)合溶液的熒光光譜結(jié)果如圖6～圖8所示。未處理的SPI溶液熒光峰在343 nm,表明色氨酸在蛋白質(zhì)內(nèi)部的疏水基團(tuán)中[30],被非極性氨基酸包圍[29]。當(dāng)少量Trp殘基處于極性環(huán)境中時(shí),最大發(fā)射波長(zhǎng)可能會(huì)發(fā)生藍(lán)移,并且熒光強(qiáng)度增加[31]。經(jīng)過熱處理后,SPI溶液的最大發(fā)射波長(zhǎng)并沒有變化,但是熒光強(qiáng)度均有所增強(qiáng),可能是由于熱處理后,SPI的肽鏈展開,結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,導(dǎo)致色氨酸暴露出來,熒光強(qiáng)度增強(qiáng)[32]。圖7為SPI-水蘇糖復(fù)合溶液的熒光圖譜,與圖6相比可以發(fā)現(xiàn),未加熱處理的SPI-寡糖復(fù)合溶液與SPI溶液的熒光強(qiáng)度相近,沒有太大變化。65、70 ℃處理后,SPI-水蘇糖復(fù)合溶液的熒光強(qiáng)度均有所降低,可能是由于水蘇糖與SPI發(fā)生相互作用,為內(nèi)源Trp提供了疏水環(huán)境,使熒光產(chǎn)生猝滅作用,從而熒光強(qiáng)度降低[33]。而75 ℃熱處理后,復(fù)合溶液的熒光強(qiáng)度增強(qiáng),可能是由于溫度高于70 ℃后SPI中7S組分開始變性[34],蛋白質(zhì)肽鏈逐漸展開,芳香族氨基酸側(cè)鏈暴露逐漸變多,當(dāng)溫度達(dá)到75 ℃時(shí),所帶負(fù)電荷的水蘇糖與SPI部分結(jié)合,另一部分Trp暴露于極性溶液中,熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。當(dāng)溫度達(dá)到80 ℃時(shí),SPI展開程度增強(qiáng),水蘇糖與更多的結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合,為Trp提供較強(qiáng)的疏水環(huán)境,因此熒光強(qiáng)度降低;當(dāng)溫度升高到85 ℃時(shí),水蘇糖與SPI發(fā)生相互作用的部分與肽鏈展開暴露出的Trp量子產(chǎn)率相當(dāng)[35],即降低的熒光強(qiáng)度與增加的熒光強(qiáng)度相當(dāng),所以表觀熒光強(qiáng)度改變程度較小。圖8為SPI-棉子糖復(fù)合溶液的熒光圖譜,與SPI溶液相比,未加熱處理的復(fù)合溶液與SPI溶液熒光強(qiáng)度類似,不同加熱條件下,SPI-棉子糖復(fù)合溶液的熒光強(qiáng)度均有大幅度下降。65、70 ℃處理后,與圖7類似,SPI-棉子糖復(fù)合溶液熒光強(qiáng)度有所下降,可能是由于棉子糖與SPI發(fā)生靜電相互作用,在蛋白質(zhì)表面形成復(fù)合膜[7],為Trp提供疏水環(huán)境,使熒光強(qiáng)度降低。75 ℃熱處理后,熒光強(qiáng)度沒有顯著變化,雖然SPI中的7S組分已經(jīng)變性,但是棉子糖所帶的負(fù)電荷要多于水蘇糖,所以SPI與棉子糖的結(jié)合位點(diǎn)增多,使得原本因肽鏈展開露出的芳香族氨基酸側(cè)鏈又重新被包埋,因此宏觀熒光強(qiáng)度沒有明顯變化,與ManeephanKeerati-u-rai等人[35]的研究結(jié)果類似。當(dāng)溫度高達(dá)80、85 ℃時(shí),復(fù)合溶液熒光強(qiáng)度顯著降低,可能是由于帶負(fù)電荷較多的棉子糖更易于與變性程度較大的SPI發(fā)生相互作用,與蛋白質(zhì)殘基中帶正電基團(tuán)的復(fù)合程度較高,使得芳香族氨基酸被非極性環(huán)境所包圍,從而為內(nèi)源Trp提供疏水環(huán)境,導(dǎo)致對(duì)蛋白質(zhì)內(nèi)源熒光產(chǎn)生猝滅作用,所以熒光強(qiáng)度降低程度較大[36]。從三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化來看,SPI與寡糖通過靜電作用力相結(jié)合,從而對(duì)蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的改善起到促進(jìn)作用。當(dāng)處理溫度為75 ℃時(shí),寡糖與SPI結(jié)合程度較為適中,從而有利于達(dá)到更加合理的親水親油平衡值,從而提高其乳化性。

圖6 加熱對(duì)SPI溶液熒光光譜的影響Fig.6 Effect of heating on fluorescence spectrum of SPI solution

圖7 加熱對(duì)SPI-水蘇糖復(fù)合溶液熒光光譜的影響Fig.7 Effect of heating on fluorescence spectrum of SPI-stachyose composite solution

圖8 加熱對(duì)SPI-棉子糖復(fù)合溶液熒光光譜的影響Fig.8 Effect of heating on fluorescence spectrum of SPI-raffinose composite solution

2.5不同溫度處理對(duì)復(fù)合體系乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響

圖9為不同熱處理?xiàng)l件下,三種溶液體系乳化性的變化。隨著溫度的升高,SPI乳狀液的乳化性呈先輕微上升然后逐漸緩慢降低的趨勢(shì),且溫度達(dá)到70 ℃之后,乳化性低于其他兩種復(fù)合乳狀液。SPI-棉子糖乳狀液和SPI-水蘇糖乳狀液的乳化性都呈先升高后降低的趨勢(shì),且SPI-水蘇糖與SPI-棉子糖復(fù)合乳狀液在75 ℃時(shí)的乳化性均較高,分別達(dá)到0.661±0.002和0.597±0.003,對(duì)比于SPI溶液,分別提高了32.7%和19.9%。這可能是由于SPI受熱后分子吸收能量使內(nèi)能增加,空間構(gòu)型中的部分次級(jí)鍵斷裂,有利于SPI構(gòu)型展開,分子內(nèi)的許多基團(tuán)外露[37],界面張力下降[38],所以乳化性有所增強(qiáng),而75 ℃時(shí)SPI內(nèi)部結(jié)構(gòu)伸展程度變大,破壞SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)[39],疏水基團(tuán)暴露增多,反而不利于親水基與親油基的平衡,所以SPI溶液乳化性開始降低,但是寡糖與SPI在此溫度下發(fā)生靜電相互作用,形成可溶性復(fù)合物,表面的疏水基團(tuán)和親水基團(tuán)的比例改變,親水親油平衡值趨于更加合理的平衡[40],從而形成一層薄膜覆蓋在油滴表面,懸浮分散于水溶液中形成乳濁液[41],從而使得SPI-寡糖復(fù)合乳狀液具有較好的乳化性。但是隨著溫度的繼續(xù)升高,SPI結(jié)構(gòu)改變程度更大,大分子聚集體出現(xiàn)從而限制了復(fù)合物在界面迅速展開。且SPI-寡糖復(fù)合乳液的電位較高,分子間排斥力較低,更易形成大分子顆粒,從而容易生成聚集體,反而影響蛋白質(zhì)乳化性[42]。因此，在適當(dāng)加熱條件下,蛋白質(zhì)與寡糖發(fā)生靜電復(fù)合可以改善蛋白質(zhì)的乳化性。

圖 9 加熱對(duì)SPI、SPI-棉子糖、SPI-水蘇糖復(fù)合溶液乳化性的影響Fig.9 Effect of heating on emulsification of SPI,SPI-stachyose and SPI-raffinose composite solution

由圖10可以發(fā)現(xiàn),無論是SPI溶液,還是SPI-寡糖復(fù)合溶液,乳化穩(wěn)定性都呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)?？赡苁怯捎诩訜岷蟮鞍踪|(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化,原有的緊密結(jié)構(gòu)被破壞,蛋白質(zhì)在油水界面達(dá)到更加適宜的親水親油平衡,但溫度高于75 ℃后SPI變性程度較大,反而破壞其親水親油平衡性。當(dāng)SPI分子與寡糖發(fā)生靜電復(fù)合作用后,復(fù)合物的親水基團(tuán)增加,從而增加了乳狀液的乳化穩(wěn)定性,所以靜電復(fù)合物能夠更好的發(fā)揮乳化作用[43]。

圖10 加熱對(duì)SPI、SPI-水蘇糖、SPI-棉子糖復(fù)合溶液乳化穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effect of heating on emulsion stability of SPI,SPI-stachyose and SPI-raffinose composite solution

3 結(jié)論

以SPI、寡糖為原料,在水溶液中可以形成復(fù)合體系。通過Zeta電位分析與濁度的測(cè)定,發(fā)現(xiàn)在加熱過程中,復(fù)合溶液的Zeta電位整體高于SPI溶液,濁度的變化與電位相一致,SPI與寡糖發(fā)生靜電相互作用。并且粒度分析發(fā)現(xiàn),SPI溶液的粒度分布范圍為0.08～8.25 μm,復(fù)合物粒度分布右移,SPI-棉子糖復(fù)合物粒度分布范圍0.16～12.80 μm,SPI-水蘇糖粒度分布范圍為0.12～9.55 μm,75 ℃處理后,增加了復(fù)合溶液顆粒的分散性,從微觀粒徑角度證實(shí)了可溶性復(fù)合物的形成。通過熒光光譜分析發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)受熱后結(jié)構(gòu)改變,有利于SPI與寡糖發(fā)生靜電相互作用,使得粒子表面所帶電荷發(fā)生逆反,從而形成雙層膜,使得復(fù)合溶液乳化性得到提高,SPI-水蘇糖與SPI-棉子糖復(fù)合乳狀液在75 ℃時(shí)的乳化性較高,較SPI溶液分別提高32.7%和19.9%。因此,在功能性乳制品中,SPI與寡糖發(fā)生靜電相互作用可以提高蛋白質(zhì)的乳化性,改善SPI的功能性質(zhì),為SPI乳化性進(jìn)一步研究提供思路。

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Effectofheatingonthepropertiesofcompositesolutionofsoybeanproteinisolated-oligosaccharides

FANXue-jing,LIUHong-yu*,CHIYu-jie

(College of Food Science,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In this paper,soybean protein isolated and oligosaccharides(raffinose and stachyose)were used as raw materials,the influence of heating(65,70,75,80,85 ℃)on the emulsifying properties of compound and polymerization mechanism were investigated. The relationships among the major acting force producing the compound,characters of compounds,their structure features and functional traits were discussed. The research found that heating would raise the Zeta electric potential of the solution,intensify the turbidity and shift the distribution of granularity towards the right direction which illustrated that SPI and oligosaccharides would form soluble compound when heated. Moreover the decrease of fluorescence intensity verified the static interaction of protein and oligosaccharides in structural aspect. Simultaneously,the function of compounds was ameliorated more than that of proteins. The emulsification and foamability of SPI-raffinose and SPI-lupeose achieve their maximal value in 75 ℃,which was increased by 32.7% and 19.9%.

soybean protein isolated;oligosaccharides;electrostatic interactions;emulsification

2016-12-29

樊雪靜(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：大豆蛋白深加工，E-mail：13019006983@163.com。

*通訊作者:劉紅玉(1970-)，女，博士，副教授，研究方向：大豆深加工及生物活性物質(zhì)的研究，E-mail：liuhongyu70@yeah.net。

大豆生物學(xué)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)研究基金項(xiàng)目。

TS214.2

:A

:1002-0306(2017)17-0038-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.17.008