超聲處理改善不同比例大豆-乳清混合蛋白理化性質(zhì)

王喜波，崔　強(qiáng)，張安琪，王玉瑩，孫洪蕊，朱丹丹，劉越峰

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超聲處理改善不同比例大豆-乳清混合蛋白理化性質(zhì)

王喜波1，崔強(qiáng)1，張安琪1，王玉瑩1，孫洪蕊2，朱丹丹3，劉越峰3

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030； 2. 吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，長(zhǎng)春 130000； 3. 黑龍江省公安消防總隊(duì)，哈爾濱 150090）

為了探究超聲作用對(duì)不同比例大豆-乳清混合蛋白功能性質(zhì)的影響。該試驗(yàn)以大豆蛋白與乳清蛋白為原料，對(duì)粒徑、-電位、內(nèi)源性熒光光譜、掃描電子顯微鏡等結(jié)構(gòu)性質(zhì)，以及乳化活性、乳化穩(wěn)定性、質(zhì)構(gòu)、持水性等理化特性和功能特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明：當(dāng)SPI-WPI（soy protein isolate- whey protein isolate）質(zhì)量比為5:5時(shí)，乳化活性與乳化穩(wěn)定性最大（65.5 m2/g，16.3 min），同時(shí)粒徑分布由雙峰轉(zhuǎn)為單峰，體積平均粒徑[4,3]達(dá)到最小值（205.6 nm）、-電位絕對(duì)值達(dá)到最大（21.4 mV），此時(shí)混合體系穩(wěn)定性最好。內(nèi)源性熒光光譜顯示有熒光物質(zhì)釋放，熒光強(qiáng)度持續(xù)增強(qiáng)，說(shuō)明超聲處理改變了混合體系蛋白結(jié)構(gòu)。超聲處理后混合蛋白比例在5:5時(shí)，具有最佳的凝膠性質(zhì)，硬度達(dá)到最高（475.61 N），持水性達(dá)到最大（85.32%），與掃描電子顯微鏡的結(jié)果一致，顯示此時(shí)混合蛋白體系形成致密、均一、有規(guī)則凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該研究可為大豆-乳清混合蛋白的應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

超聲波；乳化性；凝膠化；大豆分離蛋白；乳清分離蛋白

0 引 言

蛋白質(zhì)因具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和優(yōu)越的功能特性[1]一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，通過(guò)混合蛋白得到全新質(zhì)感和更有利于人體健康的食品特別是植物蛋白與動(dòng)物蛋白的混合體系食品越來(lái)越得到重視[1-2]。乳清分離蛋白（WPI，whey protein isolate）與大豆分離蛋白（SPI，soy protein isolate）廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中[3]，然而膨化蛋白質(zhì)在食品和非食品領(lǐng)域的應(yīng)用一直受到WPI膠凝性差以及SPI乳化性差的限制[4]。嚴(yán)重制約了混合蛋白在食品中的應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)混合蛋白體系研究重點(diǎn)主要集中在提高混合蛋白的理化特性與探究不同處理對(duì)混合蛋白之間相互作用的影響。Cosmin等[1]研究發(fā)現(xiàn)熱處理大豆蛋白與酪蛋白混合體系有利于2種蛋白相互作用促使凝膠性能得到提升。Jissy等[2]研究不同離子濃度下大豆蛋白與乳清蛋白混合體系之間的相互作用，解析了不同離子濃度下球蛋白之間的相互作用。Qin等[5]研究表明微波處理可提高大豆與小麥混合蛋白的凝膠強(qiáng)度改變混合蛋白的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，超聲技術(shù)已廣泛應(yīng)用在食品體系，在液體中能夠產(chǎn)生空化、剪切壓力以及湍流作用[6-7]。超聲波在處理液體食品時(shí)，對(duì)食品組分的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生影響。然而，目前關(guān)于超聲處理對(duì)SPI-WPI混合蛋白體系功能性質(zhì)的研究還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)主要探究不同比例SPI-WPI混合蛋白超聲處理后對(duì)體系乳化性與凝膠性的影響，以及超聲處理對(duì)混合蛋白功能性質(zhì)改變的機(jī)理，以不同比例SPI-WPI混合蛋白未超聲處理作對(duì)照。

優(yōu)質(zhì)的混合蛋白健康食品（優(yōu)質(zhì)植物蛋白和優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白）備受關(guān)注[8]，混合蛋白的互補(bǔ)作用主要體現(xiàn)在，大豆分離蛋白與牛乳中酪蛋白或乳清蛋白間相互作用形成“關(guān)鍵簇”促進(jìn)氨基酸的高效利用[9]。本文旨在制備一種高乳化性與凝膠性的混合蛋白食品，為開(kāi)發(fā)新型雙蛋白食品提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白（實(shí)驗(yàn)室自制）；乳清分離蛋白（Sigma 公司）；谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（一鳴生物制品有限公司）；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

ULTRA-TURRAX T18 Basic型高速分散機(jī)/勻漿機(jī)（德國(guó) IKA公司）；TU-1800 型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；ALPHA 1-4 LSC型冷凍干燥機(jī)（德國(guó) Christ 公司）；超聲波細(xì)胞破碎儀（寧波新芝生物科技股份有限公司）；F-4500熒光分光光度計(jì)（日本HITACHI 公司）；掃描電子顯微鏡（日立高新技術(shù)公司）；粒度分布儀（美國(guó)布魯克海文儀器公司）；

1.3 方 法

1.3.1 超聲處理SPI-WPI混合物試驗(yàn)設(shè)計(jì)

制備方法參照Qin等[4]的方法，試驗(yàn)組：將SPI、WPI粉末分別溶于去離子水中使蛋白質(zhì)量濃度達(dá)到100 mg/mL。25 ℃下磁力攪拌1 h，后將2種蛋白（SPI:WPI）分別按照9:1、7:3、5:5、3:7、1:9比例（質(zhì)量比）混合（總質(zhì)量30 g）于50 mL錐形瓶中，用分散器（10 000 r/min）攪拌5 min，繼續(xù)在磁力攪拌1 h，使其充分溶解。對(duì)照組：分別將單SPI、單WPI粉末溶于去離子水中使蛋白質(zhì)量濃度達(dá)到100 mg/mL。同理在25 ℃下磁力攪拌1 h后用分散器（10 000 r/min）攪拌5 min，繼續(xù)磁力攪拌1 h，使其充分溶解。4 ℃靜置過(guò)夜。超聲處理參考Hu等[10]的方法，設(shè)置溫度不得超過(guò)50 ℃，將超聲波處理器的鈦探頭（直徑0.636 cm）插入液面下，距離錐形瓶底部1 cm處，輸出功率為450 W下處理30 min，超聲時(shí)間1 s，間隔時(shí)間1 s。

1.3.2 乳化性及乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

參考Pearce等[11]的方法，用磷酸鹽緩沖液（0.2 mol/L，pH值7.0）稀釋改性后的混合蛋白樣品至2 mg/mL，以體積比3:1的比例混合蛋白樣品溶液與大豆油，并將其進(jìn)行1 min均質(zhì)（11 000 r/min）處理。處理后迅速吸取底部乳液100L，將其加入到10 mL 0.1% SDS 溶液中均勻混合。然后用分光光度計(jì)500 nm處分別測(cè)定0和10 min的吸光值。其乳化活性（EAI，emulsifying activity index）和乳化穩(wěn)定性（ESI，emulsifying stability index）的計(jì)算公式如式（1）、（2）。

式中為稀釋倍數(shù)100；為常數(shù)2.303；為比色池光徑1 cm；為油相體積分?jǐn)?shù)，取0.25；為乳化液形成前蛋白質(zhì)的濃度，取10 mg/mL；0、10分別為乳狀液在0、10 min的吸光度。

1.3.3 粒徑分布的測(cè)定

用磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L、pH值7.0）稀釋制備的SPI-WPI混合溶液至1 mg/mL，參數(shù)設(shè)置為：顆粒折射率（1.460），分散劑折射率（1.330）[12]。

1.3.4-電位的測(cè)定

采用電位儀測(cè)定樣品的-電位。將制備的SPI-WPI混合溶液稀釋至2 mg/mL，溫度平衡2 min，在25 ℃下測(cè)定[12]。

1.3.5 內(nèi)源熒光光譜測(cè)定

用磷酸鹽緩沖溶液（0.01 mol/L，pH值7.0）將不同比例的混合蛋白液配制成5 mg/mL的樣品溶液，設(shè)置激發(fā)波長(zhǎng)290 nm，發(fā)射波長(zhǎng)范圍300～460 nm，狹縫均為5.0 nm進(jìn)行掃描[13]。

1.3.6 混合蛋白凝膠的制備

將不同比例的混合蛋白超聲處理后加入TG酶（0.3 g TG酶，10 g蛋白），并將溶液的pH值調(diào)節(jié)至7.0[2]。在45 ℃下將樣品保持2 h，然后在90 ℃加熱滅酶10 min。形成的凝膠在4 ℃下冷藏過(guò)夜，然后進(jìn)行質(zhì)構(gòu)、持水率（WHC，water holding capacity）、掃描電子顯微鏡（SEM，scanning electron microscope）的分析。

1.3.7 質(zhì)構(gòu)的測(cè)定

參考Jin等[14]的方法，略加改動(dòng)，采用 TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行測(cè)定。將不同比例混合蛋白超聲處理后置于燒杯中（50 mm（直徑）×25 mm（高），制備成凝膠。質(zhì)構(gòu)性質(zhì)的測(cè)定使用/0.5柱形探頭，探頭下行速度為1 mm/s，檢測(cè)速度為5mm/s，后撤速度為5mm/s，觸發(fā)力為5 g，一次測(cè)定探頭下壓2次。

1.3.8 持水性的測(cè)定

將凝膠樣品放在10 mL的離心管中，離心機(jī)4 000 r/min條件下離心30 min，分別將離心前與離心后移出多余水分的試管仔細(xì)稱量[15]，持水性（WHC）的計(jì)算公式如式（3）。

式中W樣品離心前與離心管的共同質(zhì)量，g；W樣品離心除水后與離心管的共同質(zhì)量，g。

1.3.9 掃描電子顯微鏡觀察

將超聲處理后不同比例的混合蛋白進(jìn)行樣品前處理，凝膠切塊，浸泡在戊二醛固定劑溶液中24 h。用0.1 mol/L、pH值7.2的磷酸鹽緩沖液沖洗3次。脫水用濃度為50%、70%、90%的乙醇各進(jìn)行1次，每次15 min，然后100%的乙醇脫水3次，每次15 min。用體積比1:1的100%乙醇：叔丁醇、純叔丁醇置換各1次，后冷凍干燥。然后將樣品置于掃描電子顯微鏡（5kV）下觀察其顯微結(jié)構(gòu)[16]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

每次試驗(yàn)做3次平行試驗(yàn)，采用IBM SPSS Statistics 20軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 8.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳化性及乳化穩(wěn)定性分析

圖1為未處理與超聲處理對(duì)SPI-WPI乳化活性與乳化穩(wěn)定性的影響圖，由圖1可知，不同比例SPI-WPI混合體系在超聲處理后乳化活性與乳化穩(wěn)定性隨著SPI-WPI質(zhì)量比的增加呈先升高后降低的趨勢(shì)。未超聲的混合體系乳化活性先上升后下降，而乳化穩(wěn)定性先升高，SPI-WPI質(zhì)量比為3:7時(shí)下降，隨后上升達(dá)到最大值。超聲處理5:5時(shí)乳化活性與乳化穩(wěn)定性均達(dá)到最大值分別為65.5 m2/g和16.3 min，較最低值分別提高15.5%和25.5%。對(duì)照組5:5時(shí)乳化活性達(dá)到最大值為59.3 m2/g，乳化穩(wěn)定性在SPI-WPI質(zhì)量比為1:9時(shí)為最大值16.2 min。影響混合體系乳化性的因素有很多，如SPI與WPI的結(jié)合程度、分子顆粒分布、蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的改變等[17]。超聲處理后乳化活性顯著高于對(duì)照組是因?yàn)镾PI-WPI混合蛋白質(zhì)超聲處理后在水中進(jìn)一步伸展，內(nèi)部基團(tuán)暴露，更多小分子聚集在油水界面上，從而有效提高體系的乳化性[18]。Greta等[19]研究發(fā)現(xiàn)超聲可以改變蛋白分子的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)疏水作用，進(jìn)而提高蛋白乳化性。而當(dāng)SPI-WPI質(zhì)量比超過(guò)3:7時(shí)對(duì)照組乳化穩(wěn)定性高于超聲處理組，這是因?yàn)閃PI具有高乳化性[20]，隨著混合體系中WPI質(zhì)量比的增加蛋白之間相互作用乳化穩(wěn)定性增大。另外，不同比例混合蛋白超聲處理后整體結(jié)構(gòu)舒展，隨著SPI-WPI質(zhì)量比的增加，2種蛋白之間相互聚集，易于附聚在一起形成附聚物，可能影響疏水集團(tuán)的暴露，從而降低體系乳化活性[21]。此外，聚集的蛋白質(zhì)構(gòu)象穩(wěn)定性更強(qiáng)，不易解折疊及快速在油-水界面上穩(wěn)定，因此導(dǎo)致乳化穩(wěn)定性的降低。

注：不同字母代表有顯著性差異（P<0.05），下同。

2.2 粒徑分布分析

圖2為未處理與超聲處理對(duì)SPI-WPI粒徑相對(duì)體積與平均粒徑分布圖，如圖2a所示未超聲處理粒徑呈雙峰分布，體積平均粒徑[4,3]先增加后減小。超聲處理后隨著WPI質(zhì)量比的增加粒徑分布向更小且峰更窄的方向發(fā)展，Jambrak等[22]發(fā)現(xiàn)蛋白經(jīng)超聲處理后粒徑會(huì)顯著減小。超聲處理混合蛋白比例5:5時(shí)轉(zhuǎn)為單峰分布，此時(shí)蛋白比例平衡，使聚集后的團(tuán)塊最小，增加特定的自由表面[23]，形成粒徑大小均勻的微粒。圖2b為體積平均粒徑[4,3]分布圖，由圖可知當(dāng)超聲處理SPI-WPI混合體系比例為5:5時(shí)[4,3]達(dá)到最小值為205.6 nm。對(duì)照組蛋白比例為9:1時(shí)[4,3]達(dá)到最小值為335.7 nm。這可能因?yàn)榈鞍滓撼浞炙习l(fā)生聚集使得粒徑增大。WPI粒度顯著小于SPI，隨著WPI質(zhì)量比的增加，蛋白碰撞結(jié)合程度減小，所以未處理的混合蛋白[4,3]下降。超聲處理蛋白時(shí)，顆粒的破碎與重聚集同時(shí)發(fā)生[24]，Gordon等[25]的研究具有相似的結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于較高的超聲功率（450 W）處理12.5 min后WPI的粒徑將不再減小，WPI的粒度分布也不明顯的降低。此外在450 W的較高超聲功率條件的處理下蛋白的相互作用增加分子間的碰撞與聚集表現(xiàn)出粒徑輕微增加Arzeni等[26]也有類似的結(jié)果。Li等[27]指出乳液的粒徑也是影響乳液穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素，粒徑過(guò)大體系變得不穩(wěn)定，這與本研究乳化特性的結(jié)果一致。另外Hu等[28]提出由于長(zhǎng)時(shí)間的超聲處理會(huì)引起熱效應(yīng)從而會(huì)使蛋白之間的相互作用形成小聚集體導(dǎo)致粒徑的增加。

圖2 未處理與超聲處理SPI-WPI相對(duì)體積分布與平均粒徑分布圖

2.3 ζ-電位分析

SPI-WPI混合蛋白溶液的穩(wěn)定性可以通過(guò)-電位即混合體系表面電荷的多少進(jìn)行判斷，其中最重要的是粒子間的靜電斥力[29]。由圖3可知對(duì)照組-電位變化趨勢(shì)不明顯，SPI-WPI質(zhì)量比為5:5時(shí)絕對(duì)值達(dá)到最大18.1 mV，超聲處理后不同比例的混合蛋白超聲處理后ζ-電位隨著SPI-WPI質(zhì)量比的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在SPI-WPI質(zhì)量比為5:5時(shí)絕對(duì)值達(dá)到最大21.4 mV，說(shuō)明此時(shí)顆粒之間的靜電斥力最大，體系中分子不易于相互聚集[30]，穩(wěn)定性最好，這與粒徑分布研究結(jié)果吻合。

圖3 未處理與超聲處理對(duì)混合蛋白ζ-電位的影響

試驗(yàn)表明，超聲處理會(huì)引起蛋白結(jié)構(gòu)改變與分子間疏水相互作用的部分?jǐn)嗔延嘘P(guān)，而不是肽鍵和二硫鍵[24]，當(dāng)混合蛋白比例為適當(dāng)時(shí)，空化效應(yīng)更利于分子間結(jié)構(gòu)重排顆粒表面負(fù)電荷增加[31]。不同比例的SPI與WPI在超聲處理后可改變體系表面電位和靜電斥力，靜電排斥維持乳液的穩(wěn)定性，這與乳化性穩(wěn)定性的研究結(jié)果相符合。

2.4 內(nèi)源熒光光譜分析

蛋白質(zhì)分子中內(nèi)源熒光主要來(lái)自色氨酸和酪氨酸殘基，其對(duì)微觀環(huán)境的變化非常敏感，因此用于蛋白質(zhì)三級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)象變化的觀察[32]。如圖4所示，對(duì)照組不同比例SPI-WPI混合蛋白熒光強(qiáng)度較低且未發(fā)生紅藍(lán)移，說(shuō)明此時(shí)蛋白結(jié)構(gòu)未改變。

圖4 未處理與超聲處理熒光光譜圖

超聲處理后內(nèi)源性熒光強(qiáng)度隨著WPI質(zhì)量比的增加而增加，其內(nèi)源性熒光光譜的最大熒光強(qiáng)度發(fā)生藍(lán)移（即短波長(zhǎng)方向移動(dòng)），說(shuō)明不同比例SPI-WPI混合蛋白在超聲處理后混合體系的構(gòu)象發(fā)生了改變，熒光基團(tuán)轉(zhuǎn)向更加疏水的環(huán)境中，這可能是因?yàn)槌曁幚硐耂PI和WPI之間的相互作用使得蛋白質(zhì)分子中的氨基酸的微觀環(huán)境發(fā)生擾亂，Zhang等[32]得到相似的研究結(jié)果。熒光強(qiáng)度的增加是因?yàn)樵谳^高的超聲功率（450 W）條件處理下，混合蛋白的結(jié)構(gòu)得到充分的展開(kāi)，被包埋在蛋白內(nèi)部的發(fā)色基團(tuán)暴露在溶液中，增加混合蛋白表面分子的原因[33],使得蛋白的三級(jí)結(jié)構(gòu)變得更加的舒展。

2.5 質(zhì)構(gòu)與持水性分析

質(zhì)構(gòu)與持水性是蛋白凝膠最重要的2個(gè)指標(biāo)，可以反映凝膠體系中蛋白與水相互作用的關(guān)系。表1顯示在TG酶交聯(lián)作用下未處理與超聲處理不同比例SPI-WPI混合蛋白質(zhì)構(gòu)和持水性的變化。未處理的混合蛋白質(zhì)構(gòu)特性與持水性均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)且變化范圍不大，這可能是因?yàn)閃PI較弱的凝膠性所導(dǎo)致。超聲處理后SPI-WPI混合體系5:5時(shí)具有最高硬度值為475.61 N，同樣粘性與咀嚼性也達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)樵诔曌饔孟?，蛋白之間弱鍵占主導(dǎo)地位，此時(shí)有助于凝膠硬度升高，黏性增大[15]。隨著WPI質(zhì)量比的增加2種蛋白質(zhì)之間的相互作用減弱，超聲處理后并沒(méi)有形成更多的二硫鍵導(dǎo)致凝膠的結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性有所下降，這一點(diǎn)也可以通過(guò)掃描電子顯微結(jié)構(gòu)來(lái)證實(shí)。持水性可以反映凝膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)的粗糙程度，當(dāng)SPI-WPI比例為5:5時(shí)，持水性達(dá)到最大值。Wu等[34]得到相似的結(jié)果并指出這可能是因?yàn)镾PI與WPI混合體系超聲作用下粒徑減小，從而促進(jìn)2種蛋白之間形成更加致密和均勻的凝膠結(jié)構(gòu)，高密度孔隙結(jié)構(gòu)且穩(wěn)定的凝膠可以有效的固定水分和提升質(zhì)構(gòu)性[35]。此外，不同比例SPI-WPI混合體系超聲處理后蛋白內(nèi)部結(jié)構(gòu)充分暴露，TG酶作用下易于形成二硫鍵，從而在SPI與WPI比例為5:5時(shí)形成了致密穩(wěn)定的凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

表1 未處理與超聲處理對(duì)不同SPI-WPI質(zhì)量比混合蛋白質(zhì)構(gòu)與持水性的影響

注：不同字母代表同一處理不同SPI-WPI質(zhì)量比差異顯著。

Note: Different letters means significant difference of different SPI-WPI mass ration in the same treatment.

2.6 掃描電鏡

掃描電子顯微鏡可以觀察到在TG酶作用下不同比例SPI-WPI混合蛋白凝膠放大5 000倍后的微觀結(jié)構(gòu)，如圖5所示為未處理與超聲處理后不同比例SPI-WPI混合蛋白凝膠掃描電子顯微鏡。由5a和5b可以看出SPI-WPI蛋白比例為9:1與7:3時(shí)凝膠結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不均勻粗糙的孔洞結(jié)構(gòu)。當(dāng)比例達(dá)到5:5時(shí)凝膠網(wǎng)絡(luò)具有更均勻有序和致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)與平滑的結(jié)構(gòu)，對(duì)照組凝膠結(jié)構(gòu)粗糙網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)單一，這與質(zhì)構(gòu)性和持水性的結(jié)果一致。根據(jù)Hu等[36]研究可知凝膠網(wǎng)絡(luò)的差異可能是由于超聲處理下產(chǎn)生空化現(xiàn)象后蛋白質(zhì)粒徑減小所致，與本試驗(yàn)粒徑結(jié)果一致。另外超聲處理會(huì)導(dǎo)致蛋白內(nèi)部基團(tuán)暴露于蛋白表面，更有利于混合蛋白二硫鍵的形成和疏水相互作用[4]，從而形成更均勻致密的凝膠結(jié)構(gòu)，但長(zhǎng)時(shí)間超聲的增加，蛋白分子間的相互碰撞加劇，可能產(chǎn)生聚集體。Ringgenberg等[37]研究表明凝膠性與蛋白的聚集體有著密切的關(guān)系，較大的聚集體會(huì)影響凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。所以當(dāng)SPI-WPI混合蛋白比例持續(xù)增加時(shí)，凝膠的結(jié)構(gòu)遭到了不同程度的破壞，從而微觀結(jié)構(gòu)顯示其凝膠結(jié)構(gòu)變得不再均勻致密。Jissy等[2]得出了相似的結(jié)論，在SPI和WPI比例為5:5時(shí)，混合體系的凝膠結(jié)構(gòu)由于蛋白質(zhì)相互作用形成更小的空隙網(wǎng)絡(luò)和孔洞結(jié)構(gòu)。這些細(xì)致有序的凝膠網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)具有更高的凝膠強(qiáng)度和持水性。

圖5 未處理與超聲處理混合蛋白凝膠掃描電子顯微鏡圖

3 結(jié) 論

1）超聲處理不同比例的SPI-WPI混合蛋白能有效提高其乳化活性、乳化穩(wěn)定性，當(dāng)SPI-WPI質(zhì)量比為5:5時(shí)，混合蛋白體系的乳化活性為65.5 m2/g，乳化穩(wěn)定性為16.3 min，較最低值分別提高15.5%和25.5%。-電位絕對(duì)值均達(dá)到最大值21.4 mV，且粒徑尺寸最?。?05.6 nm）呈單峰分布，說(shuō)明此時(shí)混合蛋白體系分布均勻，最為穩(wěn)定，利于混合體系在超聲處理后相互作用，提高乳化活性。

2）TG酶交聯(lián)作用下不同比例SPI-WPI混合蛋白超聲處理較未處理凝膠的質(zhì)構(gòu)性、持水性、微觀結(jié)構(gòu)有很大提高。超聲處理后當(dāng)SPI-WPI比例為5:5時(shí)，混合蛋白凝膠性具有最大的硬度為475.61 N，黏性與咀嚼性也達(dá)到最大值分別為349.19和352.20 N。凝膠結(jié)構(gòu)更加致密堅(jiān)固、持水性最高達(dá)到85.32%，較未超聲處理提高。SPI-WPI混合體系蛋白質(zhì)相互作用下凝膠結(jié)構(gòu)具有更加致密穩(wěn)定的凝膠三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本研究為開(kāi)發(fā)新型雙蛋白食品，提升植物蛋白與動(dòng)物蛋白制品的加工技術(shù)水平具有重要的理論及實(shí)踐價(jià)值，而且對(duì)研發(fā)新型蛋白生物材料具有重要的科學(xué)意義。

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Ultrasonic treatment improving physical and chemical properties of soybean-whey mixed protein in different proportions

Wang Xibo1, Cui Qiang1, Zhang Anqi1, Wang Yuying1, Sun Hongrui2, Zhu Dandan3, Liu Yuefeng3

(1.,150030,; 2.,130000,; 3.,150090,)

Proteins are widely used in food ingredients because of their excellent nutritional and functional values. We investigated the effect of ultrasound on the functional properties of different ratios of soybean-whey mixed protein. In the experiment, we used soy protein and whey protein as raw materials, use the particle size, ζ-potential, endogenous fluorescence spectrum, their indices from scanning electron microscope, as well as the emulsification activity, emulsion stability, texture, water holding capacity were studied for physico-chemical properties and functional properties. The results showed that when the mass ratio of SPI-WPI mixture was 5:5, the emulsification activity and emulsion stability reach highest (65.5 m2/g, 16.3min), and the particle size distribution changed from double peak to single peak, the volume average particle size reached the minimum value (205.6 nm), and the absolute value of the ζ-potential reached the maximum (21.4 mV), the mixed system had the best stability at this time. The endogenous fluorescence spectrum showed that fluorescent substances released and the fluorescence intensity continued increasing, which indicated the protein structure of the mixed system was changed in ultrasonic treatment. After ultrasonic treatment, the mass ratio of mixed protein at 5:5 had the best gel properties, the highest hardness (475.61N) and the maximum water holding capacity (85.32%), the gel has a dense network structure, consistent with the results of the scanning electron microscope, which indicated the gel structure of the mixed protein system was uniform. In recent years, mixed proteins foods are more conducive to human health and have been acquired new texture, especially the mixture of plant proteins and animal proteins, which have received increasing attention. Whey Protein Isolate (WPI) and Soy Protein Isolate (SPI) are widely used in the food industry. However, the application of expanded protein in food and non-food field has been limited by poor gelation of WPI and poor emulsification of SPI, which lead to seriously restrict to the application of mixed protein in food. Research on mixed protein systems mainly focuses on improving the physical-chemical properties of mixed proteins and exploring the effects of different treatments on the interaction between mixed proteins. However, research on the functional properties of the SPI-WPI mixed protein system by ultrasonic has not been reported. We mainly explored the effects of the emulsification and gel property after the ultrasonic treatment (450 W, 30 min) of different mass ratios (1:9, 3:7, 5:5, 7:3, 9:1). The different mass ratios of without ultrasonic SPI-WPI mixed protein were designed as a control to explore the mechanism of ultrasonic treatment on the functional properties of mixed proteins. Our studies showed that the complementary effects of mixed proteins were mainly reflected in the interaction between soy protein isolate and casein or whey protein in milk forms a “key cluster” to promote efficient use of amino acids. This essay study aimed to prepare a high-emulsification and gelatinous mixed protein food to provide a theoretical basis for the development of new biprotein foods.

ultrasonics; emulsification; gelation; soy protein isolate; whey protein isolate

王喜波，崔 強(qiáng)，張安琪，王玉瑩，孫洪蕊，朱丹丹，劉越峰. 超聲處理改善不同比例大豆-乳清混合蛋白理化性質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(22)：299－305. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.037 http://www.tcsae.org

Wang Xibo, Cui Qiang, Zhang Anqi, Wang Yuying, Sun Hongrui, Zhu Dandan, Liu Yuefeng. Ultrasonic treatment improving physical and chemical properties of soybean-whey mixed protein in different proportions[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(22): 299－305. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.037 http://www.tcsae.org

2018-07-04

2018-10-11

十三五國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助（2018YFD0400600）

王喜波，副教授，博士，研究方向?yàn)榧Z食油脂及植物蛋白工程。 Email：wangxibo@neau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.22.037

TS201.2

A

1002-6819(2018)-22-0299-07