蠶豆蛋白的功能特性

1.溶解性

蛋白質(zhì)溶解性是蛋白質(zhì)溶解在液體溶劑中形成均勻溶液的理化性質(zhì)，其常用的表示方法為蛋白質(zhì)分散指數(shù)，它在很大程度上取決于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-溶劑的相互作用。蛋白質(zhì)溶解性也與其他功能特性如凝膠性、乳化性、起泡性等密切相關(guān)。影響蠶豆蛋白溶解性的因素有很多，包括溫度、pH值、離子強(qiáng)度以及提取方式等。

溫度對(duì)蠶豆蛋白溶解性的影響具有兩面性，即在蛋白質(zhì)熱變性溫度范圍界限外，適當(dāng)提高溫度有利于蠶豆蛋白溶解性的增加，在到達(dá)蠶豆蛋白質(zhì)熱變性溫度時(shí)，其溶解性隨溫度的升高和加熱時(shí)間的增加迅速下降，大大降低了蛋白質(zhì)在食品加工中的利用率，故工業(yè)生產(chǎn)中要嚴(yán)格控制溫度變化。

蠶豆蛋白的溶解性與溶液的pH值密切相關(guān)。宋曉敏等研究發(fā)現(xiàn)蠶豆蛋白質(zhì)隨pH值的變化呈“U”形，當(dāng)pH<4.0時(shí)，蠶豆蛋白溶解性隨著pH的降低而增大；當(dāng)pH>5.0時(shí)，蠶豆蛋白溶解性隨pH值的增大而增大，在pH為7.0-8.0時(shí)溶解性最大，可達(dá)56.47%。在蠶豆蛋白等電點(diǎn)附近（經(jīng)許多學(xué)者研究證明蠶豆蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)在4.0-5.0之間，本文中不同學(xué)者測(cè)定結(jié)果的微小差異可能是因?yàn)樾Q豆的品種以及提取方式不同造成的）溶解性最低。

鹽離子對(duì)蠶豆蛋白溶解度的影響主要為鹽溶效應(yīng)和鹽析效應(yīng)。當(dāng)C（NaCl）<1.0mol/L時(shí)，隨著鹽離子濃度增加，蠶豆蛋白的溶解性也會(huì)增加，當(dāng)鹽離子濃度大于1.0mol/L時(shí)，鹽離子濃度的繼續(xù)增加，會(huì)導(dǎo)致蠶豆蛋白溶解性降低。這是因?yàn)樵诘望}濃度下，離子會(huì)與蛋白質(zhì)中的荷電基團(tuán)發(fā)生相互作用，減弱相鄰分子之間相反電荷的靜電吸引作用，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的水化和溶解度提高，這便是鹽溶效應(yīng)。但隨著鹽濃度的進(jìn)一步增加，離子的水化作用爭(zhēng)奪了水導(dǎo)致蛋白質(zhì)脫水，發(fā)生鹽析效應(yīng)，因此蛋白質(zhì)的溶解度會(huì)降低。

蠶豆蛋白質(zhì)不同的提取方式可能會(huì)造成溶解性差異，如超濾法較堿溶法提取的蠶豆粗蛋白具有更高的PDI值，因?yàn)椴糠秩榍宓鞍妆粺o(wú)機(jī)陶瓷膜截留，乳清蛋白分子量較小，尤其在等電點(diǎn)處也可保持溶解性，故分離蛋白的溶解度高。超聲輔助提取法因超聲的空化作用可減小蛋白質(zhì)尺寸，破壞不溶性聚集體內(nèi)非共價(jià)鍵，形成可溶性聚合物，溶解性相應(yīng)提高；但超聲作用應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，若超聲條件過(guò)強(qiáng)，會(huì)使部分蛋白質(zhì)變性、聚集，造成其溶解性下降。

溶解性是蠶豆蛋白質(zhì)的功能特性中最重要的一個(gè)性質(zhì)，蠶豆蛋白質(zhì)良好的溶解性可以顯著提高其潛在利用率，在食品加工中起著重要作用。

2.持水性

蛋白質(zhì)的持水性是指一定量的干蛋白質(zhì)充分吸水、離心后所能結(jié)合和包埋水的量。這是蛋白與水之間的物理截留作用，是一種蛋白質(zhì)與水結(jié)合的性質(zhì)，內(nèi)部因素主要是由蛋白質(zhì)分子中極性基團(tuán)的含量與極性的強(qiáng)弱決定的。

蠶豆蛋白的持水性與pH值和溫度等外部因素有關(guān)。pH值對(duì)蠶豆蛋白持水性的影響與吸水性類似。蔡金星等研究發(fā)現(xiàn)，蠶豆蛋白質(zhì)的持水性在等電點(diǎn)附近最小，隨著pH的增大，蛋白質(zhì)的持水性顯著增加，pH值小于等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)的持水性隨pH的減小而增大。這是由于在蛋白質(zhì)等電點(diǎn)附近，分子間靜電斥力最小，大部分極性基團(tuán)參與蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)相互作用而無(wú)法結(jié)合水，故此時(shí)持水性最??；pH值遠(yuǎn)離蠶豆蛋白等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子間的靜電斥力增加，使持水性增大。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，溫度較低時(shí)，隨溫度的升高蛋白質(zhì)持水性增大，在40℃時(shí)，蠶豆蛋白持水性達(dá)到最高值，隨著溫度進(jìn)一步升高，蠶豆蛋白持水性顯著下降。這是因?yàn)樵谳^低溫度范圍內(nèi)，溫度的升高有利于蛋白質(zhì)分子的適度伸展，增強(qiáng)了其與水作用的程度，而過(guò)高的溫度會(huì)使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，增加了蛋白質(zhì)分子間的作用，持水性下降。

蛋白質(zhì)的持水性是食品生產(chǎn)中的一個(gè)重要指標(biāo)，其對(duì)于保持食品的濕潤(rùn)口感和良好風(fēng)味至關(guān)重要，相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中必須采取適當(dāng)措施保持和增強(qiáng)蛋白質(zhì)的持水性。

3.吸水性

蛋白質(zhì)的吸水性是指干燥蛋白質(zhì)在一定濕度中達(dá)到水分平衡時(shí)的水分含量。影響蛋白質(zhì)吸水性的主要因素為蛋白質(zhì)分子表面的極性基團(tuán)與極性水分子具有親合性的大小，蛋白質(zhì)分子表面的極性基團(tuán)越多，則吸水性越強(qiáng)。除此之外，蠶豆蛋白質(zhì)的吸水性還受溶液pH值、溫度、離子強(qiáng)度等的影響。

pH值對(duì)蠶豆蛋白吸水性的影響與其對(duì)溶解性的作用類似。黃群等研究發(fā)現(xiàn)在pH<4.0時(shí)，蠶豆蛋白的吸水性隨pH值的降低而升高；在pH為4.0時(shí)吸水性最低（該實(shí)驗(yàn)測(cè)定蠶豆蛋白質(zhì)等電點(diǎn)為4.0）；在pH>4.0時(shí)，隨pH值的增加蛋白質(zhì)吸水性增加。這一現(xiàn)象是由于蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)附近凈電荷趨近于零，此時(shí)蛋白質(zhì)容易發(fā)生疏水作用，吸水性最弱。

溫度對(duì)蠶豆蛋白吸水性的作用具有雙重性，李雪琴等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)溫度對(duì)蠶豆蛋白吸水性的影響趨勢(shì)為：在溫度較低時(shí)，隨溫度升高蠶豆蛋白吸水性下降，當(dāng)溫度到達(dá)90℃時(shí)，蠶豆蛋白的吸水性增強(qiáng)。這是因?yàn)樵跓崃W(xué)定律中非極性基團(tuán)周圍的疏水水化層和氫鍵水化層對(duì)溫度較敏感，在帶電基團(tuán)周圍的水化層對(duì)溫度不敏感，故溫度升高疏水作用增強(qiáng)，吸水性降低。而當(dāng)溫度升至90℃時(shí)，蠶豆蛋白質(zhì)變性以及產(chǎn)生凝聚作用，原來(lái)埋藏在分子內(nèi)部的肽鍵和一些側(cè)鏈轉(zhuǎn)向表面，部分基團(tuán)暴露，蛋白質(zhì)的吸水性因此增加。

鹽離子的濃度會(huì)對(duì)蠶豆蛋白吸水性產(chǎn)生影響，在鹽濃度較低時(shí)，鹽離子的存在增強(qiáng)了蛋白質(zhì)的電荷密度，有利于蛋白質(zhì)與水的結(jié)合。離子濃度到達(dá)一定范圍時(shí)，離子的水化作用與蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)水分子，導(dǎo)致蛋白質(zhì)“脫水”，吸水能力下降。

蛋白質(zhì)的吸水性與食品的口感、質(zhì)構(gòu)息息相關(guān)，研究蠶豆蛋白的吸水性有利于工業(yè)生產(chǎn)和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

4.乳化性和乳化穩(wěn)定性

蛋白質(zhì)的乳化性和乳化穩(wěn)定性是指蛋白質(zhì)促使油和水形成乳化液并保持乳化液穩(wěn)定的性質(zhì)。蠶豆蛋白質(zhì)在食品加工中可作良好的乳化劑。影響蛋白質(zhì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的因素有蛋白質(zhì)濃度、pH值和離子濃度等。

蛋白質(zhì)乳化性與乳化穩(wěn)定性都隨蛋白質(zhì)濃度的增加而增加，這是因?yàn)榻缑嫔系牡鞍踪|(zhì)分子數(shù)量隨濃度的增加而增加，乳化液液膜的厚度和強(qiáng)度相應(yīng)提升，從而使蛋白質(zhì)乳化性及穩(wěn)定性增加。

pH值和離子濃度對(duì)蠶豆蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響與對(duì)溶解度的影響類似。即在接近蛋白等電點(diǎn)時(shí)（pI約4.0-5.0），蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性較差，越遠(yuǎn)離等電點(diǎn)，乳化性和乳化穩(wěn)定性就越好；當(dāng)C（NaCl）<1.0mol/L時(shí)，蠶豆蛋白的乳化性隨鹽離子濃度的增加而增加，當(dāng)C（NaCl）>1.0mol/L時(shí)，隨著鹽濃度的進(jìn)一步增加，蛋白質(zhì)乳化性和乳化穩(wěn)定性降低。

蠶豆蛋白的乳化性還與蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)及加工過(guò)程有關(guān)，如李雪琴等對(duì)比了堿溶酸沉法和超濾法提取蠶豆蛋白的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，酸沉過(guò)程中部分蛋白質(zhì)變性，而超濾法不涉及pH的改變，提取相對(duì)溫和，故超濾法提取的蠶豆蛋白乳化性與乳化穩(wěn)定性優(yōu)于酸沉法。其他研究表明，經(jīng)超聲提取的蠶豆蛋白乳化性為63.0％，放置120min后仍有37.9％的乳化穩(wěn)定性，超聲法的提取效果較好，可用于相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)。

5.起泡性與泡沫穩(wěn)定性

蛋白質(zhì)的起泡性指其在氣液界面形成堅(jiān)韌薄膜、促使氣泡大量產(chǎn)生的能力，其要求蛋白質(zhì)分子能夠迅速到達(dá)內(nèi)表面并展開(kāi)。而泡沫穩(wěn)定性則指泡沫保持穩(wěn)定的能力。通過(guò)蛋白質(zhì)攪打后體積的增加以及泡沫的穩(wěn)定時(shí)間，可以確定起泡性和泡沫穩(wěn)定性。

蠶豆蛋白質(zhì)具有較好的起泡性，主要用于冰淇淋和烘焙食品的制作，可以賦予食品疏松的結(jié)構(gòu)和良好的口感。蛋白質(zhì)的起泡性和泡沫穩(wěn)定性與蛋白質(zhì)濃度、pH值、離子強(qiáng)度、溫度、蛋白質(zhì)的改性及蛋白質(zhì)的種類有著密切的關(guān)系。

隨著蠶豆蛋白質(zhì)濃度的提高，蛋白質(zhì)的起泡性和穩(wěn)定性也會(huì)隨之增強(qiáng)。這是由于蛋白質(zhì)濃度增加，其形成氣泡厚度與強(qiáng)度相應(yīng)增加，泡沫不易破裂。pH值對(duì)蠶豆蛋白起泡性影響較小，在一定pH范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)起泡性相對(duì)穩(wěn)定，但泡沫穩(wěn)定性在蠶豆蛋白等電點(diǎn)（pI約4.0-5.0）附近最大。

研究表明，具有良好起泡性的蛋白質(zhì)通常不具備穩(wěn)定泡沫的特性，而能夠形成穩(wěn)定泡沫的蛋白質(zhì)常常缺乏良好的起泡性。如黃群等通過(guò)超聲波輔助提取蠶豆蛋白質(zhì)的起泡性為83.4％，但放置120min后泡沫穩(wěn)定性不理想，僅為7.4％，故在提取后要盡快處理，合理利用其起泡性。一些學(xué)者研究進(jìn)一步改善蠶豆蛋白的起泡性，如在堿性pH（11.0）條件下加熱蠶豆分離蛋白粉（FBP），可使FBP的發(fā)泡能力和穩(wěn)定性得到顯著提高。

蠶豆蛋白質(zhì)的起泡性對(duì)于評(píng)估產(chǎn)品的質(zhì)地和感官特性起重要作用，這些研究對(duì)于蠶豆蛋白在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

6.凝膠性

蛋白質(zhì)的凝膠性是通過(guò)氫鍵和疏水作用形成凝膠的性質(zhì)。是否形成凝膠和形成凝膠的強(qiáng)弱與蛋白質(zhì)濃度、pH值和離子強(qiáng)度等外部條件的影響密切相關(guān)。

隨著蠶豆蛋白質(zhì)濃度的提高，它的凝膠特性也隨之增強(qiáng)。這是由于蛋白質(zhì)濃度的增加，使蛋白質(zhì)之間的相互作用逐漸增強(qiáng)，形成的二硫鍵使得蛋白質(zhì)聚集體的束狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成凝膠。宋曉敏實(shí)驗(yàn)得出蠶豆蛋白質(zhì)的最小凝膠濃度為14%。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在pH4.0-6.0時(shí)蠶豆蛋白質(zhì)無(wú)法形成凝膠，這可能是由于在等電點(diǎn)附近，蛋白質(zhì)所帶電荷少，分子間相對(duì)作用力較小，無(wú)法凝集形成有序的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在離等電點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況下，蠶豆蛋白質(zhì)分子間會(huì)隨著pH值的增加而產(chǎn)生更強(qiáng)的斥力，導(dǎo)致凝膠性增強(qiáng)。蠶豆蛋白質(zhì)在鹽離子濃度影響下的凝膠性呈現(xiàn)先增后減的變化趨勢(shì)：低鹽濃度時(shí)，鹽離子的存在可以使蛋白質(zhì)的凝膠網(wǎng)絡(luò)更加致密，從而增強(qiáng)凝膠性。高鹽濃度時(shí)，鹽離子會(huì)影響水分活度，降低了蛋白質(zhì)與水分子之間的相互作用力，使蛋白質(zhì)凝膠性下降。

蛋白質(zhì)凝膠性還受到蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)和提取工藝的影響，如Johansson，M等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)11S蛋白質(zhì)幾乎在所有鹽濃度下都可以形成細(xì)鏈凝膠結(jié)構(gòu)；Boye，J.I研究結(jié)果顯示超濾法提取的蛋白質(zhì)比酸沉法得到的蛋白質(zhì)的凝膠性要強(qiáng)，這是因?yàn)槌瑸V法提取蛋白質(zhì)分子較大，且提取過(guò)程中可能截留一部分非蛋白物質(zhì)，對(duì)于蛋白質(zhì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成具有促進(jìn)作用。

蠶豆蛋白質(zhì)的凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以吸附水、油脂和部分風(fēng)味物質(zhì)，應(yīng)用于生產(chǎn)加工中不僅增加了蛋白質(zhì)含量，還增強(qiáng)了某些食品獨(dú)特的質(zhì)構(gòu)、口感，提升產(chǎn)品風(fēng)味。

7.吸油性

蛋白質(zhì)的吸油性是指每克蛋白質(zhì)可吸收的油量或蛋白質(zhì)通過(guò)其疏水側(cè)鏈結(jié)合油的能力。蠶豆蛋白吸油性受到內(nèi)部因素的影響，包括蛋白質(zhì)的類型、構(gòu)象以及蛋白質(zhì)之間的相互作用。當(dāng)蠶豆蛋白質(zhì)分子含有更多疏水基團(tuán)時(shí)，其吸油性就會(huì)更強(qiáng)。影響蠶豆蛋白吸油性的外部因素包括外界溫度、加工方法以及油脂的成分和性質(zhì)等。隨溫度的升高蛋白質(zhì)的吸油性逐漸下降，這主要是因?yàn)橛偷酿ば噪S著溫度升高而降低，使單位蛋白質(zhì)的吸油量下降。

8.其他功能特性

一些研究表明，蠶豆蛋白質(zhì)還具有其他功能特性，如Amat，T在中性pH下，蠶豆?jié)饪s物中的蛋白質(zhì)、鈣和植酸可能形成某些二元配合物。他們將進(jìn)一步研究分離出的蛋白質(zhì)組分（白蛋白、球蛋白、11S、7S）哪些會(huì)優(yōu)先參與形成特定復(fù)合物，這項(xiàng)研究將有助于我們掌握配方、口味以及包含這些成分的食物穩(wěn)定性。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)蠶豆蛋白質(zhì)功能特性的研究，為蠶豆蛋白的開(kāi)發(fā)利用奠定了基礎(chǔ)，可有效增強(qiáng)其在食品加工和工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值。