论文部分内容阅读
【摘 要】 乳化性是大豆蛋白的一种重要的功能特性，但是天然大豆蛋白的乳化能力和乳化稳定性并不理想，限制了其在食品中的应用。本论文主要研究了酸碱改性、热处理、酶改性及其他乳化剂在大豆蛋白生产过程中的应用，并探讨了大豆蛋白乳化性的研究发展。
【关键词】 大豆蛋白;乳化性;研究现状
引言：
乳化性是指将油和水互不相容的两相混合在一起形成乳状液的能力。乳化状态的产生与物质的快速吸收、展开和复位有关，而乳状液的稳定性则取决于物质内部的自由能减少和膜的流变学特性。大豆蛋白分子中同时含有亲水和亲油基团，具有乳化剂特有的两亲结构，能够降低油水两相的界面张力，易于乳状液的形成。乳状液形成后，蛋白质聚集在油滴的表面形成保护层，可以有效防止油滴的聚集和乳化状态的破坏，维持乳状液的稳定性。
一、提高大豆蛋白乳化性的研究进展
酶法改性提高大豆蛋白乳化性的研究酶改性主要是通过酶制剂对大豆蛋白进行水解。酶水解造成蛋白肽键断裂，蛋白分子量降低，带电基团增加，分子结构的变化导致蛋白质内部的疏水基团暴露。利用这些变化对酶解过程加以控制，可以提高酶解产物的功能特性。除酶水解外.酶法脱酰胺也可以增加蛋白质的亲水性，从而提高其溶解及分散性。另外，通过蛋白激酶还可以将磷酸基团接到丝氨酸和苏氨酸残基上，使大豆蛋白乳化性能得到明显改善。
二、物理改性提高大豆蛋白乳化性的研究
物理改性是利用加热、机械作用等方式改变蛋白质的二、三级或者四级结构。蛋白经过物理改性后，分子的柔性、表面疏水性以及聚集状态发生变化，其乳化、凝胶、分散等功能性质得到改变。
三、化学改性提高大豆蛋白乳化性的研究
化学改性是通过改变蛋白质的结构、静电荷和疏水基，除去抗营养因子，从而达到改善蛋白质功能和营养特性的目的。广义的化学改性泛指所有利用化学手段对蛋白质进行结构修饰的方法，如pH、盐和表面活性剂等;狭义的化学改性专指利用特定的化学试剂与蛋白质分子上的特定基团反应，也就是蛋白质的化学衍生化。其中化学衍生化方法已被人们广泛研究，而酸碱处理方法虽然存在试剂残留和设备腐蚀等问题，但由于其具备简单易操作的特点，在实际工业生产中依然被继续采用。
四、大豆蛋白的提取工艺
（一）大豆分离蛋白的提取
大豆分离蛋白的提取采用传统的碱溶酸沉法。脱脂豆粕用8倍水溶解，然后用3mol/L氢氧化钠调节pH到7.80，50℃下搅拌45min。溶液用冷冻离心机在3300g的离心力下离心10min，取上清液。底部沉淀用5倍水复溶，50℃下搅拌10min后，3300g离心10min，取上清液。将两次离心所得上清液混合，温度40℃，用3mol/L盐酸调节pH到4.50，边搅拌边加盐酸，至等电点后立即停止搅拌，静置10min，3300g离心10min，取底部沉淀。将沉淀物加一定量的水复溶，用氢氧化钠调节pH到7.20，配置成10%的大豆分离蛋白溶液。溶液用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。
（二）大豆浓缩蛋白的提取
大豆浓缩蛋白的提取采用稀酸浸提法。脱脂豆粉用10倍水溶解，然后用3mol/L的盐酸调pH到4.50，温度50℃，搅拌20min后，3300g离心10min。重复上述步骤2次数后，将沉淀物加水复溶，用3mol/L的氢氧化钠调节pH到7.20，配制成10%的大豆浓缩蛋白溶液。溶液用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。
五、大豆蛋白的改性工艺
大豆蛋白的改性工艺是在传统的碱溶酸沉和稀酸浸提的提取工艺基础上，添加酸碱改性、热处理和酶改性工艺。将碱溶酸沉和稀酸浸提得到的10%大豆蛋白溶液，分别进行酸碱改性、热处理和酶改性工艺处理，然后调节pH到7.20，用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃，得到改性大豆蛋白。酸碱改性工艺控制pH为2.5和11，处理时间为3h和6h;热处理工艺控制温度为80℃和90℃，处理时间为5min和15min;酶改性工艺选择木瓜蛋白酶和胰蛋白酶，酶解时间为15min和30min，其中，木瓜蛋白酶反应温度为55℃，pH为7.0，胰蛋白酶反应温度为40℃，pH为7.5，E/S=1%，水解结束后均沸水浴灭酶10min。
六、不同因素对大豆蛋白乳化性的影响
（一）温度对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白的乳化作用取决于NSI（可溶性氮溶解指数），即蛋白质的溶解性。随着温度的升高，大豆蛋白的氮溶解指数降低，即在50℃之前，ESI和EAI都有减小的趋势;一般在55℃蛋白质开始变性，随着温度升高，蛋白质的变性速度加剧，一般在80℃左右，蛋白质部分被展开而导致疏水氨基酸的暴露，使其能在水油界面很好地定位。
（二）不同pH值对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白的乳化性和溶解性相关，主要是由其内在因素所决定的。大豆蛋白质是由一系列氨基酸通过肽键所组成的。尽管在蛋白质内部氨基酸残基之α-羧基与α-氨基的电离性在形成肽键时消除，但天门冬酸与谷氨酸残基的支链羧基，赖氨酸与精氨酸的残基仍然可以电离，使得蛋白质所带的净电荷可以随环境的pH而变化。在pH较低时，碱性氨基酸的羧基质子化，因而蛋白质带正电荷。在pH较高时，质子从碱性与酸性功能基被移除，因而蛋白质带负电荷。在等电点时，蛋白质为电中性，此时它具有相等数目的正电荷与负电荷。蛋白质所带正电荷的多少及性质不同，其在溶液中的三维结构也不同，故溶解程度及乳化性不同。在碱性条件下，由于OH的作用，使-COO-增多，增加了分子间的静电斥力，使离散双电层加厚，溶液界面膜增厚，同时也有利于胶束的形成，因而乳化性得到提高。当pH为9以后，溶液中-COO-趋于平稳，故乳化性也不再增加。 （三）蛋白质浓度对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白浓度不同时乳化性是不同的，大豆蛋白在低浓度时表面张力随乳化剂浓度增加而迅速减小，当浓度上升到一定程度时，部分蛋白质分子彼此靠在一起形成聚基团称为胶束，此时胶束的形成是可逆的。随着乳化剂浓度的继续增加，能形成稳定胶束的乳化剂（蛋白质）最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。胶束的形成有利于乳化性的提高，但乳化液达到CMC浓度后，油水界面上的乳化剂不随浓度增加而增多，以至乳化活性（EAI）和乳化稳定性（ESI）不再升高。
（四）溶解性与乳化性的相互关系
大豆蛋白溶解性和乳化性之间的相互关系如图1所示。经相关性分析得出，大豆蛋白的溶解性与乳化活性（r=0.475，p<0.01）和乳化稳定性（r=0.512，p<0.01）之间都存在非常显著的正相关，这也与前人报道相一致[50]。无论是乳化活性还是乳化稳定性的体现首先要求蛋白质具有一定的溶解性，换而言之，发挥作用的主要是溶解的蛋白质。所以溶解性是决定大豆蛋白乳化活性及乳化稳定性的先决条件。
图1 大豆蛋白的溶解性与乳化性的关系
（五）酸碱改性对大豆蛋白乳化性的影响
酸碱改性是常用的蛋白质物理改性方法，具有简单易操作的特点。本实验室前期也做了相关研究，结果表明，2%的大豆分离蛋白溶液经过酸碱处理后乳化能力明显升高，且随酸碱程度的加大，处理时间的延长，乳化能力和乳化稳定性逐渐升高。本实验将在前期研究的基础上将酸碱改性工艺应用到大豆蛋白的制备过程中，进一步考察酸碱处理对10%的高浓度蛋白溶液乳化性的影响。
图2（a）、（b）分别是大豆蛋白经酸碱改性工艺处理后，在不同pH和处理时间下得到产物的乳化活性和乳化稳定性。从图2（a）中可以看出，碱溶酸沉得到的SPI乳化活性明显高于稀酸浸提得到的SPC;酸碱改性工艺得到的改性大豆蛋白乳化活性明显提高，其中在碱改性（pH11，6h）处理的工艺条件下得到的新型大豆浓缩蛋白乳化活性比未改性的SPC提高了近4倍，而且明显高于SPI;碱改性工艺条件下得到的新型大豆分离蛋白乳化活性最高，且处理时间对其影响不显著。
图2 酸碱改性大豆蛋白的乳化性
七、结束语
总之，大豆蛋白作为表面活性剂来稳定乳化结构，可以防止脂肪的析出，延长某些产品的货架期，广泛的应用于食品行业中，如汤料、香肠、烤制食品、冷冻食品以及汤类食品的制作中。如何提高大豆蛋白的乳化性能，有待于进一步的深入研究，创造更好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]张根生，岳晓霞，李继光，等.大豆分离蛋白乳化性影响因素的研究[J].食品科学，2007，7：48-51.
[2]赵新淮.食品化学[M].北京：化学工业出版社，2006.
【关键词】 大豆蛋白;乳化性;研究现状
引言：
乳化性是指将油和水互不相容的两相混合在一起形成乳状液的能力。乳化状态的产生与物质的快速吸收、展开和复位有关，而乳状液的稳定性则取决于物质内部的自由能减少和膜的流变学特性。大豆蛋白分子中同时含有亲水和亲油基团，具有乳化剂特有的两亲结构，能够降低油水两相的界面张力，易于乳状液的形成。乳状液形成后，蛋白质聚集在油滴的表面形成保护层，可以有效防止油滴的聚集和乳化状态的破坏，维持乳状液的稳定性。
一、提高大豆蛋白乳化性的研究进展
酶法改性提高大豆蛋白乳化性的研究酶改性主要是通过酶制剂对大豆蛋白进行水解。酶水解造成蛋白肽键断裂，蛋白分子量降低，带电基团增加，分子结构的变化导致蛋白质内部的疏水基团暴露。利用这些变化对酶解过程加以控制，可以提高酶解产物的功能特性。除酶水解外.酶法脱酰胺也可以增加蛋白质的亲水性，从而提高其溶解及分散性。另外，通过蛋白激酶还可以将磷酸基团接到丝氨酸和苏氨酸残基上，使大豆蛋白乳化性能得到明显改善。
二、物理改性提高大豆蛋白乳化性的研究
物理改性是利用加热、机械作用等方式改变蛋白质的二、三级或者四级结构。蛋白经过物理改性后，分子的柔性、表面疏水性以及聚集状态发生变化，其乳化、凝胶、分散等功能性质得到改变。
三、化学改性提高大豆蛋白乳化性的研究
化学改性是通过改变蛋白质的结构、静电荷和疏水基，除去抗营养因子，从而达到改善蛋白质功能和营养特性的目的。广义的化学改性泛指所有利用化学手段对蛋白质进行结构修饰的方法，如pH、盐和表面活性剂等;狭义的化学改性专指利用特定的化学试剂与蛋白质分子上的特定基团反应，也就是蛋白质的化学衍生化。其中化学衍生化方法已被人们广泛研究，而酸碱处理方法虽然存在试剂残留和设备腐蚀等问题，但由于其具备简单易操作的特点，在实际工业生产中依然被继续采用。
四、大豆蛋白的提取工艺
（一）大豆分离蛋白的提取
大豆分离蛋白的提取采用传统的碱溶酸沉法。脱脂豆粕用8倍水溶解，然后用3mol/L氢氧化钠调节pH到7.80，50℃下搅拌45min。溶液用冷冻离心机在3300g的离心力下离心10min，取上清液。底部沉淀用5倍水复溶，50℃下搅拌10min后，3300g离心10min，取上清液。将两次离心所得上清液混合，温度40℃，用3mol/L盐酸调节pH到4.50，边搅拌边加盐酸，至等电点后立即停止搅拌，静置10min，3300g离心10min，取底部沉淀。将沉淀物加一定量的水复溶，用氢氧化钠调节pH到7.20，配置成10%的大豆分离蛋白溶液。溶液用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。
（二）大豆浓缩蛋白的提取
大豆浓缩蛋白的提取采用稀酸浸提法。脱脂豆粉用10倍水溶解，然后用3mol/L的盐酸调pH到4.50，温度50℃，搅拌20min后，3300g离心10min。重复上述步骤2次数后，将沉淀物加水复溶，用3mol/L的氢氧化钠调节pH到7.20，配制成10%的大豆浓缩蛋白溶液。溶液用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。
五、大豆蛋白的改性工艺
大豆蛋白的改性工艺是在传统的碱溶酸沉和稀酸浸提的提取工艺基础上，添加酸碱改性、热处理和酶改性工艺。将碱溶酸沉和稀酸浸提得到的10%大豆蛋白溶液，分别进行酸碱改性、热处理和酶改性工艺处理，然后调节pH到7.20，用高压均质机20MPa均质后，进行喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃，得到改性大豆蛋白。酸碱改性工艺控制pH为2.5和11，处理时间为3h和6h;热处理工艺控制温度为80℃和90℃，处理时间为5min和15min;酶改性工艺选择木瓜蛋白酶和胰蛋白酶，酶解时间为15min和30min，其中，木瓜蛋白酶反应温度为55℃，pH为7.0，胰蛋白酶反应温度为40℃，pH为7.5，E/S=1%，水解结束后均沸水浴灭酶10min。
六、不同因素对大豆蛋白乳化性的影响
（一）温度对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白的乳化作用取决于NSI（可溶性氮溶解指数），即蛋白质的溶解性。随着温度的升高，大豆蛋白的氮溶解指数降低，即在50℃之前，ESI和EAI都有减小的趋势;一般在55℃蛋白质开始变性，随着温度升高，蛋白质的变性速度加剧，一般在80℃左右，蛋白质部分被展开而导致疏水氨基酸的暴露，使其能在水油界面很好地定位。
（二）不同pH值对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白的乳化性和溶解性相关，主要是由其内在因素所决定的。大豆蛋白质是由一系列氨基酸通过肽键所组成的。尽管在蛋白质内部氨基酸残基之α-羧基与α-氨基的电离性在形成肽键时消除，但天门冬酸与谷氨酸残基的支链羧基，赖氨酸与精氨酸的残基仍然可以电离，使得蛋白质所带的净电荷可以随环境的pH而变化。在pH较低时，碱性氨基酸的羧基质子化，因而蛋白质带正电荷。在pH较高时，质子从碱性与酸性功能基被移除，因而蛋白质带负电荷。在等电点时，蛋白质为电中性，此时它具有相等数目的正电荷与负电荷。蛋白质所带正电荷的多少及性质不同，其在溶液中的三维结构也不同，故溶解程度及乳化性不同。在碱性条件下，由于OH的作用，使-COO-增多，增加了分子间的静电斥力，使离散双电层加厚，溶液界面膜增厚，同时也有利于胶束的形成，因而乳化性得到提高。当pH为9以后，溶液中-COO-趋于平稳，故乳化性也不再增加。 （三）蛋白质浓度对大豆蛋白乳化性的影响
大豆蛋白浓度不同时乳化性是不同的，大豆蛋白在低浓度时表面张力随乳化剂浓度增加而迅速减小，当浓度上升到一定程度时，部分蛋白质分子彼此靠在一起形成聚基团称为胶束，此时胶束的形成是可逆的。随着乳化剂浓度的继续增加，能形成稳定胶束的乳化剂（蛋白质）最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。胶束的形成有利于乳化性的提高，但乳化液达到CMC浓度后，油水界面上的乳化剂不随浓度增加而增多，以至乳化活性（EAI）和乳化稳定性（ESI）不再升高。
（四）溶解性与乳化性的相互关系
大豆蛋白溶解性和乳化性之间的相互关系如图1所示。经相关性分析得出，大豆蛋白的溶解性与乳化活性（r=0.475，p<0.01）和乳化稳定性（r=0.512，p<0.01）之间都存在非常显著的正相关，这也与前人报道相一致[50]。无论是乳化活性还是乳化稳定性的体现首先要求蛋白质具有一定的溶解性，换而言之，发挥作用的主要是溶解的蛋白质。所以溶解性是决定大豆蛋白乳化活性及乳化稳定性的先决条件。
图1 大豆蛋白的溶解性与乳化性的关系
（五）酸碱改性对大豆蛋白乳化性的影响
酸碱改性是常用的蛋白质物理改性方法，具有简单易操作的特点。本实验室前期也做了相关研究，结果表明，2%的大豆分离蛋白溶液经过酸碱处理后乳化能力明显升高，且随酸碱程度的加大，处理时间的延长，乳化能力和乳化稳定性逐渐升高。本实验将在前期研究的基础上将酸碱改性工艺应用到大豆蛋白的制备过程中，进一步考察酸碱处理对10%的高浓度蛋白溶液乳化性的影响。
图2（a）、（b）分别是大豆蛋白经酸碱改性工艺处理后，在不同pH和处理时间下得到产物的乳化活性和乳化稳定性。从图2（a）中可以看出，碱溶酸沉得到的SPI乳化活性明显高于稀酸浸提得到的SPC;酸碱改性工艺得到的改性大豆蛋白乳化活性明显提高，其中在碱改性（pH11，6h）处理的工艺条件下得到的新型大豆浓缩蛋白乳化活性比未改性的SPC提高了近4倍，而且明显高于SPI;碱改性工艺条件下得到的新型大豆分离蛋白乳化活性最高，且处理时间对其影响不显著。
图2 酸碱改性大豆蛋白的乳化性
七、结束语
总之，大豆蛋白作为表面活性剂来稳定乳化结构，可以防止脂肪的析出，延长某些产品的货架期，广泛的应用于食品行业中，如汤料、香肠、烤制食品、冷冻食品以及汤类食品的制作中。如何提高大豆蛋白的乳化性能，有待于进一步的深入研究，创造更好的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]张根生，岳晓霞，李继光，等.大豆分离蛋白乳化性影响因素的研究[J].食品科学，2007，7：48-51.
[2]赵新淮.食品化学[M].北京：化学工业出版社，2006.