大豆为豆科一年生草本植物,是人类重要植物蛋白资源之一。大豆蛋白因其产量高、资源丰富、营养价值高而深受国内外消费者喜爱与关注。但大豆蛋白具有致密的高级分子结构,致使其功能特性较差,限制了大豆分离蛋白在食品加工业中的应用。本文以物理改性的大豆分离蛋白为主要研究对象,采用近红外光谱仪、红外光谱仪、荧光光谱仪、Zeta电位测定仪、激光粒度仪、扫描电镜和动静态激光光散射仪等先进手段,研究了高压均质、超声和超高压三种预处理对大豆分离蛋白结构和性质的影响,及对其酶解解产物水解度和抗氧化性的影响,探讨了物理预处理对蛋白质结构和分子聚集状态的作用机制,深入研究了“物理处理-结构变化-理化性质”之间的相关机理,以期为大豆蛋白产品的开发利用提供理论依据与技术支撑。主要研究结果如下:1.高压均质预处理对大豆分离蛋白结构和性质有显著的影响。(1)高压均质处理可使大豆分离蛋白的二级结构发生改变,近红外和中红外光谱特征峰发生位移,巯基含量增加,蛋白质中β-折叠结构和无规则卷曲的相对含量显著降低,而α-螺旋结构和β-转角结构含量增加。高压均质处理破坏大豆分离蛋白的三级结构,其最大荧光波长从343 nm变为338 nm。高压均质处理可使大豆分离蛋白肽链展开,使其表面带有负电荷,随着均质压力增大大豆分离蛋白的Zeta电位绝对值呈现先增大后减小的趋势,绝对电势最大为26.25 mV。(2)大豆分离蛋白有效粒径随着均质压力增大而减小,80 MPa均质处理得到的蛋白粒径最小(161.80 nm),粒径减小25.5%。由扫描电镜图可知高压均质处理使大豆分离蛋白从球状结构变为片层团状结构,质地疏松。(3)10 Mpa高压均质处理的大豆分离蛋白由实心球结构变为多分散排斥体积线团,20 MPa和30 MPa均质处理变为单分散无扰线团,较高压力处理时则变为空心球结构;高压均质处理后大豆分离蛋白的重均分子量、均方根回转半径、流体力学半径均增大,第二维里系数均为正值,使其在水中的溶解性提高;较低均质压力处理的大豆分离蛋白起泡性和泡沫稳定性升高。(4)高压均质处理的大豆分离蛋白酶解产物水解度和抗氧化活性显著提高。与未处理的SPI相比,30 MPa高压均质处理4次的大豆分离蛋白的酶解敏感性较好,水解度是23.65%,提高143%,酶解产物DPPH自由基清除率最高(70.44%),抗氧化性提高30%。2.超声处理对大豆分离蛋白结构和性质有显著的影响。(1)超声处理可使大豆分离蛋白的二级结构发生改变,近红外和中红外光谱特征峰发生位移,巯基含量减少,蛋白质中α-螺旋结构、β-折叠结构和无规则卷曲的相对含量显著增加,而β-转角结构含量减少。超声处理破坏大豆分离蛋白的三级结构,最大荧光波长从343 nm变为336 nm。超声处理可使大豆分离蛋白肽链展开,使其表面带有负电荷,随着超声功率的增大蛋白Zeta电位先增大后减小,绝对电势最大为22.75 mV。(2)大豆分离蛋白有效粒径随着超声功率增大和处理时间延长呈现先增大后减小的趋势,800 W超声处理10 min得到的蛋白粒径最小(141.23 nm),粒径减小35%,由扫描电镜图可知超声处理使大豆分离蛋白由球状结构变为片层团状结构,质地更加疏松。(3)低功率超声处理大豆分离蛋白使其由实心球结构变为空心球结构,中高功率超声处理后蛋白变为单分散无扰线团和多分散排斥体积线团。超声处理后大豆分离蛋白重均分子量、均方根回转半径、流体力学半径均增大,第二维里系数均为正值,提高了蛋白质在水中的溶解性;超声处理使大豆分离蛋白起泡性和泡沫稳定性显著提高。(4)超声处理显著提高了大豆分离蛋白酶解产物水解度和抗氧化活性。SPI水解度随着超声处理时间延长而增大,与未处理大豆蛋白相比,1000 W超声处理25 min蛋白质的水解度最大(22.33%),提高134.4%,1800 W超声处理30min得到的蛋白酶解液抗氧化活性最高(85.90%),抗氧化性提高58.62%。3.超高压处理对大豆分离蛋白结构和理化特性有显著的影响。(1)超高压处理可使大豆分离蛋白二级结构发生改变,近红外和中红外光谱特征峰发生位移,巯基含量减少,100-400 MPa压力处理蛋白质,其β-折叠结构和无规则卷曲含量减少,α-螺旋结构和β-转角结构含量增加,而压力增至500 MPa其α-螺旋结构、β-折叠结构和无规则卷曲含量减少,β-转角结构含量增加。超高压处理使蛋白分子内部疏水基团暴露,三级结构遭到破坏,最大荧光波长从343 nm变为339 nm。超高压处理可使大豆分离蛋白肽链展开,使其表面带有正电荷,随着压力增大蛋白质Zeta电位绝对值呈现先增大后减小的趋势,绝对电势最大为13.65 mV。(2)随着压力增大和处理时间延长,大豆分离蛋白有效粒径减小,300 MPa超高压处理30 min蛋白质粒径最小(192.6 nm),粒径减小11.4%,由扫描电镜图可知超高压处理使大豆分离蛋白从球状结构变为无规则聚合扁球片状结构,表面粗糙。(3)超高压处理后大豆分离蛋白由实心球结构变为空心球结构,蛋白质重均分子量、均方根回转半径、流体力学半径均增大,中等压力处理蛋白质后第二维里系数为负值,不利于蛋白质在水中的溶解,超高压处理有利于提高SPI的起泡性。(4)超高压处理提高了大豆分离蛋白酶解产物的水解度和抗氧化活性。SPI水解度随着压力的增大而减小,与未处理的大豆蛋白相比,500 MPa超高压处理30 min蛋白质的水解度最大(27.13%),提高184.4%,100 MPa超高压处理15 min得到的蛋白酶解液抗氧化活性最高(70.15%),抗氧化性提高29.54%。4.大豆分离蛋白经不同物理预处理后其二三级结构发生变化,蛋白质肽链展开,酶的活性位点暴露更多,使大豆分离蛋白的酶解速率加快,酶解产物的抗氧化性显著提高。超声处理后蛋白酶解产物的抗氧化性均高于其他两个物理预处理,且超声处理大豆分离蛋白的发泡性和泡沫稳定性显著提高,因此可将超声预处理作为生产大豆蛋白产品的有效辅助手段。