利用高場強超聲波增強大豆蛋白凝膠性及凝膠緩釋效果.pdf

1、大豆蛋白作為大豆產(chǎn)業(yè)中的主要產(chǎn)品之一，在食品生產(chǎn)中應用廣泛。在大豆蛋白的眾多性質(zhì)中，凝膠性是重要又獨特的性質(zhì)。近年來，高場強超聲波技術(shù)在食品工業(yè)中的應用受到越來越多的關(guān)注，已有研究表明超聲技術(shù)能夠改善大豆蛋白的功能特性。但是，利用高場強超聲技術(shù)，系統(tǒng)全面地對大豆蛋白凝膠性進行改善的研究并不多見。
　　本研究首先以高場強超聲波技術(shù)作為改性手段改性大豆蛋白。然后選取三種不同類型的大豆蛋白冷熱凝膠（“內(nèi)酯豆腐”熱凝膠、“傳統(tǒng)豆腐”熱凝膠

2、和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶冷凝膠）作為成膠模型，模擬凝膠形成。研究發(fā)現(xiàn)高場強超聲作用顯著提高了以上三種大豆蛋白凝膠的凝膠性質(zhì)。接著，為了探索利用大豆蛋白凝膠作為營養(yǎng)物及藥物包埋載體的可能性，我們選取其中的冷凝膠（以避免對熱敏性營養(yǎng)物或者藥物的破壞）作為包埋載體，對核黃素進行了包埋和體外消化實驗。結(jié)果顯示超聲處理顯著減緩了核黃素在消化液中的釋放速率。最后，將超聲波分別作用于大豆7S和11S蛋白后發(fā)現(xiàn)，超聲對7S性質(zhì)的改變比11S更顯著。其具體結(jié)果如下

3、:
　　(1)高場強超聲波（20kHz，200-600W下，15或者30分鐘）作用能改變商用大豆分離蛋白的功能特性。超聲波作用降低大豆分離蛋白溶液的儲存模量和損失模量，使蛋白溶液體現(xiàn)出更像液體的流變性。掃描電鏡顯示，超聲作用使凍干后的大豆分離蛋白的片狀聚合物增大，并且超聲作用后大豆分離蛋白溶液的游離巰基含量從9.13±0.44μmolg-11可溶蛋白增加到18.08±0.39μmolg-1可溶蛋白，表面疏水性由1400增加到420

4、0，在不同溶液中的溶解性也增加。超聲后，蛋白分子間的非共價作用可能減少并轉(zhuǎn)化為靜電相互作用。高場強超聲作用能夠改變商用大豆分離蛋白二級結(jié)構(gòu);并且打開蛋白分子或者聚合體，使巰基和疏水基團暴露，改變蛋白三級結(jié)構(gòu);超聲還可能改變蛋白的聚合形式，使蛋白聚合物部分解體。
　　(2)模擬“內(nèi)酯”豆腐生產(chǎn)工藝，以10％(w/v)大豆分離蛋白，內(nèi)酯加入量為0.3g/100mL來制作大豆分離蛋白內(nèi)酯凝膠。對比未被超聲作用的大豆分離蛋白和高場強超聲波

5、（20kHz，400W，5-40分鐘）處理之后的大豆分離蛋白內(nèi)酯凝膠發(fā)現(xiàn):高場強超聲顯著提高商用大豆分離蛋白葡萄糖酸內(nèi)酯凝膠的持水性、凝膠強度和凝膠堅固性(G')。其中，被超聲處理20分鐘的凝膠持水性、凝膠強度和凝膠G'最高，分別為95.53±0.25％，60.90±2.87g和96340Pa。此外，超聲預處理還降低了內(nèi)酯凝膠的巰基含量和蛋白分子間的非共價相互作用。掃描電鏡顯示，超聲預處理后的凝膠空間結(jié)構(gòu)致密、均一，而未處理凝膠含有很多

6、大小不均勻的孔狀結(jié)構(gòu)。流變研究顯示，在凝膠形成的各個階段里，降溫過程對超聲處理后的凝膠強度增強作用最明顯，而保溫過程對未被超聲處理的凝膠強度增強作用最明顯。超聲降低了蛋白溶液粒度，Pearson相關(guān)性分析顯示蛋白溶液粒徑大小與內(nèi)酯凝膠持水性、凝膠強度和凝膠G'顯著負相關(guān)。
　　(3)模擬“傳統(tǒng)豆腐”生產(chǎn)工藝，以10％(w/v)大豆分離蛋白，硫酸鈣加入量為20mM來制作大豆分離蛋白鈣離子凝膠。對比未被超聲作用的大豆分離蛋白和高場強超

7、聲波（20kHz，400W，5-40分鐘）處理之后的大豆分離蛋白鈣離子凝膠發(fā)現(xiàn):高場強超聲顯著提高商用大豆分離蛋白硫酸鈣凝膠的持水性和凝膠強度。被超聲處理40分鐘的凝膠持水性和凝膠強度最高。并且，超聲預處理還降低了鈣凝膠的巰基含量。掃描電鏡顯示，超聲預處理改變了鈣離子凝膠的三維結(jié)構(gòu)，經(jīng)過超聲預處理的鈣離子凝膠空間結(jié)構(gòu)致密、均一，而未處理凝膠含有很多大小不均勻的孔狀結(jié)構(gòu)。對大豆分離蛋白在95℃加熱10分鐘以后，超聲預處理仍然在一些重要性質(zhì)

8、方面體現(xiàn)出差異，比如:粒度分布改變，蛋白粒度降低，表面疏水性和巰基含量增加。
　　(4)超聲提高內(nèi)酯和鈣離子凝膠性的機理總結(jié)如下:超聲作用降低了大豆分離蛋白粒度，并且在此過程中將原本包埋于大豆分離蛋白內(nèi)部的疏水基團和巰基暴露到分子或者聚合物表面。接下來的加熱處理進一步促進了蛋白粒度的降低和活性基團的暴露。超聲波還可能促使蛋白形成可溶性聚合物，這些可溶性蛋白聚合物可能在凝膠形成時的加熱過程中形成難溶聚合物。接著凝固劑加入，促進聚合物

9、形成。超聲對大豆分離蛋白產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)和構(gòu)象的改變可能會有益于分子間疏水相互作用和分子間二硫鍵的形成，最終形成致密、均一的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)。
　　(5)探究了超聲預處理對大豆分離蛋白轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶冷凝膠凝膠性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲能夠增強其凝膠性。選取此種冷凝膠為包埋載體包埋核黃素，因為冷環(huán)境能夠更好地保護熱敏性營養(yǎng)物質(zhì)或藥物。高場強超聲波(20kHz，400W)處理40分鐘之后，包埋核黃素的大豆分離蛋白冷凝膠凝膠產(chǎn)量由6.02增加到11.27;

10、凝膠強度由11.4g增加到37.5g;包埋率也由88.8％增加到100％。并且經(jīng)過40分鐘超聲處理之后核黃素在模擬胃液或者腸液中的釋放速率減慢。通過對凝膠的進一步研究發(fā)現(xiàn):凝膠的腫脹性降低，抗腐蝕性增加，空間結(jié)構(gòu)也呈現(xiàn)出更加致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。聚丙烯酰胺電泳顯示超聲預處理增加了大豆蛋白凝膠的交聯(lián)度，促進了共價交聯(lián)反應的發(fā)生。拉曼光譜顯示，超聲預處理后，蛋白凝膠多肽鏈和氨基酸殘基的微環(huán)境以及化學性質(zhì)發(fā)生了變化，意味著三級結(jié)構(gòu)改變了。
　

11、　(6)用高場強超聲(20kHz，400W下5-40分鐘)處理從脫脂大豆粉中提取的7S和11S。超聲作用后，在pH=7.0，0.05M的Tris緩沖液中，7S的粒度由73.3nm減少至51.6nm，濁度(2％)由0.602減少到0.147，表面疏水性由856增加到1060，溶解性從85％增加到93％，乳化活性指數(shù)由34.1m2/g增加到53.7m2/g，乳化穩(wěn)定指數(shù)由9.7分鐘增加到52.6分鐘。對11S而言，超聲后11S在Tris緩沖

12、液中的濁度降低，但對其粒度和乳化穩(wěn)定指數(shù)影響不大。除此之外，11S的表面疏水性和溶解度在前20分鐘時降低但之后又增加。7S和11S的巰基含量都在超聲之后降低。超聲沒有改變7S和11S的二級結(jié)構(gòu)，但它增加了非還原性電泳在高分子量處聚集物的含量，并且拉曼光譜顯示芳香和脂肪族氨基酸側(cè)鏈的微環(huán)境也發(fā)生了改變。從以上在Tris緩沖液中粒度、濁度、溶解度和乳化性的改變，不難發(fā)現(xiàn)，超聲對7S的影響比11S更加顯著。超聲對7S蛋白聚集物的解聚集，可能是