堿性蛋白酶對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

趙欣，孔慶偉

（1.黑龍江旅游職業技術學院食品工程學院，哈爾濱150086；

2.黑龍江龍丹乳業科技股份有限公司阿城分公司，黑龍江阿城150030）

醇浸出法大豆濃縮蛋白（Alcohol Leaching Soy Protein Concentrate簡稱ALSPC）[1]由于其成本低、生產工藝幾乎無污水排放等優點，是目前生產SPC最常用的方法。但由于乙醇溶液強烈的蛋白質變性作用，使得濃縮蛋白的功能特性大大降低。因此，通過改性提高大豆濃縮蛋白功能特性具有十分重要的意義。

酶改性技術是利用蛋白酶的內切作用及外切作用將蛋白分子切割成較小的分子，使其蛋白的功能特性有所改變。蛋白酶解作用具有專一性強、條件溫和等特點。因此在水解過程中底物濃度不同，酶種類、酶用量不同，反應條件不同，則所得的水解度就不同，水解度不同則表現出的功能特性就不同[2]。并有研究發現，用酶改性來改善大豆蛋白的理化性質效果較好。因此，本課題選擇堿性蛋白酶針對提高大豆濃縮蛋白起泡性進行研究。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

醇法大豆濃縮蛋白：實驗室自制（蛋白質含量為74.40%，蛋白溶出率為1.27%）；

精制大豆油：市售；

堿性蛋白酶（20萬u/g）：北京奧博星生物技術責任有限公司。

1.2 主要儀器、設備

數顯水浴恒溫振蕩器THZ-82（A），江蘇金壇萊華儀器制造有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱TG238，上海精宏實驗設備公司；

數顯恒溫水浴鍋HH-4，國華電器有限公司；

分析天平DHG-9203/A，上海醫用激光儀器廠；低速大容量離心機TDL-5，上海安亭科學儀器廠；

pH酸度計S-3c，江蘇江分電分析儀器有限公司；

高速攪拌器JJ-1，常州國華電器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 堿性蛋白酶改性ALSPC工藝路線 堿性蛋白酶改性ALSPC工藝路線見圖1。

圖1 堿性蛋白酶改性ALSPC工藝路線圖

1.3.2 起泡性測定方法 起泡性與泡沫穩定性：將一定量的蛋白質溶解到300mL蒸餾水中，調節pH至一定數值，然后在10000r/min的組織搗碎機中均質2min，記錄均質停止時泡沫的體積，起泡性計算如下：分別記錄當時的泡沫體積，用如上方法計算當時的起泡性。

2 結果與討論

2.1 堿性蛋白酶濃度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

圖2 酶濃度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

由實驗結果（見圖2）可知，在酶濃度、底物濃度、酶解溫度、pH值等其它因素不變的情況下，隨著堿性蛋白酶用量增加，大豆濃縮蛋白的起泡能力及起泡穩定性先是逐漸增大，當酶濃度達到6%時，此時的濃縮蛋白的起泡性和起泡穩定性為最大值76.67%和33.33%。隨著酶濃度的繼續增加，濃縮蛋白的起泡性和起泡穩定性逐漸下降。

這可能是由于有限酶的催化水解使蛋白質分子柔性增加，疏水基團充分暴露，因而使蛋白質分子能迅速吸附至氣—水界面，并隨即將界面張力下降至低水平能力，增強了起泡性。然而，由于低分子質量肽不能在界面形成具有黏附性質的膜，因而過度的水解會損害起泡能力,起泡性在酶量6%后呈下降趨勢[3]。而且當酶用量達到一定程度后，由于底物濃度不能對酶達到飽和，導致酶的作用受到抑制[4]，酶用量的增加不能再提高起泡性。因此，綜合考慮起泡性及大豆濃縮蛋白生產成本，選取酶用量(E/S)：堿性蛋白酶4%～8%作為正交實驗的最適范圍。

2.2 底物濃度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

圖3 底物濃度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

由實驗結果（見圖3）可以看出，大豆濃縮蛋白在酶濃度、酶解時間、酶解溫度、pH值不變的條件下，在較低底物濃度時，隨著底物濃度增加，起泡性和起泡穩定性逐漸增大。這可能因為隨著底物濃度的增加，使蛋白液表面的濃度提高，從而增加了親水基團和疏水的非極性基團，增大了蛋白酶與底物蛋白分子肽鍵的接觸機會，使得氣泡易于形成，提高了蛋白質的起泡性[5]。但當底物濃度增大到一定程度后，起泡能力開始呈現下降趨勢，這可能是因為底物濃度較大時，在不斷受熱的情況下，小分子進一步聚合形成可溶性的聚合多肽，界面張力增加，起泡性逐漸減小。因此，由實驗結果可知，當堿性蛋白酶在底物濃度 (W/V)為8%時起泡能力最強，起泡性為80.0%，起泡穩定性為33.3%，因此選擇底物濃度6%～10%作為蛋白酶酶解正交實驗的最適范圍。

2.3 酶解時間對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

圖4 酶解時間對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

由實驗結果（見圖4）可知，在酶濃度、底物濃度、酶解溫度、pH值不變的情況下，隨著酶解時間的延長，起泡能力隨之變大，在2h時起泡能力達到最大，而后起泡能力逐漸減小，水解到5h后起泡能力最弱。在酶解初期，由于蛋白質分子中的—NH2、—COOH之間形成的氫鍵數目增多，形成的薄膜具有足夠的黏度和機械強度，使得大豆蛋白的起泡性增加。隨著酶解過程的進行，—NH2、—COOH的數目不斷增加，電荷數目也隨之增加，當增加到一定程度后，氣液薄膜強度降低，泡沫易破裂，起泡性也隨之降低[6]。由實驗結果可知，當酶解時間為2h，起泡能力最大，起泡性和起泡穩定性分別為66.7%和26.7%。因此，正交實驗選擇1～3h為最佳水解時間范圍。

2.4 改性溫度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

圖5 酶解溫度對大豆濃縮蛋白起泡性的影響

由實驗結果（見圖5）可知，隨著酶解溫度的升高，起泡性和起泡穩定性逐漸增大，當溫度達到45℃時，大豆濃縮蛋白的起泡能力及起泡穩定性最好，分別為80.0%和20.0%，隨著溫度的繼續升高，起泡性又逐漸減小。這可能是因為酶都有自己的最適溫度，超過這一溫度，酶就會變性。因此，選取酶解溫度40～50℃作為正交實驗的最佳溫度范圍。

2.5 堿性蛋白酶最佳改性條件優化分析

堿性蛋白酶最佳改性條件正交實驗結果見附表。

附表 堿性蛋白酶提高ALSPC起泡性正交實驗結果及分析L9(34)

圖6 堿性蛋白酶對ALSPC起泡性影響極差分析圖

由實驗結果（見附表、圖6）可以看出，在所選擇的影響起泡性的四個因素A（酶濃度）、B（底物濃度）、C（改性時間）、D（改性溫度）中，其影響程度均為D>C＞B>A，改性溫度的影響因素最為顯著，最優組合為A2B2C2D3，即酶濃度為6%、底物濃度為8%、改性時間為2h、改性溫度為50℃，在此條件下的驗證實驗測得起泡能力為113.3%、起泡穩定性為56.7%，均高于正交實驗中各組實驗的結果，證明實驗所得的優水平是可靠的。

3 結論

本研究以醇法大豆濃縮蛋白為原料，通過單因素實驗和正交實驗，利用堿性蛋白酶進行酶法改性，可有效提高醇法大豆濃縮蛋白的起泡性，最佳改性條件：酶用量(E/S)為6%、底物濃度為(W/V)8%、改性時間為2h、改性溫度為50℃，改性中pH值為9.0，改性后大豆濃縮蛋白的起泡能力為113.3%，比改性前提高了2.5倍，起泡穩定性為56.7%，比改性前提高了3.6倍。

［1］張梅，周瑞寶，米宏偉，等．醇法大豆濃縮蛋白物理改性研究［J］.糧食與油脂，2003，(8):3-5.

［2］林敏剛．堿性蛋白酶在水解植物蛋白中的應用［J］.中國油脂，2009，34（12）:30-33.

［3］邵秀芝，趙愛菊，陳麗燕.酶解血漿蛋白起泡性的研究［J］．肉類工業，2006，(7):28-30.

［4］無錫輕工學院.食品酶學［M］．北京：中國輕工業出版社，2002，134-136.

［5］何慧娟，周瑞寶，馬宇翔，郭海英．脫酚棉籽粕蛋白起泡性的研究［J］．中國油脂，2006，31（4）：29-32.

［6］徐紅華，劉欣．復合酶法改善大豆分離蛋白起泡性的工藝優化［J］．生產與科研經驗，2007，33（1）：51-54.