超聲波作用于大豆分離蛋白-磷脂復合體系的流變性和拉曼光譜變化

畢 爽，隋曉楠，韓天翔，李 楊，王中江，齊寶坤，江連洲

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

超聲波作用于大豆分離蛋白-磷脂復合體系的流變性和拉曼光譜變化

畢 爽，隋曉楠，韓天翔，李 楊，王中江，齊寶坤，江連洲*

（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

研究超聲波低功率（100 W）、中功率（300 W）和高功率（450 W）在不同的時間條件下（12、24 min）對大豆分離蛋白-磷脂復合體系結構和功能性質的影響。掃描電子顯微鏡及流變學實驗顯示低、中功率超聲波處理形成的凝膠結構致密均勻、彈性模量G’較高，且300 W條件下處理24 min時，樣品凝膠性質最好。采用光譜學實驗驗證后發現，大豆分離蛋白-磷脂復合體系構象的變化是影響其凝膠性質的主要因素；拉曼光譜實驗結果表明：超聲波改變了大豆分離蛋白的二級結構以及色氨酸、酪氨酸所處的微環境，暴露疏水性基團，使其更易與大豆卵磷脂發生疏水相互作用，且低、中功率條件下超聲波對大豆分離蛋白和磷脂交互作用的影響較大。超聲波功率進一步增大（450 W）使大豆分離蛋白發生不溶性聚集，減弱了與磷脂間的相互作用，復合體系的功能性質隨之下降。

超聲波處理；大豆分離蛋白-磷脂復合體系；熒光光譜；拉曼光譜；空間結構

大豆分離蛋白由于營養豐富而被廣泛使用，作為食品成分用來增強食品營養和風味。但天然大豆蛋白對溫度、離子強度、pH值等因素敏感，使它們在食品加工中的應用受到限制。為拓寬其應用范圍，大豆分離蛋白的天然改性已經成為學者們的研究熱點[1-2]。大豆卵磷脂是食品中重要的營養成分，具有改善食品風味和質地的作用。作為一種兩性離子表面活性劑，它可以通過疏水結合的方式使蛋白質的表面活性發生改變[3]。

近年來，較多研究指出蛋白質與磷脂可以通過靜電作用或疏水相互作用結合形成復合體系，也有學者對其功能性質進行了一定的研究。Mantovani[4]和Yamamoto[5]等發現磷脂的添加可以提高乳清分離蛋白在接近等電點處的穩定性，同時，大豆分離蛋白-磷脂復合乳液粒徑分布均勻且體積平均粒徑較小，是一種良好的天然乳化劑。有研究者研究發現pH值和熱處理會在一定程度上影響大豆分離蛋白-磷脂復合體系功能性質的表達[6-8]。目前，超聲波技術在食品工業中得到廣泛應用，其在液體介質中的動態剪切、空化等作用，可以改變大豆分離蛋白的柔性空間結構[9-10]，誘導磷脂結構變化，促進大豆分離蛋白與磷脂間的融合與交互。然而，鮮有關于不同超聲波條件對大豆分離蛋白-磷脂復合體系功能性質的影響研究，而采用熒光光譜和拉曼光譜研究大豆分離蛋白-磷脂復合體系構象變化與凝膠性質之間的構效關系也相對較少。

本實驗探究不同超聲波功率（150、300、450 W）和超聲波作用時間（12、24 min）對大豆分離蛋白-磷脂復合體系結構和功能性質的影響，解析復合體系結構變化對功能性質產生的影響，以期為超聲波技術在食品加工中的合理應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白 東北農業大學食品學院實驗室自制；大豆卵磷脂 美國Sigma公司。

鹽酸、氫氧化鈉、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉 北京新光化學試劑廠；正己烷 天津北科化學品有限責任公司。

1.2 儀器與設備

超聲波細胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；AL204型分析天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；S-3400掃描電子顯微鏡、F-4500熒光分光光度計 日本Hitachi公司；離心機 德國Eppendorf公司；FD5-3型冷凍干燥機 美國SIM公司；PerkinElmer Raman Station 400 拉曼光譜儀 美國PE公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆分離蛋白的制備

參考Wolf[11]的方法。新鮮大豆磨粉后與正己烷以料液比1∶3（m/V）的比例混合，在40 ℃條件下攪拌2 h。將所得混合物在4 ℃、10 000×g條件下離心20 min，棄去上層油脂，再重復離心過程3 次，室溫條件下風干備用。將脫脂豆粉按1∶10的料液比（m/V）與水混合，然后用2 mol/L NaOH調節溶液的pH值至8.5，45 ℃條件下攪拌2 h后，將其懸浮液在4 ℃、10 000×g條件下離心20 min，取上清液再用2 mol/L HCl調節pH值至4.5。靜置后在4 ℃、6 000×g條件下離心20 min，得蛋白質沉淀水洗2 次，最后用2 mol/L NaOH調節蛋白質pH值至7.0。將此蛋白溶液冷凍干燥后研磨即得粉末狀大豆分離蛋白。1.3.2 超聲波處理制備大豆分離蛋白-磷脂復合體系

將大豆卵磷脂與大豆分離蛋白以1∶10（m/m）的比例混合于錐形瓶中，配制成大豆分離蛋白質量濃度為1 g/100 mL的水溶液，室溫條件下攪拌2 h。超聲波處理的方法及條件設定參考Hu Hao等[12]并進行一定修改。將超聲波處理器的鈦探頭（直徑0.636 cm）插入液面，20 kHz條件下分別在輸出功率為150、300、450 W條件下處理12、24 min，超聲波作用時間4 s，間隔時間2 s，并每隔5 min向冰水浴中加入冰塊保持低溫，各樣品處理條件見表1。

表1 超聲波處理制備大豆蛋白-磷脂復合物Table 1 Ultrasonic treatments applied to soybean protein isolate-lecithin complex

1.3.3 掃描電子顯微鏡觀察大豆分離蛋白-磷脂凝膠樣品

將超聲波處理的大豆分離蛋白-磷脂樣品制備成質量濃度為100 mg/mL的分散液。在90 ℃條件下加熱20 min后冷卻至室溫形成大豆分離蛋白-磷脂凝膠，在4 ℃條件下冷藏24 h以完全形成凝膠。樣品前處理：將制好的凝膠切成塊狀，浸泡在固定液中24 h。再用體積分數30%～100%的乙醇溶液梯度洗脫至凝膠基本呈硬塊狀。切成表面較為平整的片狀凝膠，用冷凍干燥機干燥[13]。將干燥后的凝膠脆斷、鍍金，樣品置于掃描電子顯微鏡（15 kV）下觀察其顯微結構。

1.3.4 流變學性質測定

流變學性質測定采用溫度掃描模式。將經過不同條件超聲波處理的大豆分離蛋白-磷脂溶液加到流變儀平板上，平板直徑為40 mm，探頭型號及尺寸：pp為20 mm，板間距為0.5 mm。采用石蠟油對兩平行板間的縫隙封口，防止水分蒸發。測定參數：初始溫度25 ℃，以5 ℃/min升溫速率升溫至90 ℃后保溫20 min，之后以5 ℃/min降溫速率降溫至25 ℃。角頻率為0.63 rad/s，固定形變0.01[14]。記錄下彈性模量G’數值的變化。

1.3.5 拉曼光譜的測定及分析

拉曼光譜儀在室溫條件下相關參數設定：功率80 mW，激發光波長785 nm，曝光時間60 s，掃描400～2 000 cm-1范圍內的波數譜段，每個樣品都重復掃描3 次以上，由計算機做信號累加平均并繪圖輸出，峰位誤差控制在±3 cm-1內。掃描后各樣品的拉曼數據利用Origin 9.1軟件進行平滑處理，先進行基線校正，然后以苯丙氨酸（1 003±1） cm-1作為歸一化因子[15]。采用Peakfit Version軟件進行擬合分析各蛋白樣品二級結構組分的含量。

2 結果與分析

2.1 掃描電子顯微鏡觀察大豆分離蛋白-磷脂凝膠樣品

圖1 不同超聲波處理條件下大豆分離蛋白-磷脂樣品凝膠掃描電子顯微鏡圖（500×）Fig. 1 Scanning electron microscope image of soybean protein isolatelecithin gel prepared under different ultrasonic conditions (500 ×)

由圖1可知，未處理的大豆分離蛋白-磷脂凝膠結構不均勻，表面不平整并且現大面積孔洞。經過低、中功率超聲波處理的樣品凝膠具有聚集結構并夾雜一些疏松的網絡結構。當150 W超聲波處理24 min時，樣品從網狀結構變為膠狀結構、表面平整、致密有序。但經過高頻率、長時間超聲波處理的樣品，凝膠空間結構表面不均一并出現較大的空洞。適宜強度的超聲波處理可以加速大豆分離蛋白-磷脂的相互作用，易于凝膠聚集體的形成，這與Zuniga等[16]結果一致。超聲波的空化作用使大豆分離蛋白和磷脂的空間結構展開，功能基團（如疏水基團）暴露，蛋白質與蛋白質、蛋白質與磷脂之間彼此發生相互作用從而形成蛋白質聚集體，呈現網狀結構。不同樣品間凝膠性的差異可能與大豆分離蛋白二級結構變化有緊密聯系。也可能因為超聲波處理減少了大豆分離蛋白-磷脂體系的粒度，在凝膠過程中形成較小的聚合物，更好地填充在蛋白質-磷脂的凝膠網絡空間內，使凝膠結構更致密、均一。

2.2 超聲波處理對大豆分離蛋白-磷脂復合體系流變學性質的影響分析

圖2 不同超聲波條件下大豆分離蛋白-磷脂復合體系的流變學特性Fig. 2 Rheological properties of soybean protein isolate-lecithin composite system prepared under different ultrasonic conditions

彈性模量可以衡量樣品的凝膠強度，代表凝膠在彈性形變過程中積蓄的能量[17]。由圖2可知，經過不同條件超聲波處理后，所有樣品的彈性模量G’變化趨勢均相同，但在升溫過程中各樣品的G’幾乎不發生變化。在加熱過程中蛋白質分子逐步解折疊，發生部分變性，暴露出疏水基團與磷脂發生相互作用。但升溫過程中，樣品還未形成凝膠，所以大豆分離蛋白-磷脂體系的G’沒有升高。在保溫過程中，由于凝膠初始階段蛋白質-蛋白質/蛋白質-磷脂間發生一定的相互作用，因此樣品的G’升高但并不明顯[18]。在降溫過程中，樣品的G’開始持續上升，蛋白質分子間氫鍵、二硫鍵或蛋白質與磷脂間的疏水相互作用等作用力使其結合并形成凝膠網狀結構。經過150 W、24 min條件下超聲波處理的樣品最先形成凝膠，說明其形成凝膠能力最強[19]。但相同時間條件下（24 min），隨著超聲波功率的增加，樣品降溫結束后的G’降低，可能是高功率協同長時間超聲波處理會使大豆蛋白結構發生不可逆轉變，形成不溶性聚集體后與大豆卵磷脂間的交互作用程度減弱，導致最終凝膠強度降低，與掃描電子顯微鏡觀察到的結構一致。當超聲波作用時間為12 min時，最終凝膠的G’隨超聲波功率的升高先增加后下降，較低超聲波功率（150 W）時，空化作用不明顯，大豆分離蛋白與磷脂交互作用較差。中等強度超聲波功率（300 W）使大豆分離蛋白結構打開，蛋白質的二級結構發生變化，大豆分離蛋白與磷脂相互作用程度增加，形成凝膠強度較高。但高強度超聲波會破壞大豆分離蛋白的結構[20]，同時降低大豆分離蛋白-磷脂復合體系的溶解性，影響最終凝膠的G’。為了進一步探究凝膠狀態與樣品結構之間的構效關系，本實驗采用拉曼光譜分析大豆分離蛋白-磷脂樣品的結構。

2.3 不同超聲波處理條件下大豆分離蛋白-磷脂復合體系的拉曼光譜分析

大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質的拉曼光譜特征峰和峰位歸屬見表2，根據表中振動來源與波數的對應關系可在圖3中標注出不同超聲波處理條件下大豆分離蛋白-磷脂復合體系的拉曼譜帶。

表2 大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質的拉曼光譜特征峰和峰位歸屬Table 2 Tentative assignment of some bands in the Raman spectrum of soybean protein isolate-lecithin complex system

圖3 不同超聲波處理條件下大豆分離蛋白-磷脂復合體系的拉曼光譜Fig. 3 Raman spectra of soybean protein isolate-lecithin composite system under different ultrasonic treatments

大豆分離蛋白-磷脂復合體系中的各種功能鍵以及大豆蛋白的二、三級結構信息均需激光拉曼光譜進行分析。通過拉曼光譜圖頻率和強度反應大豆分離蛋白-磷脂復合體系所處環境和構象變化等信息。經過不同條件超聲波處理后樣品在波數400～2 000 cm-1的拉曼光譜如圖3所示，在1 003 cm-1波段苯丙氨酸不易受到外界環境變化的影響、結構穩定，故可作為歸一化因子[21]。由圖3可知，各樣品譜線發生不同程度的位移，說明超聲波處理后大豆分離蛋白-磷脂復合體系中散射中心和化學鍵數目發生變化。拉曼光譜的頻率和強度變化，反映出大豆分離蛋白-磷脂復合體系空間構象的變化。

2.3.1 大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質主鏈結構變化

拉曼光譜中的特征峰可用于確定大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質主鏈結構中酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅲ帶的構象，酰胺Ⅰ帶主要包括C＝O與C—N的伸張。酰胺Ⅰ帶和Ⅲ帶的特征峰位置如表3所示[22]。

表3 大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白的二級結構拉曼光譜頻率及歸屬Table 3 Raman frequencies and band assignments of secondary structures in soybean protein isolate-lecithin complex system cm-1

由表3可知，蛋白質酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅲ帶可用于表征蛋白質的主鏈結構，拉曼光譜圖中1 665～1 675 cm-1處譜帶強度大，表明復合體系酰胺Ⅰ帶中主要存在β-折疊及無規卷曲結構。蛋白質的二級結構相對含量可通過蛋白質的酰胺Ⅰ帶定量分析，結果見表4。超聲波未處理組樣品中的蛋白質二級結構組成為：α-螺旋結構24.75%、β-折疊結構25.40%、β-轉角結構15.61%及無規卷曲結構34.54%。

表4 大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質的二級結構含量（n=3）Table4 Percentages of protein secondary structures in soybean protein isolate-lecithin composite system?under different?ultrasonic conditions (n= 3) %

由表4可知，低功率（150 W）時大豆分離蛋白-磷脂復合體系中α-螺旋及無規卷曲結構含量隨著超聲波作用時間的延長下降，β-折疊結構含量上升。當超聲波作用功率為150 W時，超聲波處理使α-螺旋含量由24.75%分別降低到24.31%（12 min）和23.06%（24 min）。這與Li Chen等[23]的研究一致，可能是大豆卵磷脂結合到了α-螺旋結構中的疏水性氨基酸區域，從而使蛋白質分子展開改變了大豆分離蛋白-磷脂復合體系中二級結構的組成。超聲波的空化效應使蛋白質暴露疏水基團與磷脂發生疏水相互作用，進而降低大豆分離蛋白的α-螺旋結構，但高功率超聲波作用下，大豆分離蛋白分子由于空穴效應運動加速，會發生一定程度的聚集，降低了磷脂與大豆分離蛋白的疏水相互作用。相對于未處理樣品而言，經過450 W、12 min和24 min超聲波處理時，大豆分離蛋白-磷脂復合體系樣品中的α-螺旋結構含量呈現出明顯的增加趨勢，而β-折疊結構含量呈現出下降趨勢。這與Hu Hao等[12]研究結果一致，由于蛋白質的二級結構取決于氨基酸序列和蛋白質分子與其他分子的交互作用，上述結果說明超聲波破壞了這些作用，導致二級結構變化。相似地，Chandrapala等[9]也指出較高的超聲功率（20 kHz，450 W）導致蛋白質表現出β-折疊結構向α-螺旋結構結構轉移。450 W超聲波條件下，當超聲波作用時間延長至24 min時，α-螺旋結構含量變化相比于超聲波處理12 min時更加明顯。形成的凝膠結構無序且分布不均勻，凝膠立體感差。

2.3.2 大豆分離蛋白-磷脂復合體系中蛋白質側鏈結構變化

2.3.2.1 色氨酸殘基的變化

色氨酸在拉曼光譜圖上會表現出多個拉曼光譜譜帶，對于觀察蛋白質微環境的極性及氫鍵變化規律有著重要作用。Li-Chan等[24]研究表明在波長760 cm-1附近區域，色氨酸殘基可觀察到“埋藏式”到“暴露式”的轉變。在本研究中，經過超聲波處理的大豆分離蛋白-磷脂復合體系拉曼光譜峰強度在760 cm-1附近區域有所增加（表5），表明色氨酸殘基由“埋藏式”微環境轉為“暴露式”展開形式[25]。

2.3.2.2 酪氨酸側鏈環境的變化

超聲波處理后磷脂與大豆分離蛋白的交互作用對蛋白質側鏈結構的影響采用的相對強度衡量，在拉曼光譜圖中830、850 cm-1附近是酪氨酸環吸收振動和面彎曲振動產生的特征振動峰。二者的相對強度能夠鑒定酪氨酸組分“暴露”或“埋藏”的程度。酪氨酸殘基數通常由公式（1）、（2）計算。

式中：N為“暴露”或“埋藏”的酪氨酸殘基數；I為不同波數的拉曼光譜峰強度。

850 cm-1和830 cm-1是酪氨酸殘基苯環的呼吸振動和面外彎曲倍頻之間的費米共振，通過2 條譜線的強度比，推測酪氨酸是氫鍵的供體或是受體[22]。若比值為2.5，酪氨酸苯環上的羥基氧原子是強氫鍵受體；如果比值為1.25，此時酪氨酸苯環上的羥基氧原子為中強度氫鍵的供體或受體；如果比值為0.3，表明酪氨酸的苯環上的羥基氧原子是強氫鍵的供體。而在本研究中，酪氨酸振動峰譜帶的比值范圍為0.975～0.998，說明經過不同強度超聲波處理后大豆分離蛋白-磷脂復合體系中的酪氨酸部分暴露到溶液的極性微環境中，且作為中性強度氫鍵的供體或受體。由表5可知，超聲波處理顯著影響酪氨酸殘基在850 cm-1和830 cm-1的峰強比，未處理樣品比值最低，超聲波處理后樣品的比值有不同程度的升高，表明酪氨酸苯環上的羥基氧原子由強氫鍵的供體向強氫鍵的受體趨勢轉變。

表5 不同超聲波處理條件下大豆分離蛋白-磷脂復合體系中色氨酸、酪氨酸雙峰比、C—H振動譜帶強度Table 5 Normalized intensities of tryptophan band, tyrosyl doublet and C–H band in SPI-lecithin composite system under different ultrasonic conditions

2.3.2.3 脂肪族C—H鍵彎曲振動模式變化

由表5可知，CH2和CH3的彎曲振動在1 450 cm-1波數附近可以觀察到，超聲波作用12 min時拉曼光譜中1 450 cm-1的譜帶強度隨著超聲波功率強度的增強呈先增加后下降趨勢；超聲波作用24 min后，樣品4號譜帶強度達到最大值，但隨著超聲波作用功率進一步增強，譜帶強度反而下降。在1 450 cm-1處C—H鍵強度的增加說明樣品中的疏水基團暴露到極性環境中[26]。當超聲波功率進一步增加時，蛋白聚集導致疏水基團包埋并向微極性環境轉變，譜帶強度降低。與磷脂的疏水相互作用減弱，最終形成的凝膠樣品彈性弱。

2.3.2.4 二硫鍵分析

二硫鍵的伸縮振動帶在500～550 cm-1波長范圍處，由圖3可知，未處理的蛋白質-磷脂樣品在525 cm-1和540 cm-1波數處出現拉曼峰，說明此時二硫鍵的主要構象為g-g-t和t-g-t構象。經過不同條件超聲波處理后，g-g-t構象發生了不同程度地向t-g-t構象轉變的現象，說明超聲波處理對復合體系中的二硫鍵構象產生影響，形成的t-g-t構象利于樣品凝膠的形成。

3 結 論

本實驗選用不同條件的超聲波處理大豆分離蛋白-磷脂復合體系。并采用拉曼光譜對體系功能性質與結構的構效關系進行分析可知，經過低（150 W）、中功率（300 W）超聲波處理后，樣品凝膠具有較為致密、均一的結構，G’較高。但高功率（450 W）超聲波處理致使凝膠表面不均一，且隨著時間的延長，凝膠表面出現孔洞，G’隨之下降。

當超聲波處理條件為150 W、24 min時，大豆分離蛋白-磷脂復合體系凝膠具有最致密的膠狀結構。同時，流變學實驗結果顯示其G’最高。通過拉曼光譜的測定發現，大豆分離蛋白-磷脂復合體系構象上的變化是影響其凝膠性質和流變學性質的主要因素。

拉曼光譜顯示低（150 W）、中功率（300 W）條件下樣品中β-折疊含量上升，疏水基團暴露，二硫鍵的主要構象g-g-t構象發生了不同程度地向t-g-t構象轉變的現象，大豆分離蛋白與磷脂間的疏水相互作用更顯著。高超聲波功率導致復合體系中蛋白質發生不溶性聚集，因此形成的凝膠結構無序、立體感差。

本實驗采用從宏觀到微觀、先規律后結構的討論模式，具體分析了大豆分離蛋白-磷脂復合體系功能性質隨超聲波條件變化的規律及構象變化對復合體系功能性質的影響。凝膠性質和流變學性質（溫度掃描模式）是復合體系重要的功能性質，與疏水基團的暴露、蛋白質二級結構組成及二硫鍵構象的變化息息相關。因此采用拉曼光譜法分析復合體系構象的變化有利于解析超聲波對復合體系構象功能性質的影響規律。實驗結果為超聲波技術運用于加工大豆分離蛋白-磷脂復合產品和其他蛋白與磷脂復合的食品加工過程提供了一定的理論依據。

[1] MA L, LI B, HAN F, et al. Evaluation of the chemical quality traits of soybean seeds, as related to sensory attributes of soymilk[J]. Food Chemistry, 2015, 173: 694-701. DOI:10.1016/ j.foodchem.2014.10.096.

[2] KATO A, OSAKA Y, MATSUDOMI N, et al. Changes in the emulsifying and foaming properties of proteins during heat denaturation[J]. Agricultural and Biological Chemistry, 1983, 47(1): 33-37. DOI:10.1080/00021369.1983.10865579.

[3] SCURIATTI M, TOMAS M, WANGNER J. Influence of soybean protein isolates-phosphatidycholine interaction on the stability on oilin-water emulsions[J]. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 2003, 80(11): 1093-1100. DOI:10.1007/s11746-003-0825-7.

[4] MANTOVANI R A, CAVALLIERI ? L F, NETTO F M, et al. Stability and in vitro digestibility of emulsions containing lecithin and whey proteins[J]. Food & Function, 2013, 4(9): 1322-1331. DOI:10.1039/C3FO60156K.

[5] YAMAMOTO Y, ARAKI M. Effects of lecithin addition in oil or water phase on the stability of emulsions made with whey proteins[J]. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 1997, 61(11): 1791-1795. DOI:10.1271/bbb.61.1791.

[6] McCLEMENTS D J. Emulsion design to improve the delivery of functional lipophilic components[J]. Annual Review of Food Science and Technology, 2010, 1(1): 241-269. DOI:10.1146/annurev. food.080708.100722.

[7] WANG X S, TANG C H, LI B S, et al. Effects of high-pressure treatment on some physicochemical and functional properties of soy protein isolates[J]. Food Hydrocolloids, 2008, 22(4): 560-567. DOI:10.1016/j.foodhyd.2007.01.027.

[8] BECKWITH A C. Interaction of phosphatidylcholine vesicles with soybean 7S and 11S globulin proteins[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1984, 32(6): 1397-1402. DOI:10.1021/jf00126a045.

[9] CHANDRAPALA J, OLIVER C, KENTISH S, et al. Ultrasonics in food processing[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2012, 19(5): 975-983. DOI:10.1016/j.tifs.2010.04.003.

[10] NIEUWENHUYZEN W, SZUHAJ B F. Effects of lecithins and proteins on the stability of emulsions[J]. Lipid, 1998, 100(7): 282-291. DOI:10.1002/(SICI)1521-4133(199807)100:7＜282:AIDLIPI282＞3.0.CO;2-W.

[11] WOLF W J. Soybean proteins. their functional, chemical, and physical properties[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1970, 18(6): 969-976. DOI:10.1021/jf60172a025.

[12] HU H, WU J, LI-CHAN E C Y, et al. Effects of ultrasound on structural and physical properties of soy protein isolate (SPI) dispersions[J]. Food Hydrocolloids, 2013, 30(2): 647-655. DOI:10.1016/j.foodhyd.2012.08.001.

[13] TANG C H, WANG X Y, YANG X Q, et al. Formation of soluble aggregates from insoluble commercial soy protein isolate by means of ultrasonic treatment and their gelling properties[J]. Journal of Food Engineering, 2009, 92(4): 432-437. DOI:10.1016/ j.jfoodeng.2008.12.017.

[14] 孫哲浩. 大豆分離蛋白與卡拉膠共凝膠體流變學特性的研究[J]. 食品工業科技, 2000, 21(6): 87-92.

[15] HERRERO A M, JIMENEZ F, CARMONA P, et al. Elucidation of structural changes in soy protein isolate upon heating by Raman spectroscopy[J]. International Journal of Food Science & Technology, 2009, 44(4): 711-717. DOI:10.1111/j.1365-2621.2008.01880.x.

[16] ZUNIGA R N, KULOZIK U, AGUILERA J M. Ultrasonic generation of aerated gelatin gels stabilized by whey protein beta-lactoglobulin[J]. Food Hydrocolloids, 2011, 94(5): 958-967. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2010.09.010.

[17] HU H, WU J H, CHAN E C, et al. Effects of ultrasound on structural and physical properties of soy protein isolate (SPI) dispersions[J]. Food Hydrocolloids, 2013, 30(2): 647-655. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2012.08.001.

[18] 朱建華, 楊曉泉. 超聲處理對大豆分離蛋白流變學性質的影響[J].食品科學, 2005, 26(12): 52-57.

[19] STATHOPULOS P B, SCHOLZ G A, HWANG Y M, et al. Sonication of proteins causes formation of aggregates that resemble amyloid[J]. Protein Science, 2004, 13(11): 3017-3027. DOI:10.1016/ j.foodhyd.2012.05.011.

[20] RINGGENBERG E, ALEXANDER M, CORREDIG M. Effect of concentration and incubation temperature on the acid induced aggregation of soymilk[J]. Food Hydrocolloids, 2013, 30(1): 463-469. DOI:10.1110/ps.04831804.

[21] MOON S Y, LI-CHAN E C Y. Assessment of added ingredient effect on interaction of simulated beef flavour and soy protein isolate by gas chromatography, spectroscopy and descriptive sensory analysis[J]. Food Research International, 2007, 40(10): 1227-1238. DOI:10.1016/ j.foodres.2007.08.002.

[22] OVERMAN S A, THOMAS Jr G J. Raman spectroscopy of the filamentous virus Ff (fd, f1, M13): structural interpretation for coat protein aromatics[J]. Biochemistry, 1995, 34(16): 5440-5451. DOI:10.1021/bi00016a015.

[23] LI C, HUANG X, PENG Q, et al. Physicochemical properties of peanut protein isolate-glucomannan conjugates prepared by ultrasonic treatment[J]. Ultrasonics Sonochemistry, 2014, 21(5): 1722-1727. DOI:10.1016/j.ultsonch.2014.03.018.

[24] LI-CHAN E C Y. The applications of Raman spectroscopy in food science[J]. Trends in Food Science & Technology, 1996, 7(11): 361-370. DOI:10.1016/S0924-2244(96)10037-6.

[25] WONG H W, CHOI S M, PHILLIPS D L, et al. Raman spectroscopic study of deamidated food proteins[J]. Food Chemistry, 2009, 113(2): 363-370. DOI:10.1016/j.foodchem.2008.09.027.

[26] LIPPERT J, TYMINSKI D, DESMEULES P. Determination of the secondary structure of proteins by laser Raman spectroscopy[J]. Journal of the American Chemical Society, 1976, 98(22): 7075-7080. DOI:10.1021/ja00438a057.

Effect of Ultrasound on Rheological and Raman Spectroscopy Properties of Soybean Protein Isolate-Phospholipid Composite System

BI Shuang, SUI Xiaonan, HAN Tianxiang, LI Yang, WANG Zhongjiang, QI Baokun, JIANG Lianzhou*
(School of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

The aim of this study was to compare the effects of ultrasonic treatments at three different power levels (150, 300 and 450 W) for different durations (12 and 24 min) on the structural and functional properties of soybean protein isolate (SPI)-phospholipid composite system. Scanning electron microscope observation and rheology experiments showed that ultrasonic treatments at low and medium powers were suitable to generate compact and uniform gel with high elastic modulus. When the ultrasonic condition remained at 300 W for 24 min, the sample showed the best gel properties. It was confirmed that gel properties were influenced by the conformation of soybean protein-phospholipid composite system. Raman spectra showed that ultrasonic treatment could change the secondary structure of SPI. The microenvironment of tryptophan and tyrosine residues was changed at the same time. The interactions between SPI and lecithin easily occurred because of the exposure of hydrophobic groups. Low and medium power ultrasonication had a stronger effect on the composite system. Insoluble protein aggregates occurred when ultrasonic power increased to 450 W, and the functional properties of the composite system decreased because the interactions between soybean protein isolate and lecithin became weaker.

ultrasonic treatment; soybean protein isolate-phospholipid composite system; fluorescence spectroscopy; Raman spectroscopy; spatial structure

10.7506/spkx1002-6630-201621011

TS214.9

A

1002-6630（2016）21-0061-06

畢爽, 隋曉楠, 韓天翔, 等. 超聲波作用于大豆分離蛋白-磷脂復合體系的流變性和拉曼光譜變化[J]. 食品科學, 2016, 37(21): 61-66. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201621011. http://www.spkx.net.cn

BI Shuang, SUI Xiaonan, HAN Tianxiang, et al. Effect of ultrasound on rheological and Raman spectroscopy properties of soybean protein isolate-phospholipid composite system[J]. Food Science, 2016, 37(21): 61-66. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201621011. http://www.spkx.net.cn

2016-02-01

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2014BAD22B00）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102104）；黑龍江省自然科學基金重點項目（ZD201302）；高等學校博士生學科點專項科研基金博導類資助課題（20132325110013）

畢爽（1992—），女，碩士研究生，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。E-mail：13163436989@163.com

*通信作者：江連洲（1960—），男，教授，博士，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。E-mail：jlzname@163.com