大豆分離蛋白不同種聚集體的界面性質及其在冰淇淋中的應用研究

王欣　高育哲　張一凡

摘要：在不同pH值條件下，大豆分離蛋白（SPI）經高溫加熱形成不同微觀結構的聚集體。研究不同種聚集體的界面性質（溶解性、起泡性、泡沫穩定性、乳化性、乳化活性），用所制備的聚集體以不同的取代率取代脫脂乳粉制備冰淇淋，并測定冰淇淋的硬度和粘度。試驗結果表明：用濃度為4%（W/V）的大豆分離蛋白，在pH值為7.0時制備的聚集體的界面性質最佳。將大豆分離蛋白聚集體應用于冰淇淋中，隨其取代率的升高，冰淇淋的硬度和粘度升高，當取代率為50%時硬度和粘度達到最高。

關鍵詞：大豆分離蛋白；聚集體；界面性質；冰淇淋；應用

中圖分類號：TS201.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）08-0043-04

隨著人口劇增導致資源供應日趨緊張，食品的蛋白質資源逐漸被研究者立為重點。肉類食品雖蛋白質含量高，但其中含有大量脂肪及固醇。而大豆是“完全蛋白質”的植物來源，其蛋白質含量高達40%以上，氨基酸模式與人體必需氨基酸的需求量比較吻合，且不含膽固醇，其特有的生理活性物質——異黃酮還具有降低膽固醇的作用。

大豆蛋白優質、廉價，可以用于裝飾高級糕點和生產冰淇淋及啤酒，作為飲料、冰淇淋及乳化型制品的表面活劑來穩定乳化結構，是水、糖、油脂及其他食品配合物的良好載體。近年來，國內外學者對不同種蛋白質在不同環境條件下及經過各種改性處理后的功能性質進行大量研究，例如：Hemansson等人分析了不同環境條件對蛋白凝膠性質的影響；Sarah等人研究了熱致蛋白凝膠的流變學特性；華欲飛等人比較了大豆蛋白與不同多糖的流變性質，并探討了相分離在凝膠過程中的機理。但是，目前關于蛋白質在不同條件下熱致聚合后形成不同微觀形貌的聚集體的功能性質的研究少有報道。

李向紅等人[1-4]研究表明：在不同的pH值下，不同濃度的大豆分離蛋白會以不同的結構形式（如單體、二聚體、四聚體、八聚體）存在，再通過高溫加熱，形成不同形狀（如纖維狀、絮狀、塊狀）的聚集體。因此，本課題以大豆分離蛋白為原料，在一定的條件下制得不同的蛋白聚集體，分析和比較聚集體的界面性質，得到最優聚集體；再用蛋白聚集體以不同的取代率代替脫脂乳粉制備冰淇淋，探討大豆分離蛋白聚集體對冰淇淋粘度和硬度的影響。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

大豆分離蛋白，脫脂乳粉，奶油，白糖，黃原膠，單甘酯，蔗糖酯，SDS，金龍魚大豆色拉油，6%鹽酸溶液，6%氫氧化鈉溶液。

1.2 儀器和設備

組織搗碎機，pH測定儀，UV-2000型紫外分光光度計，高速離心機，磁力攪拌器，HH-6型電子恒溫水浴鍋，NDJ-5S型旋轉粘度計，質構儀，以及其他試驗用玻璃器皿。

1.3 試驗方法

1.3.1 大豆分離蛋白聚集體的制備 大豆分離蛋白聚集體的制備方法主要參考Utsumi[5]的方法而有所改進。配置濃度分別為1%，2%，4%，7%（W/V）的大豆分離蛋白溶液，用6%鹽酸溶液和7%氫氧化鈉溶液調pH值，每個濃度的溶液均調節3個pH值（2.0，3.5，7.0），然后置于80 ℃的水浴鍋中加熱2 h，制得大豆分離蛋白的不同聚集體。

1.3.2 大豆分離蛋白聚集體界面性質的測定

1） 溶解性的測定。將制備的濃度分別為1%，2%，4%，7%（W/V）的大豆分離蛋白聚集體以10 000 r/min的轉速離心15 min，取上清液并稀釋，使濃度為1%和2%的樣品料液比為1∶5，濃度為4%和7%的樣品料液比為1∶10，然后在波長280 nm處測吸光值。采用蛋白質含量的標準曲線（如圖1所示），求出溶液中蛋白質含量，再乘其稀釋倍數得到溶液中蛋白質濃度。

2） 起泡性和泡沫穩定性的測定。參照Watanabe等人[6]的方法而有所改進。取濃度分別為1%，2%，4%，7%（W/V）的樣品各40 mL，用轉速為6 500

r/min的組織搗碎機搗碎40 s，置于量筒中，記錄泡沫的高度V1，靜置30 min后記錄泡沫高度V2。計算起泡性（FC）及泡沫穩定性（FS）。

3） 乳化性和乳化活性的測定。參照Watanabe等人的方法而有所改進。取5 mL濃度分別為1%，2%，4%，7%（W/V）的樣品各加入5 mL金龍魚大豆色拉油，用轉速為7 500 r/min的組織搗碎機搗碎1 min，制成乳化液，在0 min和10 min時取底部樣液50 μL，置于5 mL SDS溶液中稀釋，測定500 nm處的吸光值A0和A10。以SDS溶液作為空白。

乳化性用乳化活力指數（EAI）表示：

EAI（m2/g）={（2×2.303）/[C×（1-φ）×104]}×

A500×dilution

乳化穩定性用乳化穩定指數（ESI）表示：

ESI（%）=100×（A10/A0）

式中：N為稀釋倍數；C為蛋白質的濃度，g/mL；L為比色池光徑，1 cm。

1.3.3 大豆分離蛋白聚集體取代脫脂乳粉制備冰淇淋及其品質的測定 用上述試驗確定的最佳大豆分離蛋白聚集體，按照表1的配方，分別以20%，30%，40%，50%的取代率取代脫脂乳粉，制備冰淇淋[7-8]。

1） 冰淇淋粘度的測定。將制備的冰淇淋在4 ℃下老化12 h后，利用NDJ-5S型旋轉粘度計，選用2號轉子，轉速12 r/min，測其粘度。

2） 冰淇淋硬度的測定。利用質構儀的檢測探頭兩次下壓測定制備的冰淇淋的質地特征曲線。將樣品在冰箱中硬化，取出后迅速測定。參數設定：測試前探頭下降速度為2 mm/s，測試速度為3 mm/s；測試后探頭回程速度為5 mm/s；測試距離為15 mm；觸發力為20×10-2 N；探頭類型為P/6。

2 結果與分析

2.1 不同種聚集體的溶解性

不同濃度的大豆分離蛋白在不同pH值下制備的聚集體的溶解性測定結果如圖2所示。

由圖2可以看出：大豆分離蛋白濃度相同時，其聚集體的溶解性隨pH值升高呈先降低再升高的趨勢；pH值相同時，大豆分離蛋白濃度為4%（W/V）的聚集體的溶解性最高，且在pH值為7.0時其溶解度達到最高、為7.099 mg/mL，而在pH值為3.5時其溶解度最低。這可能是因為蛋白質在等電點時呈電中性，分子間的靜電推斥力缺乏，而疏水作用使蛋白質聚集和沉淀，從而降低了蛋白質的溶解性。

2.2 不同種聚集體的起泡性和泡沫穩定性

不同濃度的大豆分離蛋白在不同pH值下制備的聚集體的起泡性（FC）和泡沫穩定性（FS）測定結果如圖3和圖4所示。

由圖3和圖4可以看出：大豆分離蛋白濃度相同時，其聚集體的起泡性及泡沫穩定性隨pH值升高呈先降低再升高的趨勢，在pH值為7.0時最高，起泡性達到40%和泡沫穩定性達到75%，而在pH值為3.5時最低；pH值相同時，起泡性和泡沫穩定性雖變化不明顯，但仍能得出起泡性在濃度為7%（W/V）時達到最高，泡沫穩定性在濃度為4%（W/V）時最高。出現這種結果的可能原因，一是蛋白質的內在因素，即蛋白質的組成和結構，如蛋白質分子大小與組成等[10]；二是外在因素，即物理因素，如超聲波、有機溶劑等[11]。

2.3 不同種聚集體的乳化性和乳化活性

不同濃度的大豆分離蛋白在不同pH值下制備的聚集體的乳化性和乳化活性測定結果如圖5和圖6所示。

由圖5和圖6可以看出：在大豆分離蛋白濃度相同時，其聚集體的乳化性及乳化活性隨pH值升高呈先降低再升高的趨勢，在pH值為7.0時最高，乳化性為0.07和乳化活性為36%，而在pH為3.5時最低；pH值相同時，乳化性在濃度為7%（W/V）時達到最高，乳化活性在濃度為4%（W/V）時最高。

2.4 大豆分離蛋白聚集體的不同取代率對冰淇淋硬度和粘度的影響

濃度為4%的大豆分離蛋白在pH值為7.0時制備的聚集體的界面性質最佳。用該聚集體以不同的取代率代替脫脂乳粉制備冰淇淋，測定產品硬度和粘度，結果見表2。

由表2可知：隨著大豆分離蛋白聚集體取代率的升高，冰淇淋的粘度和硬度均呈升高趨勢，在50%的取代率時達到最高，硬度為1 800.03 g左右，粘度為2 152 mg/s左右。這可能是因為大豆分離蛋白聚集體有良好的吸水性，使含有大豆分離蛋白聚集體的冰淇淋混料的粘度升高了，而其良好的持水性又使冰淇淋獲得了更高的粘度[12]。

3 結論

上述試驗結果表明：不同濃度的大豆分離蛋白在不同pH值條件下制備的大豆分離蛋白聚集體，其溶解性、起泡性、泡沫穩定性、乳化性、乳化活性均有明顯差異。在試驗選取的3個pH值和4個濃度中，當大豆分離蛋白濃度為4%（W/V）、pH值為7.0時制備的聚集體界面性質最佳。用制備的性能最佳的大豆分離蛋白聚集體取代脫脂乳粉制備冰淇淋，隨著取代率的升高，冰淇淋的粘度和硬度均呈升高趨勢。

參考文獻

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[2] 李向紅，華欲飛.不同離子強度大豆分離蛋白熱誘導聚集體的研究[J].中國食品學報，2010（10）：104-109.

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[12] 李維瑤，何志勇.溫度對大豆分離蛋白起泡性影響的研究[J].食品工業科技，2010，31（2）：86-88.

Abstract： Under the condition of different pH value， soy protein isolated form different microstructures of aggregates after high temperature heating. This paper studied the different kinds of aggregate's interfacial property （solubility， foamability， foam stability， emulsibility， emulsifying activity） and used aggregation prepared instead of dried skim milk with different replacement ratio and measure rigidity and viscosity. The experimental results showed that： with the concentration of 4%（W/V）of the soy protein isolate and the pH value of 7.0 the aggregate's interfacial property is optimum. In the application of ice cream， along with the increase of the replacement rate， the ice cream's rigidity and viscosity rise. When the replacement rate is 50%， the rigidity and viscosity reach the highest.

Key words： soy protein isolate； aggregation； interfacial property； ice cream； application