（食品科学专业论文）高起泡性大豆分离蛋白的研究及其在蛋糕中的应用.pdf

摘要 大豆分离蛋白起泡性的影响因素 学科、专业：工科、食品科学 硕士研究生姓名：李维瑶 指导教师：陈洁教授 摘要 入学时间：2 0 0 7 年9 月1 日 答辩时间：2 0 0 9 年1 2 月1 1 日 授予学位时间： 起泡性是大豆蛋白的功能特性之一，但从应用角度看，天然大豆蛋白的起泡能力和 泡沫稳定性并不理想。本论文主要研究了物理方法、酶改性方法及其他食品添加剂对于 商业大豆蛋白起泡性的影响，以及不同因素对高起泡性大豆蛋白产物得率的影响，在此 基础上探讨改性大豆蛋白在蛋糕中的应用，以期为制造出高性能植物蛋白起泡剂提供基 础，为拓宽大豆蛋白的应用、提高大豆蛋白的附加值提供新的思路。 论文首先详细研究了浓度及溶解度对大豆分离蛋白起泡性的影响。浓度对s p i 起泡 性的影响结果显示，浓度显著影响s p i 的起泡性，5 s p i 相对于2 、1 0 s p i 具有最高 的起泡能力，而同一蛋白浓度s p i 在不同温度下溶解1 h 后，起泡性有显著差异，这种 起泡性的差异可能是由分子构象的变化所引起的。溶解度对s p i 起泡性的影响结果显 示，溶解度显著影响s p i 的起泡性，溶液中高比例可溶性大豆蛋白的存在可能有利于蛋 白质泡沫的形成，但不能对泡沫的稳定性起到良好的支撑作用。s p i 溶液中不溶性大豆 蛋自的氨基酸分析结果显示，高比例p r o 的存在可能有助于蛋白质泡沫的稳定。 论文接着探讨了蛋白酶对大豆蛋白起泡性的改善效果。详细研究了蛋白酶种类、酶 用量、酶解时间等对s p i 起泡性的影响。结果显示，相对于碱性蛋白酶水解物和胰蛋白 酶水解物，木瓜蛋白酶水解物在不同水解度下具有最佳的起泡能力和泡沫稳定性。进一 步分析不同水解条件下大豆水解蛋白的分子量大小及分布、疏水性和表面张力与起泡性 之间的相关性得出，分子量大小在5 k d a - 10 k d a 内的水解蛋白含量越高起泡能力越强， 而泡沫稳定性与分子量大小之间则没有显著的关联性，水解蛋白的疏水性、表面张力与 起泡性之间也不存在显著相关性，但是疏水性与表面张力之间存在一定的正相关。 由于酶解方法会导致大量蛋白沉淀，致使高起泡性产物得率下降，论文详细研究了 加酶量、水解时间、底物浓度以及底物添加方式对水解蛋白得率的影响，以及造成蛋白 沉淀的原因。试验确定了能够获得较高蛋白得率的水解条件：底物浓度5 ，e s = i ， 水解时间5 m i n 。通过对水解沉淀物进行s d s p a g e 及n a t i v e p a g e 电泳分析后推测， 沉淀物可能是由一些大分子聚合物通过疏水作用所形成的。 乳化剂和蔗糖对木瓜蛋白酶改性大豆蛋白的起泡性有显著的影响。试验结果表明： 蔗糖酯对于提高水解蛋白的起泡能力和泡沫稳定性具有最为显著的效果，且随着蔗糖酯 添加量的增加水解蛋白的起泡能力逐渐增强；相反添加单甘酯则不利于改善水解物的起 泡性，反而显著降低了水解蛋白的起泡能力；添加蔗糖能够有效地改善水解物的泡沫稳 摘要 定性，但是浓度过高却不利于泡沫的形成。 论文最后将木瓜蛋白酶水解物应用于蛋糕体系中替代2 5 蛋清蛋白，制作出在质构 上与传统天使蛋糕相似的蛋糕。通过比较不同的乳化剂及水解蛋白浓度对替代效果的影 响、以及各配方蛋糕在储藏期内的水分含量及硬度的变化情况得出：用浓度为2 0 ( w v ) 的木瓜蛋白酶水解物替代2 5 蛋清蛋白，并与2 蔗糖酯复配作用，能够制作出优质的 天使蛋糕，其在质构及感官上都优于传统天使蛋糕。另外与纯蛋清制作的蛋糕相比，添 加大豆蛋白水解物有助于延缓储藏过程中蛋糕的老化。 综上所述，以大豆蛋白酶水解物为主要原料，经过与乳化剂复配作用，可以形成高 起泡性植物蛋白起泡剂，在蛋糕中的应用研究显示，该起泡剂可以部分取代蛋清。上述 研究显示了大豆蛋白作为高起泡剂的潜在应用价值，为大豆蛋白应用领域的拓宽提供了 新途径。 关键词：大豆分离蛋白( s p i ) ；起泡性；酶法改造；食品添加剂；天使蛋糕 a b s t r a c t f a c t o r si n f l u e n c i n gt h ef o a m i n g p r o p e r t yo fs o yp r o t e i ni s o l a t e s u b j e c ta n ds p e c i a l i t y ：e n g i n e e r i n g ，f o o ds c i e n c e m a s t e rg r a d u a t es t u d e n t ：w e i y a ol i f a c u l t ya d v i s e r ：p r o f j i ec h e n a b s t r a c t t i m eo fe n r o l l m e n t ：01 0 9 2 0 0 7 t i m eo f d e f e n s e ：l1 1 2 2 0 0 9 t i m eo f c o n f e r d n gd e g r e e ： f o a m i n gp r o p e r t yi so n eo ft h ei m p o r t a n tf u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs o yp r o t e i ni s o l a t e ( s p 0 ，b u ti t sr e l a t i v e l yp o o rf o a m i n gc a p a c i t ya n df o a m i n gs t a b i l i t yl i m i ti t sa p p l i c a t i o ni n f o o ds y s t e m s mo b j e c t i v eo ft h i s p a p e rw a st ou s ep h y s i c a lm e t h o d s ，e n z y m a t i c m o d i f i c a t i o na n df o o da d d i t i v e st oi m p r o v et h ef o a m i n gp r o p e r t yo fs p i ，a n df u l l ys t u d yt h e i n f l u e n c eo fp r o t e i nc o n c e n t r a t i o n ，s o l u b i l i t y , e n z y m e sa n df o o da d d i t i v e so nt h ef o a m i n g p r o p e r t y a l s ot h ef a c t o r si n f l u e n c i n gt h ep r o t e i ny i e l d so fm o d i f i e ds p lw i t hh i g hf o a m i n g p r o p e r t yw e r es t u d i e d t h e nw ed i s c u s s e dt h ea p p l i c a t i o no ft h em o d i f i e ds p ii na n g l ec a k e ， w h i c hp r o v i d e dn e wi d e a sa b o u tb r o a d e n i n gt h ea p p l i c a t i o no fs p ia n di n c r e a s i n gi t sa d d e d v a l u e f i r s t l y , t h ei n f l u e n c e so fp r o t e i nc o n c e n t r a t i o na n ds o l u b i l i t yo nt h ef o a m i n gp r o p e r t y u n d e rd i f f e r e n ts o l u t i o nt e m p e r a t u r e sw e r et h o r o u g h l ys t u d i e d i tw a sf o u n dt h a t5 s p ih a d t h eh i g h e s tf o a m i n gc a p a c i t yc o m p a r e dw i t h2 ，10 s p io v e rt h er a n g eo f2 0 - 9 0 。c ，w h i c h i n c r e a s e dw i t hr i s i n gs o l u t i o nt e m p e r a t u r e ，w h i l e10 s p ih a dt h eb e s tf o a m i n gs t a b i l i t y c o m p a r e dw i t h2 ，5 s p i ，w h i c hd i dn o tc h a n g ew i t hr i s i n gs o l u t i o nt e m p e r a t u r e i na n o t h e r h a n d ，t h ef o a m i n gp r o p e r t yo ft h es o l u b l ef r a c t i o nw a sm a r k e d l yd i f f e r e n tf r o mt h a to ft h es o y p r o t e i ni s o l a t e s ，a n dw a so b s e r v e ds h o w i n gm u c hg r e a t e rf o a m i n gc a p a c i t yi nt h er e l a t i v e l y l o ws o l u t i o nt e m p e r a t u r e s ( 2 0 - 4 0 ) f u r t h e r m o r e ，t h em o r et h ep e r c e n t a g e so fi n s o l u b l e f r a c t i o n ，t h ep o o r e rt h ef o a m - f o r m i n ga b i l i t yo ft h ei s o l a t e s t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a th i g h p e r c e n t a g es o l u b l ef r a c t i o ni nt h es p is o l u t i o nm a yb eb e n e f i tt oi t sf o a m f o r m i n gc a p a c i t y , w h i l ei tm a yn o th e l pt oi t sf o a m i n gs t a b i l i t y a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h ea m i n oa c i d c o m p o n e n t so ft h ei n s o l u b l ef r a c t i o n s ，i tw a sp r e s u m e dt h a th ec o n t e n to fp r oa n dc y s - si n t h ei n s o l u b l ef r a c t i o nh a ds o m e t h i n gw i t hf o a m i n g s t a b i l i t y , t h em o r e ，t h eb e t t e r s e c o n d l y , t h ee f f e c t so fe n z y m a t i cm o d i f i c a t i o no nt h ei m p r o v e m e n to ff o a m i n g p r o p e r t yo fs p lw e r es t u d i e d r e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep a p a i n m o d i f i e ds p ih a dt h eb e s t f o a m i n gc a p a c i t y a n d f o a m i n gs t a b i l i t yc o m p a r e d w i t ha l c a l a s e m o d i f i e ds p i a n d p a n c r e a t i n m o d i f i e ds p i i nt h er e s p e c to ft h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h es t r u c t u r ea n df o a m i n g p r o p e r t y , i tw a sf o u n dt h a tt h em o l e c u l a rw e i g h td i s t r i b u t i o nr e l a t e dw i t ht h ef o a m i n g c a p a c i t y , t h em o r ec o n t e n to fh y d r o l y s a t e sw i t ht h em o l e c u l a rw e i g h ti nt h er a n g eo f5 k d at o 10 k d a ，t h eb e t t e rf o a m i n gc a p a c i t y , w h i l ei td i dn o tc o r r e l a t e dw i t ht h ef o a m i n g s t a b i l i t y , a n d t h es u r f a c eh y d o p h o b i c i t ya n ds u r f a c ep r e s s u r eh a dn o s i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t ht h e f o a m i n gp r o p e r t y a sh y d r o l y z er e s u l t e di ns e r i o u sp r o t e i np r e c i p i t a t i o n ，w ed i s c u s s e dt h ei n f l u e n c eo ft h e f a c t o r ss u c ha st h ea m o u n t so fe n z y m e ，h y d r o l y z i n gt i m e ，s u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o na n d d if f e r e n t w a y so fa d d i n gs u b s t r a t eo nt h ep r o t e i ny i e l d s ，a n dt h er e a s o nw h yp r o t e i n a b s t r a c t p r e c i p i t a t e da f t e rh y d r o l y z i n g t h eh y d r o l y z ec o n d i t i o nw a sf i n a l l yt a k e na s ：5 s u b s t r a t e c o n c e n t r a t i o n ，e s = i ，a n d10 m i nh y d r o l y z i n gt i m e ，u n d e rw h i c hr e l a t i v e l yh i g h e s tp r o t e i n y i e l d sw e r eg o t a c c o r d i n gt ot h es d s - p a g ea n dn a t i v e p a g e ，i tw a sp r e s u m e dt h a tt h e p r o t e i np r e c i p i t a t i o nw a sf o r m e db yb i ga g g r e g a t e st h r o u g hh y d r o p h o b i ci n t e r a c t i o n e m u l s i f i e r sa n ds u c r o s eh a ds i g n i f i c a n te f f e c t so nt h ef o a m i n gp r o p e r t yo fe n z y m a t i c m o d i f i e ds p i i tw a sf o u n dt h a ts u c r o s ee s t e rh a dt h eg r e a t e s te f f e c to ni m p r o v i n gt h e f o a m i n gc a p a c i t ya n df o a m i n gs t a b i l i t y , a n dt h ef o a m i n gc a p a c i t yi n c r e a s e dw i t hr i s i n g a m o u n to fs u c r o s ee s t e r o nt h ec o n t r a r y , m o n o g l y c e r i d e sh a dn e g a t i v ee f f e c to nt h ef o a m i n g p r o p e r t y , w h i c hs i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dt h ef o a m i n gc a p a c i t yo ft h em o d i f i e ds p i s u c r o s e e f f e c t i v e l yi m p r o v e d t h e f o a m i n gs t a b i l i t y o ft h em o d i f i e d - s p i ，b u th i g hs u c r o s e c o n c e n t r a t i o nh a dn og o o dt of o a mf o r m i n g t h et e x t u r ep r o f i l e so ft h ea n g e lc a k em a d eb y7 5 e g gw h i t ep r o t e i n ( e w p ) a n d2 5 p a p a i n - m o d i f i e ds p lw e r es i m i l a rw i t h t h a tm a d eb y10 0 e w p a d d i n ge m u l s i f i e r s i m p r o v e dt h es p e c i f i cv o l u m e ，t e x t u r e ，a n ds e n s o r yp r o p e r t i e so fr e p l a c e m e n t c a k e s i n c r e a s i n gt h em o d i f i e ds p ic o n c e n t r a t i o nc o u l de f f e c t i v e l yi n c r e a s et h es p e c i f i cv o l u m e ， d e c r e a s et h eh a r d n e s sa n dc h e w i n e s s ，a n di m p r o v et h ei n t e m a lc a k es t r u c t u r ea n d m o u t h - f e e l i n g t h em o d i f i e ds p ia l s oe x h i b i t e ds o m ea n t i - a g i n gp r o p e r t i e si nt h ep e r i o do f c a k es t o r a g e f r o mt h ea b o v e ，u s i n ge n z y m a t i cm o d i f i e ds p ia st h em a i nm a t e r i a la n dc o m b i n i n gw i t h p r o p e re m u l s i f i e r sc o u l dm a k et h ev e g e t a b l ef o a m i n ga g e n t ，w h i c hc o u l dr e p l a c es o m ep a r to f e g gw h i t ep r o t e i ni nt h ec a k e - m a k i n g t h er e s u l t ss h o w e dt h ep o t e n t i a lv a l u eo fs p ia s f o a m i n ga g e n ta n db r o a d e n e dt h ea p p l i c a t i o no fs p ii nt h ef o o ds y s t e m k e y w o r d s ：s o yp r o t e i ni s o l a t e ( s p i ) ；f o a m i n gp r o p e r t y ；e n z y m a t i cm o d i f i c a t i o n ；f o o d a d d i t i v e s ；a n g e lc a k e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特另i j 加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签 名：查至丝绝 日 期： 兰翌竺型： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名： 毒组虼 冀i 一 1 引言 1 1 立题背景和意义 1 引言 大豆蛋白是一种优质的植物性蛋白，其含量占到大豆干基的4 0 以上，具有人体必需的8 种氨 基酸，组成比例平衡，是理想的食用蛋白资源 l j 。近年来，随着对大豆蛋白质营养价值与经济价值 研究的不断深入，大豆蛋白制品在食品中的应用范围越来越广，同时添加的目的也从以往的简单添 加、替代，发展到科学合理地利用大豆蛋白质的功能特性。然而，与美国、日本等发达国家相比， 我国大豆蛋白的开发应用程度还很低，且主要集中在肉制品方面【2 j ，缺乏市场竞争力，因此在开发 应用领域，我国还有十分广阔的空间去发展。 起泡性是大豆蛋白重要的功能特性之一，但是从应用角度看，天然大豆蛋白的起泡能力和泡沫 稳定性却并不理想，无法满足实际应用的需求。通过对大豆蛋白进行物理改性、化学改性及酶法改 性可以有效地提高其起泡性【3 】，并使之具有作为食品起泡剂的应用潜力。然而在众多针对大豆蛋白 起泡性的理论研究中，对于某个影响因素的研究往往不够系统。比如在物理方法中的热处理方面， 许多研究【4 ，5 1 集中讨论了8 0 1 0 0 c 的热变性温度对起泡性的影响，而没有在更广的温度范围内对起 泡性的影响进行深入探讨，事实上，高起泡性蛋白的使用对象，例如烘焙食品，温度范围很宽泛， 而糖果类食品，则对温度范围要求更加宽泛；再如酶改性方面睁l l 】，由于各研究所采用的大豆蛋白 原料不同、酶制剂及酶解条件不同，导致得出的结论侧重点不同，很难相互比较。这种情况导致了 大豆蛋白起泡剂在食品中的应用缺乏系统的理论指导。 在蛋糕、点心、奶糖、冰淇淋等泡沫型食品中，蛋清蛋白和乳清蛋白是最为广泛应用的蛋白质 起泡剂，它们能形成稳定而细腻的泡沫来赋予食品特定的质构【1 2 】。然而随着上述两类蛋白价格日益 提高，供应相对不够稳定，将植物性蛋白取代动物性蛋白的研究受到了越来越多的关注；另外，植 物蛋白所隐含的健康价值也日益受到重视，将植物蛋白进行改造，形成具有良好起泡性的食品配料， 引起了广泛的兴趣。 尽管目前有很多对大豆蛋白进行政性以制造具有良好功能特性的食品配料的研究工作，本实验 室前期也在改造大豆蛋白以提高其起泡性方面有了一定的经验，但将其应用在食品体系中的研究还 十分有限。 本论文将系统研究蛋白质浓度和溶解度、酶制剂以及其他食品添加剂对大豆分离蛋白起泡性的 影响，希望为进一步深入了解大豆分离蛋白的起泡性特点提供基础，同时还将研究改性大豆蛋白在 蛋糕体系中替代蛋清蛋白的适削性，以期为进一步拓宽大豆蛋白的应用领域、提高其应用价值提供 可行的思路和方法。 本课题来源丁十一五“8 6 3 ”项目“植物源蛋白质性质的生物技术改良”( 2 0 0 6 a a l 0 2 3 2 5 ) 。 1 2 大豆蛋白的起池 生 蛋向质泡沫是泡洙型食品的重要组分，它主要山蛋白质 容液包裹着的小气泡群体组成1 2 1 。大豆 江南大学硕士学位论文 蛋白分子具有典型的两亲结构，因而在分散液中能够表现出一定的界面活性。当大豆蛋白溶液受到 急速的机械搅拌时，随着大量气体的混入，就形成了相当量的气腋界面，溶液中的大豆蛋白分子自 动吸附至这些界面，降低界面张力，同时在界面上部分展开并通过分子间( 内) 作用，在气泡周围 形成一个保护网络，提高界面膜强度，从而促进了泡沫的形成与稳定i b 】。 蛋白质的起泡性不仅取决于其本身的界面性质，如降低界面张力的能力、分子结构的柔韧性以 及两亲性、电荷分布等物化性质，同时还受体系p h 、离子强度、温度及其它蛋白质竞争性吸附等的 影响1 1 4 l 玉刈。具有良好起泡性的蛋白质在搅打或起泡的过程中能够快速地吸附至气液界面，并迅速 发生构型变化及重排以减低界面张力，同时吸附至界面的蛋白质分子能够通过相互作用而形成具有 一定机械强度及黏弹性的界面膜【l 引。 大豆分离蛋白的起泡性与其分子表面的疏水性相判 1 ，这主要是由于疏水性能够促进蛋白质吸 附至界面，并阻碍其重新回到体相中，从而增加了大豆蛋白在界面上的浓度，增强了其起泡能力和 泡沫稳定性。另外，对大豆蛋白进行加热1 4 】或部分酶解睁1 1 】也能够起到提高其起泡性的作用。 另一方面，大豆分离蛋白的加工制备条件在很大程度上也决定了其功能特性的优劣。如醇洗豆 粕可以除去抑制泡沫稳定的一些醇溶物质如磷脂酰胆碱等，改变大豆分离蛋白表面的电荷，从而减 少蛋白膜之间的静电斥力，起到稳定泡沫的作用 1 8 1 。而采用不同的干燥方式处理大豆分离蛋白，也 会对其起泡性产生较大的影响。黄友如等l l9 j 比较了冷冻和喷雾干燥对以醇洗豆粕为原料制各的大豆 分离蛋白功能性的影响，研究表明以喷雾干燥法和冷冻干燥法制备的大豆分离蛋白样品，在起泡能 力方面比较接近，而在泡沫稳定性方面冷冻干燥法制备的样品则明显高于喷雾干燥法制各的样品。 在大豆蛋白制品中，分离蛋白的起泡性要优于大豆粉和大豆浓缩蛋白。虽然大豆分离蛋白能够 形成比较稳定的稳态泡沫，但与工业生产的实际要求相比，还是有一定著距，因此需要对大豆蛋 白进行改性以提高其起泡性，扩大其应用范围。 1 3 提高大豆蛋白起池陛的研究进展 1 3 1 物理方法提高大豆蛋白起泡性的研究 物理改性是利用加热、机械作用、声波等方式改变蛋白质高级结构和分子间聚集方式，一般不 涉及蛋白质一级结构，实际上，物理改性就是在控制条件下的蛋白质定向变形。涂宗勋等i j i 】采用动 态超高压微射流均质机对大豆分离蛋白进行处理，结果表明高速分散搅打能够显著增强大豆分离蛋 白的起泡能力。蔡建荣等1 2 l 】研究了微波辐照时间对大豆分离蛋白起泡性的影响，结果表明在微波功 率为1 0 0 0 w ，处理时间3 0 s 时大豆蛋白的泡洙稳定性达到最大值，比未处理时增加了2 0 9 4 。 热处理是最常用的物理方法，其基本目的是减弱微生物的作用，抑制对食品质量有害的化学变 化及物理变化，_ 并最大限度地保持食品原有的质量。热处理对s p i 的影响主要是诱导其解离、变性 以及1 1 s 和7 s 组分的聚集i3 1 。胡坤等【2 2 l 研究了6 0 。c 、8 0 。c 矛n9 0 。c 下干热处理对人豆分离蛋白起泡 性的影响，结果表明大豆蛋白经6 0 0 c 干热处理1 d 后其起泡能力和泡沫稳定性都明显增强。k e s h u n f 4 】 研究报道了将大豆分离蛋白加热到7 5 8 5 。c 有利丁提高其起泡性。另外，蛋白浓度在加热处理中也 是一个重要的影响因素，因不同的蛋白浓度对热处理的承受能力不同，所以改性效果也会有所不同。 s o r t e n t i n i p j 研究发现5 s p l 在8 09 c 处理3 0 r a i n 后起泡性略有改善，而8 以上s p i 在经相同热处理 2 1 引言 后起泡性却受到了一定得破坏，提高温度至1 0 0 ( 2 处理相同时间，起泡性和泡沫稳定性则得到了显 著改善。这些研究结果都表明起泡性在很大程度上受到由温度引起的大豆蛋白l l s 和7 s 结构变化 的影响，以及变性蛋白在界面上相互作用的影响1 3 6 1 。 另外，通过添加适当的多糖到s p i 溶液中也可有效地增强其泡沫稳定性，x i ey r l 2 9 1 的研究表明 在s p i 溶液中添加黄原胶后可显著提高其起泡性；田少君等1 3 0 1 通过比较不同多糖类稳泡剂对大豆分 离蛋白起泡性的影响后，得出添加0 1 3 黄原胶能够获得最佳的泡沫稳定性，且泡沫的黏度与硬度 均与蛋清蛋白相似。 1 3 2 酶法改性提高大豆蛋白起池陛的研究 酶法改性是利用酶制剂对大豆蛋白进行有限水解，通过蛋白酶部分降解蛋白质，降低分子量、 增加带电基团并暴露出更多的疏水基团，从而达到改变蛋白质功能性质的目的1 1 1 】。与化学改性相比， 酶法改性的过程温和，很少或没有不受欢迎副反应或副产品i 最终水解产物经平衡后，含盐极少且 可以通过选择特定的酶和反应条件控制终产物的功能性质；同时蛋白水解物可直接为消化不良者提 供营养【2 1 。根据酶的来源不同，可分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。 胰蛋白酶是常用于蛋白质改性的动物蛋白酶，它对由碱性氨基酸所形成的肽键具有高度专一 性。采用胰蛋白酶限制性水解大豆分离蛋白，可提高s p i 的表面疏水性、改善其乳化性和溶解性【9 l ， 这种水解后的s p i 可用作食品的乳化剂，如调咖啡用的人造奶油、蛋黄酱和肉制品。 植物蛋白酶中木瓜蛋白酶的应用最为普遍，它是一种巯基蛋白酶，作用的底物广泛，还具有酯 酶的活力。同时木瓜蛋白酶也是经f d a 批准的、可用于食品配方和加工的最便宜的植物蛋白酶。 l w e r e i l 0 悃木瓜蛋白酶对大豆蛋白进行有限水解后，水解物的起泡能力在p h7 0 的条件下与蛋清 蛋白相似，泡沫稳定性也优于未改性的大豆蛋白。徐红华等【2 3 】采用木瓜蛋白酶与米曲酶、胰蛋白酶 复配对大豆分离蛋白进行水解，改性后蛋白的起泡性提高了8 3 3 。 a l c a l a s e 蛋白酶是国内外研究最多的一种高效细菌蛋白酶，主要作用于含疏水性羧基的肽键。 大豆蛋白经a l c a l a s e 作用后，溶解度及起泡性都得到了一定的改善1 6 j 。在4 8 低水解度范围内， 经a l c a l a s e 作用后的大豆分离蛋白其溶解度随着水解度的增加而增加，起泡能力则随着水解度的增 加而先增后斛2 4 1 。邓成萍掣2 5 】采用a l c a l a s e 和n e u t r a s e 双酶分步水解法，并结合超滤的方法，研究 了不同分子量段大豆多肽的起泡性，结果表明截留分子量在5 k 3 0 k d a 段内的人豆多肽具有最佳的起 泡能力。 本实验室前期采用a l c a l a s e 酶对s p i 进行部分水解后，通过控制水解底物的分子量和疏水性， 进一步采用t g 酶进行交联，结果显示水解交联产物的起泡能力和泡沫稳定性均得到了显著的提高， 起泡能力接近于蛋清蛋白，但是采用超滤及柱色谱分离来控制底物的分子量和疏水性也存在成本高、 得率低等问题。 1 3 3 化学改性法提高大豆蛋白起泡性的研究 化学改性是通过改变蛋白质结构、静电荷和疏水基，除去抗营养冈子，从而改善人豆蛋白的性 质。化学改性包括氨基酸= j 价连接、硫醇化、酰化、磷酸化、胍基化或用酸、碱、盐部分水解以改 进植物蛋白功能性等1 26 | 。酸改性能够使1 1 s 蛋白发生高度变性和解离，增加表面疏水性及盐含量， 3 江南大学硕士学位论文 因而与天然s p i 相比，酸改性s p i 具有较强的起泡能力和泡沫稳定性【2 7 1 。此外，戊二醛与s p i 交联 所形成的聚合物也具有良好的起泡性，其起泡能力与蛋清蛋白类似，且泡沫稳定性优于蛋清蛋白【2 8 1 。 然而考虑到化学试剂残留等安全性问题，目前化学改性法在食品工业中的应用己日趋减少。 1 4 大豆蛋白在烘焙食品中的应用 大豆蛋白因其较高的营养价值及较好的与食品的嗜好性、加工性等相关的功能特性等因素，而 受到了越来越广泛的应用1 1 7 】。用于焙烤食品生产的大豆蛋白制品主要有脱脂豆粉、全脂豆粉、浓缩 蛋白等。不同种类的大豆蛋白制品侧重于不同的功能特性，因而适用于不周的烘焙食品。在蛋糕中 添加适量的大豆蛋白可以增加蛋糕的比容，提高含水量，降低蛋糕硬度，从而改善蛋糕的品质，延 长货架期1 3 1 1 。在各类松饼、脆饼、曲奇饼干、苏打饼干和冰淇淋蛋卷中加入5 2 0 的脱脂大豆粉 和加磷脂大豆粉，可以有效提高产品的保水性【3 引。 在烘焙食品中主要利用的是大豆蛋白的持水性和乳化性，通过添加适量的大豆蛋白不仅可以改 善烘焙食品的外观、质构及感官特性，同时还能减少烘焙过程中水分的流失，并赋予烘焙产品良好 的风味及较高的营养价值【3 3 l 。由于大豆分离蛋白不具备蛋清蛋白的热固性，因而利用其起泡性在烘 焙食品中的应用还比较有限，但是在棉花糖等不依赖于泡沫热定型的充气型糖果中仍有较大的应用 价值【3 4 1 。目前已有研型5 6 】将热变性后的大豆蛋白应用于蛋糕体系中替代部分鸡蛋，并通过添加一定 量的黄原胶制作出了具有较高感官品质和质构特性的蛋糕。这表明改性后的大豆蛋白具有部分或完 全替代蛋清蛋白的潜力，利用改性后大豆蛋白良好的起泡性可以将其应用于更多的泡沫型食品中， 拓宽大豆蛋白的应用范围。 1 5 本课题的研究内容和研究目标 本课题主要通过物理方法、酶改性方法及外加食品添加剂的方法对大豆分离蛋白的起泡性进行 改造，论文将系统地研究浓度、溶解度、酶, n n 以及其他食品添加剂对起泡性的影响，希望为进一 步深入了解大豆分离蛋白的起泡性特点提供基础，同时还将研究改性大豆蛋白在蛋糕体系中替代蛋 清蛋白的适用性，以期为进一步拓宽大豆蛋白的应用领域、提高其应用价值提供可行的思路和方法。 本课题的研究内容如下： 1 研究浓度和溶解性对于大豆蛋白的起泡性的影响； 2 考察三种商业蛋白酶对提高大豆分离蛋白起泡性的作用效果，确定具有最佳起泡性的蛋白酶水解 物，并探讨酶水解产物性质与起泡性之间的相关性； 3 研究影响可溶性水解蛋白得率的囚素，优化水解条件； 4 研究乳加剂、蔗糖等食品配料对大豆蛋白水解物起泡性的影响； 5 将改性大豆蛋白应用于蛋糕体系中，考察其部分替代蛋清蛋白的可行性，并研究乳化剂及改性蛋 白浓度对蛋糕晶质的影响。 4 2 实验材料与方法 2 1 材料与设备 2 1 1实验材料与主要试剂 商业大豆分离蛋白 1 苯胺基8 萘磺酸( a n s ) b 一淀粉酶、碳酸酐酶 牛血清白蛋白、乙醇脱氢酶 细胞色素c 其它试剂 木瓜蛋白酶( 芝8 0 u 鹰) 胰蛋白酶 a l c a l a s e 蛋白酶( 2 4 a u g ) 分子蒸馏单甘脂、蔗糖酯 惠宜低筋粉 塔塔粉 绵白糖、盐、鸡蛋 2 1 2 主要仪器 高速乳化均质机 机械搅拌器、磁力搅拌器 加热制冷循环器 a v a n t ij 一2 6 高速离心机 6 5 0 6 0 型荧光探测仪 d e l t a3 2 0 型酸度计 4 数显恒温水浴锅 u v - 2 8 0 0 h 型紫外可见分光光度计 d s a 2 0 型界面张力仪 t a x t 2 i 型质构仪 w a t e r s i5 2 5 型液相色谱仪 c h r i s t 冷冻干燥机 d h g 914 0 型电热恒温鼓风干烘箱 r a t i o n a la gs c c 61 型烤箱 k i t c h e na i d 打蛋机 2 实验材料与方法 5 南通光合生物技术有限公司 美国s i g m a 公司 美国s i g m a 公司 美国s i g m a 公司 美国s i g m a 公司 a r ，国药集团化学试剂有限公司 广西南宁庞博生物工程有限公司 s i g m a - a l d r i c h 公司 n o v o z y m e s 公司 丹尼斯克中国有限公司 沃尔玛超市 宁波德林食品有限公司 购于无锡大润发超市 英国i k a 公司 广州仪科实验仪器有限公司 德国h a a k e 公司 美国b e c k m a n 公司 日本h l t a c h i 公司 梅特勒一托利多仪器( 上海) 有限公司 江苏金坛市荣华仪器制造有限公司 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 德国k r i l s s 公司 英国s t a b l em i c r os y s t e m 公司 美国w a t e r s 公司 德国m a r t i nc h r i s t 公司 上海一恒科技有限公司 德国h a r a l ds c h m i d t 公司 美国k i t c h e n a i d 公司 江南大学硕士学位论文 2 2 实验方法 2 2 1 溶解度的测定 参考a r r e s e 3 7 1 的方法，分别在不同温度下( 2 0 9 0 ) 磁力搅拌5 ( w v ) s p il h ，然后于4 、1 0 0 0 0 9 离心2 0 m i n ，测定上清液中蛋白质浓度，溶解度表示为上清液中蛋白质含量与总蛋白质 含量的比值。用凯氏定氮法( g b t1 4 7 7 1 1 9 9 3 ) 测定上清液中蛋白质浓度和总蛋白质浓度( n x 6 2 5 ) 。 2 2 2 起泡性的测定 将一定浓度的s p i 溶液1 0 0 m l 置于5 0 0 m l 量筒中，使用高速乳化均质机以1 7 5 0 0 r m i n 的速度 均质4 0 s ，连续3 次共计2 m i n ，记录均质后的液面高度，记为v o ，静置3 0 m i n 后再次记录液面高度， 记为v 3 0 。 起泡能力( f o a m i n g c 印a c i t y ) 公式如下： 粥( ) = v o 矿- 1 0 0 x 1 0 0 泡沫稳定性( f o a m i n gs t a b i l i t y ) 公式如下：耶( ) = 1 v 3 石o m j m - 而| r 0 0 1 0 0 。 2 2 3 疏水性的测定 参考k a t o 3 8 1 的方法采用a n s ( 1 苯胺基8 萘磺酸) 荧光探针法测定疏水性。设定激发波长x e x = 3 6 5 n m ( 狭缝校正5 n m ) ，发射波长x e m = 5 2 0 ( 狭缝校正5 n m ) ，以荧光强度对蛋白质浓度作曲线， 曲线初始阶段的斜率即为蛋白质分子的表面疏水性指数。 2 2 4 氨基酸分析 精确称取不同溶解温度下5 s p i 中不溶性蛋白质样品于特制水解管中，抽真空封e l1 i o 。c 水解 2 4 h ，冷却。转移至2 5 m l 容量瓶中，定容后用双层滤纸过滤。取滤液1 m l 于2 5 m l 烧杯中，在真 空干燥器中蒸干，分别加入o 0 2 m o l lh c i1m l ，放置3 0 r a i n 后搅匀。离心，上清液用a g i l e n t11 0 0 高效液相色谱仪测定水解样品中的氮基酸含量。 2 2 5 大豆分离蛋白的水解 表2 - 1 三种蛋白酶的酶解条件 t a b 2 1t h eh y d r o l y s ec o n d i t i o n so ft h r e ee n z y m e s 5 s p l 在酶反戍器中- f 4 0 。c 充分溶解1 h 后，分别用碱性蛋白酶( a l c a l a s e ) 、木瓜蛋白酶( p a p a i n ) 及胰蛋f 1 酶( p a n c r e a t i n ) 对大豆分离蛋白进行有限水解，水解条件如表2 1 。水解结束后，立即沸 水浴灭酶l om i n ，冷却后1 0