（农产品加工及贮藏工程专业论文）大豆分离蛋白凝胶力学特性及其质地评价的研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 凝胶性是大豆分离蛋白的最重要的功能特性之一 研究其凝胶特性对于指导 大豆分离蛋白生产及应用具有极其重大的意义 本研究以大豆分离蛋白 s o 如觚 p r o t e h li s o l a t c 为原料 首先研究了蛋白浓度 加热温度 加热时间 p h 值等因素 对蛋白凝胶形成的影响 通过对各影响因素的优化选择确定了制备凝胶特性良好 的凝胶的工艺参数 其次 利用物性仪对大豆分离蛋白凝胶的力学特性进行测试 并对一些测定方法进行了优化 确定了力学特性测定过程中的一些参数 最后研 究了大豆分离蛋白凝胶静置期间基本流变特性 本文的主要内容如下 1 优化研究大豆分离蛋白凝胶制备方法 通过单因素实验选出影响大豆分离蛋 白凝胶特性的主要因素 利用响应曲面分析法对主要影响因素进行优化分析 最 终确定了制备大豆分离蛋白凝胶的最佳工艺条件为 以3 0 的蒸馏水为溶剂 蛋 白浓度1 6 3 0 0 0 r m i i l 下离心2 0 i n i i l 加热温度8 5 加热时间4 0 m i l l 加热完 成后需在4 条件下静置2 0 h 后再进行力学特性的测定 2 对大豆分离蛋白凝胶力学特性测定方法进行优化研究 对凝胶的穿刺测试实 验得出 凝胶穿刺实验宜采用p o 5 1 2 7 咖n 探头 穿刺距离选择1 0 i 珊 测试速率 选择0 5 舢n s 实验前应将凝胶上表面切除 压缩测试实验得出 压缩的压缩量选 择6 衄 测试速度选择0 5 删 n s 凝胶试样应制成直径m 1 4 5 i 衄 高h 1 5 m m 的 圆柱形标准试样 探头p 5 0 分别对松弛测试和蠕变测试的测试参数进行了正交优 化 确定了松弛实验与蠕变实验的最佳实验参数 探头均为p 5 0 松弛压缩量为 6 m m 松弛保持时间为1 5 s 变形速率为0 5 n m 临 蠕变加载速率为0 5 m l n s 载荷 为1 0 0 9 蠕变时间为6 0 s n a 测试可以得到粘性 弹性 内聚性 脆性等指标 实验表明 a 测试宜采用如下参数 探头为p 0 5 1 2 7 i n i n 柱形探头测前速率 1 m m s 测试速率0 5 珊m s 测后速率为1 衄 s 穿刺距离为1 5 i 姗 停留间隔5 s 实验前应将凝胶上表面切除 通过对各种测试方法的对比与相关性分析得出r n a 测试是大豆分离蛋白凝胶力学特性测试的最优方法 3 应力松弛和蠕变是大豆分离蛋白凝胶两种重要的流变特性 因此对2 5 和 5 两种温度下静置不同时间的凝胶的松弛和蠕变特性进行了研究 结果表明两种 温度下个参数变化趋势是相似的 与5 相比 2 5 静置温度下的凝胶蠕变特性参 数及松弛特性参数下降较快 并对各参数进行了相关性分析 得出同一静置温度 江苏大学硕士学位论文 下 各参数之间都存在一定的相关性 在2 5 下 除了松弛参数阻尼体粘滞系数 t 1 与蠕变参数 松弛其它参数呈负相关外 蠕变参数与松弛参数之间的相关性都很 高 均呈为显著或极显著正相关性 而在5 下 除了蠕变参数延迟时间百1 与蠕变 参数e l t 1 1 t 1 2 及松弛参数松弛时间t 不呈显著的正相关外 其它各参数均呈显 著或极显著的正相关关系 关键词 大豆分离蛋白 凝胶 测试方法 力学特性 质地 江苏大学硕士学位论文 g e l a t h li so n co ft l 圮m o s ti i n p o r t a n tf h n c t i o n a l 姆o fs o yp r o t e i l l 1 ks t u d yo f g c l a t i nh 勰g r e a tm e 础gf o rp 刚删o nm l d 印p l i 训o no fs p i i i lt l l i ss t l l d ys o y b e a n p r o t e i ni s o l a t e s p dw 弱u s c d 勰廿1 em a t c r i a l a tf i 璐t an 咖慨ro ff a c t o l l s i n d u d i i 培 p r o t e i i l n c e n t r a t i o n h e a 血gt e m p e r a t i l r e h e a t i i 略缸e p h 觚d o nw e r em s c 吣s e d a c c o r d i i l gt ot l l e0 p 劬娩舶no fe a c hi i l n u e i 痂l gf 砬t o r t h em o s ts l l i 协b l ec o n d i t i o nt o p r e p a r eg c lw 雒d e t e m i n e d s e c o n d l y s p ig e l a 血m e c h 卸i c a lp r o p e n i e sw e r e d c t e 衄i n e db y1 1 a 一 汀2 it e x t i l r e 觚a l y z e r 雒dt 1 1 eo p t i m 娩a t i o n0 ft h et e s tm e t l l o d sw 弱 d o n e 龇i ds o m ep a m m e t e 瑙w e r ed e t c m i i l e d a 嬲t t h eb 弱i cn l e o l o 酉c a lp r o p e n i e so f s p ig e l a 血d u r i i 培s t o r a g ew e r e 州i e d 1 km a i l lc o n t e n t sa n dr e l a t e do r i g i i l a l a c h i e v e m e n t s 锄f ea sf 0 u o s 1 o p t i m i z a 廿o nr e 删lo fg e lp r 印a 枷o n s e l e c t e dt l l em a i l lf a c t o f st l l r o u 曲 s i n 酉ef a c t o re x p e r h n e n t 舡l dt l l er e s p o n s u r f a c em e t l l o d o l o g yw 弱u s c dt 0m e o p t 妇哪a n a l y s i so fm 如砌u e l 蛾f a c t o r s a tl a s t t h eo p 缸岫p r o c e 豁o fs p i g e l a t i i lw 勰d e t e 衄i i l e d 舔f o l l o w s u d i s t i l l e dw a t c ru i l d e r3 0 勰s o l v e n t s t h e p r o t e i i lc o n 髓l 仃a t i o nw 勰1 6 c e n 仃i f u g a l2 0m i i l u t e s a t3 0 0 0 r m i n t h e h e a t h l g t e m p e r a l i l r e 麟8 5 觚dm eh e a t i n g 劬e 傩4 0m i l l 如r h e a t e dt l l es 锄p l e e d t 0 s t o r e2 0l l o w sa t5 2 o p t i i n 娩a t i o nr e 鲫c ho fd e t e 珊i n a t i o nm e t h o do fs p ig e l a t i l l t h er e 枷t ss h o w p u n c t i l r et e s t sl l s u a l l yu s cp 0 5 1 2 7 l 姗 p r o b e p u n t l l r ed i s t a n c cc h 0 0 s e1 0 i n i n t e s t s p e e d u s0 5 删n s b e f o f et e s tt l l eu p p e rs u 嘞 es h o u l db ec i l t d e f o 蛐a t i o nd e g r e e0 f s m a l ld e f o 册a t i o nt e s t su 6 m m a n dt h et e s ts p e e du s c s0 5 m m s t l l eg e l a t i ns 锄p l e s h o l l l db em a d ci i n 0c y l i n d r i c a lo f 西 1 4 5 衄 h 1 5 蛐 n l ep r o b eu p 5 0 1 1 1 i ss t i l d y o l 岖m a lt h er e l a x a t i o n t e s ta i l dt h ec r e e pt e s tb yo n h o g o n a lm e t h o dr e s p e c t i v e l y d e t e 吼i i l e dt h eb e s tt e s tp 啪e t e r so fr e l a x a t i o nt e s ta i l dt l l ec r e 印t e s t 雒f o l l o w s t h e p r o b eb o t l lu s ep 5 0 d e g 僦o fd e f o 咖a t i o ni s6 衄 h o l d i n gt i i 1 ei s1 5 s a n dt h et e s p e e di s0 5 删 n s 凹e 印t e s ts p e e di s0 5 n m 临 m el o a di s1 0 0 9 c r e 印t 妇ei s6 0 s n r o u g l l at c s t c a n0 b t a i nn l ei n d e x e sl i l e c o h e s i v c e l a s t i d 叭c o h e s i o n 锄d b r i t t l e n e s se t c t l h er e s u l t ss h o wm eb e s te x p e r i l n e m a lp a 舢e t e 瑙o ft p at e s tw e r e 嬲 f o l l o w s m ep r o b eu p 皿5 t e s ts p e e di s0 5 m m s t h es p e e db e f o r e 锄da 船rt e s ti s 1 m m s p m l c t l i r ed i s t a i l c ei s1 5 m m t h es t a yt i l n eb e f o f es e c 0 n dp u n c t i l r ei s5 s b e f o r e t c s tt h eu p p e rs 耐a c es h o u l db cc u t b y 锄a l y s i st h ec 0 删撕o na n dd i f f e r e i 脱o fa l lt l l e 江苏大学硕士学位论文 t e s tm e t h o d s t l l ec 0 n d u s i o nw a so b t a i n e dt h a t7 i b t e s ti s t l l eb e s tm e 廿l o do f m e c h 觚i c a lp r o p e n i e st e s to fs p i g e l 3 r e l a a t i o na i l dc r e e pc h a r a c t e f i s t i ca r et l l e 锕oi m p o r t a n tr h e o l o g i 咖p r o p e 啊o f s p ig e l a t i l l 1 1 1 er e l a x a t i o n 锄dc r e e pt e s to fs p ig e l a t i i l 城d e r2 5 锄d5 s t o r a g e t e m p e r a t u r ea td 硪r e m 岫ew e r es 伽i e d 1 1 l er e s u l t ss h o wc o m p a r e d 谢t l l5 p a r a m e t e r so fc r e 印c h a r a c t e r i s c 孤dr e l a x a t i o nc h a r a c t e r i s t i cr e d u c 尼m o r eq u i c h y l l i l d e r2 5 n 啪u g hc 0 盯e l a t i o na i l a l y s i sw i ma l lp a r 锄e t e r w ec 孤c d u c el l n d e fn l e s 锄es t o r a g et e m p e r a t l l r ea l lt h ep a 姗e t e r st a k eo ns 蛐c 舡l t l yc o r r e l a t i o n u n d e r2 5 e x c e p t r e l a a t i o np 猢e t e rt 1孤dc f e 印p a r 锄e t e r sa n da l lo t h e rr e l a x a t i o n p a 姗e t c r st a k e o nn e g a t i v ec o r r e l a t i o n r e l a a t i o np a r a m e t e r sa 1 1 dc f e e pp a 砌e t e r s t a k eo ns i 班f i c a n t l yp o s i 曲ec o 玎e l a t i o n w h n e 咖d e r5 e x c e p tc r e 印p a 舢e t e rt l 觚dc r e e pp a r a m e t e re l 1 1 l t 1 2a n dr e l a x 撕o n 缸ett 歪k eo ni i l s i 印i f i c 觚n yp o s i m e c 0 r r e l a t i o n a l lo t h e rp a r a m e t e r st 减eo ns i g i l i f i c a n tp o s i t i v ec o r r e l a t i o n k e yw b r d s s o y b e a np r o t e i i li s o l a t e g e l t e s 血l gn k 舡k 心 m e c h a i l i 谢p 雌n i e s m a t e r i a l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规 定 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版 允许论文被查阅和借阅 本人授权江苏大学可以将本学 位论文的全部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和汇编本学位论文 保密口 本学位论文属于 在年我解密后适用本授权书 不保密囱 学位论文作者签名 多 男键乙 扣瓣 月幼日 指导教师签名 萎榴 排毛其f 日 独创性申明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师的指导下 独 立进行研究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容以外 本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果 对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 一躲彳肛 日期 月 江苏大学硕士学位论文 1 1概述 第一章引言弟一早ji石 1 1 1大豆分离蛋白及其功能特性 大豆是人类栽培历史最悠久的作物之一 人们对其开发利用已有数千年的历 史 大豆蛋白是重要的植物蛋白 它富含1 9 种以上的氨基酸而且包括8 种人体必 须的氨基酸 还含有大量对人体健康有益的必须脂肪酸 磷脂 和丰富的钙 磷 等矿物质 且不含胆固醇 它对维系人类的生命和保证人类的健康起到不可替代 的作用 l 与动物蛋白相比 无论是在价格方面还是营养方面都具有一定的优势 因此对大豆蛋白的开发研究一直是比较热门的项目之一 大豆分离蛋白是一种高 功能食品的原配料 它是以低变性脱脂豆粕为原料 经萃取 酸沉 中和 高温 改性 喷雾干燥等工序加工制成的植物蛋白产品 产品呈粉末状 含蛋白质8 5 9 0 有很高的乳化性 水溶性和胶凝性 广泛用于肉制品 儿童食品 方便食品等制 品中 是食品工业不可缺少的原配料 大豆蛋白还具有凝胶性 吸水性 持水性 溶胀性 乳化性和发泡性等多种功能特性 大豆蛋白由于其高营养价值 多功能 性的特点而成为深受欢迎的优质蛋白质 被广泛应用于食品中 2 而在非食品领域 所报道的主要有黏合剂 纸张涂料 3 和降解塑料 4 等 大豆分离蛋白的等电点在p h 值4 5 4 8 将大豆分离蛋白溶液经超离心分离 可分成2 s 7 s 1 1 s 和1 5 s 四种成分 其中主要成分为球蛋白 1 1 s 和p 一浓缩球 蛋白 7 s 两者合在一起占球蛋白的7 0 两者所占比例因大豆品种而异 次要 成分则具有很大的不均匀性 主要有r 伴球蛋白 7 s 碱性球蛋白 脂肪氧合酶 肛 淀粉酶 植物凝集素以及胰蛋白酶抑制剂等 5 7 大豆蛋白的多个功能性当中 凝胶性是其最重要的性质之一 引 凝胶是一种交 联的亲水聚合物的网状结构 它能吸收或保持大量的水分 9 大豆蛋白凝胶具有低 交联亲水性的三维空间结构 能吸收水 盐水和生理液 并具有一定的持水能力 在加热或受压下不易失水 这种性质对于改善食品的口感和风味十分有用 大豆 分离蛋白溶解后 经过加热一段时间 使部分蛋白质变性 这样蛋白质分子伸展 以利于分子间形成更多的相互作用 从而形成一定的网络结构 锁住水分 进而 形成凝胶 然而影响大豆分离蛋白凝胶的因素有很多 如蛋白质浓度 蛋白质组 江苏大学硕士学位论文 成 是否经过均质离心 溶液p h 值 离子强度 加热温度 加热时间 冷却温度 以及凝胶制成后测定前的存放环境和存放时间等 这些因素都直接影响到大豆分 离蛋白凝胶的品质特性 因此研究这些因素与凝胶结构关系就显得非常必要 1 0 1 3 j 大豆分离蛋白能够作为一种广泛应用的食品添加剂 不仅是因为它具有一定 的营养优势 其功能性质也是大豆蛋白优越与其它蛋白的一个重要方面 功能性 质是指除了营养价值以外 在加工 储藏 制备以及消费过程中对食品系统产生 影响的那些物理化学性质 大豆分离蛋白的功能性质主要是指其凝胶性 起泡性 乳化性 持水性 吸油性等 1 4 d 6 1 在诸多大豆蛋白产品中都或多或少的利用了大 豆蛋白的一种或是多种功能性质 现在对大豆分离蛋白的功能性质简单介绍如下 凝胶性 凝胶性是指蛋白质形成胶体状结构的性能 是大豆分离蛋白的最重要 最基本的功能特性之一 起泡性 大豆蛋白质分子具有典型的两亲结构 因而在分散液中表现出较强 的界面活性 具有一定程度降低界面张力的作用 将大豆分离蛋白添加到食品原 料中 在急速机械搅拌时 会有大量的气体混入 形成相当量水一空气界面 溶 液中大豆蛋白质分子吸附到这些界面上来 降低界面张力 从而保存了大量的空 气在食品中 进而增加了食品的体积 起到使食品酥松的作用 赋予食品疏松的 结构合良好的口感 1 1 7 1 乳化性 大豆分离蛋白是表面活性剂 它既能降低水和油的表面张力 又能 降低水和空气的表面张力 易于形成稳定的乳状液 在烤制食品 冷冻食品及汤 类食品的制作中 加入大豆分离蛋白作乳化剂可使制品状态稳定 持水性 持水性是在低离心力作用下 1 9 物质最大限度吸收和保持水的量 大豆分离蛋白和水具有亲和力 蛋白质分子可以通过化学键或是范德华力结合水 分 特别时当大豆分离蛋白形成凝胶状态的时候 凝胶网络结构也可以锁住大量 的水分 这对于大豆分离蛋白在食品中的应用具有非常重要的意义 并且大豆分 离蛋白的持水性与其凝胶性存在非常密切的关系 持水性可以间接的影响大豆分 离蛋白凝胶的硬度 弹性以及粘性等指标 吸油性 大豆分离蛋白的吸油性是指其吸收与保持油脂的能力 与乳化性具 有相互交叉的作用 当大豆分离蛋白加入到富含油脂的食品中时 其乳化性可以 使油脂趋于分散 更好的混合于食品中 而其吸油性则能防止油脂的损失 特别 是在肉制品中 对于减少肉汁损失具有很好的作用 提高了食品的营养和风味价 2 江苏大学硕士学位论文 值 1 8 2 3 j 据资料显示美国已经能够生产出几十种具有不同功能特性的大豆分离蛋白产 品 国内生产的大豆分离蛋白质量特别是功能性与国外相比有较大的差距 虽然 年设计生产能力达五万吨以上 但是国内大豆分离蛋白的生产工艺大同小异 生 产技术 设备与国际水平差距甚远 产品品种单一 目前只能生产添加到肉类食 品中的蛋白粉 功能性较差 质量较美国同类产品相差较大 产品在市场上的竞 争力远远低于进口产品 尽管进口的大豆分离蛋白有的是转基因大豆生产 而且 价格高于国产同类产品3 0 左右 但是消费者还是喜欢选用进口产品 所以每年 仍需要进口大量的分离蛋白 给国内大豆分离蛋白市场造成严重的冲击 给企业 带来很大的压力 1 1 2 凝胶特性及其在食品中的应用 大豆分离蛋白是一种具有加工功能性的食品添加用的中间原料 广泛应用与 肉食品 乳制品 冷食冷饮 焙烤食品及保健食品等 迄今为止 全世界只有美 国和日本等少数几个国家完全掌握了能够生产近百种分离大豆蛋白的高新技术 并且应用于工业化生产 目前我国生产的大豆分离蛋白主要还是应用于肉制品生 产的凝胶型大豆分离蛋白 如应用于乳制品 焙烤食品等领域的乳化型大豆分离 蛋白 发泡型分离蛋白等其它类型的大豆分离蛋白还不多见 本文主要选取大豆 分离蛋白的凝胶特性进行研究 将大豆分离蛋白以一定比例与水或缓冲液混合形成分散液 经过一定温度下 加热一段时间使蛋白质分子变性 使球形构象破坏 肽键伸展 经冷却这些展开 的肽键分子间通过氢键 离子键 疏水键等作用互相缔合 并聚集形成一个有规 则的蛋白质网络结构 形成凝胶物质 这个过程就是大豆分离蛋白的凝胶作用 理 论研究认为 凝胶蛋白质结构为立体网状结构 部分的和多肽相结合 在大豆蛋白中 只有7 s 和1 1 s 组分才有凝胶性 而且1 1 s 组分凝胶的硬度 组织性高于7 s 组分 凝胶形成是一个两步的过程 第一步是初步变性的发生导致黏度上升和结构的变 化 在这步中 预凝胶 形成 蛋白质分子肽链解开 第二步是变性分子形成的时期 这是一个不可逆过程 由大豆蛋白内的二硫键 氢键 疏水键作用使解开的肽链间 重新交联而成网络 噩白质的凝胶特性在食品中应用极为广泛 可通过网络结构 吸收水分 风味物质等瞄啪 大豆分离蛋白在加热形成凝胶的过程中 使较多的 水分包埋在蛋白质凝胶中 可以提高产品的持水性和肉制品的嫩度 改善制品切 3 江苏大学硕士学位论文 片性 风味等 因此大豆分离蛋白在食品中应用极为广泛 特别是在肉制品行业 中应用更多 将大豆分离蛋白添加到西式火腿 火腿肠等肉制品中 可以使肉糜 中的水分 脂肪 肌肉蛋白质 淀粉等形成一个稳定均匀的体系 从而很大程度 上保持了水分和风味物质 提高了产品的得率并改善了产品得风味和质地 凝胶性是大豆分离蛋白最重要的功能特性之一 但至今对于大豆分离蛋白凝 胶特性的测定并没有统一的方法 这主要包括凝胶试样的制备和凝胶流变特性的 测定 因此研究凝胶从试样制备到凝胶流变特性的测定方法对于促进大豆分离蛋 白行业的发展以及指导大豆分离蛋白应用具有重大的意义 1 2 国内外研究概况 1 2 1 形成机理研究 大豆蛋白的凝胶特性是大豆蛋白主要功能特性之一 许多大豆制品就是利用 这一特性加工而成的 大豆蛋白不仅组成具有高度的不均一性 而且分子空间结 构较为复杂 因此 研究其热变性和热凝胶机理非常困难 尽管如此 由于大豆 蛋白的热行为在大豆蛋白加工和利用上具有特别的重要性 因此引起了国内外许 多科研工作者的极大兴趣 进行了大量的研究工作 虽然目前还没有完全掌握大 豆蛋白凝胶化的机理 但是今年来 科研工作者利用现代化生物技术和分析方法 对大豆球蛋白的热变性和热凝胶形成机理进行研究 取得了一些有意义的进展 一般认为 浓度为8 1 6 的大豆蛋白质溶液的大豆蛋白质溶液经加热 再冷 却后可形成凝胶 浓度越高 凝胶的强度越大 2 7 1 加热是形成热凝胶的必要条件 它可以为蛋白值分子的运动提供热量 蛋白质分子运动加剧 分子间接触 交联 机会增加 有利于凝胶的形成 2 8 盐和溶剂可改变蛋白质功能基团电离作用和双 电层厚度 影响蛋白质 蛋白质相互作用 m 撕a 2 9 研究大豆蛋白凝胶的盐添加作用 后得出的结论是 同样的p h 和离子强度下 加入氯化钠的凝胶比氯化钙更具有抗 变形性和可塑性 k 觚g 3 0 等人研究了在不同温度和浓度下大豆蛋白凝胶的形成 并利用压缩实验来评价大豆蛋白凝胶的力学参数 实验结果表明 在高温和高浓 度条件下形成的凝胶 具有高的硬度和韧性且不易破碎 除k 姐g 以为 r e n k e m a 等f 3 1 3 3 1 对于大豆蛋白及其组分的凝胶能力以及加热 p h 值 离子强度等对大豆蛋 白的凝胶过程的影响进行了不少的研究 1 9 7 0 年c a t s i i n p 0 0 l a s 3 4 等人提出了大豆 球蛋白凝胶化的机理 随后d 锄o d a r 锄 3 5 3 q 等人又对球蛋白凝胶机理进行了完善 4 江苏大学硕士学位论文 d 锄o d a r a ns 3 刀认为大豆蛋白形成凝胶的首要条件是加热至蛋白质的变性温度以 上 h e 咖a 璐s o nam 3 8 1 认为若蛋白质本身是变性蛋白质 且浓度足够高 则溶胀 后可以自发地形成凝胶 从凝胶的溶胀理论可知 凝胶是一个亚稳定体系 介于 水化作用小的有序态和强烈水化的随机态之间 即介于固体恶化溶液之间 3 9 大 豆球蛋白凝胶化的过程主要分为两步完成 第一步是大豆蛋白溶解后首先形成溶 胶 蛋白质溶胶在加热到变性温度是天然蛋白发生解离和变性 解离和变性后的 蛋白质分子充分展开 暴露出功能基团以便分子间发生交联而形成凝胶 蛋白质 溶胶完成变性后形成的状态成为凝胶原或前凝胶 第二步是在冷却等条件下 凝 胶原中相邻的蛋白质分子通过二硫键 氢键 疏水作用 静电引力以及范德华引 力等互相结合到一起 形成三维网络结构 将水及其它成分包络起来形成凝胶 在凝胶态 多肤链间以及多肤链与水分子之间通过疏水键 静电力 氢键和二硫 键形成的作用力达到平衡 4 0 1 在远离等电点的p h 范围 它们显示出排斥力的作用 有助于折叠的多肽链分开 形成均匀凝胶基质 4 1 1 相比较而言 在蛋白凝胶形成 过程中 这些作用力中的二硫键使凝胶过程不可逆 4 2 4 3 1 而氢键控制的凝胶过程 是可逆的m j 大豆蛋白中球蛋白占总蛋白的5 0 9 0 其中7 s 和1 1 s 球蛋白是大豆蛋白 的主要组分 对大豆蛋白的性质有重要的影响 因此近年来 在对大豆蛋白研究 的基础上 又对其主要组分大豆7 s 和1 1 s 球蛋白的热变性与热凝胶行为进行了探 索f 4 5 1 提出了一些有价值的机理模型 在热诱导凝胶形成过程中二硫键起到了重 要的作用 而1 1 s 蛋白内的二硫键及s h 基团远远高于7 s 蛋白 在7 s 的凝胶中 没有硫氢 二硫键的交换反应参与 1 1 s 对凝胶的形成起首要的作用 同等浓度下 1 1 s 蛋白的凝胶性要明显好于7 s 这也是在研究两种重要组分的凝胶特性过程中 对7 s 组分研究较少的原因之一 1 1 s 球蛋白凝胶化的第一步是在大约1 0 0 加热 形成可溶性的聚集 第二步是当蛋白质浓度大约为1 0 时 在1 0 0 加热1 m i l l 之 后形成自支撑凝胶 第三步是自支撑凝胶成熟 通过成熟这一步 凝胶的硬度明 显增加 而在加热1 5 m i i l 之后平缓增加 达到原凝胶硬度的五倍m 4 7 5 2 1 虽然大豆7 s 球蛋白也是大豆蛋白的主要组分之一 但是与大豆1 1 s 球蛋白相 比 对大豆7 s 球蛋白热凝胶研究的较少 对大豆7 s 球蛋白来说 其凝胶化过程 可能是 在加热的初期 大豆7 s 球蛋白分子形成可溶性聚集物 在继续加热中 依据大豆7 s 球蛋白的浓度不同而形成不同的物质 当大豆7 s 球蛋白的浓度较低 5 江苏大学硕士学位论文 时 可溶性聚集物形成较高分子聚集物串 而当大豆7 s 球蛋白的浓度较高时 可 溶性聚集物相互自由地交联形成可溶性宏观聚集物串 最后 这些可溶性宏观聚 集物聚集形成凝胶 5 3 55 1 d 趾j if u k u s l l i m a 5 q 和n a k 锄u r a 5 7 等人研究认为 在大豆 7 s 球蛋白形成凝胶的过程中无共价键参与 因此 与大豆1 1 s 球蛋白的凝胶相比 大豆7 s 球蛋白形成凝胶的强度较低 5 8 5 9 1 对大豆7 s 球蛋白来说 仅仅当溶液中 蛋白质含量超过7 5 时 7 s 球蛋白溶液在加热中才形成凝胶 当在溶液中蛋白质 含量低于7 5 时 利用加热法行不成凝胶 蛋白质变性和聚集的相对速率可能决定着凝胶形成的机理和形成的凝胶特 性 h e 衄a n s s o n 6 0 认为 如果凝胶原的蛋白质聚集速率大于蛋白质的变性速率 变性后的蛋白质分子就会发生随机聚集 形成无序的凝胶网络 凝胶显得不透明 弹性低以及保水性差 反之 如果凝胶原的蛋白质聚集速率小于蛋白质的变性速 率 处于前凝胶态的蛋白质分子就具有较大的流动性 从而可以形成有序的凝胶 网络 凝胶显得透明 弹性高以及保水性好 1 2 2 凝胶特性测定方法研究 对于大豆分离蛋白凝胶值的测定一直没有统一的标准 从大豆分离蛋白凝胶 的制备到测定凝胶值整个过程中 存在的主要差异有 凝胶制备方法 凝胶测定 方法 凝胶值的表示方法 凝胶制备方法主要有蛋白浓度 加热温度和时间 缓 冲液 离子浓度 以及p h 值等 这几个参数在许多论文中都是各不相同的 在此 就不一一列举了 这里所说的凝胶测定方法的差异主要是指测定凝胶所选用的仪 器以及对同一种仪器所选用参数的不同 最初对凝胶值的测定只是通过一些比较 简单的方法进行的 岳武 6 l 等人曾经自己设计测定仪来测定大豆分离蛋白的凝胶 值 最终用刻度值表示凝胶值大小 黄少虹 6 2 用物性测定仪测定琼脂凝胶强度 其试验结果要比自己设计的凝胶强度仪精密度和准确度高的多 且操作方便 随着测试技术的发展 如今对凝胶值的测定主要通过物性仪来进行 英国s m s 公司生产的物性测定仪 t a x r 2 i 6 副的测试将食品行业大量的模糊的感官概念 变成获得准确的量值表述 真正实现对传统食品行业的数字化 科技化变革 它 是围绕着距离 时间 作用力三者进行的 并通过这三者相互关系的处理获得对 实验对象的测试结果 它的结构主要包括主机 专用软件 备用探头及附件 主 机由底座 测试臂 测试臂支架组成 底座内安装动力控制装置一精密电机 测 试臂的力量感应单元可准确测量到受力情况 测试臂支架内的螺旋杆确保测试距 6 江苏大学硕士学位论文 离 速度的精确度 软件是在w m 9 8 的操作界面上工作 可进行实验设置 展示 方式及完成测试步骤安排 确定 编辑 结果储存 统计复制等 探头及附件根 据不同用途有十几种 它在用于测定分离蛋白凝胶性时 能同时检测样品的凝胶 强度 凝胶长度和压迫时间 并且通过 a 全分析可获取凝胶硬度 脆性 弹性 胶粘性 粘牙性 回复性 咀嚼度等参数 从而 更全面地量化地了解凝胶的内 在品质 并作出比较 薄玉红 删 张君朝 6 5 1 等人先后利用物性测定仪测定分离蛋白 的凝胶性 并与传统方法比较得到理想的结果 证明采用物性测定仪测定蛋白质 的凝胶性具有分析快速 操作方便 检测成本低的优点 并且非常适合于分离蛋 白生产过程中的质量控制 随着物性仪的普遍使用 近年来在涉及到凝胶值测定的论文中大都使用物性 仪进行测定 但是同样对一种凝胶的测定不同的人却采用不同的参数 这就导致 了同种凝胶在不同的试验中失去了可比性 特别是在生产者和消费者之间采用不 同的测试方法必然造成二者之间的脱节 凝胶值的表示方式主要是指用什么指标 来表示凝胶性能的好坏 现在市场上对凝胶性能好坏的评价主要从两个方面进行 一是凝胶距离 n 珊 二是凝胶强度 或是曲 这就给消费者造成了很大的不便 同时生产者之间对产品的也不便比较 综上所述我们现在迫切需要研究一种方便 可行的测试方法 从凝胶的制备 凝胶值的测定直到对凝胶性能的表示方式 形 成一个满足于绝大部分生产者和消费者需求的方便 快速 经济 实用的测试方 法 1 2 3 存在的问题 近年来 人们对大豆及其蛋白的研究日益活跃 特别是对大豆分离蛋白功能 特性及其在工业中的应用的研究 推动了大豆种植业和大豆蛋白工业的迅速发展 但是对于大豆分离蛋白凝胶的制备和凝胶力学特性测定方法方面的研究并不多 见 存在许多问题急需研究 1 如何明确影响大豆分离蛋白形成凝胶的因素 以及它们对大豆分离蛋白凝 胶力学特性的影响方式 选取其中的关键因素 确定最佳因素水平制备出凝胶特 性良好的大豆分离蛋白凝胶 2 大豆分离蛋白凝胶制备的制备方法以及成胶后力学特性的测定 优选能更 好反映出凝胶的力学特性的测定方法 研究不同测定方法中测定参数对测定结果 影响 确定不同测试方法的最佳测试参数有待于进一步研究 7 江苏大学硕士学位论文 3 大豆分离蛋白凝胶的基本流变特性 蠕变特性和应力松弛随着凝胶静置环 境和静置时间的变化规律 也是大豆分离蛋白凝胶研究的重点 1 4 研究意义 目的及主要内容 1 4 1 研究目的 1 在研究大豆分离蛋白在不同温度蒸馏水中溶解状况的基础上 研究蛋白浓 度 加热温度 加热时间 离心速度和时间 冷却方法等参数对凝胶成胶性的影 响 确定蛋白凝胶制备的最佳条件 2 研究凝胶力学特性测定方法 确定凝胶测试的最佳条件 3 研究静置时间对凝胶的基本流变特性的影响 研究流变参数的变化规律 1 4 2 研究的主要内容 1 首先通过单因素实验研究各因素对大豆分离蛋白凝胶制备的影响 并对各 因素进行优化分析 对主要影响因素利用响应曲面法进行优化分析 最终确定制 备力学特性良好的凝胶的最佳制备工艺 2 凝胶力学特性测定方法的研究 分析并研究测试过程中各测试参数对测定 结果的影响 优化各测试方法的具体测试参数 探索测定凝胶特性的最佳测定方 法 3 研究不同静置温度下静置不同时间对大豆分离蛋白凝胶基本流变特性 蠕 变和应力松弛的变化 分析蠕变和应力松弛各参数的变化趋势 并对基本流变特 性各参数进行相关性分析 8 江苏大学硕士学位论文 第二章大豆分离蛋白凝胶制备方法的研究 大豆分离蛋白凝胶的形成过程是一个非常复杂的过程 其中包括了许多的化 学和物理作用 而这些因素受外界环境的影响较大 特别是大豆分离蛋白浓度 加热温度 加热时间等因素对最终形成凝胶的质地均有显著影响 同一种大豆分 离蛋白所得凝胶的力学特性会随着制备方法的不同而不同 鉴于现有文献所提供 的大豆分离蛋白凝胶制备工艺参数差异很大 有必要对大豆分离蛋白凝胶的最佳 工艺条件做更深入的研究 研究大豆分离蛋白凝胶的力学特性和质地评价主要包括两个方面的内容 一 是大豆分离蛋白凝胶的制备 二是凝胶特性的测定 因此要想确定大豆分离蛋白 凝胶的力学特性和质地评价方法 就必须先制取一种力学特性稳定的大豆分离蛋 白凝胶 本章通过试验对凝胶制备过程中的各参数进行优化 以得到一种能够制 备力学特性稳定 成胶状况良好的凝胶制各方法 2 1 试验材料和仪器 2 1 1实验材料 大豆分离蛋白山东御馨豆业蛋白有限公司 2 c h d 7 0 7 1 2 2 1 2 实验仪器与设备 i a x r 2 i 物性仪 英国s t a b l em i c r os v s t i 咖 s 公司 数显恒温水浴锅 皿 6 国华电器有限公司 电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司 恒温恒湿箱 宁波莱福科技有限公司 冰箱b c d 2 7 蚴 广东科龙电器股份有限公司 j j 1 增力搅拌器 江苏省金坛市医疗仪器厂 酸度计 h 2 1 3 上海精密仪表有限公司 2 2 实验方法 2 2 1 溶解温度的选择 溶解温度不宜过高 需要在大豆分离蛋白变性温度以下 通常要低于5 5 9 江苏大学硕士学位论文 因此分别取溶剂温度为1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 五个水平进行溶解测试 比较确定最佳溶解温度 分别将一定质量的大豆分离蛋白加入到1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 蒸馏 水中 配制成浓度为1 2 的大豆分离蛋白分散液 并同时开始搅拌 直到搅拌均 匀为止 从开始向溶剂中加大豆分离蛋白开始计时 到从表面观察和从烧杯壁观察没 有明显的蛋白结块时结束 记录搅拌均匀所需时间 2 2 2 蛋白浓度的选择 大豆分离蛋白的持水率在7 5 1 左右 即大豆分离蛋白分散液的浓度在1 4 左 右时 在3 0 0 0 r m i i l 下离心3 0 l 1 i i l 后基本不会有水析出 考虑到大豆分离蛋白在形 成凝胶后 凝胶网络具有保持水分的能力 且在形成凝胶的过程中 大豆分离蛋 白分子还会通过共价键和其他方式与水结合从而保持更多的水 因此在优化蛋白 浓度时 应选择浓度在1 4 左右并对高于1 4 的进行重点考察 以3 0 的蒸馏水为溶剂分别配制浓度为1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 和1 8 的分散液 搅拌均匀后在3 0 0 0 r m i i l 下离心2 0 m i i l 然后倒入到1 5 0 m l 的小 烧杯中并用保鲜膜封口 然后放入8 5 的水浴中加热4 0 m i n 取出后立即更换保 鲜膜重新封口 冷却到室温后放入4 的冰箱中存放2 0 h 后切掉上表面测定 对凝胶进行穿刺r n a 测试 采用p 0 5 a m 妃凝胶专用探头 测试条件如 下 测前速率 1 n m 临 测试速率为0 5 m m s 测后速率为1 衄 n s 穿刺距离为1 5 m m 停留间隔 5 s 考虑到样品力学特性的离散性 每个实验重复5 次 2 2 3 加热温度的选择 成胶理论加热温度应该高于9 2 但温度过高容易造成分散液在容器壁黏着 从而导致分散液内部受热不均匀 由于大豆分离蛋白的变性还受到加热时间的影 响 在较低温度下加热较长的时间同样会引起大豆分离蛋白的变性 选取加热温 度时选取7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 五个水平进行研究 以3 0 的蒸馏水为溶剂配制浓度为1 6 的大豆分离蛋白分散液 搅拌均匀后 在3 0 0 0 r m i i l 下离心2 0 m i i i 然后倒入到1 5 0 m l 的小烧杯中并用保鲜膜封口 分别 在7 5 8 0 8 5 9 0 9 5 的水浴中加热4 0 m i n 取出并立即更换保鲜膜 封口 冷却至室温后放入4 冰箱中静置2 0 h 后切掉上表面测定 物性仪测试参数 1 0 江苏大学硕士学位论文 同上 每个实验重复5 次 2 2 4 加热时间的选择 以3 0 的蒸馏水为溶剂配制浓度为1 6 的大豆分离蛋白分散液 搅拌均匀后 在3 0 0 0 r 耵血下离心2 0 m i i l 然后倒入到1 5 0 i i l l 的小烧杯中并用保鲜膜封口 在8 5 的水浴中分别加热3 0 i n i n 3 5 m i n 4 0 m i i l 4 5 m i n 5 0 l 血 取出后立即更换保鲜 膜封口 冷却至室温后放入4 冰箱中静置2 0 h 后切掉上表面测定 物性仪测试参 数同上 每个实验重复5 次 2 2 5 缓冲液p h 值的选择 用p h 为6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 的磷酸盐缓冲液配制成1 6 的大豆分离蛋白 分散液 搅拌均匀后在3 0 0 0 r m i i l 下离心2 0 m i i l 然后倒入到1 5 0 i n l 的小烧杯中并 用保鲜膜封口 然后放入8 5 的水浴锅中加热4 0 i n i i l 取出后立即更换保鲜膜封 口 冷却到室温后放入4 冰箱中下静置2 0 h 后切掉上表面测定 以上试验同时均做同等浓度的以蒸馏水为溶剂的对照 物性仪测试参数同上 每个实验重复5 次 2 2 6 离心时间的选择 在3 0 下配制浓度为1 6 的大豆分离蛋白分散液在3 0 0 0 r m i n 下分别离心 2 0 m i n 3 0 m i n 4 0 m i n 将离心后的分散液倒入到1 5 0 m 1 的小烧杯中并用保鲜膜封 口 放入到8 5 的水浴中加热4 0 m i n 后立即取出并更换保鲜膜封口 冷却到室温 后放入4 冰箱中静置2 0 h 后切掉上表面待测 物性仪测试参数同上 每个实验重 复5 次 2 2 7 冷却方法的选择 配制浓度为1 6 的大豆分离蛋白分散液 搅拌均匀后在3 0 0 0 r i n i i l 下离心 2 0 i n i i l 然后倒入到1 5 0 血的小烧杯中并用保鲜膜封口 放入到8 5 的水浴中加热 蛐后立即取出并更换保鲜膜封口 分别在以下条件下冷却 l 室温下冷却至温度不变 然后放入到4 下静置2 0 h 2 用4 冰水迅速冷却至凝胶温度到与冰水温度相同 然后放入到4 下静 置2 0 h 静置到所需时间后将凝胶取出切掉上表面进行凝胶硬度测定 物性仪测试参 江苏大学硕士学位论文 数同上 每个实验重复8 次 2 2 8 贮藏条件的选择 在3 0 下配制浓度为1 6 的大豆分离蛋白分散液 搅拌均匀后在3 0 0 0 r m i l l 下离心2 0 m i i l 然后倒入1 5 0 i l l l 小烧杯中并用保鲜膜封口 在8 5 的水浴中加热 4 0 m i n 后立即取出并更换保鲜膜封口 室温2 5 下冷却至温度不变后分别放入5 1 5 2 5 条件下静置5 h 1 0 h 1 5 h 2 0 h 2 5 h 然后切掉上表面测定其凝胶特性 物性仪测定参数同上 每个实验重复5 次 2 2 9 对主要影响因素的响应面分析 影响大豆分离蛋白凝胶形成的各个因素并不是独立发生作用的 各个因素之 间往往也发生着许多相互联系 通过对以上单因素试验结果的分析 不难发现在 大豆分离蛋白凝胶的制备过程中大豆分离蛋白浓度 加热温度 加热时间等各因 素是起到主要作用的 因此为了更好的得到制备凝胶的最佳参数 确定了3 因素3 水平的响应面分析试验 响应面分析法 r e s p o n s es u f f a c em e t h o d o l o g y 简称r s m 是一种优