影响大豆分离蛋白乳化稳定性测定的几种因素研究

1、理论研究食品研究与开发2006.Vol.27.NO.659 影响大豆分离蛋白乳化稳定性测定的几种因素研究郭兴凤, 阮诗丰( 河南工业大学, 河南 郑州 450052)摘 要: 采用离心法对影响大豆分离蛋白乳化稳定性的测定结果的几种因素进行了研究。通过研究得出如下结论 :对乳化稳定性影响最大的是油相体积分数 , 然后依次是蛋白质溶液浓度、pH、离子强度、离心速度 。 在测定的范围内 , 均质速度、均质时间、水浴加热时间、加热温度和离心时间对测定结果的影响都很小。关键词: 大豆分离蛋白; 乳化稳定性; 离心法THE EFFECT FACTORS OF THE DETERMINATION OF EM

2、ULSION STABILITY OF SPIGUO Xing- feng, RUAN Shi- feng(Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, Henan, China)Abstract: Centrifugal method was used to measure the effect of several factors to the determination result ofemulsion stability of SPI. The conclusion was gained from the study: the e

3、ffect sequence was oil volume frac-tion, the protein concentration, pH, ionic strength, centrifuge speed. In the test range, homogenizing speed and time, water bath temperature and holding time, and the centrifuge time all had small effect to the results. Key words: soy protein isolates; emulsion st

4、ability; centrifugal method乳化是指将两种以上不相溶的物质, 其中一种液体以微粒的形式分散到另一种液体里 , 形成均匀分散体系的性能1。蛋白质乳化性是指蛋白质能使油与水形成稳定的乳化 液而起乳化剂的作用 , 主要包括乳化能力( EC, emulsify-ing capacity) 和乳化稳定性( ES, emulsifying stability) 23。 蛋白质的乳化能力是指每克蛋白在相转变前所能乳化油的体积( mL) ; 乳化稳定性是指蛋白质维持乳状液分散体系而不被破坏的能力4。蛋白质的乳化能力和乳化稳定性取决于两个方面5 7:( 1) 由于蛋白质在油水界面的吸附

5、而使界面张力降低;( 2) 带电状况、结构及由反絮凝的界面层产生的机械能垒。乳状液是热力学不稳定的状态, 一个稳定的乳状液经历导致油水分离的各种过程非常慢。这些过程包括乳化沉降、絮凝作用、合并和析油作用, 这些过程可能单个也可能同时发生8。这些相对重要的过程取决于温度、离心场的强度和乳状液中油的浓度。本研究利用大豆分离蛋白和大豆油为原料, 采用离心法对影响大豆分离蛋白的乳化稳定性测定结果的几种因素进行研究, 旨在为大豆分离蛋白的应用进行一些基础研究工作。1 材料与方法1.1 实验材料和试剂作者简介: 郭兴凤( 1965- ) , 女, 副教授, 主要从事蛋白质资源开发应大豆分离蛋白: 哈高科;

6、大豆色拉油: 青岛嘉里植物油有限公司;化学试剂: 所用试剂均为分析纯。1.2 主要仪器设备电动均质机 , FA- 25, 上海 FLUKO 流体机械制造有限公司;离心机, LD4- 2, 北京医用离心机厂;电子天平, LIBROR AEL- 200, 日本岛津;精密 pH 计, PHS- 3C, 上海精密科学仪器有限公司。 1.3 测定方法配制一定浓度的蛋白质溶液 , 用 0.1 mol/L 的氢氧化钠或 0.1 mol/L 的盐酸调节 pH 值至一定值, 分别取一定体积的蛋白质溶液和大豆色拉油, 混合后以一定的速度高速搅拌均质一定的时间 , 所得乳状液移入 3 支 10 mL 的离心管中 ,

7、 在一定温度的水浴中恒温一定时间后 , 用自来水冷却至室温 , 然后在一定的速度下离心一定时间 , 根据乳化层体积计算乳化稳定性911:乳化层体积乳化稳定性( %) =100 总体积2 结果讨论2.1 蛋白浓度对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随蛋白浓度的变化如图 1 所示。当蛋白质浓度从 0.5 %增至 4 %时, 乳化稳定性的值呈上升趋势, 从 0.5 %到 1 %之间增加的幅度较大, 大于 1 %时, 随着蛋白质用研究。2006.Vol.27.NO.6食品研究与开发理论研究 60浓度的增加 , 乳化稳定性增加幅度趋缓。而当蛋白质浓度大于 2 %时, 离心管下层开始出现沉淀, 这是因为没有与

8、油脂乳化的蛋白质在离心力的作用下沉淀到了试管底部。757065%)6055ES(50454035300.01.02.03.04.05.0蛋白质浓度%( w/v)图 1蛋白质浓度对乳化稳定性的影响757065%)6055ES(50454035300.300.400.500.600.700.800.20油相体积分数图 2油相体积分数对乳化稳定性影响2.2 油相体积分数对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随油相体积分数的变化如图 2。随着油相体积分数的增大 , ES 呈先增大后减小的趋势 , 在 0.50 时乳化稳定性达到最大值。当油相体积分数在 0.250.50 时, 离心管下面水层清澈 , 乳化层结

9、构比较致密 , 各层之间的界面清晰, 乳化层上面没有油析出 。随着油相体积分数的进一步增加 , 乳化层上部开始有油析出 , 离心管中的样品明显分为 3 层: 水层、乳化层、油层。说明加入的油过量, 不能被蛋白完全乳化。2.3 pH 对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随 pH 的变化如图 3 所示。蛋白质在酸性范围内的乳化稳定性稍稍小于碱性范围内的乳化稳定性 ,在 pH 5.0 左右出现最低值, 这是因为处于等电点状态的蛋白质, 分子呈电中性, 蛋白颗粒表面无法形成水化层 , 乳状液颗粒之间缺乏排斥作用 , 容易发生聚结而使乳状液滴破裂 。 在 pH5.0 时 , 乳化稳定性随 pH 增大而增大

10、, 这是因为 , 随着 pH 增加 , 蛋白质分子上电荷增加 , 水化层的厚度增加 , 因此乳化颗粒间的静电斥力随之增加 , 形成的乳状液较稳定。在 pH5.0 时, 乳化稳定性随 pH 减小而增加, 也是由于蛋白质分子表面电荷的增加所致。2.4 离子强度对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随离子强度的变化如图 4 所示。随着离子强度的增大, 乳化稳定性先增大后减小。在离子强度为 0.2 时出现最大值。一定范围内盐浓度的增大有利于蛋白质分757065%)6055ES(5045403530 23456789pH 值图 3 pH 对乳化稳定性的影响757065%)6055ES(504540353000

11、.10.20.30.40.50.6 离子强度图 4 离子强度对乳化稳定性的影响子之间的排斥力, 进而提高乳化性 , 但超过一定浓度后, 会使蛋白质外层的水化层变薄 , 蛋白质出现凝聚而降低乳化稳定性。2.5 均质速度对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随均质速度的变化如图 5 所示, 随着均质速度的提高乳化稳定性呈缓慢增大趋势。均质速度提高 , 使得油滴颗粒变小 , 蛋白液分散程度加大 , 形成的乳状液颗粒的粒径更小, 乳状液颗粒更难于聚集在一起。因此, 随着均质速度的增大, ES 的值有一定程度的增加。75706560%)55ES(504540353057.51012.51517.520均质机转

12、速( r/min103)图 5 均质速度对乳化稳定性的影响2.6 均质时间对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随均质时间的变化如图 6 所示, 在测定的时间范围内 , 均质时间对 ES 的影响不明显 , 是由于在 30 s 的均质之后已经形成了稳定的乳状液 , 所以 , 均质时间增加, ES 值变化不大。2.7 水浴加热温度对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随加热温度的变化如图 7 所示。随加热温度升高 , 乳化稳定性变化不是很明显 , 但总地来说有缓慢下降的趋势。这是因为, 随着温度升高, 乳状液颗粒运动加剧, 相互碰撞的机会增加 , 被破坏的可能性增加 , 测定的乳化稳定性下降。理论研究食品研究

13、与开发2006.Vol.27.NO.661 757065%)6055ES(5045403530306090120150均质时间( s)图 6均质时间对乳化稳定性的影响757065%)6055ES(50454035305060708090加热温度( )75图 7加热温度对乳化稳定性的影响7065%)6055ES(50454035302025303540加热时间( min)图 8加热时间对乳化稳定性的影响2.8 水浴加热时间对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随加热时间的变化如图 8 所示, 加热时对 ES 的影响不明显。2.9 离心速度对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随离心速度的变化如图 9 所示,

14、 离心速度增大, 乳化稳定性减小。其原因为离心速度越大, 离心力越大, 对乳状液的破坏能力越大。直观上看, 离心速度小于 2 000 r/min(离心力为 900 g)时 , 水层与乳化层的分界面不是很清晰; 当离心速度超过 2 000 r/min, 液体表面开始有油析出, 乳化层高度减小。2.10 离心时间对乳化稳定性测定的影响乳化稳定性随离心时间的变化如图 10 所示。在实验范围内离心时间对乳化稳定性的影响不大。离心时间 5 min时 , 虽然 ES 值较大 , 但是乳化层比较松散 , 水层与乳化层的分界面不很清晰 , 而当离心时间达到 10 min 之后 , ES 值随离心时间的变化趋缓

15、, 水层和乳化层界面也比较清晰。3 结论通过各因素对大豆分离蛋白乳化稳定性的影响研究,可以得出如下结论: 对乳化稳定性的值影响最大的是油相体积分数, 然后依次是蛋白质溶液浓度、pH、离子强度、离心速度。在测定的范围内, 均质速度、均质时间、水浴加热时间、757065%)6055ES(50454035301 0001 5002 0002 5003 000离心速度( r/min)图 9离心速度对乳化稳定性的影响757065%)6055ES(5045403530 51015202530离心时间( min)图 10离心时间对乳化稳定性的影响加热温度和离心时间对测定结果的影响都很小。因此, 在评价大豆分

16、离蛋白的乳化稳定性时, 选择合适的蛋白质溶液的浓度、pH、离心速度以及油相体积分数是非常重要的。参考文献:1 焦学瞬主编. 天然食品乳化剂和乳状液M.科学出版社, 1999, p(a)134;p(b)84.2 江志炜, 沈蓓英, 潘秋琴编. 蛋白质加工技术M.化学化工出版社, 2002: 108109.3 John.E.Kinsella. Functional properties of Soy Proteins J.JACOS, 1979,56:242258.4 Kevin N. Pearce and John E. Kinsella. Emulsifying Properties of P

17、rotein: Evaluation of a Turbidimetric TechniqueJ. J. Agric. Food Chem. 1978, 26(3):716723.5 Petruccelli S. Anon M.C. Relationship between the Method of Ob-tention and the Structural and Functional Properties of Soy Protein Isolates. 2.Surface Properties J. J Agric Food Chem. 1994,42(10) 21702176.6 W

18、ager J.R. Surface Functional Properties of Native, AcidTreated,and Reduced Soy Glycinin.2. Emulsifying Properties J. J Agric Food Chem. 1994,47(6):21812187.7 潘秋琴, 沈蓓英, 程霜. 花生蛋白质的磷酸化改性J.中国油脂,1997, 22( 1) : 2527.8 胡传荣.植物蛋白功能特性及其测定的客观性刍议J.中国油脂, 1998, 23( 4) : 919 张亚丽, 徐忠.大豆蛋白酶解物的功能性研究J.食品与发酵工业, 2003, 29( 9) : 2730.10 赵冬艳