挤压预处理与限制性酶水解联合改良大豆分离蛋白乳化特性

背景介绍

大豆蛋白具有营养价值高、供应稳定、成本低等特点，受到人们广泛的关注。大豆分离蛋白（SPI）、大豆浓缩蛋白（SPC）和大豆蛋白粉（SPF）是三种应用广泛的大豆蛋白制品。其中SPI因其蛋白质含量高（约90%）而备受青睐。SPI最重要的用途是作为乳化剂或凝胶剂，然而由于天然大豆蛋白主要通过氢键和二硫键形成紧密的球状结构，其具有较低的分子柔性和较差的乳化能力。

酶水解反应副产物较少，被广泛用于改善蛋白质功能性质。蛋白质水解产物的理化性质主要取决于水解度（DH）和所用蛋白酶的类型。研究表明，球状蛋白质的限制性酶水解可以通过提高蛋白质的溶解度、暴露隐藏的疏水残基和降低分子量来改善其乳化性能。可通过控制酶解温度、时间、酶浓度等参数调节水解程度对蛋白质进行限制性酶水解改性，以获得理想的DH值。已有研究表明，挤压预处理过程中的高温、高压及剪切作用可导致大豆蛋白形成层叠结构，有利于提高酶水解改性效率。挤压预处理与酶解相结合改性大豆蛋白，可改善其水解产物的理化性质和功能特性。然而现有的研究中乳化性主要通过测定浊度表征蛋白质的乳化活性（EAI）和乳化稳定性（ESI），难以反映蛋白质的界面作用及其乳化机制。

因此，本文系统研究大豆蛋白水解物经挤压预处理后理化性质和界面性质的变化及对其乳化性能的影响，并通过对界面性质的测定，阐明提高大豆分离蛋白水解物（SPIH）和挤压预处理大豆分离蛋白水解产物（ESPIH）乳化性的机理。

 研究方法

本文以大豆分离蛋白作为原料，采用挤压预处理、酶处理制备不同DH值的SPIH和ESPIH及其乳液，并对其理化特性进行测定，包括蛋白质溶解度（PS）、表面疏水性（H₀）、液滴分布和平均液滴大小、蛋白质和脂质液滴分布状态及其贮藏稳定性等。

 结果与分析

当酶与底物比（E/S）固定时，ESPIH比SPIH的DH值更高，这表明，挤压处理提高胰酶对蛋白质的水解效率。

研究pH 7.0时SPIH和ESPIH中蛋白质溶解度与DH值的关系，发现经过挤压预处理后，ESPI的蛋白质溶解度由15.8%提高至32.5%，表明挤压处理对有利于提高大豆蛋白溶解度。随着DH值的增加，SPIH和ESPIH的溶解度均先显著增加，在高DH值时略有下降。在DH 8.0-10.0%时，ESPIH中的蛋白质溶解度最大，而SPIH在DH为9.6%时最大蛋白溶解度为69.1%。结果表明，挤压预处理和酶处理相结合可显著改善蛋白质的溶解度，这可能是由于疏水相互作用的增加导致蛋白质聚集，最终导致蛋白质溶解度下降。

对照组SPI的表面疏水性（H₀）为1109.8，显著高于ESPI（323.4），表明挤压预处理导致SPI的H₀降低。随着DH值的增加，SPIH和ESPIH的H₀呈先显著增加，后急剧下降的趋势。这可能是由于大豆蛋白限制性酶水解导致蛋白质内部疏水基团的暴露，疏水性增加。而进一步水解则导致表面的疏水键被破坏，同时疏水相互作用增加导致的蛋白质聚集，从而导致表面疏水性降低。

CLSM结果表明，对照组SPI形成的乳液呈高度絮凝状态。造成乳液不稳定性的原因可能是由于在新形成的油水界面上没有足够的乳化剂完全覆盖，导致液滴絮凝。1.0%的SPIH形成的乳液（图3B）中可观察到一些小液滴（0.1~1mm），但在该乳液中仍发生絮凝，这表明1.0%的SPIH中可能含有一些表面活性很强的肽，能够形成小液滴，但乳化剂的含量仍然不足以完全覆盖液滴表面。与对照组SPI和1.0%的SPI形成的乳液相比，4.5%的SPIH（图3C）形成的乳液液滴分布更多。图3中D-F显示了不同DH值的ESPIH形成的乳液的CLSM图像和液滴分布。在对照ESPI乳液中发现了一些椭圆形的液滴，这可能说明对照ESPI形成的界面膜容易变形，对液滴聚集能力较差。9.1%的ESPIH（图3E）形成的乳液液滴较小,而且这种乳状液没有凝集的现象。这一观察结果表明，9.1%的ESPIH乳化剂足以覆盖整个新处理的油水界面，其乳液的粒径主要在0.1mm~10mm范围内。微观结构观察和液滴尺寸测量表明，13.3%的ESPIH形成的乳液出现了一些非常大的液滴（图3F），这表明过多的酶水解会导致EPIH和SPIH的乳化能力下降。

研究对照组ESPI乳化液在贮存过程中液滴微观结构的变化发现（图4A），对照组ESPI乳状液在储存21d后，液滴粒径变大。对比新鲜乳液（图3D）和储存21d的乳液的CLSM图像（图4B）发现，液滴在储存过程中发生了聚结。

图1. 不同E/S比的酶对SPI (A)和ESPI (B)的水解随时间的影响。（●, E/S = 0.1% (w/w);▲, E/S = 0.5% (w/w); ♦, E/S = 2.0% (w/w)）

图2. pH 7.0时DH对SPIH和ESPIH蛋白溶解度(PS)的影响（■SPIH;♢,ESPIH）

图3. 不同DH值下ESPIH形成的乳液的CLSM图像和液滴尺寸分布

图4. 室温静置21d后对照组ESPI形成的乳化液的微观结构变化

结论

结果表明，9.1%的ESPIH乳化能力强，具有极好的储存稳定性，可抑制液滴絮凝。挤压预处理和酶限制性水解相结合可显著提高大豆分离蛋白的溶解度、乳化活性及乳化稳定性。因此，挤压预处理与酶水解相结合可有效对球状蛋白进行功能修饰改性。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0268005X10001955?via%3Dihub

供稿人：

李同庆