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Composition and Functional Properties of Soybean Protein Isolates

time：2020-06-15 14:02 Number of clicks：35

Composition and Functional Properties of Soybean Protein Isolates

Author: Xie Liang, Wang Zhang, Cai Baoyu, School of Food, Wuxi Light Industry University

Abstract: This article analyzes two types of soybean protein isolates, domestic and imported, and compares their chemical composition and functional properties. Compared with imported soy protein isolates, domestically produced soy protein isolates have higher ash content, higher emulsifying ability, lower enthalpy during thermal denaturation, and smaller molecular weight; The hydration ability of the two proteins is similar to that of the gel; The solubility of domestic soybean protein isolate is better than that of imported products, but its dispersibility is lower than that of imported products; The research results indicate that domestic soybean protein has a higher degree of depolymerization and degradation during processing, and the powder has not been processed.

Key words: soy protein isolate, composition, functional properties

preface

Soybean protein isolate is an important plant protein product. In addition to its nutritional value, it also has many important functional properties, which are of great value for the application of soybean protein in food [1].

The functional properties of soybean proteins can be classified into three categories [1]: the hydration properties of proteins (depending on protein water interactions), the properties related to protein protein interactions, and the surface properties. Hydration properties include: water absorption and retention capacity, wettability, swelling, adhesiveness, dispersibility, solubility, and viscosity. The interaction between protein molecules has practical significance only when the precipitation, gel and formation of various other structures (such as gluten) of soybean protein occur. Surface properties mainly refer to emulsifying and foaming properties.

The research on soybean protein isolate abroad can be traced back to the 1930s. In recent years, a lot of work has been done on the relationship between the structure and functional properties of soybean protein isolate, and some laws have been found [2-5]. However, so far, the physical and chemical basis for the functional properties of soy protein isolate has not been fully understood. As for the functional properties exhibited by adding soy protein isolate to a certain food, the situation is even more complex due to the interaction between various protein components in soy protein isolate products and food components.

The factors that affect the functional properties of soy protein isolate are very complex [5]. Firstly, they are the protein content in the soy protein product, the aggregation and disaggregation states of various protein components, the degree of protein denaturation, and the composition of non protein components in the protein product. In addition to these internal factors, many external factors also affect the functional properties of soy protein isolate products, such as pH, Ionic strength and temperature. Therefore, different production processes of soy protein isolate will affect the composition and molecular structure of protein in soy protein products, thus affecting the functional properties of products.

This article analyzes and determines the composition and functional properties of domestic soybean protein isolate and a model of soybean protein isolate imported from the United States.

1、試驗材料與方法

1. 1 材料

國產(chǎn)大豆分離蛋白:市售 ,食品級進口大豆分離蛋白:美國 ,火腿生產(chǎn)用的大豆分離蛋白

1. 2 方法

1. 2. 1 水分測定〔⁶^〕^:^{真空干燥法}⁽^680mm^汞柱70 ℃)

1. 2. 2 灰分測定〔⁷^〕^:^高溫爐⁶⁰⁰^℃灰化

1. 2. 3 鉀、鈉和鈣含量(ppm或μg/g) 測定〔⁸^〕^:^{原子吸收分光光度法}

1. 2. 4 磷酸鹽含量(以 PO₄³ - 計 ,mg/g)測定〔⁹^〕^:^{鉬藍比色法}

1. 2. 5 蛋白質(zhì)含量(N×6. 25)測定〔¹⁰^〕^:^{凱氏定氮法}

1. 2. 6 脂肪含量測定〔¹¹^〕^:^{索氏抽提法}

1. 2. 7 纖維含量測定〔¹²^〕^:^{酸性洗滌劑法}

1. 2. 8 碳水化合物含量測定〔^{13〕: 費林氏容量法( 以轉(zhuǎn)化糖計)}

1. 2. 9 蛋白質(zhì)溶液的粘度測定〔¹⁴^〕^:^{用哈克粘度計}⁽^Haake^RV12^,^MVST⁾^{測定蛋白質(zhì)水溶液的粘度}⁽^{剪切速率為}¹⁰^s²¹ ,mPas) 。

1. 2. 10 水合能力( WHC) 測定〔¹⁵^〕^:^{測定蛋白質(zhì)的水}^{合能力分兩步進行}^,^{首先確定水合能力的近似值}^:^稱⁵^.^0g^樣品^,^{置于預先稱重過的離心管中}^,^逐步加水^,^{每加一次水}^,^{就用玻棒將樣品攪勻}^,^{加至樣品呈漿狀}^{但無水析出為止}^,^{在管壁上擦干玻棒}^,^于^2000r/min^離心^10min^,^{倒去上層清液}^,^{稱重。若沒有上清液}^,^{則應再加水攪勻再離心}^,^{至離心后有少量上清液止。}

水合能力(WHC) 近似值 = [ (離心管重 + 沉淀物重) - (離心管重 + 樣品重) ]/ 樣品重(g 水/ g 樣品)

WHC 精確測定:

在4 支稱重過的離心管中放入待測樣品 ,樣品量按下式計算出:

試樣重 = 15/ (WHC近似值 + 1)

加入試樣后 ,向離心管中加水 ,加水量分別比由公式 ( 15 為待測樣品重) 計算出的水量多 1. 5ml , 0. 5ml和少 0. 5ml ,1. 5ml ,用玻棒用力攪 2min ,然后用前述的條件離心 ,相鄰兩離心管 ,一支有清液而另一支沒有清液出現(xiàn) ,此兩管的加水量差即為 WHC 的偏差范圍。

1. 2. 11 氮可溶解指數(shù)(NSI) 測定〔¹⁶^〕

1. 2. 12 蛋白質(zhì)分散指數(shù)( PDI) 測定〔¹⁷^〕

1. 2. 13 大豆分離蛋白的DSC分析〔¹⁸^〕

用差示掃描量熱分析儀( PE公司 ,DSC7) 分析所測樣品 , 掃描速率為 10 ℃/ min , 掃描區(qū)間為 0 ℃～ 180 ℃,裝樣量為 5mg 左右。

1. 2. 14 凝膠性質(zhì)的分析〔²^〕

凝膠的制備:將蛋白質(zhì)溶于去離子水中 ,濃度為12 % ( w/ v) , 攪拌均勻 , 用分散器 ( Ultra - TURRAX T25)分散 1min (12500r/ min) ,均質(zhì) 20mpa ,將此蛋白質(zhì)溶液裝于 100ml 的燒杯中 ,蓋以鋁箔 ,將此燒杯置于90 ℃的水浴中加熱保溫 30min ,然后用冰浴冷卻至室溫 ,在 4 ℃的冰箱中保存24h ,從冰箱中取出立即測定其凝膠強度。

凝膠強度的測定:用材料儀(LLOYD ,1000S)測定凝膠的強度 , 選用直徑為 7. 94mm 的圓柱狀平頭沖頭 ,沖壓速度為 30cm/ min ,沖壓深度為 20mm。

1. 2. 15 大豆蛋白質(zhì)乳化能力的測定〔³^〕

配制1 %的蛋白質(zhì)溶液 , 攪拌 60min , 量取50ml 此蛋白質(zhì)溶液 ,先加入20ml大豆色拉油 ,開動勻漿機(RS -1 ,江陰周莊) ,轉(zhuǎn)速為 10000r/ min ,邊攪邊加入大豆色拉油 ,測體系的電導率的變化,電導率急劇下降的點即為加油的終點。重復4 次 ,取平均值 ,并計算標準偏差 ,乳化能力的計算如下式:

乳化能力(EA) =總加油量/蛋白質(zhì)量 (ml油/g蛋白質(zhì))

1. 2. 16 大豆蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性測定〔⁴^〕

配制 0. 5 %的大豆分離蛋白溶液 ,于室溫下攪拌2h使其充分溶解 ,將大豆分離蛋白溶液與大豆色拉油以65∶35的比例混合 , 用分散器(Ultra - TURRAXT25) 分散 1min(9500r/min) , 取樣測定其水份( 105℃ 恒重法) ,取上述乳狀液 10ml置于 15×150nm的試管中 ,于室溫下靜置 30min ,用移液管小心移去底部的5ml 樣品 , 測定余下的樣品的水份( 105 ℃恒重法) 。重復 4 次 ,取平均值 ,并計算標準偏差 ,乳化穩(wěn)定性的計算如下式:

乳化穩(wěn)定性( ES) = (100 - 靜置 30min 的樣品的水份) / (100- 初始樣品的水分)

ES值越大,表示乳化穩(wěn)定性越差

1.2.17 分子量分布測定^〔¹⁹^〕

采用凝膠過濾層析法測定大豆分離蛋白質(zhì)的分子量分布 ,柱長 150cm ,直徑 1. 6cm ,凝材料為 Sepa2 cryl200 。樣品的提取方法為 :將 1g 樣品分散于 20ml 的磷酸緩沖液中(0. 1M ,p H7. 5) ,攪拌 30min ,離心 ,用濾紙過濾 ,濾液即為待分析樣品。標準樣品如下表所示:

2、試驗結(jié)果與討論

2.1 理化指標

本文測定了進口的火腿生產(chǎn)用大豆分離蛋白和國產(chǎn)的大豆分離蛋白的理化性質(zhì) ,結(jié)果見表 2 。

從表 2 可以看出 ,在化學組成上 ,進口樣品的蛋白質(zhì)含量明顯高于國產(chǎn)樣品 ,然而兩者都沒有達到90 % ;進口樣品的灰份含量明顯低于國產(chǎn)樣品 ,但總脂含量明顯高于國產(chǎn)樣品。從產(chǎn)品的成分可以知道:兩種大豆分離蛋白的制備工藝是不同的 ,溶解試驗發(fā)現(xiàn)進口樣品的分散性明顯優(yōu)于國產(chǎn)大豆分離蛋白 ,表明進口產(chǎn)品的粗脂肪含量較高是因為采用了表面噴涂工藝 ,而不是脫脂不徹底。

2. 2 產(chǎn)品中的礦物質(zhì)組成

為進一步了解大豆分離蛋白的組成,用原子吸收分光光度法對大豆分離蛋白樣品的礦物質(zhì)組成進行分析,結(jié)果見表3。

國產(chǎn)樣品中礦物質(zhì)的含量大都超過進口樣品一倍以上 ,但鈣的含量卻低于進口樣品一倍。國產(chǎn)樣品很高的鈉離子含量說明在提取過程中加入了較多的堿 ,這可以提高蛋白質(zhì)的提取率,但會使大豆蛋白在提取過程中發(fā)生較大的性質(zhì)變化,產(chǎn)品中灰分含量較高。進口樣品較高的鈣離子含量可能是加工中為某種目的而加入鈣鹽。
2. 3 功能性質(zhì)分析
2. 3. 1 蛋白質(zhì)溶液的粘度

用粘度計測定大豆分離蛋白溶液的粘度 ,結(jié)果見表 4 。從粘度數(shù)據(jù)可以看出 ,在相同濃度下 ,進口樣品的粘度較低。根據(jù)流變學的研究可以知道〔^20〕, 體系的粘度與濃度和分子的結(jié)構(gòu)( 分子量和分子構(gòu)象等) 有關(guān) ,濃度越高 ,分子量越大的體系粘度較大。從后面的測定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn) ,進口大豆分離蛋白分子量較大的組分含量較高(表 9) ,這對賦予體系高粘度是有利的,但進口大豆分離蛋白的溶解度明顯低于國產(chǎn)的產(chǎn)品(表 5) ,而對溶液粘度的貢獻主要是由溶解部分提供的,因測定粘度的試樣的濃度為分散體系的總濃度 ,故實際測定粘度的樣品 ,進口大豆分離蛋白的溶解部分的濃度遠低于國產(chǎn)樣品 ,致使進口樣品的粘度偏低。由于進口樣品是專用于火腿生產(chǎn)的產(chǎn)品有關(guān) ,粘度低對使用是有利的。

2. 3. 2 　大豆分離蛋白的水化性質(zhì)水合能力(WHC) 和溶解性是大豆分離蛋白重要的水合性質(zhì),兩種大豆分離蛋白樣品的水合性質(zhì)見表5。

由表5 可以發(fā)現(xiàn),國產(chǎn)的大豆分離蛋白的水合能力(WHC) 略高于進口樣品。在溶解指數(shù)和分散指數(shù)上,國產(chǎn)大豆分離蛋白都優(yōu)于進口樣品,因為國產(chǎn)大豆分離蛋白分子量小的組分含量較高(表9) ,然而在操作時觀察到進口樣品溶解時非常易于分散,不會粘結(jié)在一起。進口樣品中總脂含量明顯高于國產(chǎn)樣品(表2) ,說明進口產(chǎn)品在加工時采用表面噴涂乳化劑的工藝,改變了大豆粉末的表面物性,使大豆分離蛋白產(chǎn)品的顆粒流動性和分散性較好。
2. 3. 3 　大豆分離蛋白的DSC 分析結(jié)果

用DSC 對大豆分離蛋白樣品進行分析,可以測得大豆分離蛋白的變性溫度和變性熱焓,從中可以了解大豆分離蛋白在加工過程中已發(fā)生變性的程度。DSC 分析結(jié)果如表6 所示。

DSC 分析結(jié)果顯示,兩種蛋白質(zhì)的變性溫度相近,但從變性熱焓數(shù)據(jù)來看,進口樣品中未變性的組分含量較高,這意味著進口樣品在加工過程中變性較少。2. 3. 4 　大豆分離蛋白的凝膠性質(zhì)的分析

用LLOYD 材料儀測定了大豆分離蛋白凝膠的凝膠強度,為使測定結(jié)果有統(tǒng)計意義,每組樣品的重復次數(shù)為6 ,結(jié)果見表7。

凝膠強度測定顯示,兩種樣品的凝膠能力接近,然而,從形成凝膠的切面來看,進口樣品稍好。
2. 3. 5 　大豆蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)的測定

大豆蛋白的乳化性質(zhì)包括乳化能力(EC) 和乳化穩(wěn)定性(ES) 兩方面,分析結(jié)果如表8。

兩種樣品的乳化能力接近,國產(chǎn)樣品的乳化能力和穩(wěn)定性略高。大豆蛋白的乳化能力與蛋白質(zhì)的濃度和分子結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系〔4〕,濃度高的蛋白質(zhì)溶液具有較高的乳化能力,從溶解性測定可以發(fā)現(xiàn),國產(chǎn)的大豆分離蛋白具有較高的溶解度,因此在總濃度一定時,國產(chǎn)大豆分離蛋白具有較高的乳化能力和乳化穩(wěn)定性。從分子結(jié)構(gòu)來看,柔性分子具有較高的乳化能力,而球蛋白的乳化能力較低。DSC 的測定結(jié)果表明,國產(chǎn)大豆分離蛋白具有較低的變性熱焓,說明加工過程中變性程度較高。大豆蛋白是球蛋白,蛋白質(zhì)變性意味著分子的展開,所以,國產(chǎn)大豆分離蛋白較高的乳化能力與其較高的變性程度有關(guān)。
2. 3. 6 　大豆分離蛋白的分子量分布測定

用凝膠過濾色譜測定兩種大豆分離蛋白的分子量分布,結(jié)果如圖所示。

根據(jù)圖中的結(jié)果分析,得到兩種大豆分離蛋白樣品不同分子量組分的相對含量,如表9 所示。從兩種樣品的分子量分布來看,進口樣品中高分子量部份所占的比例明顯高于國產(chǎn)樣品,而國產(chǎn)樣品中低分子量部分占有很高的比例。

據(jù)國內(nèi)有關(guān)生產(chǎn)廠家介紹,國內(nèi)生產(chǎn)廠家在加工大豆分離蛋白時,為了提高從脫脂大豆粉中提取蛋白質(zhì)的得率,采用了較高pH 的介質(zhì)進行提取,使脫脂大豆粉中的蛋白質(zhì)得以充分溶出;為了增加產(chǎn)品的白度,在加工中添加亞硫酸鹽。在高pH 的體系中,蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)受到很大影響,蛋白質(zhì)的聚集體會發(fā)生解聚,甚至會發(fā)生蛋白質(zhì)肽鍵的斷裂;而亞硫酸鹽的存在會打開二硫鍵,這都會使蛋白質(zhì)中分子量大的組分減少,因此,國產(chǎn)大豆分離蛋白的分子量明顯低于進口產(chǎn)品。

國產(chǎn)大豆蛋白的生產(chǎn)工藝制得的產(chǎn)品,其低分子的組分含量較高,變性程度較高,產(chǎn)品具有較好的溶解性和較高的乳化能力;但蛋白質(zhì)與其它組分發(fā)生相互作用的能力較弱。雖然本研究中測得的兩種大豆分離蛋白質(zhì)凝膠強度值相近,但在肉制品加工中,添加進口大豆分離蛋白所得的體系膠凝能力較強。蛋白質(zhì)與其它組分的相互作用不僅與蛋白質(zhì)的分子量大小有關(guān),還與進口產(chǎn)品中較高的鈣鹽含量有關(guān)。因此可以針對不同的用途,制備不同性能的大豆分離蛋白產(chǎn)品,使產(chǎn)品適用于多種食品體系。

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