⋯ 业 ⋯ ⋯
大豆蛋白去酰胺改性的研究
吴 向明
(浙江工业大学轻工系 ,杭州 ,310014)
L/雕鸿荪 沈蓓英
(无锡轻工大学食品学院.无锡 ,214036)
|s f孚,
摘 要 本文研究了磷酸盐对大豆分离蛋白(SPI)进行去酰胺改性,在既保持大豆蛋白的大
分子构象t叉提高大豆分离蛋白功能性质的条件下.得出去酰胺改性的最佳
条件为:磷
酸盐浓度为 0.262M,pH8.14.在 102c下反应 3h 测定了改性前后大豆分离蛋 白水溶性.乳
化能力 ,发泡能力,持水性 及牯度等的变化。结果
明改性后大豆蛋 白的等 电点随去酰胺程
度的增加 ,向低 pH值移动t大豆蛋白的功能性质均有不同程度的提高和改善。并用红外光谱
(FT—IR)和差示扫描量热法(DSC)对改性前后大豆分离蛋白结构的变化进行 了研究。
关键词 ’塑 ,工基,营养
众所周知,大豆蛋白已经成为人类食品 还是品 上,其水平相对较低,这使得我国人
J
的重要蛋白质来源,但在食品加工中,大豆蛋
白的功能性质(如溶解性,发泡性 ,持永性)不
如鸡蛋白等动物性蛋白质 动物来源的蛋白
质如牛奶 ,鸡蛋白和肉蛋白等,在传统食品和
组合食品中应用较多。根据生理功能分,大豆
蛋白质可分为贮藏蛋 白和生物活性蛋 白两
类。贮藏蛋白为主体,约占总蛋白的 70 左
右 (如 11S球蛋白,7s球蛋 白等),它与大豆
的加工贮藏关系密切 在传统工艺中,从豆粕
中获得的大豆分离蛋白(SPI)主要是大豆的
贮藏蛋白。在它们的自然状态,贮藏蛋白只有
较有限的功能性范围。]。然而,这些功能性质
可以用食品工业可以接受的改性方法 、如热、
酸、碱变性 ,酶法改性.分提和机械加工(挤压
等)得到提高和扩展 在美 国,大豆蛋白制品
的基本品种只有 5~6种,但通过功能性和配
方特点配合产生的产品却有 50~60种。目
前,我国大豆蛋白制品的发展,无论是数量上
民的人均蛋白质消费量远低于世界先进水
平 因此.利用化学改性提高大豆蛋白质的食
用价值和应用领域,无疑具有十分重要的意
义 。
人们对化学改性研究较多的是一NH:、一
OH 及一COOH 的改性。在众多的化学改性方
法中、去酰胺改性尤其引人注 目。 。因为油料
蛋白中含有丰富的天冬酰胺(ASh)和谷氨酰
胺(GLn)残基。如每 100g蛋白中,大豆蛋白
含 G1,n14.8g、ASnl 3. 2g。本 研 究 采 用
NaH PO 和 Na。HPO 对大豆蛋 白进行去酰
胺改性。
产 。
材 料 与 方 法
一
、 材 料
脱脂大豆粉:黑龙江佳木斯三江公 司生
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NaH2PO‘(A.R)和 Na2HPO4(A.R):
按摩尔浓度和 pH配制。
ZD-2型电动电位滴定计 :上海第二分析
仪器厂。
Virtis Consol冷冻干燥仪:美国。
SD一04喷雾干燥机:英国 Armfield。
DSC一7差示扫描量热计:美国PE公司。
日立 835氨基酸自动分析仪:日本。
GXD一201型蛋白质分析仪 :北京环境保
护仪器厂 。
NICOLET 1 70SX FTIR:美 国。
二、方 法
1.SPI制取
脱脂大豆粉一粉碎至 40~60目一 与水
1 t 10(W/lv)混合浸提(pH8.5~9.o)一搅
拌 15min~3000r/min下离心 10min一取上
清液调 pH至 4.5一静止 30rain一离心水洗
二次一打浆回凋至 pH 7.0一喷雾干燥一成
品。
2.大豆蛋 白的 改性
将大豆分离蛋白以 3 (W/V)浓度溶解
在 0.1~0.3M ,pH7~9的磷酸盐缓冲菠申,
在 9o~110℃下连续搅拌 3h,反应过程中,温
度用温度控制仪控制在某一值。反应结束后,
按常法通过离心沉淀洗涤,中和回调至 pH
7.0,冷冻干燥。考虑到最终产品的应用性和
蛋白质的许多功能性质以溶解度为前提,本
研究以蛋白质的溶解度为响应值,采用响应
曲 面 分 析 法 RSM (Response Surface
Methodology)研究三个变 量—— 磷 酸盐浓
度(0.1.0.2,0.3M)、温度(90,100,110℃)
和 pH值(7,8,9) 利用 SYSTAT软件进行
回归和方差分析。改性蛋 白质用 DASPI表
示 。
3.酰胺键水解程度的测定
采用 Conway法0 测定 样品 中的含 N
量。去酰胺程度 DD(Degree of Deamidation)
表示为:
。。c% {墓I; }; × oo%
8
4.肽键水解程度的测定
甲醛滴定法“ 测定水解上清液中游离氨
基酸的含量。
水解程度 DH(%)一
丽 豢器 ⋯。% 样品完全去酰胺增加的游离氨基氨 ⋯
5.溶解度测定
双缩脲 。
6.持水性的测定
参见文献[6,7]。
7.乳化性和乳化稳定性的测定
参见文献[8]
8.起 泡性 和泡沫稳 定性 的剐定
参见文献[9,Io3。
9.有效赖氨酸的测定
DBL法,参见文献[11]
1(】_粘度测定
采用 NDJ一1旋转粘度计。
1l_残留磷酸盐测定
参见文献E12]。
12.红外光谱分析
取样品 3~5mg放八玛瑙研钵 中,添加
100~200mg光谱纯 KBr,在红外 灯下研磨
均匀,装入压片模具 中抽气加压,压力约为
600Kg./cm ,保持 3~5rain,得薄片经 NICO—
LET I?0SX FTIR红外光谱仪分析测定。
13.蛋白质变性热力学的DSC分析法
采 用 Perkin Elmer公 司的 Delta Series
DS?型差示扫描量热仪测定蛋白质在热变化
过程 中的变性温度 Td和变性焙差△H 样
品过 80目筛,称样 10 SPI溶解于 pH7.0
的蒸馏水中,升温速度为 10~/rain,温度扫
描范围为 20~1 50C。本
所示数据,都是
3次测定结果的平均值。
结 果 与 讨 论
一
、 磷酸盐去酰胺改性的可能性机理
一 般认为蛋白质中的去酰胺反应通过羰
基中的 0 和 H 直接发生质子化作用,导致
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NH。的释放。我们在参考了前人对合成多
肽[1 3.t4 和猪的促肾上腺 :等分子构象研
究的基础上,推测磷酸盐改性大豆蛋白的去
酰胺反应机理如下:
M c c
II
— H —
ii
一 0
/ \H 。
0 \
@
O 0
-NI4-CH C-~ ⋯ @一 -
I
一曲
i
一
_@ 、@ 。 ⋯
c 2 i c 2 一。’ 0 u
一
@ . .
O
.
R
.
O
一 ⑤ @’“ : II; . .量@
图 1 磷酸盐 SPI去酰胺改性的机理
反应 l是肽键中的 N对 p或 酰胺基
中的羰基 c进行亲核进攻.形成了环状 中问
体 (Ⅱ)和 NH 。从前人研究的结果可以看
出,天冬酰胺(ASn)较容易发生这步反应。反
应 2是羰基 中的O和 H 直接发生质子化作
用,或者是 OH 对羰基 c进行亲核进攻,从
而导致 了 NH:的释放 ,没有形 成环状 中间
体。这一步可能是谷氨酰胺去酰化的最佳途
径。环状中间体(n)再被 H 或 OH催化,产
生 一羰基联接 的多肽(Ⅳ)或 羧基联接的
多肽(-q) 一羧基肽键在不同的 pH和温度
下,易被 H 或 OH一直接水解。
二、回归的正交设计
为了寻求最佳工艺及建立生产过程 中的
数学模型,把试验设计和回归分析结合起来,
根据中心旋转设计CCRD按排各变量。
经回归分析得如下方程:
Y一 85.033+ 2.3Xl十 1.45X2+ 1.85X
一 L 917 Xl。一 4.267 X2 一 8.21 7 X3。+
0.45XlX2+ 0.1XlX3-- 0.95X。X3
方差分析显示,F值大于 F一 (9,5),所
以回归方程显著。
令杀_0,袅 差一。
求解三元一次偏导方程组,得最佳工艺条件
为:磷 酸 盐浓 度 X 一0.262M;温 度 X2—
102~C;pH值 X 一8.14,在此条件下 .大豆蛋
白去酰胺改性程度为 28.6 ,肽键水解程度
为 2.8 大豆蛋 白的溶解度 为 86 (pH
7.0)
9
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《食品与发酵工业》 Food and Fermentation Industries 1996 No.5
表 1 优化实验的设计及响应值
实验号 浓度(X_) 温度(x2) pH(X3) 响应值( ) DD(%) DH( )
1 1(O.1) 1 0 76.5 18.5 2.0
2 】 0 1 70.4 】7.】 2.3
3 — 1 0(100) 1 73.1 01.2 5 0
4 l l 0(8) 78.3 24.6 4.6
5 0(0.2) 1 1 67.8 4.8 1.2
6 0 1(9O) l 74.2 20.9 2.3
7 0 1 — 1 72 8 17.8 4.6
8 0 1 1(9) 75.4 18.1 4.5
9 1(0.3) 一 1 0 78.5 25.5 3.5
10 1 0 l(7) 76.5 21.6 2.3
11 】 0 l 79.6 26.7 3.7
1 2
1 3
14
1 5
1(1l0)
0
0
0
82.1
85.3
84.7
85.1
27.
28.
27.
28. 2
方 差 分 析
方差来源 平方和 自由度 均方差 F值 显著性
回 归 393.251 9 43.695 29.81 9
剩 余 7.327 5 1.465
总 计 400.578 1‘
*F0
. 05(9.5)一 4.77, Fo c】<9.5)一 10.r6
裹 2 回归分析和方差分析数据
系数
差 t值 显著性
aO 85.033 0.699 l21.669
a L 2.300 0.428 5.374
a2 1.450 0.428 3.388
a3 1.850 0.428 4.323
a Ll ——1.917 0.630 ——3.042
a22 ——4.267 0.63O 6.773
a33 — 8.217 0.630 1 3.043
a L2 0.450 0.605 0.743
a 0.1O0 0.605 0.1 65
a23 — 0.950 0.605 1.570
显著性:**(△<0.01),*(。