大豆蛋白-壳聚糖共价复合物功能特性的研究

大豆蛋白-壳聚糖共价复合物功能特性的研究 大豆蛋白-壳聚糖共价复合物功能特性的研 究 第32卷第4期河南工业大学(自然科学版) 2011年8月JournalofHenanUniversityofTechnology(NaturalScienceEdition) Vo1.32,No.4 Aug.2011 文章编号:1673—2383(2011)04—0036—05 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物功能特性的研究 郭兴凤,王延青,胡婷婷,贾祥祥,段素华 (河南工业大学粮油食品学院,河南郑州450052) 摘要:对大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解性,乳化性,起泡性,热稳定性和抗氧化性等功能特 性进行系统研究.研究结果明:在等电点范围内,大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解性较大 豆蛋白提高30%左右,起泡性和泡沫稳定性分别提高l5%和8%左右;在测定的pH范围内,乳 化性和乳化稳定性分别提高10%和8%左右;NaC1浓度0.5mol/L时,其溶解性,乳化性和乳化稳 定性均明显提高. 关键词:大豆蛋白;壳聚糖;大豆蛋白一壳聚糖共价复合物;功能特性 中图分类号:TS201.2文献标志码:B 蛋白质分子中既具有疏水性基团,又具有亲水 性基团,因此是有效的乳化剂….但其应用会受到 所处的食品体系的环境条件的影响.当蛋白质所 处的溶液体系的pH在其等电点左右,其溶解性最 低,所带静电荷量趋于零,因此乳化性能基本消失. 而当蛋白质处在较高盐浓度环境条件下时,电荷 屏蔽效应也会导致其乳化性能很低.所以,对于偏酸 性或者盐含量较高的食品,作为乳化剂使用的 蛋白质的应用将受到很大的限制I2】.据此,人们采用 不同的方法提高蛋白质的功能特性,如物理方 法,化学方法和生物学方法等,但是,由于各种因素 的影响,这些改性产品的应用受到限制.蛋白一多糖 共价复合物是一种合适的食品添加剂例,由于这种共 价复合物的形成,蛋白质和多糖的分子结构 随之发生变化,蛋白的溶解性,乳化性,热稳定性及 抗氧化性等功能特性能够得到很好的改善. 本文在前人研究的基础上,对不同pH和不同 盐浓度条件下大豆蛋白一壳聚糖共价复合物功能 特性进行了系统研究,旨在为大豆蛋白一壳聚糖共 价复合物的应用提供理论基础. 1与方法 1.1材料和仪器 大豆蛋白:蛋白含量86.5%(水分含量5.5%), 收稿日期:201l—O5一l7 作者简介:郭兴凤(1965一),女,河南封丘人,教授,主要从事植物蛋 向开发及应用研究 安阳漫天雪食品制造有限公司;大豆油:艾地盟粮 油工业有限公司. FA一25型高速剪切乳化机:上海弗鲁克流体 机械制造厂;LGJ一10c型冻干机:北京四环科学仪 器厂;HzQ—F16O型振荡培养箱:哈尔滨车联电子 技术开发有限公司;LD4—2型离心机:北京医用离 心机厂;uV一21【)(】型分光光度计:上海优尼柯仪器 有限公司;743氧化稳定性测定仪:瑞士万通公司. 1.2试验方法 1.2.1大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的制备 100g大豆蛋白加入25.7g的壳聚糖,搅拌均 匀,加水调成糊状,放人冷冻干燥箱中干燥,粉碎, 过100目筛.将蛋白质和壳聚糖混合物放置在玻璃 干燥器内,干燥器底部放饱和的KBr溶液,使干燥 器内保持一定的相对湿度,把干燥器放置在 41.2?的培养箱内反应10.4h,得到大豆蛋白一 壳聚糖共价复合物【5_. 1.2.2大豆蛋白一壳聚糖共价复合物凝胶电泳分析 电泳条件:11%分离胶,3%浓缩胶,样品溶解 液内含2%SDS,5%的巯基乙醇,10%甘油,0.02% 溴酚蓝,0.01mol/LpH8.0Tris—HC1缓冲液,样品 蛋白浓度0.2%,样品上样量为l5,浓缩胶电流 10mA,分离胶电流20mA,电泳时间5~6h.考马斯 亮蓝染色. 1.2.3大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解性的 钡q定 采用双缩脲法测定大豆蛋白一壳聚糖共价复 第4期郭兴凤,等:大豆蛋白一壳聚糖共价复合物功能特性的研究37 合物溶解性l6】. 取1g大豆蛋白(折合成纯蛋白),加入 0.05mol/L的NaOH溶液配制成10L的大 豆蛋白溶液.取12支试管分成2组,分别加入标 准大豆蛋白溶液0,0.2,0.4,0.6,O.8,1.0mL,用水 补足到2mL,然后分别加入8mL双缩脲试剂,摇 匀,室温下(20,25?)放置30min,于波长为540nm 处测定其吸光值.以大豆蛋白的含量为横坐标,吸 光值为纵坐标绘制标准曲线,作为定量的依据. 准确称取样品0.5g于80mL烧杯中,加入 40mL去离子水,将烧杯放在磁力搅拌器上搅 拌,每隔15rain用浓度为0.1mollL的HC1或NaOH 溶液调节pH至固定值(测定盐浓度的影响时,只需 加入设定浓度的盐溶液,搅拌即可),1h后,将溶液 定容至50mL,于4000r/min离心30min,取上清液 2mL于试管中,按上述方法测吸光值,根据标准曲 线计算样品中蛋白质浓度.蛋白质溶解性表示为溶 液中溶解的蛋白质的质量占称量样品中总蛋白质 的百分比. 1.2.4大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的乳化性及 乳化稳定性测定 将大豆蛋白和大豆蛋白一壳聚糖共价复合物 样品(折合为0.25g蛋白)在磁力搅拌下加入到 25mL蒸馏水中,再加入25mL大豆油,按文献[7] 中的方法测乳化性(EA)和乳化稳定性(ES). 1.2.5大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的起泡性 (FC)与泡沫稳定性()测定 将2g的蛋白质(或含有等量蛋白的大豆蛋白 一 壳聚糖共价复合物)溶解到200mL蒸馏水中,调 节pH至一定值,10000r/min均质2min,记录均质 停止时泡沫的体积.按下式计算起泡性: ..% 用均质后30min时的泡沫体积V:(mL)与刚均 质停止时的泡沫体积之比来衡量泡沫稳定性. 鲁×100% 1.2.6大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的热稳定性测定 蛋白质溶液加热法『8].准确称取样品0.5g样 品于80mL烧杯中,加入40mL去离子水,将烧杯 放在磁力搅拌器上搅拌1h,使蛋白质充分溶解,搅拌 过程中每隔15min调节溶液的pH值至3.溶液定 容至50mL,以4000r/rain离心30min,取上清液 在水浴锅中加热30min,加热后取出,在冰水中迅 速冷却.以4000r/min离心30min;~0定加热前后 上清液蛋白质质量浓度(采用双缩脲法).蛋白质 热稳定性用加热后上清液中蛋白质质量浓度与加 热前上清液蛋白质质量浓度的百分比表示. 1.2.7统计分析 每组实验重复3次,结果以平均值?标准偏差 表示. 2结果与讨论 2.1大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的SDS—PAGE 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的SDS—PAGE 分析结果如图1所示. 1, 1.SPI:2.SP]+CHI:3.SPICHI 图1SDS—PAGE电泳图谱 由图1可以看出1和2两条电泳谱带无明显 变化,这说明蛋白,多糖的混合物只是单纯的混合 并没有发生结合,而3带在分离胶和浓缩胶的交 界处有明显区别于前2条谱带的色带,这说明蛋 白和多糖干热反应发生了共价交联,使蛋白亚基 相对分子质量的显着增加,无法通过凝胶的空隙 向下运动而滞留于分离胶的顶端所形成的. 2.2大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解性 蛋白质溶解性标准曲线如图2所示. 蛋白浓度(gL) 图2大豆蛋白溶解性标准曲线 OO0OOO装 38河南工业大学(自然科学版)第32卷 2.2.I盐浓度对大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的 溶解性的影响 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物及大豆蛋白在 盐溶液中溶解性随NaCI浓度的变化如图3所示. 7O 65 薹o 冀ss 器so 45 4O O0l02030405 NaCI浓度/(toolL1 图3NaC1浓度对SPI—CHI共价复合物 的溶解性的影响 由图3可以看出,大豆蛋白的溶解度随NaC1 浓度的增加而降低,而大豆蛋白一壳聚糖共价复 合物的溶解性却随NaC1浓度的增加先下降而后趋 于平稳,在较高NaC1浓度条件下其溶解性明显优 于大豆蛋白.在较高NaC1浓度时,离子的水化作用 结合了较多的水分子,蛋白水化层变薄,部分蛋白 质分子聚集,沉淀.蛋白质和壳聚糖的共价复合物 水化能力较蛋白质增强,而且壳聚糖的空间位阻 效应减少了蛋白质分子之间的相互作用,因此在 一 定程度上避免了蛋白质分子的聚集和沉淀11o】. 2.2.2pH值对大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶 解性的影响 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解度与pH 值的关系如图4所示. 图4溶液pH对SPI—CHI共价复合物 的溶解性的影响 由图4可以看出,在pH大于7时,大豆蛋白 与大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的溶解度无明显 差异.但是在pH小于6时,尤其是在大豆蛋白的 等电点范围内,大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的 溶解性明显优于大豆蛋白.在等电点附近,蛋白质 分子带静电荷接近于零,溶解度最低.大豆蛋白与 壳聚糖的共价结合后,蛋白质分子内引入了多羟 基等亲水基团,大豆蛋白分子的亲水性增加,使其 溶解性能显着提高,而且壳聚糖分子的还原末端 与大豆蛋白侧链上的自由氨基进行反应,减少了 等电点附近SPI所带的正电荷,打破了大豆蛋白质 分子的电荷平衡,因此,和大豆蛋白相比,共价复 合物在等电点附近有较好的溶解度…1. 2.3乳化性及乳化稳定性 2.3.1不同盐浓度下大豆蛋白一壳聚糖共价复合 物的乳化性及乳化稳定性 图5和图6分别显示不同NaC1浓度时大豆蛋 白一壳聚糖共价复合物和大豆蛋白的乳化性和乳 化稳定性. .『\\\\}}//— 蓁王s. } ——————J———————J———————L———————L—— dL 图5NaC1浓度对SPI—CHI共价复合物 的乳化性的影响 图6NaC1浓度对SPI—CHI共价复合物 的乳化稳定性的影响 由图5和图6可以看出,随着NaC1浓度的增 加,大豆蛋白的乳化性和乳化稳定性先增大后减 小,且在较高NaC1浓度时下降趋势更明显,这是因 为在一定范围内,NaC1浓度增加有利于大豆蛋白 分子双电层的形成,增加蛋白质分子之间的排斥 力,乳化性提高.但NaC1浓度过高时,由于盐离子 第4期郭兴凤,等:大豆蛋白一壳聚糖共价复合物功能特性的研究39 水化作用,使得蛋白质分子的水化层变薄,进而出 现凝聚而降低乳化性.大豆蛋白一壳聚糖共价复 合物的乳化性和乳化稳定性随NaC1浓度增加变化 趋势不是很明显,但在不同NaC1浓度时均比大豆 蛋白好,这是由于大豆蛋白与壳聚糖的共价结合, 使得大豆蛋白分子链的展开比较充分,能够更好地 稳定在乳化液的油水界面[12】. 2.3.2不同pH值条件下大豆蛋白一壳聚糖共价复 合物的乳化性和乳化稳定性 图7和图8分别表示不同pH时大豆蛋白一 壳聚糖共价复合物和大豆蛋白的乳化性和乳化稳 定性. 65 60 摹 妻55辞 5O 45 3456789 pH值 图7pH对SPI—CHI共价复合物 的乳化性的影响 的乳化稳定性的影响 由图7和图8可以看出,不同pH值条件下大 豆蛋白一壳聚糖共价复合物的乳化性和乳化稳定性 均比大豆蛋白好,尤其是在pH>6时,其乳化性和 乳化稳定性与大豆蛋白相比更加优越,这是由于碱 性pH更有利于蛋白质在分散粒子的表面的吸附 并让其亲水链伸入水相,在胶粒表面形成吸附膜, 降低其表面张力,而共价复合物中的壳聚糖则能阻 止胶粒的聚集而使乳化体系更加稳定【l0J_ 2.4大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的起泡性及泡 沫稳定性 不同pH条件下大豆蛋白一壳聚糖共价复合 物的起泡性和泡沫稳定性见图9和图l0 pH值 图9不同pH值下大豆蛋白一壳聚糖 共价复合物的起泡性 pH值 图10不同pH值下大豆蛋白一壳聚糖 共价复合物的泡沫稳定性 由图9和图10可以看出,大豆蛋白一壳聚糖 共价复合物和大豆蛋白在不同的pH时的起泡性 和泡沫稳定性变化趋势与其溶解性变化趋势非常 相似,都在等电点时出现最小值.等电点时分子间 的静电吸引力能够增加吸附在空气,水界面上蛋 白膜的厚度和硬度酸性条件下共价复合物的起 泡性和起泡稳定性优于大豆蛋白,主要是因为壳聚 糖的存在不同程度上促进了大豆蛋白分子的伸展, 疏水基团暴露,泡沫性能增加 2.5大豆蛋白一壳聚糖共价复合物的热稳定性 随着加热温度的升高,SPI和SPI—CHI的热稳 定性均呈下降趋势(图11),相同温度时共价复合 物的热稳定性明显优于SPI,特别是在较高温度 时.这是由于共价复合物中引入了多羟基化合物, 大豆蛋白所带的净负电荷增加,提高了蛋白质空 间位阻与静电排斥作用,抑制了同样条件下蛋白 质之问的相互作用,所以大豆蛋白一壳聚糖共价 复合物在受热的条件下不易聚集,提高了大豆蛋 白的热稳定性【111. 3结论 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物在等电点和较 河南工业大学(自然科学版)第32卷 鞭 霰 温度/"C 图11不同温度下大豆蛋白一壳聚糖 共价复合物的稳定性 高盐浓度条件下的溶解性较大豆蛋白有很大改善. 在测定的pH和盐浓度范围内,大豆蛋白一壳聚糖 共价复合物的乳化性和乳化稳定性都有所提高. 大豆蛋白一壳聚糖共价复合物在等电点范围内的 发泡性和泡沫稳定性较大豆蛋向有很大提高.大 豆蛋白一壳聚糖共价复合物在7O以受温度 升高影响较小,热稳定性提高. 参考文献: [2] [3] YadavMP,ParrisN,JohnstonDB,eta1.Corn fibergumandmilkproteinconjugateswith improvedemulsionstabilitylJJ.Carbohy—drate Polymers,2010,8l:476—483. 刘燕.大豆蛋白一壳聚糖接枝反应的研究与 应用[D].无锡:江南大学,2006. 0ReganJ,MulvihillDM.Preparation,charac— terisationandselectedfunctionalpropertiesof sodiumcaseinate—mahodextrincowugates[J]. 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FUNCT10NPROPERTIES0FSOYBEANPR0TEIN—CHIT0SAN COVALENTC0NJUGAT10NS GUOXing—feng,WANGYan—qing,HidTing—ting,JIAXiang—xiang,DUANSu.hua (SchoolofFoodScienceandTechnology,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou4500 52,China) Abstract:Inthepaper,wesystematicallystudiedthefunctionpropertiesofsoybeanprotein.c hitosancovalent conjugations,suchassolubility,emulsilyingproperty,foamability,thermalstabilityandoxid ationresistance.The resultsshowedthat,intheisoelectricpointrange,thesolubilityofthesoybeanprotein—chitosancovalent conjugationswashigherthanthatofthesoybeanproteinbyabout30%,thefoamabilityandthe foamstability wererespectivelyimprovedbyabout15%and8%;inthetestingpHrange,theemulsifyingpropertyandthe emulsingstabilitywererespectivelyimprovedby10%and8%;andthesolubility,theemulsifyingpropertyand theemulsilyingstabilitywereallimprovedsignificantlywhenNaC1concentrationwas0.5mol/L. Keywords:soybeanportein;chitosan;soybeanprotein— chitosancovalentconjugations;functionalproperties