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富含大豆异黄酮的大豆蛋白的功能特性研究图文精
现代食品科技ModernFoodScienceandTechnology2014,Vol.30,No.7
98
富含大豆异黄酮的大豆蛋白功能特性研究
杨娟,王成根,彭捷,杨晓泉
(华南理工大学轻工与食品学院,广州510640
摘要:
本文研究了不同加热条件制备和表征富含异黄酮的大豆蛋白及其功能性,该蛋白极大改善了异黄酮的难溶性。
选择了在
pH6.4和pH7.0加热制备了富含纯天然大豆异黄酮(SPIG和苷元型异黄酮(SPIA的大豆蛋白。
与大豆分离蛋白(SPI相比,加热的SPI(HSPI、SPIG和SPIA的发泡能力提高,pH7.0条件下的SPIG的发泡能力为165.77±2.90%
酮的蛋白。
同SPI相比,加入异黄酮后大豆蛋白的持水能力下降,其中SPIA6.4的持水能力最低。
采用SPI
异黄酮的混合物及与苷元异黄酮的混合物(MixG和MixA、HSPI及SPIG、SPIAd431.35±0.12μm,MixG和MixA制备的乳液的d43为25.41±1.32μm和24.57±1.73μm,SPIG、SPIA制备乳液的d43和
μm。
离心条件下的SPIG和SPIA制备的乳液的稳定系数相对降低,但该乳液同SPI
焦显微镜(CLSM的结果与d43结论相一致。
关键词:
大豆分离蛋白;大豆异黄酮;功能性质
文章篇号:
1673-9078(20147-98-102
YANGJuan,WANG
Abstract:
studied.Theinsolubilityofisoflavonesinproteinwasgreatlychanged.naturalsoybeanisoflavones(SPIGandaglyconeisoflavones(SPIApreparedunderpH6.4withsoybeanproteinisolate(SPI,thefoamingabilitiesoftheheatedSPI(HSPI,S
SPIGwas165.77±
soybeanproteinsdecreasedafteraddinglowestwaterholdingability.Then,SPI,themixofsoyproteinandnaturalsoybean(MixGandMixA,SPIGandSPIAwererespectivelyadoptedtomakeemulsion.Thed43PIwas1.35±0.12μm,whiletheaveragedropletsizeofMixGandMixAwas
0.89μmand34.50±0.48μmPIGandSPIAundercentrifugalconditionwererelativelylow,PI.Theconclusionderivedfromconfocallaserscanningphotomicrographs(CLSM43
.
[1]、影响绝经期妇女的骨代谢[3]。
研究表明,大豆蛋白的降血脂作用来自大豆蛋白与多酚类物收稿日期:
2013-11-3
基金项目:
国家高新技术研究发展计划(863计划项目(2013AA102208-3;粤港关键领域重点突破项目(2012A080107006
作者简介:
杨娟(1980-,女,博士研究生,主要从事蛋白化学和综合利用研究
通讯作者:
杨晓泉(1965-,男,教授,主要从事蛋白化学和综合利用研究质的协同作用[4]。
大豆异黄酮(Soybeanisoflavone是多酚的一种,是从豆科植物中分离提取的具有异黄酮类化合物典型结构的活性成分。
对于其生物活性的研究表明,大豆异黄酮具有一定的抗肿瘤[5]、改善妇女更年期不适[5]、抗氧化[6]等诸多功效。
大豆蛋白与大豆异黄酮天然可以结合牢固,可保护异黄酮免于热处理发生降解[7]。
同时,大量研究也已经表明了激素依赖症-妇女更年期综合症、钙的流失与异黄酮关系较为密切。
有的研究也表明,苷元型异黄酮与生物利用的关系更为密切[8]。
大豆蛋白中异黄酮的含量依赖于不同的结合形式和品
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种,用高浓度的有机溶剂难以萃取出大豆蛋白中的异黄酮,证明二者的天然存在的结合以及相互作用。
天然的大豆异黄酮大部分分布于各种豆类中,且95%左右是结合型的糖苷形式,远不能满足人类对其需求,生物可及性及生物适用性均较低。
当前市场上的大豆异黄酮产品较多,且多是根据安全剂量设计的固体制剂,从溶解度的角度,大豆异黄酮游离状态下在水中较为难溶,大大限制其在饮料等制品中应用。
为此,现代食品工业迫切需要研制出食品级的功能性成分输送系统,赋予异黄酮类成分在加工过程中的稳定性,克服应用中异黄酮本身溶解度较低及需同时辅助大量蛋白摄入的问题,并实现在人的胃肠环境中靶向释放[9]。
本文的目的在于利用蛋白-多酚天然可以形成复合物的特性,通过比较不同pH、不同温度、不同异黄酮类型所制备的富含大豆异黄酮的大豆蛋白的差异,找到大豆蛋白结合异黄酮制备新型功能性蛋白的适宜条件,揭示不同条件、不同类型大豆异黄酮所制备的大豆蛋白的功能性质,为功能性大豆蛋白的开发和应用提供一定理论支持。
1材料与方法1.1原料
大豆异黄酮(>40%,葡萄糖苷酶(1200U/g,日本Amano大豆异黄酮,β-
1.2主要仪器设备2000Malvern公司德国公司生产;RapidNElementar公司生产;-CR22G-日本HITACHI公司生产;LeicaTCSSP5Leica公司生产。
1.3试验方法
1.3.1富含异黄酮大豆蛋白的制备
采用Wang等[10]的方法,以低温脱脂豆粕为原料,采用碱溶酸沉技术提取制备大豆分离蛋白(SPI。
纯天然大豆异黄酮配置成浓度为40mg/mL的体系,再经β-葡萄糖苷酶(1200U/g水解后制备成苷元型的大豆异黄酮原液。
称取一定量的大豆分离蛋白,分别
配制成pH2.0~7.0的浓度为2%(m/V的分散液,9000r/min离心30min后,按照每4mL2%SPI加入0.05mL异黄酮的比例分别加入糖苷型大豆异黄酮及苷元型大豆异黄酮,并于常温充分混合,混合的样品于高压锅120℃处理15min,加热后取出充分混匀后冰浴降至室温,加热的样品记为SPIG(加入了糖苷型异黄酮和SPIA(加入了苷元型异黄酮,2%蛋白直接高压锅处理记为HSPI。
1.3.2起泡性
根据夏宁[11]100mL1%的条件均质2min,快速移至V0,30minVr。
1.3.3
1%(5mL移入10mL离心管(已30min后除去上清,称量蛋白的持水能力(WHC按照如下公
21-m100/m
1为离心管的质量,单位g;m2为去除上清液后离g;m为离心管中蛋白质的质量,单位g。
1.3.4溶解度
取不同pH的1%的富含异黄酮的大豆蛋白,分散均匀后采用1mol/L的NaOH溶液调节pH为2.0~10.0。
经过离心(9000g,30min后,取上清液测定蛋白质含量。
本实验中溶解度记为上清液中的总蛋白含量与样品中的总蛋白含量的比值。
冻干后的SPI、Mix、SPIG6.4粉末于0~500℃条件下进行热重分析以比较失重及分解温度。
1.3.5乳液的制备[11~12]
为研究中性(pH7.0条件下加入异黄酮前后大豆蛋白在常温及高温处理后制备的乳液的性质,取大豆分离蛋白(SPI、热变性大豆分离蛋白(HSPI、常温混入糖苷型和苷元型异黄酮的大豆蛋白(Mix-SPIG和Mix-SPIA和热变性富含纯天然大豆异黄酮和苷元型异黄酮的蛋白(SPIG和SPIA,溶液相中分别加入玉米油相(最终的乳液中含有20%(V/V的玉米油和1%的大豆蛋白。
充分混合后经预均质(5000r/min,2min后,进行高压微射流处理(50MPa,向所制备的乳液中加入0.02%(m/VNaN3以抑制微生物的生长。
1.3.6乳液平均粒径的测定[11]
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100采用MalvernMastersizer2000激光粒度仪测定乳
状液滴的粒径大小。
实验中采用颗粒折射率为1.520、颗粒吸收率为0.001以及分散剂折射率为1.330(水的参数进行测定。
表面平均粒径d32与体积平均粒径d43表征乳液粒度的大小。
三次重复测定。
1.3.7乳液的微结构[11]
取40μL荧染燃料(0.02%尼罗红和0.1%尼罗蓝混合液加入1mL乳液样品中,充分混合后吸取样品置于带有凹槽的玻璃载玻片上,载玻片固定于载物台后再用100×物镜粗调聚焦平面。
选取488nm的Ar离子和633nm的He/Ne离子双通道激光模式采集图像,扫描密度设置为1024×1024。
采用LASAFLite软件对图像处理。
1.4统计分析
数据一般为三次测定的平均值,并采用SPSS软件的一维方差分析的LSD比较样品平均值之间的差异显著性。
2结果与讨论
2.1蛋白的制备
注:
A图为PI在常温及pH2.0~7.0条件下的实物图,B图为2%SPI在pH2.0~7.0条件下经高压锅120℃加热15min,C图为2%SPI在pH2.0~7.0条件下加入纯天然大豆异黄酮经高压锅120℃加热15min,D图为2%SPI在pH2.0~7.0条件下加入苷元型大豆异黄酮经高压锅120℃加热15min。
不同pH条件下SPI、HSPI及加热制备的富含纯天然大豆异黄酮及苷元型异黄酮的大豆蛋白实物图如图1。
2.2溶解度
图2为大豆异黄酮、SPI、HSPI、富含纯天然大豆异黄酮的大豆蛋白及富含苷元型的大豆蛋白的溶解度-pH曲线。
图2
图2
pH2.0~pH10.0的条件下,溶pH4.0~5.0pH即和pH10.0的条件下,溶解度呈增加趋势。
几种大豆蛋白在碱性条件下溶解性良好。
富含异黄酮SPI和HSPI,中性pH条件下的富含纯天然大豆异黄酮的蛋白溶解性优于富含苷元型的大豆异黄酮的溶解性。
大豆蛋白加热后疏水集团暴露,在一定程度上可能增加了大豆蛋白与异黄酮的结合能力,从异黄酮的结构来看,苷元型的异黄酮为几种纯天然大豆异黄酮去糖苷基形成,即为更加疏水的异黄酮类型,从而导致加热后的蛋白聚集体中结合了更多的苷元型的异黄酮,蛋白-异黄酮复合物的形成及蛋白纯度下降可能是富含异黄酮大豆蛋白溶解度变化的原因,此机理有待进一步验证。
2.3起泡性
SPI、HSPI和富含异黄酮的大豆蛋白的起泡性如图3所示。
蛋白质的起泡能力应用食品体系中能增加产品的体积也可以起到酥松的作用[11]。
大豆蛋白质分子因为具两亲性结构而在分散液中表现出较强界面活性,急速机械搅拌时大量气体混入,溶液中的蛋白质分子吸附到水-空气界面上,降低界面张力,促进界面形成。
同时由于大豆蛋白部分肽链在界面上伸展开来,并通
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过肽链间相互作用,形成一个二维保护网络而使界面膜得以加强,从而促进泡沫的形成与稳定[13]。
从图3a可知,同SPI相比,加热后处理的几种蛋白的发泡能力都有所提高,其中HSPI的发泡能力为172.01±0.66%,强于其它几种蛋白,同时,从图3b可知,加热后蛋白样品的泡沫稳定性相比于SPI有所降低,一方面异黄酮中的糖的存在可能提高粘度,可以一定程度的提高泡沫的稳定[13],同时加热处理的过程会导致蛋白溶液粘度降低,继而排液速率加快,最终使得泡沫稳定性下降。
图3SPI、HSPI2.4
图4富含异黄酮大豆蛋白的持水性
Fig.4Waterholdingcapabilityofsoyproteinsenrichedwith
isoflavones
富含异黄酮大豆蛋白的持水能力如图4所示。
蛋白质的肽链上的亲水集团与水的相互作用对于蛋白质的持水性有重要关系[11]。
本研究中SPI的持水能力约为590.00±3.45%,加热处理及加入异黄酮后大豆蛋白的持水能力下降,同时pH6.4处加热制备的富含苷元型异黄酮的大豆蛋白(SPIA6.4的持水能力最低,即521.56±3.67%,这可能与加热处理导致的蛋白的彻底变性和疏水集团的暴露以及苷元异黄酮的疏水能力有关。
2.5乳化性
SPI、HSPI
56
。
图5富含异黄酮大豆蛋白乳液的粒度、乳液稳定性Fig.5Averagedropletsizeandstabilityoftheemulsions
对于新鲜乳液测定的d43,SPI的粒度为1.35±0.12μm,混合纯天然大豆异黄酮及苷元型异黄酮的蛋白的乳液粒度分别为25.41±1.32μm和24.57±1.73μm。
加热后的SPI及SPIG、SPIA的粒度分别为32.14±0.21μm、38.99±0.89μm和34.50±0.48μm。
试验条件下,同天然分离蛋白和混合添加异黄酮的蛋白相比,加热法富含异黄酮的蛋白制备的乳液的粒度增大,离心处理后稳定系数有所降低,但该乳液具有更加良好的塑性,与HSPI呈现相似特性,可见热处理对蛋白乳液特性具有重要影响,这与文献报道的结论一致[14]。
对于乳液粒度的增大,一方面可能由于高压乳化时首先促进了蛋白质聚集体在界面上的吸附,后因蛋白质聚
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集体的空间位阻作用,蛋白质分子最终难以完整的覆盖油滴,油滴的再次聚结被阻止,因而加热后的聚集体都出现了较大的液滴[12];另一方面,大豆异黄酮的加入首先形成了大豆蛋白-异黄酮复合物,加热制备后形成了粒径更大的可溶性聚集体颗粒(图A,由于纯天然大豆异黄酮带有糖侧链,且比苷元型的异黄酮具有更大的分子量,因而形成了几种乳液的粒度差异。
图6几种大豆蛋白的CLSM图像
Fig.6CLSMimagesoftheemulsionsformedbysoyprotein
samples
图中A-F分别为SPI、Mix-SPIG、Mix-SPIA、HSPISPIG和SPIA形成的乳液。
由图可知,染色后的乳液的微结构可通过激光共聚焦显微镜观察。
经过加热处结论与粒度测定的结果相一致。
3结论
本文以SPIpH、不同温度、持水性及溶解性,SPI及混合了异黄酮的大豆蛋白相比,加热后蛋白所制备的乳液粒度增大、离心后乳液稳定系数降低,但相对于天然大豆蛋白,加热后的蛋白制备的乳液具有更加良好的塑性。
该蛋白的制备对大豆异黄酮的增溶及富含异黄酮的功能性饮料的研究提供一定基础。
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