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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(yàn)材料與方法
1. 1 材料
國產(chǎn)大豆分離蛋白:市售 ,食品級(jí)進(jìn)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(cè)定〔6〕: 真空干燥法 ( 680mm汞柱70 ℃)
1. 2. 2 灰分測(cè)定〔7〕:高溫爐 600℃灰化
1. 2. 3 鉀、鈉和鈣含量(ppm或μg/g) 測(cè)定〔8〕:原子吸收分光光度法
1. 2. 4 磷酸鹽含量(以 PO43 - 計(jì) ,mg/g)測(cè)定〔9〕:鉬藍(lán)比色法
1. 2. 5 蛋白質(zhì)含量(N×6. 25)測(cè)定〔10〕:凱氏定氮法
1. 2. 6 脂肪含量測(cè)定〔11〕:索氏抽提法
1. 2. 7 纖維含量測(cè)定〔12〕:酸性洗滌劑法
1. 2. 8 碳水化合物含量測(cè)定〔13〕: 費(fèi)林氏容量法( 以轉(zhuǎn)化糖計(jì))
1. 2. 9 蛋白質(zhì)溶液的粘度測(cè)定〔14〕: 用哈克粘度計(jì)(Haake RV12 ,MVST) 測(cè)定蛋白質(zhì)水溶液的粘度(剪切速率為10s21 ,mPas) 。
1. 2. 10 水合能力( WHC) 測(cè)定〔15〕: 測(cè)定蛋白質(zhì)的水合能力分兩步進(jìn)行 ,首先確定水合能力的近似值:稱5. 0g樣品 ,置于預(yù)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(yīng)再加水?dāng)噭蛟匐x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(cè)定:
在4 支稱重過的離心管中放入待測(cè)樣品 ,樣品量按下式計(jì)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(cè)樣品重) 計(jì)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(cè)定〔16〕
1. 2. 12 蛋白質(zhì)分散指數(shù)( PDI) 測(cè)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(cè)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(cè)定其凝膠強(qiáng)度。
凝膠強(qiáng)度的測(cè)定:用材料儀(LLOYD ,1000S)測(cè)定凝膠的強(qiáng)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(cè)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(dòng)勻漿機(jī)(RS -1 ,江陰周莊) ,轉(zhuǎn)速為 10000r/ min ,邊攪邊加入大豆色拉油 ,測(cè)體系的電導(dǎo)率的變化,電導(dǎo)率急劇下降的點(diǎn)即為加油的終點(diǎn)。重復(fù)4 次 ,取平均值 ,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差 ,乳化能力的計(jì)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(cè)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(cè)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(cè)定余下的樣品的水份( 105 ℃恒重法) 。重復(fù) 4 次 ,取平均值 ,并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差 ,乳化穩(wěn)定性的計(jì)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(cè)定〔19〕
采用凝膠過濾層析法測(cè)定大豆分離蛋白質(zhì)的分子量分布 ,柱長(zhǎng) 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(biāo)準(zhǔn)樣品如下表所示:
2、試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 理化指標(biāo)
本文測(cè)定了進(jìn)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(xué)組成上 ,進(jìn)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(dá)到90 % ;進(jìn)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(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)口樣品的分散性明顯優(yōu)于國產(chǎn)大豆分離蛋白 ,表明進(jìn)口產(chǎn)品的粗脂肪含量較高是因?yàn)椴捎昧吮砻鎳娡抗に?nbsp;,而不是脫脂不徹底。
2. 2 產(chǎn)品中的礦物質(zhì)組成
為進(jìn)一步了解大豆分離蛋白的組成,用原子吸收分光光度法對(duì)大豆分離蛋白樣品的礦物質(zhì)組成進(jìn)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(jìn)口樣品一倍以上 ,但鈣的含量卻低于進(jìn)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(huì)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(jìn)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(jì)測(cè)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(jìn)口樣品的粘度較低。根據(jù)流變學(xué)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(cè)定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn) ,進(jìn)口大豆分離蛋白分子量較大的組分含量較高(表 9) ,這對(duì)賦予體系高粘度是有利的,但進(jìn)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(duì)溶液粘度的貢獻(xiàn)主要是由溶解部分提供的,因測(cè)定粘度的試樣的濃度為分散體系的總濃度 ,故實(shí)際測(cè)定粘度的樣品 ,進(jìn)口大豆分離蛋白的溶解部分的濃度遠(yuǎn)低于國產(chǎn)樣品 ,致使進(jìn)口樣品的粘度偏低。由于進(jìn)口樣品是專用于火腿生產(chǎn)的產(chǎn)品有關(guān) ,粘度低對(duì)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。
用DSC 對(duì)大豆分離蛋白樣品進(jìn)行分析,可以測(cè)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。
用凝膠過濾色譜測(cè)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(duì)含量,如表9 所示。從兩種樣品的分子量分布來看,進(jìn)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(shí),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(jìn)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(huì)發(fā)生解聚,甚至?xí)l(fā)生蛋白質(zhì)肽鍵的斷裂;而亞硫酸鹽的存在會(huì)打開二硫鍵,這都會(huì)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(jìn)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(cè)得的兩種大豆分離蛋白質(zhì)凝膠強(qiáng)度值相近,但在肉制品加工中,添加進(jìn)口大豆分離蛋白所得的體系膠凝能力較強(qiáng)。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(jìn)口產(chǎn)品中較高的鈣鹽含量有關(guān)。因此可以針對(duì)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。
參 考 文 獻(xiàn)
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address：9 Qiangyun Rd, Economic Development Zone, Miyun District, Beijing
