Composition and Functional Properties of Soybean Protein Isolates_Differential scanning calorimeter_ Thermogravimetric analyzer_ Synchronous Thermal Analyzer - Beijing Hengjiu Experimental Equipment Co., Ltd

food

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、试验材料与方法

1. 1 材料

国产大豆分离蛋白:市售 ,食品级进口大豆分离蛋白:美国 ,火腿生产用的大豆分离蛋白

1. 2 方法

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

1. 2. 2 灰分测定〔⁷^〕^:^高温炉⁶⁰⁰^℃灰化

1. 2. 3 钾、钠和钙含量(ppm或μg/g) 测定〔⁸^〕^:^{原子吸收分光光度法}

1. 2. 4 磷酸盐含量(以 PO₄³ - 计 ,mg/g)测定〔⁹^〕^:^{钼蓝比色法}

1. 2. 5 蛋白质含量(N×6. 25)测定〔¹⁰^〕^:^{凯氏定氮法}

1. 2. 6 脂肪含量测定〔¹¹^〕^:^{索氏抽提法}

1. 2. 7 纤维含量测定〔¹²^〕^:^{酸性洗涤剂法}

1. 2. 8 碳水化合物含量测定〔^{13〕: 费林氏容量法( 以转化糖计)}

1. 2. 9 蛋白质溶液的粘度测定〔¹⁴^〕^:^{用哈克粘度计}⁽^Haake^RV12^,^MVST⁾^{测定蛋白质水溶液的粘度}⁽^{剪切速率为}¹⁰^s²¹ ,mPas) 。

1. 2. 10 水合能力( WHC) 测定〔¹⁵^〕^:^{测定蛋白质的水}^{合能力分两步进行}^,^{首先确定水合能力的近似值}^:^称⁵^.^0g^样品^,^{置于预先称重过的离心管中}^,^逐步加水^,^{每加一次水}^,^{就用玻棒将样品搅匀}^,^{加至样品呈浆状}^{但无水析出为止}^,^{在管壁上擦干玻棒}^,^于^2000r/min^离心^10min^,^{倒去上层清液}^,^{称重。若没有上清液}^,^{则应再加水搅匀再离心}^,^{至离心后有少量上清液止。}

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

WHC 精确测定:

在4 支称重过的离心管中放入待测样品 ,样品量按下式计算出:

试样重 = 15/ (WHC近似值 + 1)

加入试样后 ,向离心管中加水 ,加水量分别比由公式 ( 15 为待测样品重) 计算出的水量多 1. 5ml , 0. 5ml和少 0. 5ml ,1. 5ml ,用玻棒用力搅 2min ,然后用前述的条件离心 ,相邻两离心管 ,一支有清液而另一支没有清液出现 ,此两管的加水量差即为 WHC 的偏差范围。

1. 2. 11 氮可溶解指数(NSI) 测定〔¹⁶^〕

1. 2. 12 蛋白质分散指数( PDI) 测定〔¹⁷^〕

1. 2. 13 大豆分离蛋白的DSC分析〔¹⁸^〕

用差示扫描量热分析仪( PE公司 ,DSC7) 分析所测样品 , 扫描速率为 10 ℃/ min , 扫描区间为 0 ℃～ 180 ℃,装样量为 5mg 左右。

1. 2. 14 凝胶性质的分析〔²^〕

凝胶的制备:将蛋白质溶于去离子水中 ,浓度为12 % ( w/ v) , 搅拌均匀 , 用分散器 ( Ultra - TURRAX T25)分散 1min (12500r/ min) ,均质 20mpa ,将此蛋白质溶液装于 100ml 的烧杯中 ,盖以铝箔 ,将此烧杯置于90 ℃的水浴中加热保温 30min ,然后用冰浴冷却至室温 ,在 4 ℃的冰箱中保存24h ,从冰箱中取出立即测定其凝胶强度。

凝胶强度的测定:用材料仪(LLOYD ,1000S)测定凝胶的强度 , 选用直径为 7. 94mm 的圆柱状平头冲头 ,冲压速度为 30cm/ min ,冲压深度为 20mm。

1. 2. 15 大豆蛋白质乳化能力的测定〔³^〕

配制1 %的蛋白质溶液 , 搅拌 60min , 量取50ml 此蛋白质溶液 ,先加入20ml大豆色拉油 ,开动匀浆机(RS -1 ,江阴周庄) ,转速为 10000r/ min ,边搅边加入大豆色拉油 ,测体系的电导率的变化,电导率急剧下降的点即为加油的终点。重复4 次 ,取平均值 ,并计算标准偏差 ,乳化能力的计算如下式:

乳化能力(EA) =总加油量/蛋白质量 (ml油/g蛋白质)

1. 2. 16 大豆蛋白质乳化稳定性测定〔⁴^〕

配制 0. 5 %的大豆分离蛋白溶液 ,于室温下搅拌2h使其充分溶解 ,将大豆分离蛋白溶液与大豆色拉油以65∶35的比例混合 , 用分散器(Ultra - TURRAXT25) 分散 1min(9500r/min) , 取样测定其水份( 105℃ 恒重法) ,取上述乳状液 10ml置于 15×150nm的试管中 ,于室温下静置 30min ,用移液管小心移去底部的5ml 样品 , 测定余下的样品的水份( 105 ℃恒重法) 。重复 4 次 ,取平均值 ,并计算标准偏差 ,乳化稳定性的计算如下式:

乳化稳定性( ES) = (100 - 静置 30min 的样品的水份) / (100- 初始样品的水分)

ES值越大,表示乳化稳定性越差

1.2.17 分子量分布测定^〔¹⁹^〕

采用凝胶过滤层析法测定大豆分离蛋白质的分子量分布 ,柱长 150cm ,直径 1. 6cm ,凝材料为 Sepa2 cryl200 。样品的提取方法为 :将 1g 样品分散于 20ml 的磷酸缓冲液中(0. 1M ,p H7. 5) ,搅拌 30min ,离心 ,用滤纸过滤 ,滤液即为待分析样品。标准样品如下表所示:

2、试验结果与讨论

2.1 理化指标

本文测定了进口的火腿生产用大豆分离蛋白和国产的大豆分离蛋白的理化性质 ,结果见表 2 。

从表 2 可以看出 ,在化学组成上 ,进口样品的蛋白质含量明显高于国产样品 ,然而两者都没有达到90 % ;进口样品的灰份含量明显低于国产样品 ,但总脂含量明显高于国产样品。从产品的成分可以知道:两种大豆分离蛋白的制备工艺是不同的 ,溶解试验发现进口样品的分散性明显优于国产大豆分离蛋白 ,表明进口产品的粗脂肪含量较高是因为采用了表面喷涂工艺 ,而不是脱脂不彻底。

2. 2 产品中的矿物质组成

为进一步了解大豆分离蛋白的组成,用原子吸收分光光度法对大豆分离蛋白样品的矿物质组成进行分析,结果见表3。

国产样品中矿物质的含量大都超过进口样品一倍以上 ,但钙的含量却低于进口样品一倍。国产样品很高的钠离子含量说明在提取过程中加入了较多的碱 ,这可以提高蛋白质的提取率,但会使大豆蛋白在提取过程中发生较大的性质变化,产品中灰分含量较高。进口样品较高的钙离子含量可能是加工中为某种目的而加入钙盐。
2. 3 功能性质分析
2. 3. 1 蛋白质溶液的粘度

用粘度计测定大豆分离蛋白溶液的粘度 ,结果见表 4 。从粘度数据可以看出 ,在相同浓度下 ,进口样品的粘度较低。根据流变学的研究可以知道〔^20〕, 体系的粘度与浓度和分子的结构( 分子量和分子构象等) 有关 ,浓度越高 ,分子量越大的体系粘度较大。从后面的测定结果可以发现 ,进口大豆分离蛋白分子量较大的组分含量较高(表 9) ,这对赋予体系高粘度是有利的,但进口大豆分离蛋白的溶解度明显低于国产的产品(表 5) ,而对溶液粘度的贡献主要是由溶解部分提供的,因测定粘度的试样的浓度为分散体系的总浓度 ,故实际测定粘度的样品 ,进口大豆分离蛋白的溶解部分的浓度远低于国产样品 ,致使进口样品的粘度偏低。由于进口样品是专用于火腿生产的产品有关 ,粘度低对使用是有利的。

2. 3. 2 　大豆分离蛋白的水化性质水合能力(WHC) 和溶解性是大豆分离蛋白重要的水合性质,两种大豆分离蛋白样品的水合性质见表5。

由表5 可以发现,国产的大豆分离蛋白的水合能力(WHC) 略高于进口样品。在溶解指数和分散指数上,国产大豆分离蛋白都优于进口样品,因为国产大豆分离蛋白分子量小的组分含量较高(表9) ,然而在操作时观察到进口样品溶解时非常易于分散,不会粘结在一起。进口样品中总脂含量明显高于国产样品(表2) ,说明进口产品在加工时采用表面喷涂乳化剂的工艺,改变了大豆粉末的表面物性,使大豆分离蛋白产品的颗粒流动性和分散性较好。
2. 3. 3 　大豆分离蛋白的DSC 分析结果

用DSC 对大豆分离蛋白样品进行分析,可以测得大豆分离蛋白的变性温度和变性热焓,从中可以了解大豆分离蛋白在加工过程中已发生变性的程度。DSC 分析结果如表6 所示。

DSC 分析结果显示,两种蛋白质的变性温度相近,但从变性热焓数据来看,进口样品中未变性的组分含量较高,这意味着进口样品在加工过程中变性较少。2. 3. 4 　大豆分离蛋白的凝胶性质的分析

用LLOYD 材料仪测定了大豆分离蛋白凝胶的凝胶强度,为使测定结果有统计意义,每组样品的重复次数为6 ,结果见表7。

凝胶强度测定显示,两种样品的凝胶能力接近,然而,从形成凝胶的切面来看,进口样品稍好。
2. 3. 5 　大豆蛋白质乳化性质的测定

大豆蛋白的乳化性质包括乳化能力(EC) 和乳化稳定性(ES) 两方面,分析结果如表8。

两种样品的乳化能力接近,国产样品的乳化能力和稳定性略高。大豆蛋白的乳化能力与蛋白质的浓度和分子结构有很大关系〔4〕,浓度高的蛋白质溶液具有较高的乳化能力,从溶解性测定可以发现,国产的大豆分离蛋白具有较高的溶解度,因此在总浓度一定时,国产大豆分离蛋白具有较高的乳化能力和乳化稳定性。从分子结构来看,柔性分子具有较高的乳化能力,而球蛋白的乳化能力较低。DSC 的测定结果表明,国产大豆分离蛋白具有较低的变性热焓,说明加工过程中变性程度较高。大豆蛋白是球蛋白,蛋白质变性意味着分子的展开,所以,国产大豆分离蛋白较高的乳化能力与其较高的变性程度有关。
2. 3. 6 　大豆分离蛋白的分子量分布测定

用凝胶过滤色谱测定两种大豆分离蛋白的分子量分布,结果如图所示。

根据图中的结果分析,得到两种大豆分离蛋白样品不同分子量组分的相对含量,如表9 所示。从两种样品的分子量分布来看,进口样品中高分子量部份所占的比例明显高于国产样品,而国产样品中低分子量部分占有很高的比例。

据国内有关生产厂家介绍,国内生产厂家在加工大豆分离蛋白时,为了提高从脱脂大豆粉中提取蛋白质的得率,采用了较高pH 的介质进行提取,使脱脂大豆粉中的蛋白质得以充分溶出;为了增加产品的白度,在加工中添加亚硫酸盐。在高pH 的体系中,蛋白质的分子结构受到很大影响,蛋白质的聚集体会发生解聚,甚至会发生蛋白质肽键的断裂;而亚硫酸盐的存在会打开二硫键,这都会使蛋白质中分子量大的组分减少,因此,国产大豆分离蛋白的分子量明显低于进口产品。

国产大豆蛋白的生产工艺制得的产品,其低分子的组分含量较高,变性程度较高,产品具有较好的溶解性和较高的乳化能力;但蛋白质与其它组分发生相互作用的能力较弱。虽然本研究中测得的两种大豆分离蛋白质凝胶强度值相近,但在肉制品加工中,添加进口大豆分离蛋白所得的体系胶凝能力较强。蛋白质与其它组分的相互作用不仅与蛋白质的分子量大小有关,还与进口产品中较高的钙盐含量有关。因此可以针对不同的用途,制备不同性能的大豆分离蛋白产品,使产品适用于多种食品体系。

参　考　文　献

〔1〕A. M. Pearson ,Soy protein ,Developmcnts in Food Protiens - 2 ,Edited by B. J . F Hudson ,Chapter 2 ,1983 ,67 - 108

〔2〕F. A. fiora ,A.M. R. Pilosof and B. Bartholomai ,Physicochemi2cal Properties of Sovbean Proteins Related to Flow ,Visconelastic ,Mechanical and Water - holding. Chararcteristics of Gel. J . Food.Sci ,1990 ,55(1) :133

〔3〕C.M. Amundson and J . G. Sebrauk ,Factors Affecting EmulsionCapacity as a Measore of Protein Functionality for Nonmeat Pro2teins. J . Food Sci. ,1990. Vol 55. 1

〔4〕H auki. O. janeyama , N. Orimo and I. Kltagaw. Effect ofLipophilizationof Soy Protein on its emulsion Siabilizing Proper2ties , J . Food Sci. 1981 ,Vol. 46 ;1192

〔5〕O. R. ,Fennema《, 食品化学》.第二版 ,王璋等译.北京:轻工出版社,1991 ,282 - 313

〔6〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京:轻工出版社,1989 ,8 - 9

〔7〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京:轻工出版社,1989.18

〔8〕武汉大学等五校合编.《分析化学》. 北京:人民教育出版社,1978. 429 - 433

〔9〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京:轻工出版社,1989 ,185 - 187

〔10〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京: 轻工出版社,1989 ,52 - 52

〔11〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京: 轻工出版社,1989 ,24 - 25

〔12〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京: 轻工出版社,1989 ,45

〔13〕黄伟坤等编.《食品分析与检验》. 北京: 轻工出版社,1989 ,36 - 37

〔14〕陈克复,卢晓红. 金醇哲等编.《食品流变学及其测量》. 北京:轻工出版社,1989 ,130 - 133

〔15〕AACC Method 88 - 04 ,First approval 9 - 26 - 78 ,revised 10 -27 - 82

〔16〕AACC Method 46 - 23 ,First approval 4 - 25 - 65 ,revised 10 -30 - 75 and 10 - 27 - 82

〔17〕AACC Method 46 - 24 ,First approval 4 - 25 - 65 ,revised 10 -30 - 75 ;reviewed

〔18〕蔡正千编.《热分析》. 北京:高等教育出版社,1993

〔19〕张龙翔. 张庭芳. 李令媛等编.《生化实验方法和技术》. 北京:人民教育出版社,1981. 124 - 132

〔20〕陈克复. 卢晓红. 金醇哲等编.《食品流变学及其测量》. 北京:化工出版社,1991 ,87 - 93

没有了