大豆蛋白在贮藏过程中品质下降机制及控制途径

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大豆蛋白在贮运过程中品质下降现象严重,极大的困扰着产品的生产者和使用者。我国大豆蛋白出口要经历长时间的海上运输,往往使产品品质遭受严重损失,从而使得产品价格低廉,企业经济效益低下。因此,研究影响大豆蛋白贮藏稳定性的因素,探讨解决品质下降的途径具有重要现实意义。但目前人们对贮藏引起的大豆蛋白品质劣变的认识还很有限。本研究主要目的是明确影响大豆蛋白贮藏过程中品质下降的主要因素,揭示其品质劣变的机制,在此基础上探寻有效的解决途径。本论文以大豆分离蛋白(SPI)为研究对象,考察了贮藏条件、原料及加工损失对蛋白贮藏稳定性的影响,分析了蛋白品质下降的主要机理,在此基础上研究了不同添加剂对其品质下降的控制效果。本研究首先考察了贮藏条件,包括温度、水分含量、光照及氧气对SPI贮藏稳定性的影响。结果表明,SPI在低温(4℃)条件下贮藏12周,除蛋白自由氨基含量轻微下降(P<0.05)外,其溶解度和蛋白聚集程度无显著性变化;高温(37℃)贮藏大大加速了SPI品质的下降,10周后的溶解度和自由氨基含量几乎都下降为原来的一半,同时可溶性聚集体含量也显著升高(P<0.05)。高水分含量(7.0%,w/w)、光照、有氧包装(非真空)虽对蛋白的氧化(羰基)有轻微促进作用,但对蛋白其他品质的变化(溶解度、自由氨基、聚集程度)无显著影响。基于这一结果,以下研究中SPI均采用喷雾干燥并在37℃高温贮藏。通过研究原料贮藏加工史对SPI贮藏稳定性的影响发现,原豆粉、脱脂豆粉(正己烷:乙醇,9:1)及高温灭酶豆粉(105℃,30 min)经高温贮藏25周后,虽造成轻微的羰基升高及表面巯基的降低(P<0.05),但对其溶解度和聚集程度均无显著影响。分别从室温脱脂的自制豆粕(对照)和不同季节采集的商业低温豆粕提取SPI并进行高温贮藏。对照样品显示出最高的贮藏稳定性,而不同批次豆粕提取的SPI初始品质及贮藏稳定性差别很大,变性程度越大的样品贮藏前后溶解度也越差。对比初始溶解度及蛋白热焓值(ΔH)都相同但聚集度不同的一组豆粕提取的SPI和对照样品发现,贮藏10周后,初始聚集度高的前者溶解度下降幅度是对照的两倍以上。与此同时,通过研究不同加工工艺对SPI贮藏稳定性的影响发现,蛋白p H值(喷雾干燥前调节)越高的SPI(p H6-8范围内)初始巯基含量越低,蛋白聚集程度越高,但p H值对贮藏过程中蛋白氧化程度的加剧及溶解度的下降程度影响有限;干热处理(100℃,15~45 min)虽然造成蛋白的明显变性,但只引起蛋白的轻微氧化和聚集,贮藏8周过程中蛋白的溶解度变化不显著,而SPI在喷雾干燥前经湿热处理(5%,w/w;80/90℃,30 min)极大加剧了SPI变性、氧化及聚集程度,从而加速贮藏过程中溶解度的变化,贮藏8周后,其溶解度几乎下降为原来的一半;冷冻干燥和喷雾干燥制备的SPI在蛋白初始品质及贮藏稳定稳定性上基本无显著差别。以上研究发现初始聚集程度高的SPI对应的其贮藏稳定性都较差。因此,论文以原态SPI为原料,经预热处理(喷雾干燥前)制造聚集程度不同但溶解度相似的样品,通过研究其在贮藏过程中聚集行为和相互作用力来研究大豆蛋白贮藏过程中品质下降的机制。结果发现,贮藏12周后,轻度聚集(80℃水浴中保温至实验温度)的SPI溶解度约为重度聚集(90℃)样品的3倍,SPI溶解度下降速度与可溶性聚集体含量呈显著的二次函数正相关(r2=0.861;P<0.05),暗示了蛋白初始聚集体在其贮藏过程品质的下降起到了“成核”或是激活的作用。非共价相互作用是形成不溶性沉淀的主要作用力,而二硫键作用更多的存在于蛋白的可溶性部分。此外,贮藏过程中SPI溶解度的下降伴随着蛋白氧化程度的加剧,溶解度和羰基含量呈现显著负相关(r2=0.878,P<0.05)基于以上的研究结果,实验通过添加非共价/共价抑制剂来探索控制大豆蛋白贮藏过程中品质下降的有效途径。结果表明,添加15%(w/w)及以上的海藻糖在不改变蛋白溶解度的情况下可以显著(P<0.05)抑制了初始SPI中可溶性聚集体的生成,大大减缓了贮藏过程中品质下降的速度,贮藏12周过程中,添加30%海藻糖的SPI溶解度下降幅度是含15%的样品的一半;添加二硫键阻断剂可以显著提高蛋白初始溶解度,添加2.5m M的亚硫酸钠或6.5m M的半胱氨酸较大程度的抑制了蛋白在贮藏过程中的品质下降。β-胡萝卜素、天然维生素E及EDTA的添加也显示出一定控制效果。总之,本课题确定了引起SPI贮藏过程中品质下降的主要因素,揭示了品质下降的机制,探讨了可能的控制途径,为解决大豆蛋白实际贮运过程品质劣变提供了理论基础,为制定应对策略提供方案参考。
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