大豆蛋白是目前应用最广泛植物蛋白之一,含有丰富的氨基酸,具有良好的功能特性。因此,被广泛应用在营养配方,肉制品和乳制品等食品体系,作为补充营养和调节食品结构的添加剂。大豆蛋白的聚集和凝胶对食品的营养和功能特性有显著影响。针对大豆蛋白聚集和凝胶的研究不胜枚举。然而,这些研究主要集中在少数蛋白浓度,p H,离子强度,温度,和时间,研究广泛而不深入。如果改变了其中任何一个因素,都可能导致完全不同的大豆蛋白的聚集和凝胶状态。本论文针对引起大豆蛋白聚集和凝胶的主要因素进行系统研究,寻找内在规律,量化不同影响因子对聚集和凝胶的影响,从而达到有效预测,控制,和利用大豆蛋白聚集和凝胶的目的。本论文的主要研究内容和结果如下:(1)研究了在20 ℃下,NaCl浓度(0-0.5 M),pH(3.0-8.0),蛋白浓度(2-60 g/L)和球蛋白:β-伴球蛋白比例(5:1-1:5),对天然大豆球蛋白在溶液中聚集状态的影响。研究表明,天然大豆球蛋白在pH和离子强度的影响下呈现出两种截然不同的宏观聚集状态:无定形的蛋白集群和球状微域。前者形成之后,随时间的延长沉淀,但不再聚集;后者随时间的延长,球状微域沉淀并融合成高浓度的蛋白层。两种聚集可通过改变pH和离子强度相互转化。大豆β-伴球蛋白在低离子强度和一定pH(电荷密度)下可与球蛋白非共价结合,提高大豆球蛋白在pH和离子强度改变时的稳定性。增加蛋白浓度能够增强组分间的相互作用,使大豆β-伴球蛋白对球蛋白的稳定作用更为显著。(2)研究了不同温度(5-80 ℃),蛋白浓度(2-95 g/L),pH(5.3-7.5)和NaCl浓度(0-0.5 M),对天然大豆分离蛋白在溶液中的聚集状态的影响。利用观察浊度随时间的变化来研究蛋白的聚集程度和速率。蛋白质溶液的微观状态用CLSM来表征。研究表明,在一定pH范围内,大豆分离蛋白在中间NaCl浓度(0.07-0.2 M)发生微相分离形成球状微域,在0.1 M时,这种现象最为显著。球状微域随着时间的延长逐渐沉淀。降低温度和pH将促进微相分离的发生。提高温度,增加大豆分离蛋白溶液的浓度或减低离子强度,将抑制微相分离。微相分离与大豆球蛋白在盐溶液中的不稳定性相关。当T>30 ℃时,大豆分离蛋白由可逆聚集向不可逆聚集转变。(3)研究了20 ℃,低离子强度下,蛋白浓度(1-100 g/L)和pH(5.8-7.0),对大豆分离蛋白在溶液中聚集体结构的影响。天然大豆分离蛋白在溶液中形成自相似的聚集体,其大小随着蛋白浓度的增加和净电荷密度的减少而增加。在稀溶液中,聚集体缓慢分解。当6.1≤pH≤6.3时,聚集体大小与蛋白浓度增加之间的非单调性是由于在一定pH条件下,净电荷密度随着蛋白浓度的增加而增加。当净电荷密度|a|>150时,大豆分离蛋白的平均分子量不随净电荷密度的变化而改变,聚集体的分形维数约为1.8。然而,聚集体的大小在一个很小的净电荷密度范围内急剧增加,分形维数转变为2.5。当净电荷密度进一步减小,聚集体大小增加缓慢直到沉淀。(4)研究了低离子强度和中性pH下,蛋白浓度(0.3-90 g/L)和温度(50-95°C),对大豆分离蛋白在溶液中形成聚集和凝胶的影响。在不同蛋白浓度,温度和加热时间下,大豆分离蛋白总是形成自相似的柔性聚集体,其分形维数≈2。当温度T≤85 ℃时,使大豆分离蛋白形成热聚集和凝胶的活化能为180 kJ/mol,并与蛋白浓度无关。当T>85℃时,温度对聚集和凝胶速率的影响不大。在一定温度下,随着蛋白浓度的增加,聚集和凝胶速率显著增加。(5)研究了蛋白浓度(1-95 g/L),pH(5.8-6.8)和温度(65-95 ℃)对大豆分离蛋白在低离子强度的溶液中,形成聚集和凝胶的影响。大豆分离蛋白聚集和凝胶的速率随着蛋白浓度和温度的增加,以及pH的下降显著增加。在低蛋白浓度或短时间加热条件下,大豆分离蛋白形成近似球状的聚集。随着pH的降低,聚集体的流体力学半径由30nm增加到40 nm,密度由0.1增加到0.2 g/cm3。随着蛋白浓度和加热时间的增加,这些球形颗粒随机聚集形成自相似的聚集体,分形维数随pH下降由1.7增加到1.9。当蛋白浓度340 g/L,在一个临界时间点,蛋白溶液形成凝胶。凝胶强度随着蛋白浓度的增加,显著增大,但当t>>tg时,几乎不受pH的影响。在pH5.8-7.0范围内,当T≥65 ℃时,pH的变化对活化能没有显著影响,Ea≈180 kJ/mol。不同的聚集体,对大豆分离蛋白的滴定曲线没有显著影响。(6)研究了蛋白浓度(1-95 g/L),NaCl浓度(0-0.5 M)和温度(30-85 ℃)对大豆分离蛋白在溶液中形成聚集和凝胶的影响。所有研究的溶液中,大豆分离蛋白的净电荷密度一定≈175。在所有条件下形成的分形维数约为2的自相似的聚集体是由在聚集初始阶段形成的密度较大的蛋白颗粒随机聚集而成。蛋白颗粒的密度和大小随离子强度的增加而增大。当[NaCl]≤0.1 M时,增加离子强度能够增加凝胶的速率。当离子强度≥0.1M,凝胶速率不受离子强度的影响。离子强度也不改变在稳态时的凝胶强度,但随着离子强度的增加,凝胶的不均一性增加。低温和高温对大豆分离蛋白的聚集和凝胶的影响有所不同。当温度大于某一温度,聚集体的局部密度较低温下形成的聚集体更高。NaCl和pH对大豆分离蛋白聚集和凝胶的影响具有相似性。(7)研究了蛋白浓度(10-75 g/L),NaCl浓度(0-0.5 M),聚集体大小(82->500 nm)以及温度(20-80 ℃)对大豆分离蛋白热变性聚集体形成凝胶的影响。在一定温度下,凝胶速率随着盐浓度,蛋白浓度和聚集体大小的增加而增加。但凝胶强度不依赖于聚集体大小和盐浓度,而随蛋白浓度的增加呈指数递增。NaCl诱导的大豆分离蛋白聚集体形成凝胶的活化能Ea=72 kJ/mol,显著低于天然大豆分离蛋白在加热条件下形成凝胶的活化能。Ea不依赖于聚集体大小,蛋白浓度和盐离子浓度。大豆分离蛋白聚集体的凝胶速率大于天然大豆分离蛋白的凝胶速率。且大豆分离蛋白聚集体可以在更低的蛋白浓度和温度下形成凝胶。在相同蛋白浓度下,两种凝胶的凝胶强度没有显著差异,但是由热变性后形成的聚集体的凝胶,微观结构更为均一。最后,对CaCl2诱导大豆分离蛋白热变性聚集体形成凝胶也进行了一定的研究和讨论,以作对比。