酶解時間對大豆蛋白-溶血磷脂相互作用及乳化特性的影響

李秋慧，齊寶坤，王海晴，李 紅，江連洲，李 楊，隋曉楠*（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

酶解時間對大豆蛋白-溶血磷脂相互作用及乳化特性的影響

李秋慧，齊寶坤，王海晴，李 紅，江連洲，李 楊，隋曉楠*
（東北農業大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150000）

通過不同酶解時間得到大豆溶血磷脂，對大豆分離蛋白-溶血磷脂相互作用及其對復合乳化體系乳化特性的影響進行探究，采用熒光光譜法在Stern-Volmer和Van’t Hoff方程基礎上對大豆分離蛋白-溶血磷脂熒光猝滅作用、相互結合常數、結合位點及相互作用力類型進行判斷，并對復合乳化體系分別進行乳化活性、乳化穩定性的測定及微觀結構變化的觀察。結果表明：隨著磷脂酶A1酶解時間的延長，大豆分離蛋白-溶血磷脂相互作用先增強后下降，乳化特性指標同樣基本呈現先升高后降低的趨勢，這表明二者的相互作用對乳化特性具有一定影響。其中，當酶解時間為4 h時，二者相互作用最強，乳液的乳化特性表現最佳，這表明適度酶解產生的溶血磷脂會促進其與大豆分離蛋白的相互作用，在水油界面上形成較穩定的界面膜，形成穩定的復合乳狀液。

大豆分離蛋白；溶血磷脂；相互作用；乳化特性

大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）在食品加工領域中應用廣泛，其中乳化性又是較為重要的功能特性之一，工業生產中常常通過添加大豆分離蛋白提高產品乳化特性，然而單一的天然大豆蛋白并不能很好地滿足現代工業對乳化劑的要求，所以人們往往向蛋白中添加天然小分子物質如磷脂、糖類、多酚等[1-2]。大豆溶血磷脂（lysophospholipids，LPC）是既具有普通磷脂的雙親兩性結構，又由于非極性基團的減少而增強了親水性能的一種純天然、高營養乳化劑。因此，溶血磷脂除了擁有普通磷脂的優良乳化特性外，更在一定程度上改善了由于親水親油平衡值（hydrophile-lipophile balance number，HLB）偏低導致普通磷脂應用范圍受限的狀況[3]。國內外有學者研究表明由于磷脂及溶血磷脂結構中同時具有親水基團和親油基團可以添加到不同蛋白當中增強食品的乳化活性及乳化穩定性，其二者通過相互作用形成的復合體系更有利于維持乳液的貯存穩定性，延長貨架期，但目前的研究對溶血磷脂與蛋白的相互作用機理及二者相互作用對乳液乳化特性的影響規律尚不清楚[4-8]。

因此，本研究在前期研究基礎上采用磷脂酶A1自制溶血磷脂，再將一定量溶血磷脂與大豆分離蛋白共建復合乳化體系，在Stern-Volmer和Van’t Hoff公式基礎上，通過熒光光譜法對大豆分離蛋白-溶血磷脂猝滅類型、結合常數、結合位點數、相互作用力方式進行判斷，并對二者相互作用對復合乳化體系的乳化活性、乳化穩定性的影響規律進行分析，同時通過激光共聚焦顯微鏡對乳狀液的微觀結構進行觀察，為天然復合乳液的工業生產應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂豆粕 哈爾濱高科技股份有限公司；溶血磷脂本課題組自制；磷脂酶A1（活力8 900 U/mL） 諾維信生物技術有限公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 美國Sigma公司；尼羅紅、尼羅蘭哈爾濱四葉草試劑有限公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、鹽酸、氫氧化鈉等均為分析純。

1.2 儀器與設備

磁力攪拌器 廣州儀科實驗儀器有限公司；Allegra64R臺式高速冷凍離心機 美國貝克曼公司；SFD5-3型冷凍干燥機 美國SIM公司；T18 basic高速乳化均質機 英國IKA公司；LS-55熒光分光光度計 美國PE公司；TU-1800紫外-可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；激光共聚焦顯微鏡 匯佳生物股份（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆分離蛋白的制備

參考Molina等[9]的方法并稍加修改，將質量比1∶10脫脂豆粕與水混合，加入濃度為2 mol/L NaOH溶液調節pH值至8.0，磁力攪拌1 h，4 ℃、4 000×g離心30 min。取上清液加入1 mol/L的HCl溶液調節pH值至大豆蛋白等電點4.5，攪拌1 h后室溫靜置15 min。在4 ℃、6 000×g離心30 min，取沉淀用去離子水洗滌3 次，再將沉淀溶于水中加入1 mol/L NaOH溶液調節pH值至7，再次4 ℃、6 000×g離心30 min，過濾取蛋白質溶液，進行冷凍干燥得大豆分離蛋白粉末。經凱氏定氮儀測得蛋白含量為90.08%（氮溶解指數為6.25）。

1.3.2 溶血磷脂的制備

參考杜章斌等[10]的方法并稍加修改，準確稱取大豆粉末磷脂加入75 mL、pH 7.2的磷酸鹽緩沖溶液，再依次加入磷脂酶A1（按磷脂質量的5%）、150 mmol/L CaCl2溶液（按磷脂質量的0.1%），將其密封，40 ℃水浴恒溫振蕩條件下分別酶解反應2、4、6、8 h，90 ℃滅酶30 min。然后加入冷丙酮，用玻璃攪拌脫脂后4 000×g離心15 min，如此進行反復脫脂，將樣品進行抽真空脫溶，溶液快速揮干即得溶血磷脂。

1.3.3 大豆分離蛋白-溶血磷脂的制備

參考李楊等[11]的方法，精確稱取大豆分離蛋白和磷脂及磷脂酶解產物（質量比為10∶1）樣品，溶解于濃度為0.1 mol/L pH 7的磷酸鹽緩沖溶液中，1 000 r/min室溫攪拌溶液1 h。其中樣品分別為1號：大豆分離蛋白-磷脂（SPI-Lec）、2號：大豆分離蛋白-2 h磷脂酶解產物（SPI-2 h LPC）、3號：大豆分離蛋白-4 h磷脂酶解產物（SPI-4 h LPC）、4號：大豆分離蛋白-6 h磷脂酶解產物（SPI-6 h LPC）、5號：大豆分離蛋白-8h磷脂酶解產物（SPI-8 h LPC）。

1.3.4 內源熒光光譜的測定

參考Li Jufang等[12]的方法，將配制好的20 mg/mL SPI用pH 7.2、0.02 mol/L Tris-HCl溶液稀釋100 倍，取稀釋后的溶液蛋白溶液置于1 cm石英比色皿中，以l0 μL為單位逐次加入配制好的磷脂和磷脂經酶解2、4、6、8 h制得的溶血磷脂，二者充分混勻。以280 nm為激發波長，記錄300～500 nm波長范圍內的熒光光譜。

1.3.5 大豆分離蛋白-溶血磷脂猝滅類型、結合位點數、作用力類型的測定

樣品熒光強度的測定：5 mL大豆分離蛋白溶液置于15 mL試管中，再分別加入5、4、3、2、1、0 mL磷脂及不同酶解時間磷脂酶解產物（溶血磷脂）樣品溶液，和0、1、2、3、4、5 mL pH 7.2、0.02 mol/L磷酸鹽緩沖溶液，分別配制3 組相同溶液，并于298、308、318 K水浴鍋中水浴15 min。取樣品溶液于1 cm石英比色皿中，設置熒光激發波長為280 nm，掃描300～500 nm波長范圍的熒光光譜，激發和發射光譜譜帶寬均為l0 nm，記錄340 mn波長處的熒光強度，每次讀數在10 次以上，求取平均值，對應相同濃度，用樣品測定值減去空白值（空白值在相同條件下未添加樣品的熒光強度測定值）得到樣品的實際熒光強度。

1.3.6 乳化特性的測定

取9 mL攪拌均勻的大豆分離蛋白-溶血磷脂復合體系與3 mL葵花籽油混合攪拌，預乳化后倒入25 mL燒杯中，用高速乳化均質機在20 000 r/min條件下乳化1 min，制備乳液及空白對照樣品。參考Comas等[13]的方法。將均質的乳狀液用質量分數為0.1%的SDS溶液稀釋到確定倍數，在500 nm波長處用紫外分光光度計測定吸光度，按式（1）計算乳化活性指數（emulsion activity index，EAI）。靜置30 min后測定吸光度，按式（2）計算乳化穩定性指數（emulsion stability index，ESI）。

式中：N為稀釋倍數（250）；ρ為乳化液形成前蛋白質水溶液中蛋白質質量濃度/（g/mL）；φ為乳化液中油相體積分數/%；A0為0 min時的吸光度；A30為30 min時的吸光度。

1.3.7 乳液微觀結構觀察

乳液中油滴的分布狀態采用激光共聚焦顯微鏡進行觀察，將新制備的乳狀液使用尼羅紅及尼羅蘭染色劑分別染色30 min后，在激發波長488 nm 和633 nm條件下放大40 倍觀察油滴分布及微觀結構，標尺采用20 μm進行標注。

1.4 數據統計分析

每個實驗均重復3 次，采用ANOVA進行誤差分析，并用Origin 8.5和Excel軟件統計分析數據并作圖。

2 結果與分析

2.1 溶血磷脂對大豆分離蛋白內源熒光的猝滅作用

圖1 大豆分離蛋白-溶血磷脂內源熒光的猝滅作用Fig. 1 Fluorescence quenching of SPl by LP

圖1 表示猝滅劑（磷脂及不同酶解時間條件下產生的溶血磷脂）對大豆分離蛋白內源熒光的猝滅作用。Ishita等[14]指出蛋白質的內源熒光主要依賴于色氨酸（Trp）和酪氨酸（Tyr）在固定激發波長處發射的熒光，其中苯丙氨酸的熒光可以忽略不計。由圖1A～E可知，當磷脂與溶血磷脂加入到大豆分離蛋白中時，均會出現較為明顯的熒光猝滅現象，且隨著猝滅劑質量濃度的增大，大豆分離蛋白的熒光強度逐漸降低，這表明磷脂及溶血磷脂均對大豆分離蛋白產生了一定的猝滅作用。另外，大豆分離蛋白的最大熒光發射波長發生了輕微的紅移現象，這很有可能是由于親水性較強的溶血磷脂的加入導致大豆分離蛋白所處的微環境發生變化，向親水環境進行轉變[15]。從圖1中可明顯觀察到5 種樣品的猝滅效果呈現先增強后減弱的趨勢，其中經磷脂酶酶解4 h后產生的溶血磷脂對大豆分離蛋白產生的猝滅作用最強，而經磷脂酶酶解8 h后產生的溶血磷脂對大豆分離蛋白產生的猝滅作用最弱，這表明不同酶解時間產生的溶血磷脂量不同，適量的溶血磷脂可與蛋白形成較好的相互作用，而當酶解時間過長，相互作用有減弱的趨勢，這可能與酶解途中磷脂的酰基轉移現象有關[16]。

2.2 大豆分離蛋白-溶血磷脂的猝滅方式

由圖1還可判斷出磷脂及溶血磷脂的加入均可對大豆分離蛋白產生熒光猝滅作用，Xiang Yanling等[17]指出猝滅方式可分為動態猝滅和靜態猝滅兩種方式。其中動態猝滅過程中，蛋白質的猝滅常數會隨著溫度的升高而上升，然而靜態猝滅過程中，蛋白質的猝滅常數會隨著溫度的升高而下降。因此，本實驗采用熒光光譜法對5 種樣品的猝滅方式進行測定。根據Stern-Volmer方程，以（F0－F）/F對猝滅劑濃度[Q]作Stern-Volmer曲線擬合，所得擬合斜率即為猝滅常數，Stern-Volmer公式如下：

式中：F0為未加入猝滅劑時蛋白質的熒光強度；F為加入猝滅劑后蛋白質的熒光強度；[Q]為猝滅劑的濃度/（mol/L）；Ksv為Stern-Volmer方程中猝滅常數。

圖2 不同溫度條件下溶血磷脂對大豆分離蛋白熒光猝滅的Stern-Volmer圖Fig. 2 Stern-Volmer curves of SPI fluorescence quenching by LP at different temperatures

表1 不同溫度條件下Stern-Volmer猝滅常數Table 1 Stern-Volmer fluorescence quenching constants at different temperatures

圖2A～E為5 種樣品在不同溫度下對Stern-Volmer的曲線擬合，由圖2可知，5 種樣品曲線的斜率均隨溫度的升高而減小，這表明猝滅常數Ksv隨溫度的升高而減小，因此可以判斷磷脂以及經磷脂酶酶解產生的溶血磷脂對大豆分離蛋白的猝滅均為靜態猝滅過程。Basu等[18]研究指出靜態猝滅過程中猝滅劑與蛋白質在基態狀態下可生成復合物，使蛋白質熒光強度降低，二者的相互作用會對蛋白質二級結構產生變化從而導致復合物的生理活性及功能特性。從表1可以看出，1～4號樣品猝滅常數隨溫度變化發生明顯減小，而5號樣品變化并不明顯，這表明磷脂及磷脂經酶解后產生的溶血磷脂均可以與大豆分離蛋白在基態時通過結合作用生成復合物，且隨著酶解時間的延長，復合物的生成呈現先易后難的趨勢，其中長時間酶解產生的溶血磷脂不易與大豆分離蛋白形成復合物[19]。

2.3 大豆分離蛋白-溶血磷脂的結合位點數

由表1可判斷出5 種樣品均為靜態猝滅方式，因此猝滅劑與大豆分離蛋白之間相互作用過程中的結合位點數計算可采用靜態猝滅公式[20]，見式（4）。

式中：F0為未加入猝滅劑時蛋白質的熒光強度；F為加入猝滅劑后蛋白質的熒光強度；K0為結合常數/（L/mol）；n為結合位點數；[Q]為猝滅劑的濃度/（mol/L）。

本實驗根據靜態猝滅公式以lg（（F0－F）/F）對lg[Q]作擬合曲線，所得曲線斜率表示5 種樣品在不同溫度條件下結合位點數（n），曲線截距表示5 種樣品在不同溫條件度下結合常數（K0），所得擬合曲線方程、結合常數、結合位點數見表2。

表2 擬合曲線的回歸方程、結合常數、結合位點數、熱力學參數值Table 2 lg[(Fo- F)/F] against lg[Q] equations, correlation coefficients, and number of binding sites, binding constants and thermodynamic parameters

由表2可知，5種樣品的結合常數K0均隨溫度的升高而增大，由此可判斷出猝滅劑與大豆分離蛋白結合過程為吸熱反應過程[21]。結合常數K0基本均大于103L/mol，且對比5 種樣品K0可知結合常數呈現先增大后減小的趨勢。其中，3號樣品最大K0為2.1×105L/mol，而5號樣品最大K0為0.46×103L/mol，前者K0遠大于后者，由此可以判斷5號樣品在靜態猝滅過程中溶血磷脂與大豆分離蛋白結合能力較低，形成復合物穩定性較差[22]。由表2還可知，5種樣品的表面結合位點數基本呈現先增大后減小的變化規律。

2.4 大豆分離蛋白-溶血磷脂的作用力類型判斷

通常情況下，蛋白質與小分子物質之間相互作用力主要有疏水作用力、靜電作用力、范德華力和氫鍵4 種。Ross等[23]指出當ΔH＞0、ΔS＞0時復合物之間主要以疏水作用相結合，當ΔH≈0、ΔS＞0時靜電作用力起到主要結合作用，當ΔH＜0、ΔS＜0時復合之間可能以范德華力和氫鍵作用相結合。本實驗在Van’t Hoff方程基礎之上，并行考察ΔH及ΔS的值來判斷5 種樣品中復合物之間的相互作用力類型，Van’t Hoff 公式如式（5）、（6）所示。

式中：K0為結合常數/（L/mol）；T為溫度/K；R為氣體常數（8.314 J/（mol·K））。

由表2可知，5種樣品復合物的ΔG均小于0，說明磷脂及溶血磷脂與大豆分離蛋白之間的結合作用均可以自發進行。且5 種樣品中的ΔH及ΔS均大于0，表明磷脂及溶血磷脂與大豆分離蛋白之間的結合作用均為吸熱過程，這與結合常數K0隨溫度的升高而增大相符合，且可以判斷出5 種樣品復合物中作用力類型均為疏水相互作用，這與李菊芳等[24]的研究相一致。從表2還可看出，5 種樣品ΔH及ΔS基本呈現先增大后減小的趨勢，3號樣品具有最大值而5號樣品具有最小值，這表明3號樣品中經酶解4 h所得溶血磷脂與大豆分離蛋白相互作用力最強，而5號樣品中經酶解8 h所得溶血磷脂與大豆分離蛋白相互作用力最弱[25]。

2.5 大豆分離蛋白-溶血磷脂的乳化特性結果

圖3 溶血磷脂對復合體系乳化活性及乳化穩定性的影響Fig. 3 Effect of LP on emulsifying activity and emulsion stability

乳化活性及乳化穩定性是表征乳狀液乳化特性及穩定狀態的最重要指標之一[26]。由圖3可知，隨著酶解時間的延長，乳化活性及乳化穩定性呈先增強后減弱的變化規律，其中，3號樣品經酶解4 h所得溶血磷脂與大豆分離蛋白復合液具有最高乳化活性及乳化穩定性，分別為34.2 m2/g 和72 min，與1號樣品相比有顯著提高（P＜0.05）。而1號及5號樣品的乳化活性及穩定性最低。根據圖1、2及表1、2共同分析發現磷脂及溶血磷脂與大豆分離蛋白之間的相互作用對乳液的乳化特性具有一定影響，且疏水相互作用力越強乳化穩定性越好，這是由于LPC疏水基團的減少，親水性增強，通過與大豆分離蛋白的相互作用形成大豆分離蛋白-溶血磷脂復合體系，構成雙親性結構，使疏水性區域更好地包裹油滴，親水性區域更好地伸入水相當中去，降低水油間的界面張力，使其乳化特性有所提高[27]。然而5號樣品中復合物之間雖疏水作用力較弱但穩定性與1號樣品差異并不顯著，這表明除復合物相互作用對乳液乳化特性有重要影響外，仍有其他因素對乳液穩定性具有影響。

2.6 乳液微觀結構

乳液微觀結構的觀察是最為直觀表征乳液穩定性的方法，本實驗采用尼羅蘭及尼羅紅對5 種新鮮制備的乳液樣品中的蛋白質、油脂和磷脂物質進行染色，30 min后在激光共聚焦顯微鏡下進行觀察[28-29]。從圖4可以看出，大豆分離蛋白-溶血磷脂復合物可以處于油水界面膜上，與其他樣品相比，3號樣品乳滴分布較為均勻，乳滴較小。這表明復合物可以很好地包裹在油滴外側，降低水油界面張力，減少乳滴聚集現象的發生，提高乳液的乳化穩定性，這與之前的乳化穩定性測定結果相似，但1、2、4號樣品間區別并不十分明顯[30]。

3 結 論

大豆分離蛋白可與不同酶解時間條件下產生的溶血磷脂發生相互作用，且作用力類型為疏水相互作用，隨著酶解時間的增長相互作用呈現先增強后下降的趨勢。復合物之間的相互作用變化規律與乳化活性及乳化穩定性變化趨勢基本一致，表明大豆分離蛋白-溶血磷脂間相互作用對其復合體系乳液的特性具有一定影響。磷脂經適度時間酶解后產生的溶血磷脂會明顯改善大豆分離蛋白乳狀液的乳化特質，這將為現今食品工業中蛋白的生產以及復合乳狀液的制備提供理論參考。

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Effect of Enzymatic Hydrolysis Time on Emulsifying Properties and Interaction of Soybean Protein Isolate-Lysophospholipid Emulsion

LI Qiuhui, QI Baokun, WANG Haiqing, LI Hong, JIANG Lianzhou, LI Yang, SUI Xiaonan*
(College of Food Science, Northeast Agricultural University, Harbin 150000, China)

In this work, we explored the effect of enzymatic hydrolysis time for preparing lysophospholipid on the interaction between soybean protein isolate (SPI) and lysophospholipid (LP) and the emulsifying properties of an SPI-LP composite emulsion system. Fluorescence quenching, binding sites and constant and interaction forces between SPI and LP were investigated based on the Stern-Volmer and Van’t Hoff equations by fluorescence spectroscopy. Furthermore, the emulsifying activity and stability were determined, and the microstructural change of emulsion was observed. The results showed that as the hydrolysis time by phospholipase A1was prolonged, the interaction between SPI and LP first increased and then decreased, and so did the emulsifying properties, which suggested that the interaction had some effects on the emulsifying properties. Among five hydrolysis times tested, 4 h hydrolysis demonstrated the strongest interaction between SPI and LP and the best emulsifying properties indicating that lysophospholipid produced by moderate hydrolysis showed improved interaction with SPI to form a stable interfacial film at the water-oil interface for stable composite emulsion.

soybean protein isolate; lysophospholipid; interaction; emulsifying property

10.7506/spkx1002-6630-201713002

TS214. 2

A

1002-6630（2017）13-0007-07

李秋慧, 齊寶坤, 王海晴, 等. 酶解時間對大豆蛋白-溶血磷脂相互作用及乳化特性的影響[J]. 食品科學, 2017, 38(13): 7-13. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713002. http://www.spkx.net.cn

LI Qiuhui, QI Baokun, WANG Haiqing, et al. Effect of enzymatic hydrolysis time on emulsifying properties and interaction of soybean protein isolate-lysophospholipid emulsion[J]. Food Science, 2017, 38(13): 7-13. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713002. http://www.spkx.net.cn

2016-05-27

國家自然科學基金面上項目（31601475；31571876）；黑龍江省自然科學基金項目（ZD201302）；國家高技術研究發展計劃（863計劃）項目（2013AA102104）；黑龍江省普通本科高等學校青年創新人才培養計劃項目（UNPYSCT-2015011）

李秋慧（1991—），女，碩士研究生，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。E-mail：cherish_lqh620@163.com

*通信作者：隋曉楠（1987—），男，副教授，博士，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。E-mail：xiaonan.sui@u.nus.edu