微波加熱對大豆蛋白變性影響的研究

劉琳琳，孫宏霞，王嘉琪，婧，孫冰玉

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076）

微波加熱對大豆蛋白變性影響的研究

（哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江省普通高等學校食品科學與工程重點實驗室，黑龍江哈爾濱150076）

利用微波加熱的方法對大豆粉中蛋白質(zhì)的變性影響進行研究，以微波功率、微波時間和料液比為影響因素，以大豆蛋白質(zhì)的氮溶解度指數(shù)（NSI值）為評價指標。結(jié)果表明，微波功率對大豆粉蛋白質(zhì)變性有較大的影響，加熱時間的影響次之。大豆粉蛋白質(zhì)的熱變性程度，除與微波功率和微波時間有關外，還與水的存在與否密切相關。通過正交試驗，優(yōu)化得出微波加熱方法使大豆粉蛋白質(zhì)變性的最優(yōu)條件為微波功率900 W，微波時間20 s，料液比1∶2；經(jīng)驗證試驗得出，微波加熱處理后大豆粉中蛋白質(zhì)的NSI值降至21.87%，蛋白質(zhì)變性程度較高。

大豆蛋白變性；微波加熱；氮溶解指數(shù)

大豆蛋白是一種高品質(zhì)蛋白[1]，其資源豐富、營養(yǎng)價值高、消化吸收好[2]，因此在食品工業(yè)中得到廣泛應用。為了增強大豆蛋白的酶解反應，加速其酶解效率，這就需要對大豆蛋白進行變性處理。高溫可使蛋白質(zhì)發(fā)生變性，熱處理會使蛋白質(zhì)的二級、三級或四級結(jié)構發(fā)生損壞，使其氫鍵、二硫鍵及疏水鍵被打開，使其高度壓縮的結(jié)構松散開，變成無序而短小的肽鏈[3-5]。包藏在內(nèi)部的關鍵點，由于分子結(jié)構變得松散，從而顯露出來，進而大幅度增加了蛋白水解酶的作用點，顯著提高了酶解效率[6]。

微波加熱是利用介質(zhì)損耗原理，采用超高頻電場對樣品進行加熱處理[7]。由于微波加熱技術具有很多獨特的優(yōu)點，使其在食品工業(yè)中發(fā)揮了重要的作用[8]。試驗利用微波加熱的方法對濕大豆粉的變性進行研究，以微波功率、加熱時間和料液比為影響因素，以反應后的大豆蛋白質(zhì)氮溶解度指數(shù)（NSI值）為評價指標，確定微波加熱大豆粉蛋白質(zhì)變性的最優(yōu)條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆，食品級；鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硼酸試劑等，均為國產(chǎn)試劑分析純。

KDN-F型自動定氮儀，上海纖檢儀器有限公司產(chǎn)品；78-1型磁力攪拌器，上海南匯電訊器材廠產(chǎn)品；ZHWY-110X3D型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海智誠分析儀器有限公司產(chǎn)品；80-2型離心機，上海浦東物理光學儀器廠產(chǎn)品；ALC型電子天平，艾科勒電子天平公司產(chǎn)品；FW135型中草藥粉碎機，天津市泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗方法

1.2.1 工藝流程

大豆預處理→粉碎→過篩→加水攪拌→微波加熱→測水溶性氮。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量的測定

采用國標GB/T 5009.5—2010凱氏定氮法。

1.2.3 氮溶解指數(shù)的測定

蛋白質(zhì)的變性程度，可用其氮溶解指數(shù)（NSI）的高低來表示[9]。首先，稱取樣品5.00 g于磨口帶塞錐形瓶中，加水200 mL，振蕩搖晃使試樣混合均勻，在30℃溫度下振蕩2 h，取出后將其混合液轉(zhuǎn)移至250mL容量瓶中，用水定容至刻度，混勻后靜置2 min；然后，將上清液倒入離心管中，以轉(zhuǎn)速3 000 r/min離心10 min，再將其離心液用快速濾紙進行過濾，收集濾液于錐形瓶中；最后，采用凱氏定氮法測定濾液中可溶解氮含量。氮溶解指數(shù)的計算公式如下：

1.3 試驗方法

1.3.1 微波功率對蛋白質(zhì)變性影響的研究

稱取10 g大豆粉于50 mL燒杯中，按照料液比1∶2加入蒸餾水，分別在微波功率180，360，540，720，900 W條件下，微波加熱20 s后分別測定其氮溶解指數(shù)。

1.3.2 微波時間對蛋白質(zhì)變性影響的研究

稱取10 g大豆粉于50 mL燒杯中，按照料液比1∶2加入蒸餾水，分別在微波時間5，10，15，20，25 s條件下加熱，微波功率720 W，加熱后分別測定其氮溶解指數(shù)。

1.3.3 料液比對蛋白質(zhì)變性影響的研究

稱取10 g大豆粉于50 mL燒杯中，分別按照1∶0，1∶1，1∶2，1∶3，1∶4的料液比加入蒸餾水，微波加熱20 s，微波功率720 W，加熱后分別測定其氮溶解指數(shù)。

1.3.4 最優(yōu)蛋白質(zhì)變性條件的研究

在單因素的基礎上，以微波功率、微波時間和料液比3個因素設計L9（34）正交試驗，確定大豆粉蛋白質(zhì)變性的最優(yōu)條件。

正交試驗因素與水平設計見表1。

表1 正交試驗因素與水平設計

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 微波功率對蛋白質(zhì)變性的影響

微波功率對蛋白質(zhì)變性的影響見圖1。

圖1 微波功率對蛋白質(zhì)變性的影響

由圖1可知，在料液比和微波時間不變的條件下，隨著微波功率的增加，NSI逐漸降低。這是由于微波功率不斷提高會促進二硫鍵的形成，同時蛋白的球形結(jié)構被破壞變成線性結(jié)構，藏于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的大量疏水基團外露，又降低了NSI。當微波功率為900 W時，NSI達到最低值，即此時大豆粉蛋白質(zhì)變性效果較好。

2.1.2 微波時間對蛋白質(zhì)變性的影響

微波時間對蛋白質(zhì)變性的影響見圖2。

圖2 微波時間對蛋白質(zhì)變性的影響

由圖2可知，在微波功率和料液比不變的情況下，微波時間在0～20 s內(nèi)，隨著微波時間的延長，蛋白質(zhì)的高級結(jié)構發(fā)生變化，肽鏈變得松散，疏水基團大量暴露在蛋白質(zhì)肽鏈外部，致使NSI逐漸降低；20 s時NSI達到最低值；20 s之后，隨著微波時間的延長，未變性的蛋白質(zhì)越來越少，其溶解性趨于平穩(wěn)。當微波時間為20 s時，NSI達到最低值，即此時大豆粉變性效果較好。

2.1.3 料液比對蛋白質(zhì)變性的影響

料液比對蛋白質(zhì)變性的影響見圖3。

圖3 料液比對蛋白質(zhì)變性的影響

由圖3可知，在微波功率和微波時間不變的情況下，當大豆粉不添加水時，即使已經(jīng)達到了蛋白質(zhì)的變性溫度，NSI也幾乎不變。隨著料液比的增加，NSI顯著降低，這表明水是大豆粉蛋白質(zhì)變性的必要條件。在料液比達1∶2時，大豆粉蛋白質(zhì)變性效果趨向最低，繼續(xù)增加料液比，NSI變化不顯著，即此時大豆粉變性效果較好。

2.2 正交試驗

L9（34）正交試驗結(jié)果見表2。

表2 L9（34）正交試驗結(jié)果

由表2可知，因素主次順序為微波功率（A）＞微波時間（B）＞料液比（C），這說明利用微波加熱方法使大豆粉蛋白質(zhì)變性的過程中，微波功率是影響大豆粉蛋白NSI的最主要因素，微波時間次之，料液比的影響最小。最優(yōu)條件為A3B2C2，即微波功率900 W，微波時間20 s，料液比1∶2。在此條件下，大豆粉蛋白質(zhì)的NSI為21.87%。

3 結(jié)論

利用微波加熱方法使大豆粉蛋白質(zhì)變性的研究表明，微波功率對大豆蛋白質(zhì)變性有較大的影響，微波時間的影響次之。大豆粉蛋白質(zhì)的熱變性程度，除與微波功率和微波時間有關外，還與水的存在與否密切相關。通過正交試驗，優(yōu)化得出微波加熱方法使大豆粉蛋白質(zhì)變性的最優(yōu)條件為微波功率900 W，微波時間20 s，料液比1∶2；經(jīng)驗證試驗得出，微波加熱處理后大豆粉蛋白質(zhì)的NSI為21.87%。

[1]楊光勝，陳復生，張麗芬，等.大豆蛋白改性技術研究進展[J].糧油與油脂，2013，23（16）：1-3.

[2]Tian Shaojun，Chen Jie，Small D M.Enhancement of solubility and emulsifying properties of soy protein isolates by glucose conjugation[J].Journal of Food Processing and Preservation，2011（5）：80-95.

[3]Chen L，Chen J，Ren J，et al.Modifications of soy protein isolates using combined extrusion pre-treatment and controlled enzymatic hydrolysis for improved emulsifying properties[J].Food Hydrocolloids，2011，25（5）：887-897.

[4]莫重文，馬宇翔，楊國龍.蛋白質(zhì)化學與工藝學[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007：95-96.

[5]孔祥珍，周惠明.食品蛋白質(zhì)改性研究[J].糧食與油脂，2004（2）：22-24.

[6]李叔國，陳輝，莊玉婷，等.大豆蛋白改性修飾技術研究[J].糧食與油脂，2000（1）：26-28.

[7]袁泉.微波技術在食品當中的應用[J].食品研究與開發(fā)，1996，17（4）：34.

[8]李莉，田建文，關海寧.微波加熱技術在食品貯藏中的應用與發(fā)展[J].保鮮與加工，2006，6（3）：13-15.

[9]石彥國．大豆制品工藝學[M]．第2版.北京：中國輕工業(yè)出版社，2009：102-110.◇

The Effect of Microwave Heating on Soybean Protein Modification

LIU Linlin，SUN Hongxia，WANG Jiaqi，TU Jing，*SUN Bingyu
（Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

The effect of microwave heating on protein modification in the soybean powder is studied.With power of microwave，working time and ratio of solid-to-liquid as influence factor and nitrogen solubility index（NSI）of soybean protein as evaluation indexes.The results show that microwave power had a large effect on soybean protein modification，while the heating time had the less.And the degree of protein modification in the soybean powder，in addition to the associated with the heating power and time，is also closely related to the existence of the water.The optimal condition is that the microwave power is 900 W，the heating time is 20 s，and the ratio of solid-to-liquid is 1∶2.The verification experiment shows that the NSI value of protein in the soybean powder after microwave heating fell to 21.87%，and the degree of protein modification is higher.

soybean protein modification；microwave heating；nitrogen soluble index

TS201.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.032

1671-9646（2017）08b-0010-03

2017-07-14

國家重點研發(fā)計劃資助（2016YFD0400402）。

劉琳琳（1986—），女，在讀博士，工程師，研究方向為大豆、谷物化學與加工機理。

*通訊作者：孫冰玉（1978—），女，博士，副教授，研究方向為大豆化學與加工技術。