小粒黑大豆蛋白質功能特性研究

江 帆 郭 穎 王 華 梁雞保 杜雙奎

(西北農林科技大學食品科學與工程學院1，楊凌 712100)(渭南市食品執法監察支隊2，渭南 714000)(神木市農業技術推廣中心3，神木 719300)

大豆根據其籽粒百粒重大小可分為特小粒(<10 g)、小粒(10～15 g)、中粒(15～20 g以下)、大粒(20～25 g)和特大粒(>25 g)；根據籽粒種皮顏色可分為黃色、黑色、青色、褐色以及雙色豆[1-2]。黑大豆為豆科植物大豆(GlycinemaxL.Merr.)的黑色種子，栽培源于我國，種質資源多樣且數量大，目前我國現保存的黑大豆資源有2 980份，占全國大豆品種資源的13.2%[3]。黑大豆蛋白質量分數高達36%～40%，富含18種氨基酸，其氨基酸構成比例與FAO/WHO頒布的模式值基本接近，必需氨基酸種類齊全，比例合適且數量充足，是一種完全蛋白質，特別是黑大豆中的丙氨酸、精氨酸等必需氨基酸占氨基酸總量的40%以上，其組成與動物蛋白類似[4]。目前研究主要集中在大粒黑大豆營養成分分析[5]、蛋白質提取[6]和蛋白質結構[7-8]等方面，關于小粒黑大豆蛋白質的功能特性研究較少。

黃土高原地區，屬于我國的旱作農業區，長期氣候干旱，水土流失嚴重，土地貧瘠。小粒黑大豆以其較強的抗逆性和適應性，尤其是極強的適應惡劣環境的能力，使其成為了黃土高原地區主要的食用大豆資源。小粒黑大豆含有有益于人體健康的生理功能成分而受到消費者和研究者關注[9-10]。但目前其產品多以傳統的豆腐制品、豆芽等為主，新興制品研發不足，蛋白質功能特性的差異尚不清楚，影響了這一寶貴資源的開發利用。本實驗以黃土高原小粒黑大豆為實驗材料，以小粒黃大豆為對照，采用堿溶酸沉法提取蛋白質，研究不同小粒黑大豆蛋白的溶解性、吸水性和吸油性，對不同蛋白濃度條件下蛋白乳化能力和乳化穩定性、起泡能力和泡沫穩定性分析，并對小粒黑大豆蛋白的凝膠特性進行探討，以期為小粒黑大豆、蛋白的應用提供基礎數據和參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小粒黑大豆、小粒黃大豆均收集于黃土高原地區，種植于陜西神木市農技推廣中心實驗田。4個小粒黃大豆分別為定邊白黑豆、橫山狗牙豆、府谷小黃豆、神木雞腰白，8個小粒黑大豆分別為子洲小黑豆、鹽池黑豆、定邊小黑豆、靖邊王渠子黑豆、府谷小黑豆、神木連枷條、橫山老黑豆、偏關小黑豆。

1.2 方法

1.2.1 小粒黑大豆蛋白的提取

小粒黑大豆粉碎過60目篩，用石油醚脫脂后與蒸餾水以1∶20的比例混勻，調pH至8.0～9.0，40 ℃下恒溫振蕩2 h，間歇加堿液以維持pH值，隨后3 800 r/min離心20 min，沉淀物再按料液比為1 ∶10提取2次，混合3次上清液，調pH至4.5，靜置2 h，離心后棄上清液，水洗沉淀物2次，調pH為6.5～7.0，在4 ℃下透析48 h，凍干后于-20 ℃貯存備用。

1.2.2 蛋白質的功能特性測定

1.2.2.1 溶解性

參考Wu等[11]方法。稱取1.000 g蛋白樣品分散于50 mL去離子水中，磁力攪拌1 h，4 000 r/min離心20 min，取上清液5 mL，用微量凱氏定氮法測其蛋白含量。用氮溶解度指數(NSI)表示其溶解度。

1.2.2.2 吸水性

稱取0.2 g蛋白樣品與6 mL蒸餾水于已知質量的離心管中，振蕩1 min后靜置10 min，1 600 r/min離心25 min，倒去上清液，將沉淀物同離心管置于50 ℃干燥25 min后稱重[12]。

式中：m2為離心后總質量/g；m1為離心前樣品與離心管總質量/g；m為樣品質量/g。

1.2.2.3 吸油性

取0.5 g蛋白樣品與5.0 g大豆油于離心管中，每隔5 min攪拌30 s，30 min后于2 000 r/min離心25 min，吸出未被吸附的大豆油，計算蛋白吸油能力[12]。

1.2.3.4 乳化能力(EC)和乳化穩定性(ES)

乳化能力和乳化穩定性參考Timilsena等[13]方法測定。

取濃度為0.2%、0.3%、0.5%蛋白溶液24 mL與8 mL大豆油于離心管中，用高速分散器以10 000 r/min攪打2 min，用微量注射器迅速從底部吸取50 μL乳化液加入到5 mL0.1%的SDS溶液中，以0.1%的SDS溶液為對照，于500 nm處測定其吸光度(A)，乳化能力以吸光值(A)×100來表示。將測定乳化能力后的乳化液放置于80 ℃水浴中加熱30 min，冷卻至室溫，搖勻，按上述方法測定乳化能力(EC80)，計算乳化穩定性。

1.2.3.5 起泡能力(FC)和泡沫穩定性(FS)

室溫下取100 mL 2%、3%、5% 蛋白溶液于燒杯中，用高速分散器以10 000 r/min攪打2 min，測定其泡沫體積。記錄攪打后的體積V，隨后將攪打起泡的3%蛋白液樣品靜置20、40、60、90 min，記錄不同時間段的泡沫體積V1，計算起泡性(FC)和泡沫穩定性(FS)[14]。

1.2.3.6 凝膠特性

凝膠制備：配制質量分數為14%的蛋白樣品溶液于50 mL小燒杯中，用保鮮膜封口，置于80 ℃恒溫水浴鍋中保溫30 min，取出迅速冷卻，形成蛋白凝膠，在4 ℃過夜備用。

凝膠質構特性測定：采用TPA模式測定，P/10探頭，測前速度2.0 mm/s，測試速度0.8 mm/s，測后速度0.8 mm/s，穿刺距離2.0 mm，觸發應力1 g[15]。

2 結果與分析

2.1 溶解性、吸水性和吸油性

蛋白質的溶解性影響其乳化性、起泡性和凝膠特性等功能特性。由表1可以看出，不同小粒大豆蛋白質的溶解性有顯著差異，小粒黑大豆的氮溶解指數(51.72%～62.07%)顯著低于小粒黃大豆(62.19%～63.60%)。不同品種間小粒黑大豆蛋白質的溶解性有顯著差異，這可能由于蛋白質的表面疏水性與蛋白分子的空間構象及疏水殘基的暴露有關[16]。

蛋白質的吸水性與吸油性在食品加工及食品品質方面有著至關重要的作用[17]。由表1可知，不同小粒黑大豆蛋白質的吸水性和吸油性差異顯著，小粒黑大豆蛋白質吸水性在2.29～2.95 g/g之間，其中鹽池黑豆、定邊小黑豆和靖邊王渠子黑豆的蛋白質吸水性顯著高于小粒黃大豆蛋白質(2.58～2.81 g/g)。小粒黑大豆蛋白質吸油性在1.52～1.70 g/g之間，顯著低于小粒黃大豆蛋白質(1.72～2.00 g/g)。定邊白黑豆和橫山狗牙豆的蛋白質吸油性較高，府谷小黑豆和神木連枷條的蛋白質吸油性較低，這可能與小粒黑大豆蛋白質含有較多親水部分，如極性或帶電荷的側鏈，從而有較高的親水性、較低的親脂性有關[18]。

表1 小粒大豆蛋白質的溶解性、吸水性和吸油性

2.2 乳化能力和乳化穩定性

小粒黑大豆蛋白質的乳化能力隨著蛋白質濃度的不同而不同(表2)。蛋白質質量分數為0.2%～0.5%時，乳化能力在54.40%～88.60%之間變化。當蛋白質質量分數為0.3%時，小粒黑大豆蛋白質有較高的乳化能力，其中子洲小黑豆的乳化能力最高；橫山老黑豆和偏關小黑豆的乳化能力最低，且顯著低于小粒黃大豆。劉潤玉等[19]發現小粒黑豆分離蛋白的乳化性和乳化穩定性均優于黃豆分離蛋白，這與本研究結果基本一致。當蛋白質濃度增加到一定程度時，部分蛋白質分子間彼此靠在一起，形成膠束，膠束有利于提高蛋白的乳化性。當乳液達到臨界膠束濃度后，油水界面乳化劑的量不隨濃度增大而增多，故蛋白的乳化能力不再提高，乳化活性趨于穩定[20]。由表3可以看出，不同蛋白濃度時，小粒黑大豆蛋白質的乳化穩定性不同；同一蛋白質濃度下，不同品種小粒大豆蛋白質的乳化穩定性亦有顯著差異，這可能與蛋白質種類、氨基酸組成及親脂性蛋白數量有關。小粒黑大豆蛋白質的乳化穩定性隨著蛋白濃度的增大而降低，與小粒黃大豆乳化穩定性的變化趨勢相同，這可能是由于隨著蛋白質濃度的不斷增加，多余蛋白分子聚集在一起，因而降低了蛋白質的乳化穩定性[21]。

表2 蛋白質濃度對乳化能力的影響/%

表3 蛋白質濃度對乳化穩定性的影響/%

2.3 起泡能力和泡沫穩定性

蛋白質起泡能力隨蛋白濃度的不同而不同(表4)。神木雞腰白、子洲小黑豆和鹽池黑豆蛋白質量分數為2%時，起泡能力最大；定邊白黑豆和府谷小黑豆蛋白質質量分數為3%時的起泡能力最大；其余小粒黑大豆蛋白質的起泡能力隨濃度的增大而增大，在5%時起泡能力最大。同一蛋白質濃度下，不同小粒大豆蛋白質的起泡能力差異顯著，質量分數為2%時，神木雞腰白的起泡能力最大，為91.40%；質量分數為3%時，定邊白黑豆的起泡能力最大，為95.80%，靖邊王渠子黑豆的起泡能力最小，為78.79%；質量分數為5%時，橫山老黑豆的起泡能力最大，為92.7%，府谷小黑豆的起泡能力最小，為75.70%。蛋白質的起泡能力與蛋白內在結構和聚集狀態有關，同時還受外在因素如離子強度、溫度和pH等影響[22]。

表4 蛋白質濃度對起泡能力的影響/%

由圖1可知，隨著靜置時間的延長，質量分數為3%的蛋白泡沫穩定性不斷降低。在20 min內，定邊白黑豆、府谷小黑豆和靖邊王渠子黑豆蛋白的泡沫穩定性降低較快，橫山狗牙豆蛋白質的泡沫穩定性降低最慢，在靜置1 h后，除定邊白黑豆、府谷小黑豆、靖邊王渠子黑豆和定邊小黑豆外，其余大豆蛋白質的泡沫穩定性均大于80%。靜置2 h后，橫山狗牙豆蛋白泡沫穩定性大于85%，具有較好的泡沫穩定性，而其余小粒大豆蛋白質的泡沫穩定性均低于80%。劉潤玉等[19]研究表明小黑豆蛋白的起泡性和泡沫穩定性差于黃豆蛋白，這與本研究結果一致。

圖1 靜置20、40、60、120 min后小粒大豆蛋白質(3%)的泡沫穩定性

2.4 凝膠特性

不同小粒黑大豆蛋白質的凝膠強度和黏附性有顯著差異(表5)。小粒黑大豆的蛋白質凝膠強度為154.59～203.66 g，定邊小黑豆的凝膠強度最大，偏關小黑豆的最小；除子洲小黑豆、橫山老黑豆和偏關小黑豆外，其余小粒黑大豆蛋白的凝膠強度均顯著高于小粒黃大豆。小粒黃大豆中的橫山狗牙豆的蛋白黏附性較高，為8.45 g·s；小粒黑大豆中的定邊小黑豆和神木連枷條的蛋白黏附性較大，分別為9.50 g·s和9.39 g·s。李靜靜等[23]分析了30種不同大豆品種，發現不同品種的大豆分離蛋白的凝膠硬度、彈性明顯不同，硬度的變異系數高達57.89%。石彥國等[24]研究了13個不同大豆品種，發現不同品種大豆蛋白的凝膠特性差異顯著，其中硬度和彈性的變異系數分別為34.92%和10.48%。這可能與組成蛋白質的7S/11S的含量比例不同有關，蛋白質中11S球蛋白含量越高，蛋白的凝膠性能越好。7S由于巰基和二硫鍵含量較低，形成的凝膠沒有11S規則[25]。另外，蛋白質濃度、凝膠溫度、加熱時間、pH及離子強度等因素也會影響蛋白質的凝膠特性[26]。

表5 小粒黑大豆蛋白質凝膠強度和黏附性

3 結論

小粒黑大豆的氮溶解指數在51.72%～62.07%之間，顯著低于小粒黃大豆。小粒黑大豆蛋白間的吸水性和吸油性有顯著差異，鹽池黑豆、定邊小黑豆和靖邊王渠子黑豆的蛋白質吸水性顯著高于小粒黃大豆，吸油性顯著低于小粒黃大豆。同一蛋白質濃度時，小粒大豆蛋白質的乳化穩定性差異顯著，乳化穩定性隨著蛋白濃度的增大而降低。隨著靜置時間的延長，3%濃度的小粒黑大豆蛋白質的泡沫穩定性不斷降低。定邊小黑豆的凝膠強度最大，偏關小黑豆的最??；小粒黑大豆蛋白的凝膠強度顯著高于小粒黃大豆。不同小粒黑大豆蛋白質的溶解性、乳化性、起泡性和凝膠特性有差別，這可能與其蛋白質分子結構不同有關，有必要后續開展深層次研究。