超聲處理對(duì)谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)的大豆分離蛋白凝膠凍融穩(wěn)定性的影響

劉競(jìng)男，張智慧，王 琳，王玉瑩，張安琪，王喜波*，徐 寧*

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150030）

大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）具有良好的凝膠性，經(jīng)常被添加到冷凍面、肉類制品中賦予產(chǎn)品良好的特性。冷凍食品經(jīng)歷凍融循環(huán)（freeze-thaw cycle，F(xiàn)TC）過程，形成的低密度冰晶在相變過程中體積膨脹，導(dǎo)致食品結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆變化，改變食物的質(zhì)地，產(chǎn)生收縮、析水、硬度增加等現(xiàn)象。凍融穩(wěn)定性是許多凝膠食品在食用前需要保持的重要特性。王培森等[1]研究可得然膠對(duì)肌球蛋白凍融穩(wěn)定性影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，可得然膠的添加能夠降低凍融時(shí)凝膠持水性和凝膠強(qiáng)度的變化程度。陳振家等[2]研究不同熱處理SPI熱誘導(dǎo)凝膠在凍藏時(shí)期凝膠特性變化，發(fā)現(xiàn)熱處理會(huì)加速其凝膠品質(zhì)凍藏劣變。

超聲波處理過程中產(chǎn)生大量的空化氣泡以及熱、機(jī)械和化學(xué)效應(yīng)。Madadlou等[3]研究高強(qiáng)度超聲處理酪蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)，超聲處理能夠改變酸誘導(dǎo)酪蛋白凝膠形成的pH值，彈性也顯著增加，且具有良好微觀結(jié)構(gòu)。Zisu等[4]研究發(fā)現(xiàn)超聲增加了乳清蛋白熱誘導(dǎo)凝膠強(qiáng)度，超聲處理和熱凝結(jié)乳制品的凝膠強(qiáng)度和持水性得到顯著改善。Zhang Peipei等[5]研究經(jīng)超聲處理的肌纖維蛋白形成凝膠時(shí)，發(fā)現(xiàn)超聲處理會(huì)增加凝膠的保水性。Cui Qiang等[6]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理大豆-乳清混合蛋白，其凝膠性得到改善。

目前，國(guó)內(nèi)外研究主要通過蛋白改性來提高乳液凍融穩(wěn)定性，但對(duì)提高蛋白凝膠凍融穩(wěn)定性的相關(guān)報(bào)道較少。而采用超聲與谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶（glutamine transaminase，TG）復(fù)合改性技術(shù)提高改性產(chǎn)物凍融穩(wěn)定性的研究更鮮見報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)以SPI為原料，采用超聲改性SPI，然后通過TG交聯(lián)形成凝膠，以粒徑、表面疏水性分析以及內(nèi)源性熒光光譜和傅里葉變換紅外光譜等方法探究超聲改性對(duì)SPI結(jié)構(gòu)影響，以凍融循環(huán)過程中TG誘導(dǎo)的SPI凝膠的持水性、質(zhì)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)及可溶性蛋白含量變化，研究超聲處理的TG誘導(dǎo)SPI凝膠凍融穩(wěn)定性，為冷凍食品專用SPI的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

脫脂豆粕 山東禹王實(shí)業(yè)有限公司；TG 一鳴生物制品有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

超聲波細(xì)胞破碎儀 寧波新芝生物科技股份有限公司；BCD-206L3CT型冰箱 合肥美菱股份有限公司；粒度分布儀 美國(guó)布魯克海文儀器公司；F-4500熒光分光光度計(jì) 日本日立公司；FTIR-8400S型傅里葉變換紅外光譜儀 日本島津公司；TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀 英國(guó)SMS公司；掃描電子顯微鏡 日立高新技術(shù)公司；LD4-2A型低速臺(tái)式離心機(jī) 北京京立離心機(jī)有限公司。

1.3 方法

1.3.1 SPI的制備

參照Zhang Zeyu等[7]方法。脫脂豆粕粉碎過篩，以質(zhì)量比1∶10溶于去離子水中，用2 mol/L NaOH溶液調(diào)pH值至8.5，室溫?cái)嚢? h。然后4 000 r/min離心20 min，取上清液，用2 mol/L HCl溶液調(diào)pH值至4.5。4 000 r/min離心5 min，沉淀物即為SPI。水洗兩次后復(fù)溶，用2 mol/L NaOH溶液中和至pH 7.0。冷凍干燥后，獲得SPI粉末。

1.3.2 超聲改性

將SPI溶于磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L、pH 7.0），SPI質(zhì)量濃度為40 mg/mL。加入疊氮鈉，4 ℃水合過夜。超聲處理參考Hu Hao等[8]的方法。將樣品液分裝至100 mL錐形瓶中，超聲波處理器的鈦探頭浸入樣品液中，距離瓶底約1 cm處，設(shè)置超聲功率為360 W，以超聲時(shí)間分別為0、10、20、30、40 min處理樣品，備用。

1.3.3 粒徑分布測(cè)定

用磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L、pH 7.0）稀釋樣品液至蛋白質(zhì)量濃度為1 mg/mL，顆粒折射率和分散劑折射率分別為1.460和1.330。

1.3.4 表面疏水性測(cè)定

用磷酸鹽緩沖溶液（0.01 mol/L、pH 7.0）稀釋成蛋白質(zhì)量濃度分別為0.02、0.01、0.005、0.002 5 mg/mL的樣品，8 mL樣品中加入20 μL的8-苯氨基-1-萘磺酸（8 mmol/L，溶于0.01 mol/L的磷酸緩沖液，pH 7.0）熒光探針，混勻后，25 ℃避光15 min后測(cè)定熒光強(qiáng)度。設(shè)置激發(fā)和發(fā)射波長(zhǎng)分別為390 nm和470 nm，狹縫5 nm[9]。測(cè)定熒光強(qiáng)度，對(duì)蛋白溶液質(zhì)量濃度作圖（y＝0.135 1x＋0.039 5，R2＝0.999 1），線性良好，回歸線斜率為蛋白質(zhì)表面疏水性。

1.3.5 內(nèi)源熒光光譜測(cè)定

將樣品液用磷酸鹽緩沖溶液（0.01 mol/L、pH 7.0）稀釋至蛋白質(zhì)量濃度為5 mg/mL，于激發(fā)波長(zhǎng)347 nm、發(fā)射波長(zhǎng)范圍375～550 nm掃描[10]。樣品液稀釋至質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL，于激發(fā)波長(zhǎng)290 nm、發(fā)射波長(zhǎng)范圍300～400 nm掃描。狹縫5.0 nm，掃描速率240 nm/min。

1.3.6 傅里葉變換紅外光譜分析

將改性處理后的樣品冷凍干燥，與KBr粉末混合研磨，將混合粉末壓制成薄片，使用FTIR-8400型FTIR儀進(jìn)行全波段掃描，設(shè)置分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)32 次，測(cè)量范圍為4 000～400 cm-1[11]。

1.3.7 凝膠制備

將改性處理的樣品配制成蛋白質(zhì)量濃度為100 mg/mL的溶液，加入TG（TG和SPI質(zhì)量比為3∶100）溶解，調(diào)pH值至7.0。將樣品液分裝至燒杯中，45 ℃水浴2 h后，90 ℃加熱滅酶10 min。將制得的凝膠4 ℃下冷藏過夜。

1.3.8 凍融循環(huán)

將凝膠樣品置于-20 ℃冷凍儲(chǔ)存22 h后，25 ℃解凍2 h，隨機(jī)選取出一批樣品進(jìn)行后續(xù)測(cè)定。如此為一次凍融循環(huán)（1 FTC），凍融循環(huán)共5 次。

1.3.9 持水性測(cè)定

參考Zhang Sha等[12]的方法，略加改動(dòng)。 取一定凝膠置于離心管，記錄凝膠質(zhì)量m，離心管和凝膠總質(zhì)量m1，4 000 r/min離心10 min后，小心除去離心管內(nèi)水分，測(cè)離心管及凝膠質(zhì)量m2。持水性按下式計(jì)算。

式中：m為凝膠質(zhì)量/g；m1為離心管和凝膠離心前總質(zhì)量/g；m2為離心管和凝膠離心后總質(zhì)量/g。

1.3.10 質(zhì)構(gòu)特性測(cè)定

參考Jin等[13]的方法，略加改動(dòng)。測(cè)定時(shí)使用P/0.5柱形探頭為測(cè)定探頭，探頭下行速率為1 mm/s，檢測(cè)速率和后撤速率均為 5 mm/s，觸發(fā)力為5 g。

1.3.11 掃描電子顯微鏡觀察

參考Aguirre-Mandujano等[14]的方法，將凝膠切成（2 mm×5 mm）小塊，用體積分?jǐn)?shù)為2.5%戊二醛溶液（pH 6.8）固定，4 ℃保存。用體積分?jǐn)?shù)為50%、70%和90%的乙醇溶液分別脫水一次，無水乙醇脫水3 次，然后用混合液（無水乙醇與叔丁醇體積比1∶1）和純叔丁醇各置換1 次，每次置換15 min。冷凍干燥后進(jìn)行離子漸射鍍金，于掃描電子顯微鏡（5 kV）下觀察。

1.3.12 可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

參考Peng Xingyun等[15]的方法。將凝膠靜置至室溫，切取定量凝膠于磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L、pH 7.0）研磨破碎，定容后磁力攪拌0.5 h，10 000 r/min離心30 min。取上清液，考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定其可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次取平均值，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析（單因素方差分析，P＜0.05表示差異顯著），使用Origin 8.6軟件作圖，通過Peakfit 4.12軟件計(jì)算蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)。所有結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 粒徑分析結(jié)果

圖1 超聲時(shí)間對(duì)SPI蛋白溶液粒徑的影響Fig. 1 Particle size distribution of ultrasonic-treated SPI solutions

超聲處理后SPI粒度分布和粒徑大小如圖1所示，SPI樣品雙峰分布顯著，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，SPI粒徑分布向更小且峰更窄的趨勢(shì)發(fā)展，平均粒徑隨超聲時(shí)間延長(zhǎng)而降低。由圖1B可知，與SPI相比，超聲處理SPI溶液中蛋白質(zhì)平均粒徑顯著降低，從489.2 nm降低至130.9 nm。王喜波等[16]研究超聲處理SPI和乳清蛋白混合物時(shí)得到相似結(jié)論。其原因可能是超聲處理產(chǎn)生的空化效應(yīng)等，減弱了蛋白分子間的相互作用，減少蛋白聚集。

2.2 超聲時(shí)間對(duì)SPI表面疏水性的影響

圖2 超聲時(shí)間對(duì)SPI表面疏水性的影響Fig. 2 Effect of ultrasonication time on surface hydrophobicity of SPI

不同超聲時(shí)間處理后SPI的表面疏水性變化如圖2所示，未處理的SPI表面疏水性較低，經(jīng)超聲處理后，SPI的表面疏水性顯著提高。Jiang Lianzhou等[17]研究高強(qiáng)度超聲波處理對(duì)牛血清白蛋白功能和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響時(shí)也得到類似結(jié)論。在一定超聲時(shí)間范圍內(nèi)，SPI表面疏水性隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)而增加，由5 013.9升至6 642.9。Hu Hao[18]和Sun Yanjun[19]等研究乳濃縮蛋白和SPI時(shí)也發(fā)現(xiàn)相似結(jié)果。這些結(jié)果表明超聲處理改變蛋白三級(jí)結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)分子發(fā)生去折疊和展開[3]，蛋白分子變性，蛋白內(nèi)部的疏水基團(tuán)因超聲處理而暴露[10]，蛋白質(zhì)表面疏水性增強(qiáng)。

2.3 內(nèi)源熒光光譜分析結(jié)果

圖3 不同蛋白樣品的內(nèi)源熒光光譜Fig. 3 Fluorescence spectra of SPI ultrasonicated for different durations

在280 nm波長(zhǎng)處，蛋白質(zhì)的色氨酸和酪氨酸殘基都將被激活，因此可以從熒光的波動(dòng)確定蛋白質(zhì)的三級(jí)結(jié)構(gòu)的變化[20]。由圖3可知，隨著超聲時(shí)間延長(zhǎng)，SPI內(nèi)源熒光強(qiáng)度降低，超聲40 min時(shí)熒光強(qiáng)度最低。其原因可能是超聲處理破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，疏水性氨基酸殘基暴露，更多的生色團(tuán)在溶劑中暴露，降低熒光強(qiáng)度。超聲波處理后，SPI內(nèi)源熒光的最大熒光強(qiáng)度λmax并未發(fā)生顯著變化，表明色氨酸殘基所在的微環(huán)境的極性沒有變化[21]。Zhang Qiuting等[22]也得到相似的研究結(jié)果。

2.4 傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果

圖4 不同蛋白樣品的傅里葉變換紅外光譜圖Fig. 4 FTIR spectra of SPI ultrasonicated for different durations

圖4 是SPI在4 000～400 cm-1范圍內(nèi)的傅里葉變換紅外光譜圖，利用PeakFit 4.12軟件進(jìn)行處理，通過去卷積計(jì)算可以得到蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)含量變化。酰胺I帶中波長(zhǎng)范圍1 648～1 664 cm-1為α-螺旋結(jié)構(gòu)，1 615～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1為β-折疊結(jié)構(gòu)，1 664～1 681 cm-1和1 637～1 648 cm-1分別為β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)[23]。從表1可以看出，超聲SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)較未處理發(fā)生變化，其α-螺旋結(jié)構(gòu)相對(duì)含量減少，β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量增加，表明蛋白結(jié)構(gòu)由有序向無序趨勢(shì)發(fā)展。這可能是超聲的空化效應(yīng)破壞了剛性蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，增加蛋白質(zhì)分子柔性[24]。β-折疊相對(duì)含量能夠反映蛋白質(zhì)疏水作用力，β-折疊相對(duì)含量降低表明蛋白表面疏水基團(tuán)暴露，疏水性增強(qiáng)[25]，蛋白質(zhì)在疏水作用力下聚集體被破壞。這與表面疏水性結(jié)果互相印證。

表1 不同蛋白樣品二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量Table 1 Secondary structure composition of SPI ultrasonicated for different durations%

2.5 超聲時(shí)間對(duì)凝膠持水性的影響

圖5 超聲時(shí)間對(duì)凝膠持水性的影響Fig. 5 Effect of ultrasonication time on water-holding capacity of the gel

凝膠的持水性是凝膠品質(zhì)評(píng)價(jià)重要指標(biāo)之一，蛋白質(zhì)凝膠的持水性取決于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)合水的能力[26]。如圖5所示，超聲SPI凝膠的持水性顯著高于SPI樣品，且隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，凍融循環(huán)0 次時(shí)，超聲處理40 min，其凝膠的持水性最高為90.05%，較未超聲處理凝膠增加了15.93%。超聲處理改變蛋白結(jié)構(gòu)，疏水基團(tuán)暴露出來，TG交聯(lián)形成二硫鍵，形成更加緊密且規(guī)則的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高其凝膠性，凝膠持水性與蛋白質(zhì)粒徑和溶解度有關(guān)，提高溶解度和降低粒徑都會(huì)提高凝膠持水性[27]。隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白粒徑降低和溶解度增加，都促使TG交聯(lián)形成緊密、均一的凝膠結(jié)構(gòu)，促進(jìn)水在凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中聚集，增加凝膠持水性。Han Minyi等[28]發(fā)現(xiàn)凝膠持水性增加，其凝膠硬度和彈性等凝膠性也會(huì)增加，這也與本實(shí)驗(yàn)的凝膠硬度和彈性結(jié)果一致。

相同超聲時(shí)間下，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，凝膠的持水性隨之降低。肖旭華[29]研究肌球蛋白凝膠凍融特性時(shí)，也得到相似結(jié)論。低溫導(dǎo)致游離水和結(jié)合水凍結(jié)，形成低密度冰晶，反復(fù)凍結(jié)和解凍降低了晶體的總數(shù)，平均晶體尺寸增加，導(dǎo)致凝膠內(nèi)部孔徑隨之增加，增大了水分在凝膠中流動(dòng)空間[30]，從而造成持水性的降低。SPI凝膠持水下降程度最大，降低了49.23%。超聲40 min時(shí)，超聲SPI凝膠凍融循環(huán)5 次時(shí)持水性較凍融循環(huán)0 次時(shí)降低了38.59%，由此可見超聲處理SPI能提高凝膠的凍融穩(wěn)定性。這可能與超聲處理改變蛋白的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，超聲產(chǎn)生的空穴現(xiàn)象降低SPI粒徑，有助于蛋白發(fā)生水合，提高蛋白-水分子間相互作用，增強(qiáng)對(duì)水分子的束縛作用，有助于形成更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[30]。此外，研究表明，TG通過催化肽結(jié)合的谷氨酰胺殘基與賴氨酸殘基的ε-氨基發(fā)生?；D(zhuǎn)移，形成更強(qiáng)的ε-賴氨酸異肽鍵作用力，減小冰晶對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)的破壞[31]，從而提高凍融過程中的持水性。

2.6 超聲時(shí)間對(duì)凝膠微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖6 不同樣品凝膠凍融前后的掃描電子顯微鏡圖Fig. 6 Scanning electron microscope images of native and ultrasonictreated gel samples with different freeze-thaw cycles

掃描電子顯微鏡可以更加直觀地觀察不同超聲處理?xiàng)l件下TG誘導(dǎo)SPI凝膠在凍融循環(huán)過程中微觀結(jié)構(gòu)的三維網(wǎng)絡(luò)。圖6顯示了超聲處理前后SPI凝膠凍融循環(huán)0 次和5 次在100 倍和5 000 倍放大倍數(shù)下凝膠的微觀結(jié)構(gòu)圖。從圖6中可見，凍融循環(huán)0 次時(shí)，未超聲的樣品形成了表面粗糙、松散、孔洞較大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超聲后SPI凝膠組織形成了表面光滑、緊湊、均勻的孔隙小的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生可能是由于超聲的空化現(xiàn)象顯著降低蛋白粒徑，增加了暴露于蛋白表面的活性基團(tuán)，促進(jìn)TG交聯(lián)反應(yīng)形成更加均勻致密的凝膠結(jié)構(gòu)[32]。

凍融循環(huán)5 次后，凝膠的微觀結(jié)構(gòu)存在顯著變化，呈明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。Charoenrein等[33]觀察凍融過程中淀粉凝膠微觀結(jié)構(gòu)變化，也發(fā)現(xiàn)凍融后淀粉凝膠網(wǎng)絡(luò)變成海綿狀結(jié)構(gòu)。冷凍形成冰晶使凝膠整體平均孔徑變大，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成具有冰晶嵌入的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[33]。溫度的升高引起冰晶融化，凝膠和水發(fā)生相分離，形成析水孔道，引起脫水縮和[34]，導(dǎo)致凝膠呈現(xiàn)蜂窩狀結(jié)構(gòu)。這也解釋了凝膠持水性隨凍融次數(shù)增加而降低這一變化趨勢(shì)。SPI凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較不規(guī)則，體現(xiàn)了較差的凍融穩(wěn)定性。超聲SPI凝膠表面光滑平整，基質(zhì)緊密。凍融循環(huán)引起的脫水縮合作用破壞了凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也會(huì)造成凝膠體系蛋白質(zhì)的濃縮，在高放大倍數(shù)（×5 000）觀察到凝膠纖維狀結(jié)構(gòu)。超聲作用減小SPI粒徑，有助于形成更加緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超聲的機(jī)械效應(yīng)引起蛋白分子結(jié)構(gòu)展開，促使形成鍵能更強(qiáng)的ε-賴氨酸異肽鍵，減弱凍結(jié)形成的冰晶對(duì)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞作用，從而降低凍融過程對(duì)凝膠的破壞作用。

2.7 超聲時(shí)間對(duì)凝膠質(zhì)構(gòu)的影響

圖7 超聲時(shí)間對(duì)凝膠質(zhì)構(gòu)的影響Fig. 7 Effect of ultrasonication time on texture of the gel

凝膠硬度和彈性受凝膠網(wǎng)絡(luò)形成的影響。如圖7所示，在超聲處理?xiàng)l件下，SPI凝膠的硬度和彈性均隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。超聲40 min時(shí)，凝膠硬度和彈性達(dá)到最大，凍融循環(huán)0 次，其凝膠硬度和彈性分別為522.94 g和0.96 mm，分別是SPI的1.78 倍和1.14 倍，表明超聲處理能改善TG誘導(dǎo)SPI凝膠的硬度和彈性。超聲產(chǎn)生的空穴作用和微束流作用可以促進(jìn)疏水基團(tuán)的暴露，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)變性，更多的疏水基團(tuán)暴露，蛋白分子間的交聯(lián)度提高，所形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)更加精細(xì)，促使凝膠硬度和彈性增加。Zhao等[35]也得到相似結(jié)論。

隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，所有樣品凝膠的硬度和彈性也隨之增加。Fuchigami等[36]研究高壓冷凍豆腐發(fā)現(xiàn)豆腐在冷凍后硬度和彈性都會(huì)增加。冷凍使水分形成冰晶，引起蛋白濃縮的同時(shí)也會(huì)破壞凝膠結(jié)構(gòu)，形成蜂窩狀空洞型結(jié)構(gòu)，而且蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用取代蛋白質(zhì)-水作用，從而增大凝膠硬度和彈性[34]。凍融循環(huán)5 次后，SPI凝膠硬度和彈性較凍融循環(huán)0 次時(shí)分別增加了1 186.23 g和0.36 mm，超聲40 min的凝膠樣品經(jīng)凍融循環(huán)5 次其凝膠硬度和彈性較凍融循環(huán)0 次時(shí)分別增加了510.23 g和0.07 mm，超聲的SPI凝膠的硬度和彈性在凍融過程中變化程度小于SPI凝膠。說明超聲處理能夠減緩凍融過程中SPI凝膠劣變程度。

2.8 超聲時(shí)間對(duì)凝膠可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

圖8 超聲時(shí)間對(duì)凝膠可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響Fig. 8 Effect of ultrasonication time on soluble protein content of the gel

從圖8可以看出，凍融循環(huán)0 次時(shí)，SPI凝膠的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為14.14%，超聲處理后，凝膠的可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低（P＜0.05），且隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，超聲處理40 min時(shí)，凝膠可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最低，為13.56%。超聲處理導(dǎo)致蛋白質(zhì)的展開、肽鍵的破壞和親水氨基酸殘基在蛋白質(zhì)內(nèi)部的暴露，增加蛋白溶解度[37]，有利于形成更加均勻致密的網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成需要大量蛋白參與，因此可溶性蛋白含量降低。

凍融循環(huán)5 次后，SPI可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)較凍融循環(huán)0 次顯著降低（P＜0.05），減少了7.23%。冷凍引起蛋白變性，發(fā)生聚集和肽鏈展開，導(dǎo)致凝膠結(jié)構(gòu)進(jìn)一步重排，可溶蛋白通過蛋白間相互作用結(jié)合到原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得粗糙，從而引起凝膠在凍藏過程中品質(zhì)的劣變[2]。超聲時(shí)間為40 min時(shí)，凝膠可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最低，為9.91%，較凍融循環(huán)0 次減少了3.65%，表明超聲處理能改善TG誘導(dǎo)的SPI凝膠凍融穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，凝膠的持水性和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)都呈下降趨勢(shì)，硬度隨之而增加。掃描電子顯微鏡觀察凝膠微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，凍融循環(huán)5 次后的凝膠孔洞大，蛋白基質(zhì)松散，呈明顯的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。說明凍融導(dǎo)致凝膠劣變，凍融穩(wěn)定性降低。

通過粒徑、表面疏水性、內(nèi)源熒光光譜分析和傅里葉變換紅外光譜分析證明了超聲處理導(dǎo)致SPI分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。超聲處理能夠提高SPI凝膠的持水性、硬度和彈性，且凝膠微觀結(jié)構(gòu)更加均勻致密。凍融循環(huán)過程中，超聲SPI凝膠持水性、硬度、彈性和可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化幅度明顯小于SPI凝膠，表明超聲處理能夠提高凝膠凍融穩(wěn)定性。

杜昱蒙等[38]研究濕熱法制備SPI-葡萄糖糖基化產(chǎn)物熱致凝膠的抗凍性，發(fā)現(xiàn)當(dāng)葡萄糖與SPI質(zhì)量比為1∶2、蛋白含量為40 mg/g、反應(yīng)時(shí)間1.5 h時(shí)進(jìn)行糖基化反應(yīng)，其凝膠抗凍性最好。與其相比，本實(shí)驗(yàn)不需要添加糖，縮短了改性時(shí)間，提高效率、節(jié)省能源、降低成本。