擠出參數(shù)控制對(duì)大豆蛋白微觀構(gòu)象的影響

張浩嘉，朱秀清,*，孫 瑩*

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150028）

大豆蛋白因其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、低成本和健康益處一直處于植物蛋白應(yīng)用與研究前沿[1]。大豆拉絲蛋白是以未變性脫脂豆粕和大豆分離蛋白（soy protein isolate，SPI）為主要原料，經(jīng)雙螺桿擠壓技術(shù)生產(chǎn)的新型大豆蛋白，常被用作肉類的替代品[2-5]。

在擠壓過(guò)程中，各種復(fù)雜的加工操作會(huì)導(dǎo)致食品聚合物的結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變[6-7]。如大豆球蛋白，通常首先發(fā)生變性，然后通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的強(qiáng)相互作用發(fā)生聚集[8-9]，擠壓過(guò)程會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子從球狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€形結(jié)構(gòu)，提高天然大豆蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)中的β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)比例，同時(shí)明顯降低其表面疏水性，而二硫鍵、疏水作用和氫鍵是維持其線形結(jié)構(gòu)的主要作用力[10-11]。大豆蛋白在上述化學(xué)鍵的作用下形成了分子質(zhì)量較大的聚集體，其分子結(jié)構(gòu)的改變也影響了大豆拉絲蛋白的功能特性。

現(xiàn)有的研究工作探討了擠壓條件對(duì)大豆拉絲蛋白功能特性的影響和品質(zhì)改良[8,11-14]，但雙螺桿擠壓參數(shù)對(duì)組織化大豆蛋白分子構(gòu)象的影響鮮有研究系統(tǒng)闡釋。探究擠出參數(shù)對(duì)蛋白構(gòu)象的影響機(jī)理有助于理解SPI低水分?jǐn)D出產(chǎn)物性能的影響機(jī)理，可為調(diào)控大豆拉絲蛋白品質(zhì)提供理論依據(jù)。因此，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究擠壓機(jī)筒溫度、螺桿轉(zhuǎn)速和物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)大豆蛋白的溶解性、粒徑和二級(jí)結(jié)構(gòu)等的影響，以此探究大豆蛋白在擠壓過(guò)程中的構(gòu)象變化，以期闡明擠出物形成機(jī)理，為大豆拉絲蛋白品質(zhì)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷榨豆粕粉（蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)52.48%）由哈高科大豆食品有限責(zé)任公司提供；其余試劑均是分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

DSE-25同向旋轉(zhuǎn)嚙合型雙螺桿擠壓機(jī)（螺桿直徑25 mm、長(zhǎng)徑比25） 德國(guó)Brabender公司；傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)珀金埃爾默公司；Zetasizer nano激光粒度分析儀 英國(guó)馬爾文儀器公司；UV759S紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海市譜光儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 SPI的提取

參照文獻(xiàn)[1 2]并稍作修改，通過(guò)堿溶酸沉法從冷榨豆粕中提取SPI。冷榨豆粕經(jīng)正己烷（質(zhì)量體積比1∶20）浸泡振蕩12 h，干燥后溶解于pH 8.5 0.05 mol/L Tris-HCl緩沖液中，在45 ℃下恒溫水浴振蕩1.5 h后經(jīng)4 000 r/min離心20 min，取上清液，調(diào)至pH 4.5，靜置30 min后4 000 r/min離心20 min，獲得的沉淀即為SPI，將沉淀用適量去離子水溶解并調(diào)至pH 7，冷凍干燥備用。凱氏定氮法測(cè)得蛋白質(zhì)含量為910 g/kg。

1.3.2 擠壓實(shí)驗(yàn)及參數(shù)的設(shè)定

表1中用下劃線標(biāo)明各試驗(yàn)因素的固定水平，如在考察物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響時(shí)，機(jī)筒溫度固定為150 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速固定為130 r/min，以此類推。在擠壓前，通過(guò)添加蒸餾水將SPI的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別調(diào)整到對(duì)應(yīng)水平，將原料密封在聚乙烯袋中過(guò)夜（12 h）使其充分混合。擠出物在40 ℃電熱鼓風(fēng)干燥箱中烘干24 h后利用粉碎機(jī)粉碎，將其通過(guò)60 目篩網(wǎng)。

表1 單因素試驗(yàn)水平Table 1 Coded levels and corresponding actual levels of independent variables used for single factor experiments

1.3.3 蛋白質(zhì)溶解性測(cè)定

蛋白質(zhì)的溶解度測(cè)定參照GB 5009.5—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》。

1.3.4 蛋白質(zhì)游離巰基和二硫鍵含量測(cè)定

大豆蛋白的游離巰基含量和二硫鍵含量按照文獻(xiàn)[15]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.5 蛋白質(zhì)粒徑的測(cè)定

用馬爾文激光粒度儀測(cè)定大豆蛋白的粒徑分布，利用pH值為7.20±0.05磷酸鹽緩沖溶液將大豆蛋白樣品的質(zhì)量濃度調(diào)整為1.0 mg/mL，大豆蛋白樣品的折射率為1.471，磷酸鹽緩沖溶液折射率為1.330，每個(gè)取樣檢測(cè)3 次，取平均值。

1.3.6 蛋白質(zhì)Zeta-電位測(cè)定

參照文獻(xiàn)[16]的方法用馬爾文激光粒度儀測(cè)定SPI的Zeta-電位，參數(shù)設(shè)定：折光系數(shù)為1.330、介電常數(shù)為78.55、黏度為1.008 7 mPa?s。利用pH值為7.20±0.05的磷酸鹽緩沖溶液將大豆蛋白樣品的質(zhì)量濃度調(diào)整為1.0 mg/mL，測(cè)定相應(yīng)的Zeta-電位。每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次，取平均值作為Zeta-電位。

1.3.7 蛋白質(zhì)傅里葉變換紅外光譜測(cè)定

傅里葉變換紅外光譜是分析蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的主要方法之一。參照文獻(xiàn)[17]的方法作適當(dāng)修改，用傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行全波段掃描（4 000～400 cm－1），掃描次數(shù)為32，分辨率設(shè)定為4 cm－1，掃描背景光譜后進(jìn)行上樣，大豆蛋白樣品經(jīng)冷凍干燥后取少量直接置于水平傅里葉變換紅外光譜儀鍺晶體表面上，蓋住鍺晶體（直徑2 mm）即可，壓平，采集樣品紅外光譜譜圖，做3 次平行實(shí)驗(yàn)。采用PeakFit V4.12軟件分析紅外光譜數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3 次平行，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用單因素方差分析檢驗(yàn)各指標(biāo)的差異性統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；采用Origin 2021軟件繪制曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI氮溶解指數(shù)的影響

2.1.1 不同機(jī)筒溫度對(duì)SPI氮溶解指數(shù)的影響

隨著擠壓溫度升高，擠出物氮溶解指數(shù)（nitrogen solubility index，NSI）顯著降低，在170 ℃的擠壓溫度條件下，NSI下降至最低值（14.45%）（圖1A），表明擠壓處理會(huì)明顯降低大豆蛋白的溶解度，主要是由于擠壓機(jī)內(nèi)高溫高剪切力的作用破壞了SPI原有的天然結(jié)構(gòu)，隨著疏水基團(tuán)的暴露以及非共價(jià)鍵的作用，形成了分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)聚集體[18]；但隨著擠壓溫度的繼續(xù)升高，NSI不再繼續(xù)降低，反而在擠壓溫度180 ℃下小幅上升，可能是過(guò)高的擠壓溫度破壞了蛋白質(zhì)聚集體結(jié)構(gòu)，小分子質(zhì)量肽的比例增加[19]，從而使SPI的NSI略有回升。

圖1 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)蛋白溶解度的影響Fig.1 Effects of extrusion system parameters on protein solubility

2.1.2 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI氮溶解指數(shù)的影響

隨著物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，SPI的NSI呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì)，物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)從16%升至22%時(shí)，NSI增加至最高值（16.30%）（圖1B），說(shuō)明22%物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)下擠壓處理有利于SPI溶解度的提高；當(dāng)物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于22%時(shí)，水分含量較低導(dǎo)致擠壓機(jī)模口處物料嚴(yán)重膨脹；說(shuō)明缺少水分的潤(rùn)滑保護(hù)作用，擠壓機(jī)內(nèi)的高溫、高壓以及高剪切力作用使得SPI樣品天然結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞；通過(guò)對(duì)擠壓樣品的觀察，當(dāng)物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于22%時(shí)，擠出物嚴(yán)重?cái)嗔眩⒃跀D壓機(jī)模口處出現(xiàn)噴料現(xiàn)象，這可能是水分子在高溫條件下的瞬間汽化導(dǎo)致模口壓力過(guò)高，不利于SPI聚集體的形成，造成溶解度出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，且不利于形成穩(wěn)定的擠出物[20]。

2.1.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)SPI氮溶解指數(shù)的影響

隨著螺桿轉(zhuǎn)速的升高，SPI的NSI呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，在螺桿轉(zhuǎn)速?gòu)?00 r/min增至130 r/min時(shí)，NSI提升至最大值（16.37%）（圖1C），推測(cè)是由于螺桿轉(zhuǎn)速越高機(jī)械能輸入越高，較高機(jī)械能輸入引起蛋白質(zhì)解聚導(dǎo)致溶解度上升；而較低螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致停留時(shí)間較長(zhǎng)，蛋白熱變性時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致溶解度較低；但當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速超過(guò)130 r/min時(shí)，NSI降低，在160 r/min的螺桿轉(zhuǎn)速條件下NSI降至12.93%，可能是在過(guò)高的螺桿轉(zhuǎn)速條件下，高剪切力的作用促進(jìn)SPI原有的天然結(jié)構(gòu)被破壞，疏水基團(tuán)暴露，在非共價(jià)鍵的作用下，形成了分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)聚集體，使得SPI的溶解度進(jìn)一步降低[21]。

2.2 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI游離巰基、二硫鍵含量的影響

2.2.1 不同機(jī)筒溫度對(duì)SPI游離巰基、二硫鍵含量的影響

隨著擠壓溫度的升高，SPI二硫鍵含量先增加后減少，游離巰基含量則呈先下降隨后趨于平穩(wěn)的變化趨勢(shì)（圖2A），推測(cè)可能是當(dāng)SPI通過(guò)擠壓處理后，其天然結(jié)構(gòu)被破壞，分子鏈被打開(kāi)，分子內(nèi)巰基基團(tuán)暴露，并且部分游離巰基基團(tuán)被轉(zhuǎn)換為二硫鍵，導(dǎo)致游離巰基含量變化不明顯，可以推斷SPI聚集體的形成過(guò)程中，二硫鍵起到了重要作用；溫度超過(guò)160 ℃時(shí)，二硫鍵含量略有下降，說(shuō)明溫度過(guò)高，不利于內(nèi)部巰基基團(tuán)的暴露以及二硫鍵的形成，相關(guān)研究也表明擠出溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致蛋白分子直接形成的分子鍵被破壞[9]。

圖2 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI巰基、二硫鍵的影響Fig.2 Effects of extrusion system parameters on the contents of sulfhydryl and disulfide bonds in SPI

2.2.2 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI游離巰基、二硫鍵含量的影響

隨著物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)從16%增加到22%，二硫鍵含量逐漸降低，SPI游離巰基含量變化不顯著（圖2B），說(shuō)明該水分條件下物料由于水的保護(hù)潤(rùn)滑作用，不利于內(nèi)部巰基基團(tuán)的暴露以及二硫鍵的形成，較低或較高的物料水分含量會(huì)加劇擠壓處理對(duì)SPI天然構(gòu)象的破壞；在物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%時(shí)，二硫鍵含量最低，使得擠壓后的SPI溶解度最高，這與孫照勇等[22]的研究結(jié)論相似。

2.2.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)SPI游離巰基、二硫鍵含量的影響隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加，SPI游離巰基含量下降，二硫鍵含量呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)（圖2C），說(shuō)明SPI經(jīng)過(guò)螺桿的剪切力作用后，蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)被破壞，內(nèi)部基團(tuán)暴露，從而引起二硫鍵含量上升，二硫鍵在SPI聚集體的形成過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用。螺桿轉(zhuǎn)速為130 r/min時(shí)，二硫鍵含量達(dá)到最高值，此時(shí)SPI在二硫鍵的作用下聚集程度較高且溶解度較高，但螺桿轉(zhuǎn)速超過(guò)130 r/min時(shí)，二硫鍵含量略有下降，說(shuō)明過(guò)高的螺桿轉(zhuǎn)速不利于內(nèi)部巰基基團(tuán)的暴露以及二硫鍵的形成，且造成SPI溶解度的進(jìn)一步降低，使得SPI亞基組分中小分子質(zhì)量組分進(jìn)一步減少[23]。

2.3 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI粒徑體積分布的影響

2.3.1 不同機(jī)筒溫度對(duì)SPI粒徑體積分布的影響

天然狀態(tài)下SPI樣品為單峰，且粒徑分布較為均一，經(jīng)過(guò)擠壓處理后，SPI粒徑體積分布圖由原來(lái)的單峰變成了雙峰或三峰，隨著擠壓溫度的升高，粒徑分布逐漸右移，SPI平均粒徑呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，較大的蛋白質(zhì)粒徑會(huì)降低其溶解度[24]。SPI平均粒徑在150 ℃時(shí)增加至最大值（表2），并觀察到圖譜中出現(xiàn)粒徑較大的吸收峰（圖3A），推測(cè)是隨著溫度升高，蛋白質(zhì)分子鏈解聚再聚集成更大的團(tuán)聚體，導(dǎo)致平均粒徑值升高；當(dāng)溫度繼續(xù)增加超過(guò)160 ℃時(shí)，粒徑較大的吸收峰逐漸消失，但是仍處于寬峰狀態(tài)，說(shuō)明高溫?cái)D壓條件會(huì)破壞部分較大的SPI聚集體，此現(xiàn)象的出現(xiàn)也可能是高溫處理后SPI形成的疏松結(jié)構(gòu)易于被破壞所致[25]。

圖3 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI粒徑體積分布的影響Fig.3 Effects of extrusion system parameters on the particle size volume distribution of SPI

表2 不同擠壓溫度條件下SPI平均粒徑及聚合物分散性指數(shù)Table 2 Average particle sizes and PDI values of SPI at different extrusion temperatures

2.3.2 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI粒徑體積分布的影響

隨著物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，SPI粒徑體積分布圖的峰型仍是單峰（圖3B），說(shuō)明不同水分含量的樣品均能獲得體系較為均一的SPI聚集體。從表3可以看出，當(dāng)物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，SPI平均粒徑較低，此現(xiàn)象可能是由于較低的水分含量條件使SPI天然構(gòu)象破壞嚴(yán)重，SPI中不溶性組分含量增加，能夠溶解進(jìn)入粒徑測(cè)試液的多為小分子肽，故造成粒徑出現(xiàn)減小的趨勢(shì)；當(dāng)物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到22%時(shí)，平均粒徑增加至最大值，繼續(xù)增加物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均粒徑下降，說(shuō)明高物料水分含量有利于形成較穩(wěn)定SPI聚集體，但由于水具有潤(rùn)滑保護(hù)作用，此水分條件下蛋白變性程度較低，較多的蛋白維持了其天然構(gòu)象，所以溶解度較高，這可能是較高的物料水分抑制了SPI內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露，水分子與SPI之間的結(jié)合一定程度上抑制了SPI天然構(gòu)象的破壞以及聚集體的形成[26]。

表3 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下SPI平均粒徑及PDITable 3 Average particle sizes and polymer dispersity index values of SPI at different material moisture contents

2.3.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)SPI粒徑體積分布的影響

經(jīng)過(guò)不同的螺桿轉(zhuǎn)速擠壓處理后，SPI粒徑體積分布圖由天然狀態(tài)的單峰變成了多峰，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的升高，粒徑分布圖中峰位逐漸右移，SPI平均粒徑呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，并觀察到圖譜中出現(xiàn)粒徑較大的吸收峰（圖3C）；130 r/min時(shí)粒徑達(dá)到最大值（表4），且分布較為均一（圖3C5），此條件下SPI溶解度最高，說(shuō)明此擠壓條件有利于形成穩(wěn)定的SPI聚集體；隨著螺桿轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增加，在140～160 r/min條件下SPI分子PDI較低，粒徑的體積分布又逐漸變?yōu)榫磺伊捷^大的單峰，Zhang Jinchuang等[27]研究也發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)在較高的螺桿轉(zhuǎn)速（即高剪切力的作用）下有利于形成粒徑均一的聚集體。

表4 不同螺桿轉(zhuǎn)速條件下SPI平均粒徑及PDITable 4 Average particle sizes and PDI values of SPI at different screw speeds

2.4 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI Zeta-電位的影響

2.4.1 不同機(jī)筒溫度對(duì)SPI Zeta-電位的影響

Zeta-電位絕對(duì)值的高低表示分子表面所帶正或負(fù)電荷數(shù)量的多少，SPI Zeta-電位的絕對(duì)值越高，說(shuō)明體系內(nèi)蛋白質(zhì)分子表面的電荷數(shù)量越多，在較大的靜電斥力作用下能夠維持SPI結(jié)構(gòu)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。與未擠壓處理SPI相比，擠壓處理使SPI整體Zeta-電位絕對(duì)值明顯增加；且隨著擠壓溫度的提高，SPI的Zeta-電位絕對(duì)值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)（圖4A）；擠壓溫度達(dá)到160 ℃時(shí)SPI Zeta-電位絕對(duì)值達(dá)到最高，此時(shí)SPI分子間的靜電斥力最大，說(shuō)明SPI在擠壓處理后，通過(guò)二硫鍵、疏水作用以及靜電作用力等化學(xué)作用力聚集形成的蛋白質(zhì)聚集體增多；隨著擠壓溫度進(jìn)一步升高，Zeta-電位絕對(duì)值不再繼續(xù)增加，SPI分子表面靜電荷密度減小，說(shuō)明過(guò)高的擠壓溫度條件下不利于蛋白質(zhì)聚集體形成。擠壓處理可以破壞SPI天然結(jié)構(gòu)，在誘導(dǎo)不溶性蛋白質(zhì)聚集體形成的同時(shí)促進(jìn)蛋白質(zhì)分子內(nèi)部疏水殘基以及帶電基團(tuán)暴露，從而引起SPI Zeta-電位絕對(duì)值的增加[28]。

圖4 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI的Zeta-電位的影響Fig.4 Effects of extrusion parameters on the zeta potential of SPI

2.4.2 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI Zeta-電位的影響

經(jīng)過(guò)擠壓處理后，擠出物Zeta-電位絕對(duì)值均明顯增加，隨著物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%時(shí)，SPI Zeta-電位絕對(duì)值達(dá)到最低（圖4B），此時(shí)SPI分子間的靜電斥力最小，說(shuō)明SPI在此條件下擠壓處理后形成的蛋白質(zhì)聚集體較少；較高或較低的物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)均會(huì)導(dǎo)致Zeta-電位絕對(duì)值增加，SPI分子表面靜電荷密度增加，說(shuō)明較高或較低的物料水分含量條件下有利于不溶性蛋白質(zhì)聚集體形成，結(jié)合粒徑分析數(shù)據(jù)來(lái)看，較高或較低的物料水分含量導(dǎo)致擠出物平均粒徑較低，PDI較高，不能形成體系均一的SPI聚集體，這與Li Xianghong等[29]的研究結(jié)果相似。綜上，擠壓處理時(shí)不同的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI聚集影響差異明顯，較低的物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于SPI聚集體的形成，但不能形成均一的聚合體系，且不利于擠壓過(guò)程中SPI與油脂之間的結(jié)合，較高的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，水分子的汽化也會(huì)破壞SPI穩(wěn)定聚集體的形成。

2.4.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)SPI Zeta-電位的影響

隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，SPI的Zeta-電位絕對(duì)值呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；螺桿轉(zhuǎn)速為130 r/min時(shí)SPI Zeta-電位絕對(duì)值達(dá)到最高（圖4C），說(shuō)明此時(shí)SPI分子間的靜電斥力最大，現(xiàn)有研究也表明，SPI在擠壓處理后，通過(guò)二硫鍵、疏水作用以及靜電相互作用等化學(xué)作用力聚集形成的蛋白質(zhì)聚集體數(shù)量增多[30]；隨著螺桿轉(zhuǎn)速進(jìn)一步升高，Zeta-電位絕對(duì)值開(kāi)始下降，SPI分子表面靜電荷密度減小，說(shuō)明較高的螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)筒內(nèi)輸入了較高的機(jī)械能，導(dǎo)致SPI聚集體被破壞或阻礙形成更多蛋白聚集體，但較高的螺桿轉(zhuǎn)速有利于形成的SPI聚集體體系趨向均一。

2.5 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

2.5.1 不同擠壓溫度對(duì)SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響

大豆蛋白經(jīng)擠壓處理后，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋結(jié)構(gòu)、β-折疊結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量減小，β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量增大（圖5A）。隨著擠壓溫度的升高，α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量變化趨勢(shì)均為先增大后減小；而β-折疊結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量變化趨勢(shì)為先減小后增大，160 ℃時(shí)α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)相對(duì)含量達(dá)到最高值，分別為25.20%和17.98%，β-折疊的相對(duì)含量達(dá)到最低值（42.45%）；而無(wú)規(guī)卷曲在170 ℃時(shí)相對(duì)含量達(dá)到最高值（14.56%）。王冬梅等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在擠壓處理后，SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋和β-折疊向β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)化，無(wú)序性程度提高，與本研究結(jié)果一致。

圖5 擠壓系統(tǒng)參數(shù)對(duì)SPI的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響Fig.5 Effects of extrusion system parameters on the secondary structure content of SPI

2.5.2 不同物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響

隨著物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量有小幅波動(dòng)，而α-螺旋、β-折疊結(jié)構(gòu)相對(duì)含量呈現(xiàn)出與β-轉(zhuǎn)角相反的變化趨勢(shì)（圖5B），水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%時(shí)α-螺旋結(jié)構(gòu)相對(duì)含量達(dá)到最高值，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%時(shí)β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)相對(duì)含量最高，為26.75%，β-折疊的相對(duì)含量達(dá)到最低值（41.30%）。在22%物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，由于水的潤(rùn)滑保護(hù)作用導(dǎo)致蛋白變性程度最低，二級(jí)結(jié)構(gòu)含量比例最接近原始穩(wěn)定狀態(tài)，高于或低于此水分條件均會(huì)導(dǎo)致蛋白無(wú)序程度增加；根據(jù)前文擠壓處理后SPI平均粒徑及Zeta-電位分析結(jié)果，SPI聚集體含量的增加，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)起到了主要作用，而擠壓處理后SPI形成均一穩(wěn)定聚集體需要α-螺旋結(jié)構(gòu)的參與。研究表明，α-螺旋和β-折疊含量較高的蛋白聚集體穩(wěn)定性也更高[32-34]。

2.5.3 不同螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)SPI二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量的影響

大豆蛋白經(jīng)不同的螺桿轉(zhuǎn)速擠壓處理后，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋結(jié)構(gòu)、β-折疊結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量減少，β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量增多，無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量略有增加，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，α-螺旋、β-折疊結(jié)構(gòu)的相對(duì)含量變化趨勢(shì)為先增大后減小；而β-轉(zhuǎn)角的相對(duì)含量變化呈現(xiàn)出與α-螺旋、β-折疊含量變化相反的趨勢(shì)（圖5C），根據(jù)現(xiàn)有研究結(jié)果推斷，在擠壓處理后，SPI變性程度提高，二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋和β-折疊向β-轉(zhuǎn)角和無(wú)規(guī)卷曲轉(zhuǎn)化。螺桿轉(zhuǎn)速在120～130 r/min范圍內(nèi)蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)比例更接近原始狀態(tài)，低于或高于此范圍會(huì)導(dǎo)致蛋白無(wú)序程度上升，可能是過(guò)低的螺桿轉(zhuǎn)速導(dǎo)致SPI停留時(shí)間較長(zhǎng)，蛋白變性程度提高，過(guò)高的螺桿轉(zhuǎn)速導(dǎo)致機(jī)械能輸入增加，造成蛋白天然結(jié)構(gòu)破壞[35]。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以S P I 為原料，研究不同擠壓溫度（120～180 ℃）、螺桿轉(zhuǎn)速（100～160 r/min）和物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（22%～28%）對(duì)冷榨豆粕中大豆蛋白構(gòu)象的影響，結(jié)果顯示：150 ℃下擠出物蛋白聚合度較高，纖維形成效果較好，過(guò)高或過(guò)低的溫度均不利于蛋白質(zhì)聚集和形成穩(wěn)定狀態(tài)；物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%～22%時(shí)，因水的保護(hù)作用使擠出物狀態(tài)最佳，形成體系均一的SPI聚集體，物料水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低或過(guò)高時(shí)因模口壓力過(guò)大導(dǎo)致難以形成較完整的擠出物；較低的螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)使得機(jī)械能輸入不足且SPI停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，蛋白質(zhì)不能完全變性和解聚，較高的螺桿轉(zhuǎn)速條件下，高剪切力的作用促進(jìn)了SPI原有天然結(jié)構(gòu)的破壞，形成了分子質(zhì)量較大的蛋白質(zhì)聚集體。綜上，在適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)參數(shù)下擠出有助于獲得最佳的擠出物品質(zhì)，過(guò)低則蛋白變性不完全，蛋白聚合度不高，纖維形成效果差，過(guò)高則會(huì)引起蛋白過(guò)度變性，導(dǎo)致已經(jīng)形成的纖維結(jié)構(gòu)被破壞，擠出物品質(zhì)下降。