黑豆中花青素對大豆分離蛋白加工特性的影響

溫文君，李麗美，李占蓉，李鑫鵬

（山西農業大學食品科學與工程學院，山西 晉中 030801）

花青素是一類多羥基酚類物質，黑豆中的花青素主要存在于種皮中，具有抗氧化[1]等多種生理活性，并具有降血脂[2]、抗癌[3]等功效。黑豆中蛋白質含量豐富，約為30%，主要為大豆分離蛋白，并含有多種必需氨基酸，因此被廣泛應用于食品加工中。黑豆蛋白質可以用于制作蛋白質飲料[4]、肉類替代品[5]、果凍[6]等食品，但其在食品加工中的應用常受到持水性、乳化性、持油性、起泡性等加工特性的影響[7]。

食品組分之間的相互作用會影響食品的感官品質和營養品質，這一直是食品領域研究的熱點，尤其是對蛋白質性質的影響[8-11]。Ye 等[12]的研究表明，茶多酚與酪蛋白之間的相互作用會導致酪蛋白疏水作用加強，二級結構發生改變。有研究表明，酚類化合物和蛋白質之間的相互作用還可以通過其他機制實現。肌原纖維蛋白與單寧酸、沒食子酸和沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）之間氫鍵的作用降低了肌原纖維蛋白的表面疏水性和α-螺旋含量，提高了溶解度[13]。劉勤勤等[14]研究發現，茶多酚和大豆分離蛋白之間既存在范德華力，又存在氫鍵作用，加入茶多酚后，大豆分離蛋白的二級結構也發生了改變。此外，小分子物質與蛋白質的相互作用與其濃度有關。EGCG 可以通過非共價作用或共價作用改變大豆分離蛋白的二級結構[15-17]。當EGCG 濃度相對較低時，共價復合物更容易形成穩定的網絡結構。形成的不同復合物中，非共價復合物比共價復合物更易消化，具有更好的營養價值，并可作為功能性食品配料使用。共價復合物具有較高的穩定性，可保護多酚類物質不被分解，更適合用作活性物質運輸載體或生物材料[18]。

食品中的大豆分離蛋白與其他組分相互作用對食品加工和產品研發等有重要意義。本研究考察了黑豆中花青素對大豆分離蛋白加工特性的影響，為更加高效地開發黑豆食品提供了一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

大豆油，購于本地超市；大豆分離蛋白、花青素（純度為95%，來源于黑豆種皮）、十二烷基硫酸鈉（SDS）溶液，上海麥克林生化科技有限公司。

1.1.2 儀器與設備

FSH-2A可調高速勻漿機，常州天瑞儀器有限公司；SCIENTZ-30YD/A 冷凍干燥機，寧波新芝凍干設備股份有限公司；Heraeus Multifuge X1R 離心機，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；UV-1100 可見分光光度計，上海美譜達儀器有限公司；LC-DMS-H 磁力攪拌器，上海力辰邦西儀器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 大豆分離蛋白-花青素復合物的制備

參考Kroll 等[19]的方法。向燒杯中加入1 g 大豆分離蛋白，用蒸餾水定容至100 mL，室溫（20 ℃）下磁力攪拌2 h，4 ℃下充分水化12 h，按照大豆分離蛋白與花青素質量比分別為20∶1、20∶2、20∶4的比例加入花青素，以未添加花青素的大豆分離蛋白為對照（CK），在室溫避光條件下充分攪拌90 min，凍干備用。

1.2.2 測定項目與方法

1.2.2.1 持水性

參考林晗等[20]的方法。稱量干燥離心管質量并向其中加入0.5 g的大豆分離蛋白-花青素復合物，然后加入10 mL蒸餾水，搖勻，室溫（20 ℃）下靜置30 min，8 000 r/min離心10 min。待離心結束以后，取出離心管并將離心管中的上清液倒出，稱量離心管和沉淀物的總質量。每組樣品均進行3次平行試驗。

式中：m1為干燥離心管的質量，g；m2為離心管和沉淀物的總質量，g；m為添加大豆分離蛋白-花青素復合物的質量，0.5 g。

1.2.2.2 持油性

參考肖彤[21]的方法。稱量干燥離心管質量后向其中加入0.5 g大豆分離蛋白-花青素復合物，再加入3 mL大豆油（分3次加入，每次1 mL），使用攪拌棒將大豆分離蛋白-花青素復合物和大豆油充分混合，持續攪拌5 min，攪拌結束后靜置30 min，將離心管放入離心機中，于8 000 r/min條件下離心10 min。離心結束以后，取出離心管并用移液槍將離心管中的上層油脂吸出，稱量離心管和沉淀物的總質量。每組樣品均進行3次平行試驗。

式中：m3為干燥離心管質量，g；m為添加大豆分離蛋白-花青素復合物的質量，0.5 g；m4為離心管和沉淀物的總質量，g。

1.2.2.3 起泡性和起泡穩定性

參考張曉敏[22]的方法。將大豆分離蛋白-花青素復合物用蒸餾水稀釋至0.01 g/mL，取20 mL試樣于干燥的離心管內，于15 000 r/min條件下均質2 min。記錄均質剛終止時的泡沫初始體積和均質終止30 min后的泡沫體積。起泡性按公式（3）計算，泡沫穩定性按公式（4）計算。

式中：V0為泡沫初始體積，mL；V1為30 min 后的泡沫體積，mL；V為試樣體積，20 mL。

1.2.2.4 乳化性和乳化穩定性

參考惠君玉等[23]的方法。將大豆分離蛋白-花青素復合物加蒸餾水稀釋至0.01 g/mL，取24 mL于干燥離心管中，再向其中加入8 mL大豆油，于10 000 r/min條件下均質5 min。分別在靜置0 min 和10 min 時取50 μL乳狀液與5 mL質量濃度為1 g/L的十二烷基硫酸鈉混合均勻，以1 g/L SDS溶液作為空白，在500 nm處測定吸光度，分別記為A0、A10。乳化性按公式（5）計算，乳化穩定性按公式（6）計算。

式中：c為大豆分離蛋白-花青素復合物的質量濃度，g/mL。

1.2.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 進行數據分析，Origin Pro 8.5作圖；采用SPSS 22.0中的ANOVA結合Duncan’s檢驗進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 花青素對大豆分離蛋白持水性的影響

持水性對食品的質構特性有很大影響。持水性與蛋白質氨基酸的組成、構象、親水性及其他食品組分的存在狀態有密切的關系，它不僅受共價交聯的影響，還受蛋白質與水相互作用力的影響[24]。由圖1可見，大豆分離蛋白與花青素質量比分別為20∶1、20∶2時，其與未添加花青素的大豆蛋白相比持水性無顯著變化，當大豆分離蛋白與花青素質量比為20∶4時，持水性顯著降低（P＜0.05）。過量添加花青素會導致大豆分離蛋白的構象發生改變，這可能會影響大豆分離蛋白溶液的pH 值和離子強度[25]，從而影響其電荷分布，進而使持水性受到影響。

圖1 花青素對大豆分離蛋白持水性的影響Fig.1 Effects of anthocyanins on water retention of soybean protein isolate

2.2 花青素對大豆分離蛋白持油性的影響

在食品加工中，蛋白質的持油特性被廣泛應用。對于一些需要添加油脂的食品，如乳制品、糕點、肉制品等，蛋白質的持油性能夠改善其質地和口感，保持產品的穩定性并延長其貨架期[26]。由圖2 可以看出，隨著花青素添加量的增加，大豆分離蛋白的持油性先升高后降低。添加適量的花青素可以使其與大豆分離蛋白分子中的疏水基團相互作用[27]，改變其表面性質，增強其疏水性，使其更易吸附油脂。但當花青素添加量過高時，離子強度的變化會導致大豆分離蛋白分子構象的變化[18]，從而降低其持油性。綜上，只有在一定添加量范圍內，花青素才能夠增強大豆分離蛋白質的持油性，增加其在食品工業中的應用價值。

圖2 花青素對大豆分離蛋白持油性的影響Fig.2 Effects of anthocyanins on oil retention of soybean protein isolate

2.3 花青素對大豆分離蛋白起泡性及泡沫穩定性的影響

蛋白質的起泡性和泡沫穩定性會對面包、蛋糕等食品的品質產生影響，其與自身的空間結構密切相關[28]，常常受到多種外界因素，如溫度、pH 以及蛋白質分子量等的影響[29]。蛋白質與其他組分的相互作用也會引起起泡性及泡沫穩定性的變化。由圖3和圖4可以看出，大豆分離蛋白起泡性和泡沫穩定性的變化趨勢是一致的。大豆分離蛋白本身具有較高的起泡性和泡沫穩定性，在加入花青素后大豆分離蛋白的起泡性和泡沫穩定性顯著下降（P＜0.05）。同樣的結果在小麥面筋蛋白中加入茶多酚后也被觀察到[30]。隨著花青素添加量的增加，起泡性和泡沫穩定性有所升高，但仍低于未加入花青素的大豆分離蛋白。這可能是由于花青素與大豆分離蛋白結合后改變了蛋白質的表面性質[31]，使其在形成氣泡時難以產生穩定的膜結構，從而降低了起泡性能。

圖3 花青素對大豆分離蛋白起泡性的影響Fig.3 Effects of anthocyanins on foaming characteristics of soybean protein isolate

圖4 花青素對大豆分離蛋白泡沫穩定性的影響Fig.4 Effects of anthocyanins on foaming stability of soybean protein isolate

2.4 花青素對大豆分離蛋白乳化性及乳化穩定性的影響

蛋白質是一種天然乳化劑，其乳化性能主要受自身結構和成分的影響，氨基酸的組成不同、蛋白質分子量的大小、蛋白質的等電點、溶液的pH都會影響蛋白質的乳化及乳化穩定性[32-33]。由圖5和圖6可以看出，加入花青素后大豆分離蛋白的乳化性和乳化穩定性開始顯著上升（P＜0.05），但隨著花青素添加量的增加，乳化性降低。說明花青素對大豆分離蛋白乳化性能的影響具有濃度依賴性，低濃度的花青素能夠提高大豆分離蛋白的乳化性能。乳化穩定性受花青素濃度的影響更大，花青素濃度越高，乳化穩定性下降幅度越大。乳化性能的改變與蛋白質的帶電性質有關。Zang 等[34]研究表明，隨著溶液pH 的變化，蛋白表面的凈電荷也隨之改變，靜電斥力的提高有助于防止蛋白質在溶液中的聚集，從而提高其乳化性能。本研究中，大豆分離蛋白乳化性能的變化可能是由于花青素與大豆分離蛋白之間靜電作用力的變化，導致大豆分離蛋白表面凈電荷發生變化。

圖5 花青素對大豆分離蛋白乳化性的影響Fig.5 Effects of anthocyanins on emulsification of soybean protein isolate

圖6 花青素對大豆分離蛋白乳化穩定性的影響Fig.6 Effects of anthocyanins on emulsification stability of soybean protein isolate

3 結論

本研究通過比較不同濃度的花青素與大豆分離蛋白所形成復合物的加工特性，探究了花青素濃度對大豆分離蛋白加工特性的影響。結果顯示：花青素添加量較低時，大豆分離蛋白的持水性不受花青素的影響，但花青素添加量增加到一定量時，持水性降低，大豆分離蛋白與花青素質量比為20∶4 時持水性達到最小值；持油性隨著花青素添加量的升高呈先升高后降低的趨勢，大豆分離蛋白與花青素質量比為20∶1 時最高；起泡性和泡沫穩定性在未加花青素時最高，加入花青素后顯著降低，但這種影響隨花青素添加量的增加而減弱；乳化性和乳化穩定性均隨著花青素添加量的升高先增加后降低，在大豆分離蛋白與花青素質量比為20∶1時均達到最大值。本研究為黑豆產品的加工提供了參考依據。