熱處理對大豆蛋白乳液凝膠結構和維生素C穩定性影響

2025-02-05 00:00:00黃進勇姜松夏飛飛楊亞楠趙悅王遠衛

粘接 2025年1期

摘要：為開發工業化的大豆蛋白乳液凝膠工藝，針對不同食鹽質量分數和熱處理條件對大豆蛋白凝膠結構的變化進行研究，探索食鹽質量分數和熱處理條件對凝膠結構特性和D-抗壞血酸鈉（維生素C）穩定性的影響。采用單因素實驗分析不同食鹽質量分數、加熱溫度、加熱時間對凝膠強度的影響，通過正交試驗優化處理條件，在溫度70、80℃條件下分析大豆蛋白乳液凝膠中維生素C的穩定性。試驗結果表明，在食鹽質量分數1.0%、溫度70℃條件下加熱30 min，處理后所獲得的大豆分離蛋白凝膠強度最高；隨著食鹽質量分數的提高，包埋于大豆蛋白乳液凝膠中D-抗壞血酸鈉貯藏穩定性降低，在溫度70℃的條件下熱凝膠處理能夠更好的保持D-抗壞血酸鈉的穩定性。

關鍵詞：食鹽；熱處理；大豆蛋白；凝膠結構；D-抗壞血酸

中圖分類號：TQ427.2+6文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）01-0001-04

Effects of heat treatment on gel structure and vitamin C stability of soybean protein emulsion

HUANG Jinyong1，JIANG Song2，XIA Feifei1，YANG Yanan1，ZHAO Yue1，WANG Yuanwei1

（1.Liaocheng Chiping District Inspection and Testing Center，Liaocheng 252100，Shandong China；2.Liaocheng University，Liaocheng 252000，Shandong China）

Abstract：To develop an industrial-scale soybean protein emulsion gel process，the changes of soybean protein gel structure under different salt content and heat treatment conditions were studied，and the effects of salt content and heat treatment conditions on the structural properties of the gel and the stability of sodium D-ascorbate（vitamin C）were investigated.Single-factor experiments were used to analyze the influence of different salt concentrations，heat-ing temperatures，and heating times on gel strength.Orthogonal experiments were conducted to optimize the treat-ment conditions，and the stability of VC in soybean protein emulsion gels was analyzed under 70℃and 80℃condi-tions.The results showed that the highest gel strength of soybean protein isolate was obtained at a 1.0%salt concen-tration and a 70℃heat treatment for 30 minutes.As the salt concentration increased，the storage stability of D-ascor-bic acid sodium embedded in the soybean protein emulsion gel decreased.The 70℃heat treatment was more effec-tivein maintaining the stability of D-ascorbic acid.

Key words：edible salt；heat treatment；soy protein；gel structure；D-ascorbic acid

大豆分離蛋白熱聚集是凝膠形成過程的關鍵一步，其聚集體形態、數量、大小甚至溶解性都會影響到凝膠的性質。熱聚集體的形態和數量受環境因素直接影響或多元協同作用，這些因素包括pH值、溫度、離子強度及蛋白的組成和含量等，從而影響凝膠結構與功能特性的發揮[1]。凝膠的硬度和彈性受溫度和受熱時間的影響，當達到熱凝膠溫度時，隨著加熱時間延長凝膠的硬度增加。凝膠發生時以某一作用力主導下，蛋白結構的熱變形態發生變化。在這一過程中，疏水作用力、氫鍵、靜電作用力以及二硫鍵等為主要的作用力[2-3]。大豆蛋白組成主要包含11S蛋白和7S蛋白，其中11S蛋白含量的高低反映了凝膠特性，數值越大，凝膠特性越強，而伴隨著7S/11S的增加，這將導致凝膠硬度和黏度的下降。然而，固定大豆蛋白濃度值，熱致凝膠的生成和NaCl含量之間并沒有表現出正向關系。過高的NaCl含量會導致11S蛋白質黏度下降，從而無法有效產生熱致凝膠[4-5]。分析了大豆7S及11S蛋白結構、理化性質對凝膠性的影響，指出大豆蛋白質二級結構影響其表面的疏水性[6-7]。對于多復合因素下的凝膠結構特征影響以及蛋白乳液凝膠結構對于營養活性成分包埋存儲穩定性方面的研究較少。基于此，對不同食鹽濃度和熱處理溫度下的大豆蛋白乳液凝膠結構特性和維生素C穩定性進行試驗研究，并闡明二者變化的內在聯系，有助于開發工業化的大豆蛋白乳液凝膠工藝和完善大豆蛋白乳液凝膠理論。

1試驗材料與方法

1.1試驗材料

大豆分離蛋白（ISOPR0561/ISOPR0582/ISOPR0550）（山東嘉華生物科技股份有限公司）；氯化鈉（分析純，北京化工廠）；冰醋酸（分析純，阿拉丁試劑有限公司）；甲醇（色譜級，百靈威試劑）；D-抗壞血酸鈉（食品級，浙江醫藥股份有限公司）。

1.2儀器與設備

BL610型電子分析天平（瑞士梅特勒公司）；PULVERISETTE 14可變速高速旋轉粉碎機（北京飛馳科學儀器有限公司）；LC-1260Ⅱ型安捷倫高效液相色譜（美國安捷倫公司）；EUROSTAR 200 control P4置頂式攪拌（德國IKA公司）；TA.XTC-16型質構儀（上海保圣實業發展有限公司）；Thermo CL10型離心機（美國賽默飛有限公司）。

1.3試驗方法

1.3.1大豆蛋白乳液凝膠制備方法

將20.0 g大豆分離蛋白粉與140.0 g去離子水混合，在300 r/min機械攪拌下實現溶解分散；然后向分散液中加入2.0 g氯化鈉，經高速粉碎機處理后，轉入離心管中，并加入質量分數1%的D-抗壞血酸鈉，靜置過夜。在轉5 000 r/min下，離心10 min；之后轉移至燒杯中，并在70℃或80℃水浴鍋中加熱30 min，然后利用冰浴迅速冷卻至室溫，進行凝膠壓置。

1.3.2大豆蛋白乳液凝膠質構分析

選用柱狀探測頭，設定下壓距離為20 mm，在恒溫25℃條件下，檢測速度設置為1.0 mm/s，執行2次壓縮至變形10 mm的操作，每組試驗重復3次并繪制壓力-時間曲線圖，其中數據通過質構儀獲得。首次壓縮過程中的最大壓力值代表硬度指標，而彈性則通過計算第二次壓縮后樣品回彈高度與初次壓縮變形量的比例得出。各種數據的測量通過質構儀。

1.3.3大豆蛋白乳液凝膠中維生素C穩定性分析

D-抗壞血酸鈉的測定：根據文獻[8]，準確稱取凝膠樣品5.0 g，加入20.0 mL蒸餾水，攪拌搗碎至充分溶解，然后轉入離心杯中，5 000 r/min離心10 min。用移液槍移取清液1 mL，用超純水定容至50 mL，HPLC分析。具體液相分析條件為：SHIMSEN Ankylo C18（4.6 nm×250 nm）液相色譜柱，流動相為質量分數95%甲醇和質量分數5%冰醋酸溶液（pH 2.6），檢測波長250 nm，柱溫40℃，流速1 mL/min。

包埋率的計算：將按照“1.3.1”制備的大豆蛋白乳液凝膠在4℃冰箱中共貯藏25 d，每5 d測定凝膠中D-抗壞血酸鈉的含量，包埋率的計算公式如下：

包埋率=維生素C初始添加量（凝膠中維生素C含量）100%

1.4試驗設計

1.4.1單因素試驗設計

設計依次進行的的單因素試驗為：加入的食鹽質量濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，其中加熱溫度70℃，共加熱30 min；熱處理溫度分別為65、70、75、80、85、90℃，其中食鹽質量濃度為1.0%，加熱時間30 min。熱處理時間分別為15、20、25、30、35、40 min，其中食鹽質量濃度為1.0%，加熱溫度為70℃。完成各單因素試驗記錄熱凝膠的強度數據。

1.4.2正交試驗設計

由單因素試驗得到不同因素的最優值，在此基礎上設計3因素3水平的正交試驗表，通過正交試驗獲得不同因素、不同水平下的大豆蛋白乳液凝膠強度的變化規律。

1.5試驗數據處理

每個試驗重復做2次，每個樣品平行檢測3次，以測定結果平均值來分析。數據分析采用Origin 8.0和SPSS 16.0軟件。

2結果與分析

2.1單因素試驗結果

2.1.1不同食鹽質量分數對凝膠特性的影響

將大豆蛋白熱凝膠置于70℃條件下，熱處理30 min。圖1為不同質量分數食鹽大豆蛋白乳液凝膠特性的影響。

由圖1可知，食鹽質量分數的大小直接影響蛋白乳液熱凝膠硬度與彈性，二者均為隨著質量分數的增加呈先上升后下降的趨勢，且硬度和彈性均在食鹽質量分數為1.0%時達到峰值。究其原因，可能是當食鹽質量分數在一定范圍時，凝膠蛋白上的負電荷增加，各蛋白之間的斥力變強，空隙變大，致使制備的熱凝膠的儲水性能也增加。而當食鹽質量分數繼續增加時，食鹽本身是強電解質，可破壞膠體的雙電子層結構，使其不能均勻分布在溶液中，凝膠表面發生脫水，凝膠聚沉，造成整體強度下降[9]。

2.1.2不同熱處理溫度對凝膠強度的影響

在食鹽質量分數為1.0%及熱處理時間30 min條件下，熱處理溫度對大豆蛋白乳液凝膠特性，結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著熱處理溫度的提升，大豆蛋白乳液熱凝膠的硬度持續下降；而彈性則是先上升后快速下降。這說明熱處理溫度直接影響大豆蛋白乳液凝膠的彈性，雖然處理溫度升高導致其硬度下降，但在熱處理為70℃時凝膠出現強度拐點，凝膠彈性的增強，保證了凝膠的整體強度量。大豆分離蛋白的結構中含有2S、7S、11S和15S蛋白。有研究表明，7S和11S蛋白在無鹽干擾下分別在70、80℃發生變性。當溫度加熱到70℃時，僅7S蛋白的結構發生變性，而11S蛋白并未變性。該條件下，7S變性蛋白構成凝膠網絡結構，11S蛋白則以溶解狀態存在于該凝膠網絡結構內部，整個凝膠網絡結構的穩定依賴于分子間的氫鍵及疏水作用力。當溫度達到80℃時，7S蛋白完全變性，部分11S蛋白變性，此時，7S蛋白的疏水基團完全暴露，11S蛋白的疏水基團未完全暴露一旦有鹽加入凝膠體系就會促發不均勻聚集，因此，整個凝膠網絡結構中各分子間的作用力比較弱，很容易因為外力作用發生塌縮[10]。當溫度達到90℃時，幾乎所有蛋白都發生了變性，蛋白間形成的二硫鍵參與到凝膠網絡結構中，以溫度主導下形成的凝膠結構較強，外界作用力很難造成這種凝膠結構塌縮。

2.1.3加熱時間和凝膠強度的關系

在食鹽質量分數為1.0%，熱處理溫度為70℃，繪制加熱時間和凝膠強度關系曲線，結果如圖3所示。

由圖3可知，隨著加熱時間的延長，加鹽凝膠的硬度和彈性都快速上升，當達到某個時間點后又快速下降。其中蛋白乳液凝膠彈性快速下降的時間拐點為30 min，硬度快速下降的時間拐點為35 min。可見，蛋白乳液凝膠過度加熱會使硬度和彈性下降，說明蛋白的網狀結構在趨于穩定后，繼續延長加熱時間，可能會破壞蛋白網絡結構，使蛋白分解為更小結構的分子，從而使得蛋白乳液凝膠強度降低[11]。

2.2正交試驗結果

在單因素試驗結果的基礎上，設計正交試驗，統計凝膠硬度數據，各因素與水平設計表如表1所示；正交試驗結果如表2所示。

在設計的3因素3水平試驗下，通過表2獲得的極差數據分析獲得食鹽質量（A）、加熱溫度（B）、加熱時間（C）對硬度影響的大小關系依次為：A、B、C。當A為1.0%、B為70℃、C為30 min時，凝膠硬度可以達到2.85 N。

2.3大豆蛋白乳液凝膠中維生素C穩定性

如前所述凝膠性能主要受食鹽質量分數和加熱溫度的影響。因此，需要在食鹽質量分數和加熱溫度兩因素上考察大豆蛋白乳液凝膠中維生素C穩定的情況。

由圖4可知，隨著凝膠貯藏時間的延長，D-抗壞血酸鈉的包埋率俞愈低；在凝膠貯藏5 d后，70、80℃熱處理的熱凝膠其D-抗壞血酸鈉的流失明顯開始增多，且貯藏時間越久，差距越大。在食鹽質量分數方面，相較于質量分數0.5%、1.5%的食鹽，質量分數1%的食鹽能更好的保證凝膠蛋白網絡結構，凝膠中的D-抗壞血酸鈉穩定性更高，流失更少。在食鹽質量分數1.5%、熱處理溫度80℃的乳液凝膠，經過25 d貯藏后，D-抗壞血酸鈉包埋率從92.4%下降到80.1%；在食鹽質量分數1.0%、熱處理溫度70℃條件下乳液凝膠，經過25 d貯藏后，D-抗壞血酸鈉包埋率降低，即從95.2%到92.2%。究其原因：一是D-抗壞血酸鈉是抗氧化劑，在水介質中長時間暴露易受光、熱、氧等因素催化降解；二是高鹽含量導致蛋白乳液凝膠強度減小，凝膠在儲存時很容易發生明顯脫水，水分攜帶部分D-抗壞血酸鈉轉移到凝膠表層，從而造成其流失或加速降解；三是7S蛋白的疏水基團數量影響了D-抗壞血酸鈉的貯藏穩定性[12-15]。

3結語

鹽對大豆蛋白乳液凝膠的作用的影響，表現在蛋白質與鹽脫水作用的平衡關系。一定的鹽含量有助于蛋白乳液凝膠的保水，進而影響蛋白乳液凝膠的結構特性。蛋白乳液凝膠的受熱溫度影響乳液凝膠中不同蛋白組成的結構變化，進而影響整體蛋白的凝膠的網絡結構。凝膠強度隨著熱處理溫度的升高，呈下降趨勢；但在鹽等因素干擾下，當熱處理溫度為70℃時，凝膠的強度略有上升。在熱處理時間為15～40 min時，隨著熱處理時間的延長，熱凝膠的強度呈先快速上升后快速下降趨勢。食鹽質量分數是影響大豆蛋白乳液凝膠硬度特征最顯著的因素，通過對大豆蛋白乳液凝膠在不同食鹽質量分數和熱處理溫度下的結構特征影響研究以及對該凝膠結構特征下與其D-抗壞血酸鈉穩定性的考察，這對了解凝膠中維生素C的穩定性變化機制以及開發功能性的凝膠食品具有指導作用。

【參考文獻】

[1]費莎，尹大學.雙酚AP的合成及催化劑的應用研究[J].粘接.2023，50（8）：42-44.

[2]牛祥臣，王洪彩，馬軍，等.食鹽濃度和熱處理條件對大豆蛋白凝膠特性影響的研究[J].食品研究與開發，2018，39（6）：19-22.

[3]張紅娟，周瑞寶，陳振昌，等.豫豆-25 11S球蛋白凝膠性的研究[J].鄭州工程學院學報，2003，24（3）：57-61.

[4]耿蕊，盧巖，孔保華，等.pH偏移結合加熱處理對大豆分離蛋白乳化特性的影響[J].中國食品報，2016，16（1）：173-180.

[5]李楊，王中江，王瑞，等.不同熱處理條件下大豆分離蛋白的紅外光譜分析[J].食品工業科技，2016，37（8）：104-109.

[6]馮芳，劉文豪，陳志剛.大豆7S、11S蛋白的結構和熱致凝膠特性的分析[J].食品科學，2020，41（2）：58-64.

[7]王健，徐曄曄，于潔，等.不同熱處理大豆蛋白柔性與結構的關系[J].食品科學，2018，39（7）：85-90.

[8]楊媛，馮曉元，石磊，等.高效液相色譜法同時測定水果蔬菜中L-抗壞血酸、D-異抗壞血酸、脫氫抗壞血酸及總維生素C的含量[J].分析測試學報，2015，34（8）：934-938.

[9]何志勇，安豐富，曾茂茂，等.不同熱處理條件制備的大豆分離蛋白凝膠性質研究[J].中國油脂，2014（11）：19-22.

[10]穆碩，鹿瑤，高彥祥，等.果膠和熱處理對蛋白質乳液凝膠結構特性和復合維生素穩定性的影響[J].食品科學，2018，39（18）：29-34.

[11]曾劍華，楊楊，劉琳琳，等.熱處理過程中大豆11S球蛋白解離締合行為研究進展[J].食品科學，2019，40（11）：303-312.