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风暴魔域隐雾沼泽野外首领位置:超聲波處理對大豆蛋白性質改變的作用

時間:2019-05-27 來源:當代化工研究 作者:王思雨 本文字數:5429字

风暴魔域挂机刷魔石,快速培养幻兽升星教程 www.awyiy.icu   摘    要: 超聲波因其能夠使蛋白質結構發生物理改性, 已在大豆蛋白分子結構改性的實驗中得到了應用。本文簡單分析了大豆蛋白的成分及其功能特性, 并對超聲技術處理對大豆蛋白性質的影響和該種作用在食品工業領域中的實踐和實用前景進行相應的概述。

  關鍵詞: 超聲波; 大豆蛋白; 蛋白質; 溶解性;

  Abstract: Ultrasound has been applied in the experiment of modifying the molecular structure of soybean protein because it can physically modify the protein structure. In this paper, the composition and functional characteristics of soybean protein were briefly analyzed, and the effects of ultrasonic treatment on the properties of soybean protein and its practice and practical prospects in the field of food industry were correspondingly summarized.

  Keyword: ultrasonic wave; soybean protein; protein; solubility;

  引言

  蛋白質是有機體必需的基本物質, 蛋白質分子的組合成為實現生命體功能的結構基礎。大豆蛋白是一種營養含量較高的植物蛋白質, 其基因結構與人體中的大部分氨基酸具有相似之處, 因而在食品工業中有著廣泛的應用。大豆和其他動物蛋白在化學成分上有著不同的比例。然而, 工業上對大豆蛋白的提取依然受限, 加之其中蛋白酶抑制因子的存在, 在相當的程度上降低了大豆蛋白的利用率。

  目前, 在工業應用中, 能夠使大豆蛋白發生性質改變的方法有物理方法、化學方法、酶法等。其中, 超聲改性作為物理改性中的一種, 與化學改性相比, 其作用更為迅速、副產物更少, 因而較大程度上保存了原產品的營養和特性。文章主要通過分析超聲技術對大豆蛋白分子結構的改性后所帶來的影響, 以及該影響所帶來的大豆蛋白利用率等方面的收益, 以改善和拓展其在現代加工工業中的應用。

  1. 構成大豆蛋白的成分

  根據大豆蛋白的物理狀態可將其進行相應的分類。由于溶解性的不同, 有球蛋白、清蛋白兩類;依據其功能作用, 則分類為貯藏蛋白、生物活性蛋白;根據溶液沉降系數的不同, 可分為2S、7S、11S和15S等, 在不同的組成成分里, 其中, 主要成分是7S和11S, 這兩種蛋白質占全部大豆蛋白的70%以上。

超聲波處理對大豆蛋白性質改變的作用

  (1) 大豆蛋白的主要功能特點

  (1) 溶解度。蛋白質具有一定的溶解度, 而蛋白質的水溶性能否得到保持, 對其在實際生產中的應用有一定的影響。升溫等一系列措施會造成蛋白質的溶解度下降, 而溶解度的下降會引發膠凝性等其他相關性質隨之改變。如在制作蛋白飲料時, 對飲料的透明度要求較高, 且需要較低的粘度, pH值、離子強度等必須在實際可能的較大波動范圍內保持穩定。如若采用濃縮狀態或粉末狀態的蛋白質, 則較溶液狀態而言更易于儲存, 對其相關理化性質的要求也相應會受到影響并發生改變。

  (2) 水合性。蛋白質的溶解度、保水性、吸水性和膨潤性均與其水合性有關。蛋白質與水分子之間的易分散性、易融合性, 使蛋白質在食品加工領域的應用中具有重要意義, 蛋白質在加熱后依然能夠保持水分含量, 對于部分食用蛋白制品來說至關重要。如果不能確保蛋白質的保水性, 則該部分蛋白質可能因為從周圍物質中吸收所需水分, 而對周圍的其他物質造成影響。

  保水性, 即為經過離心后的蛋白質中所余留的水分多少 (程度) , 而所謂吸水性則是指在一定溫度下, 不含水分的蛋白質達到吸水、失水平衡時含水量的多少 (程度) 。水分在蛋白質分子附近以多種形式存在, 較穩固的結合水排布在內側, 結合水的周圍為非凍結水, 其外部則是自由水。各種水分的含量能夠在相當程度上影響蛋白質的水合性等一系列性質。

  蛋白質在吸收水分后不溶于水的部分具有膨潤性, 膨潤性能夠在保證蛋白質水含量的同時, 使蛋白制品具有特定的形態和粘度。通過調整蛋白質的粘度, 可以調整食品的物理性質, 分析蛋白質分子的相互反應, 可以推論其蛋白質結構或性質變化, 如堿性溶液處理過的大豆蛋白會發生部分變性, 如其粘度變大等。另外, 攪拌速度、蛋白溶液的濃度、環境溫度、環境pH值等變化也會引起大豆蛋白水溶液的性質發生相應的改變。

  (2) 大豆蛋白的改性內容方法

  (1) 物理改性。物理改性是指通過熱、電、磁、機械能等物理方式, 對蛋白質的高級結構產生影響, 使其分子間的聚集方式發生改變, 在一定條件下, 該種改性可實現其性質的定向變化。較高的溫度可以使大豆蛋白發生改性。蛋白質在經過環境升溫處理后, 由于其氨基酸組成的顯露, 水、油之間產生容易區分的分界, 其膠凝性隨之改變;高壓處理能夠破壞蛋白質分子間的共價鍵, 使蛋白質分子解聚、內部極性基團和疏水基團暴露, 從而引起其表面性質改變。

  物理改性主要用于蛋白質的溶解度的增加和膠凝性的改善, 較之于化學改性等其他蛋白質改性方法而言, 具有性價比較高、副產物較少、處理所需時間較短及對產品性能影響較小等優點。

  (2) 其他改性?;Ц男允侵傅鞍字視牖約練⑸從? 引起部分肽鍵的斷裂, 從而改變其結構;或引入親水基團、親油基團、二硫集團、負電荷極性基團等功能基團, 針對蛋白質各基團的不同化學性質, 有目的地通過化學反應將指定基團轉化為其他存在形式, 從而改變蛋白質的功能特性。在食品工業的應用中, 大豆蛋白的改性方法包括酸堿化、?;?、脫酰胺、磷酸化、糖基化等。水溶液中的蛋白質分子顯兩性, 在其等電點, 分子具有最低的自由電荷, 易于分子互相聚集并形成沉淀, 此時水合程度達到最小。通過化學試劑的作用, 可相應改變蛋白質分子的結構, 從而對其溶解度等多項功能特性產生影響。

  生物改性的主要方法是利用特異性酶的功能, 催化蛋白質發生部分水解, 使其分子內或分子間的基團數量增多, 由于這些具有特殊功能的基團的改變, 進而引發了蛋白質相關性質的改變。利用酶對蛋白質的改性, 即催化蛋白質發生一定程度的水解, 蛋白質性質改變的程度受到酶的用量、蛋白質濃度、反應時間等的影響。經過蛋白酶催化水解后的蛋白質, 形成了較易溶解的多肽單位, 從而提高其水溶性。利用水解酶對蛋白質的改性, 由于酶的特異性, 其反應不易產生大量副產物, 且可通過調節酶的用量和種類控制其水解產物。

  2. 超聲波介入對大豆蛋白功能產生的影響

  超聲波是指一種頻率高于20KHz的聲音。超聲波在介質中傳播時, 介質在不同頻率和強度的超聲波的效應下發生機械振動, 因而介質粒子的位移、速度、加速度以及其間的相互作用力會因超聲波的頻率、振幅改變而發生變化。超聲波在傳播過程中, 引起介質粒子加速度極大, 因而造成介質質點激烈而變化迅速的機械振動。以液體為傳播介質時, 超聲波能夠引起介質的空化效應, 即液體分子在拉力和壓力快速變化的作用下產生空穴??棧в捌涔討興斐傻畝淌奔涓哐購途植扛呶灤Ч梢苑鬯?、乳化、分散蛋白質及促進化學反應, 從而對介質粒子產生強烈的聲化學效果。

  (1) 超聲波對大豆蛋白功能改性的主要影響

  (1) 超聲波對蛋白質提取率的影響。實驗表明, 超聲條件下的大豆蛋白提取率大幅提升。梁漢華等利用低頻超聲波處理大豆漿體及豆渣等, 實驗結果表明超聲波對于提升原材料中的大豆蛋白提取率有著明顯效果。

  朱建華等的研究表明, 超聲處理能夠使大豆蛋白發生先分離后聚合的過程, 主要通過影響大豆蛋白的7S組分, 使其發生可溶性聚合和顯著的亞基降解, 而對11S組分的亞基影響則很弱。超聲波對于大豆蛋白各組分的不同作用能夠改變蛋白質的獲得率。

  (2) 超聲波對蛋白質溶解度的影響。王小英等對超聲處理對大豆蛋白溶解度的影響的研究結果表明, 超聲波作用時間越長, 大豆蛋白的氮溶解指數越高。大量的實驗基礎表明, 超聲波能夠顯著提高大豆蛋白的溶解度, 在超聲處理下, 大豆蛋白的氮溶解指數能夠提高數倍。此外, Jambrak等分別利用槽式超聲波和探頭式超聲波兩種不同方式處理大豆濃縮蛋白, 其結果表明, 探頭式超聲波對大豆蛋白溶解度的影響更大。

  超聲波作用引起大豆蛋白溶解度提高可能是其空化效應的產物??棧討興慕詠嬋棧蠔脅糠摯掌目昭芄徊ち業謀⒘統寤髁? 形成分子間高速有效的反應, 使蛋白質空間結構部分舒展, 暴露較多的內部親水基團, 從而得到溶解度的改善。另一種看法是, Tang等認為大豆分離蛋白在經過超聲波處理后, 溶解過程中形成了以氫鍵和二硫鍵的作用來維持結構的可溶性聚合物, 這種可溶性聚合物的增加直接影響了蛋白質分子溶解度的改善。Wanlop等的研究表明, 經過超聲處理后, 球狀蛋白質分子的溶劑化能力發生了改變, 并導致蛋白質的可壓縮性增強, 使其較原來更容易在溶劑中分散開來, 因而表現為溶解度的增強。

  (3) 超聲波對蛋白質粘度的影響。Lichuan的研究表明, 超聲處理可促使蛋白質懸濁液的乳化以及蛋白質亞基的聚合等。通過對大豆蛋白聚合體的研究, 發現其經超聲波作用后能夠形成更多種類的聚合物, 如其7S組分聚合形成40-50S組分。生成的聚合物體積接近于空化效應中所形成的空穴體積, 較常規的蛋白聚合體而言更加穩定。其主要原因是, 超聲處理使蛋白質更多的具有疏水特性的基團暴露, 促使蛋白質分子趨近液體與氣體分隔的界面, 降低了其粘度和剛性, 從而使溶液的表面張力下降, 表面疏水性上升, 引起聚合體更加穩定的變化。

  超聲處理過程中, 空化過程中所產生的空穴增大了固體與液體接觸的表面積, 大量的空穴氣泡對蛋白顆粒周圍施加較大的壓強, 促使蛋白質結構伸展, 部分肽鍵斷裂, 改變了蛋白質的流變學特性。超聲過程中所產生的局部高溫效果同樣加劇了蛋白質分子的運動和相互之間的反應, 從而引起蛋白質表面粘度顯著降低。超聲處理中產生的空穴效應等降低了蛋白質分子間的作用力, 并在一定程度上使蛋白質內部不同的氨基酸基團暴露, 引起其結構和功能的改變。

  (4) 超聲波對蛋白質表面性質的影響。超聲波改性的方法較大程度上提升了大豆蛋白的乳化性和表面活性。Hu Hao等的研究表明, 超聲處理后的大豆分離蛋白電泳現象并無明顯變化, 但其表面疏水基增加, 分子間作用力下降, 部分變性和蛋白的無序結構使其更好地吸附界面, 提升了蛋白質的乳化性。

  3. 大豆蛋白的應用概況

  超聲波處理提高了大豆蛋白的提取率及對其改性的控制, 使其在食品工業中的更多領域得到應用。

  依據食品加工所需的實際情況, 大豆或脫脂豆粕經過粉碎后, 可以分為顆粒不同的諸多種類。通常情況下, 沒有經過酶滅活的全脂豆粉、脫脂豆粉在水溶液中, 其分散性能和水合能力都處于較高水平, 其氮溶解指數大于80%, 具有過氧化酶的活性。在烘焙食品的加工時, 可通過該方面的性質改變從而改良面團的質量, 如使其吸收油脂的能力下降等。

  在加工處理脫脂豆粉的過程中, 產品的質量得到改良, 大豆中所含的大豆低聚糖 (“脹氣因子”) 被分離出最終產品, 使得最終得到的蛋白質產品具有比原料明顯提高的蛋白含量。蛋白產品的形狀與處理方法有關。脫脂豆粉在熱處理改性后, 進行水浸提處理, 能夠得到溶解度較低的生成物;使用醇浸提法得到的制品雖然有較低的水溶性, 但可以保留蛋白質的部分功能特質, 如粘度、乳化性等;酸浸提法則與物料中的酸性物質發生中和, 增大了蛋白質在水中的溶解度。以上幾種方式所得的最終產品均可被制成不同粒度, 且可被應用于組織化大豆蛋白的生產。

  分離蛋白的蛋白含量通常在90%以上, 可以作為一種純蛋白。碳水化合物等成分在脫脂豆粉原料的處理過程中被分離出去, 并且在過程中存在蛋白質的損失, 所以由原料生產出的分離蛋白實際占比較小。分離蛋白乳化性較強, 分散、膠凝、增稠等的作用較明顯。分離蛋白在食品中多用于乳化和穩定原產品, 其可以增強產品對水的吸附能力, 有時可以代替乳蛋白使用。利用大豆分離蛋白加工得到的纖維蛋白, 可通過一系列后續處理使其成為對水、脂肪保留能力較高的食品蛋白。

  4. 預期展望

  由于超聲波技術所引起的一系列效應對蛋白質物理改性有顯著影響, 目前, 超聲處理大豆蛋白改性技術已被廣泛應用于工業生產中。經過超聲波的處理, 蛋白質的溶解度、膠凝度、乳化性、起泡性等多項功能特性能夠得以改變和改良。較之化學、生物等其他改性方法, 超聲波物理改性的操作性、可行性更強, 對工業加工生產的適應性也更易, 其在食品工業中的生產應用已經有廣泛回應。隨著超聲波技術和大豆蛋白改性處理的進一步發展, 改性蛋白的運用也將得到推廣。

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    論文來源參考:王思雨.淺析超聲波技術對大豆蛋白改性的影響[J].當代化工研究,2019(04):19-21.
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