大豆蛋白 - 瓜爾豆膠水解物Maillard反應(yīng)共聚物的乳化特性研究 - 圖文-

1、大豆蛋白2瓜爾豆膠水解物Maillard 反應(yīng)共聚物的乳化特性研究3胡坤方少瑛王秀霞李麗玉王璇(廣東藥學(xué)院,廣州,510310摘要研究了不同水解時(shí)間的瓜爾豆膠對(duì)蛋白質(zhì)-多糖Maillard 反應(yīng)共聚物的乳化特性的影響及不同水相條件下共聚物與酪朊酸鈉乳化特性的差異。研究表明,瓜爾豆膠的酸水解時(shí)間對(duì)大豆分離蛋白-多糖共聚物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都有明顯的影響。水解40min 的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白反應(yīng)10d 的共聚物具有優(yōu)良的乳化性能;在013mol/L NaCl 和p H 410的酸性條件下,共聚物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都明顯高于商品乳化劑酪朊酸鈉;在90熱處理60min 后其乳化活性和乳化穩(wěn)

2、定性仍接近未經(jīng)熱處理時(shí)的酪朊酸鈉的乳化活性和穩(wěn)定性。該共聚物作為安全高效的天然高分子食品乳化劑具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞Maillard 反應(yīng),大豆分離蛋白,瓜爾豆膠,乳化特性第一作者:博士,副教授。3廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)技術(shù)研究基金資助項(xiàng)目(No.A2004311,廣東藥學(xué)院博士科研啟動(dòng)基金收稿日期:2006-05-11,改回日期:2006-08-14大豆分離蛋白具有良好的乳化功能,但其主要是由結(jié)構(gòu)緊密的7S 和11S 亞基組成,在水中的溶解性較差,從而限制了它在食品工業(yè)中的應(yīng)用1。將大豆分離蛋白與多糖在低于蛋白質(zhì)分子變性溫度和低水分活度的條件下發(fā)生Maillard 反應(yīng)可以將多糖分子共價(jià)結(jié)合到大

3、豆蛋白上,從而改變大豆分離蛋白的功能特性。Maillard 反應(yīng)發(fā)生于蛋白質(zhì)分子中的游離氨基和多糖分子的還原羰基之間,在干熱的條件下不需添加任何化學(xué)試劑即可自發(fā)進(jìn)行,屬于“綠色加工工藝”2。國(guó)外已經(jīng)研究了不同葡聚糖、麥芽糊精、果膠等多糖與牛血清蛋白、酪朊酸鈉、乳清蛋白、-乳球蛋白、溶菌酶等動(dòng)物蛋白間的Maillard 反應(yīng),并發(fā)現(xiàn)其共聚物都具有優(yōu)良的乳化特性38,但對(duì)植物蛋白方面的研究還少見(jiàn)報(bào)道。文中研究了將大豆分離蛋白與瓜爾豆膠通過(guò)Maillard 反應(yīng)形成蛋白質(zhì)-多糖共聚物,比較共聚物與商品乳化劑酪朊酸鈉在熱處理、高鹽濃度及酸性條件等常見(jiàn)食品加工環(huán)境下乳化性能的差異,嘗試開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良乳化性

4、能的新型天然食品乳化劑的可行性。大豆分離蛋白的溶解性很低,在高粘度的多糖溶液中不能與多糖分子有效接觸,反應(yīng)效率低下。因此文中采用酸水解瓜爾豆膠形成低粘度的水解物,以增加其與大豆分離蛋白的相容性。1試驗(yàn)材料和方法111材料與試劑大豆分離蛋白(蛋白質(zhì)含量89147%、瓜爾豆膠(印度、酪朊酸鈉(德國(guó)、食用花生油。十二烷基磺酸鈉(生化試劑、NaOH 、HCl 、NaH 2PO 4、Na 2HPO 4、冰乙酸、二水合乙酸鈉、K Br 、NaCl 、P 2O 5,均為分析純。112主要儀器與設(shè)備721型分光光度計(jì)、真空干燥機(jī)、p Hs -25酸度計(jì)、隔水式電熱恒溫培養(yǎng)箱、高速分散均質(zhì)機(jī)FJ -200、恒溫

5、水浴鍋、微量移液器。113實(shí)驗(yàn)方法11311大豆分離蛋白-瓜爾豆膠水解物混合物的制備將瓜爾豆膠以1%的質(zhì)量濃度溶于蒸餾水中,用110mol/L HCl 調(diào)至p H115,80水解20,40,60,80和120min 。水解完畢后,迅速冷卻至室溫,用110mol/L NaOH 調(diào)至p H810,轉(zhuǎn)入半透膜中,于4透析24h 以除去小分子的糖類。然后按照m (蛋白質(zhì)m (多糖為21的比率加入大豆分離蛋白,攪拌均勻后用110mol/L NaOH 調(diào)至p H 810,放于4水化24h 備用。11312蛋白質(zhì)-多糖共聚物的制備將水化后的混合液于50下真空干燥至半固體狀態(tài),轉(zhuǎn)入P 2O 5干燥器中進(jìn)一步干

6、燥,將干燥的樣品粉碎混勻,放置在盛有飽和K Br 溶液的密閉容器中(相對(duì)濕度79%,在60的條件下反應(yīng),間隔不同時(shí)間取樣,樣品于干燥器中干燥12h備用。11313乳化活性的測(cè)定9按013%的質(zhì)量濃度取反應(yīng)后的樣品分散于20 mL p H710的磷酸鹽緩沖液(0105mol/L中,攪拌分散后于4下水化12h。加入410mL花生油,待恢復(fù)到室溫后用分散均質(zhì)機(jī)以固定轉(zhuǎn)速高速剪切均質(zhì)1min(25。立即從乳濁液的底部吸取100L乳濁液,迅速分散于1010mL011%的十二烷基磺酸鈉溶液中,于500nm波長(zhǎng)下測(cè)定該稀釋液的吸光度A0。研究表明,吸光度A0正比于乳濁液液滴的界面面積,A0越大則蛋白質(zhì)的乳化

7、活性越高。11314乳化穩(wěn)定性的測(cè)定9將新制備的乳濁液靜置30min,從乳濁液底部取100l乳濁液,迅速分散于1010mL011%的十二烷基磺酸鈉溶液中,于500nm波長(zhǎng)下測(cè)定此時(shí)的吸光度A30。乳化穩(wěn)定性計(jì)算公式:ES30=A30A0100%11315酸性p H值對(duì)乳化特性的影響取大豆分離蛋白、酪朊酸鈉及大豆分離蛋白-瓜爾豆膠水解物的Maillard反應(yīng)共聚物,分別用p H410的醋酸緩沖液(0105mol/L配制成質(zhì)量濃度為013%的分散液,乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定方法同11313和11314。11316離子強(qiáng)度對(duì)乳化活性的影響按11315中所述的取樣方法取樣,分別分散于含有0105mo

8、l/L,0110mol/L,0120mol/L,0130 mol/L NaCl的p H710磷酸鹽緩沖液(0105mol/L中,配制成質(zhì)量濃度為013%的分散液,乳化活性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定方法同11313和11314。11317熱處理對(duì)乳化活性的影響按11315中所述的取樣方法取樣,用0105mol/ L磷酸鹽緩沖液(p H710配制成質(zhì)量濃度為013%的樣品分散液,在90恒溫水浴一定的時(shí)間,快速冷卻到室溫,加入花生油,均質(zhì)后測(cè)定乳化活性和乳化穩(wěn)定性。2結(jié)果與分析211瓜爾豆膠水解時(shí)間對(duì)共聚物乳化特性的影響瓜爾豆膠是粘度極高的中性多糖,在p H310以下的酸性溶液中會(huì)發(fā)生酸水解,多糖分子糖苷鍵

9、被隨機(jī)切斷,平均分子質(zhì)量逐漸減小,粘度急劇下降。圖1是水解時(shí)間對(duì)共聚物乳化活性的影響關(guān)系曲線。從圖1中看出,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),共聚物的乳化活性經(jīng)歷先逐漸增加然后逐漸下降的趨勢(shì)。水解20 min的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白混合物反應(yīng)7d后乳化活性即達(dá)到最高值,然后逐漸下降;隨著瓜爾豆膠水解時(shí)間的延長(zhǎng),共聚物達(dá)到最高乳化活性所需要的反應(yīng)時(shí)間逐漸增加,水解40min時(shí)共聚物達(dá)到最高乳化活性所需的反應(yīng)時(shí)間為10d,當(dāng)瓜爾豆膠的水解時(shí)間高于40min時(shí),共聚物達(dá)到最大乳化活性的時(shí)間推遲到第13天。而且水解時(shí)間高于60min時(shí),共聚物的乳化活性普遍降低。這說(shuō)明共聚物的乳化活性受多糖鏈長(zhǎng)的影響,多糖分子鏈長(zhǎng)太

10、短對(duì)共聚物的乳化活性不利,而且也使共聚物達(dá)到最高乳化活性的時(shí)間延長(zhǎng) 。圖1瓜爾豆膠水解時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物乳化活性的影響瓜爾豆膠水解時(shí)間對(duì)共聚物乳化穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖2 。圖2瓜爾豆膠水解時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物乳化穩(wěn)定性的影響從圖2中看出,反應(yīng)1d后共聚物的乳化穩(wěn)定性都急劇增加,隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),共聚物的乳化穩(wěn)定性逐漸增加,水解20min的樣品其乳化穩(wěn)定性在第10天達(dá)到最大值,而其他樣品在反應(yīng)第7天達(dá)到最高值,然后逐漸下降,這表明過(guò)度的反應(yīng)降低了共聚物的乳化穩(wěn)定性。從圖2中還可以看出,瓜爾豆膠水解時(shí)間越長(zhǎng),共聚物的乳化穩(wěn)定性越高。圖1和圖2的數(shù)據(jù)表明,瓜爾豆膠水解40min,反應(yīng)10d的

11、蛋白質(zhì)-多糖共聚物具有優(yōu)良的乳化活性和乳化穩(wěn)定性,因此下面的乳化特性實(shí)驗(yàn)采用該條件下制備的樣品進(jìn)行。212離子強(qiáng)度對(duì)共聚物乳化特性的影響離子強(qiáng)度對(duì)共聚物乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖3和圖4,共聚物由瓜爾豆膠水解40min 的水解物與大豆分離蛋白混合物反應(yīng)10d 制得(下同。 圖3離子強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物(瓜爾豆膠水解40min ,反應(yīng)10d 乳化活性的影響 圖4離子強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物(瓜爾豆膠水解40min ,反應(yīng)10d 乳化活性的影響從圖3看出,在013mol/L 的NaCl 范圍內(nèi),共聚物的乳化活性逐漸下降,NaCl 濃度為0105mol/L 時(shí),共聚物的乳化活性明顯下降,在0

12、105012mol/L 內(nèi)乳化活性沒(méi)有明顯的變化;當(dāng)NaCl 濃度達(dá)到013mol/L 時(shí),乳化活性又明顯降低,但仍略高于未加NaCl 時(shí)酪朊酸鈉的乳化活性;NaCl 濃度為0105012mol/L 時(shí)酪朊酸鈉的乳化活性無(wú)明顯差異且略高于未加NaCl 時(shí)的乳化活性;當(dāng)NaCl 濃度增加到013mol/L 時(shí),其乳化活性急劇下降。大豆分離蛋白的乳化活性最低,在實(shí)驗(yàn)的離子強(qiáng)度范圍內(nèi)緩慢下降,這是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白的溶解度很低,在水中很難溶解,其乳化活性受離子強(qiáng)度的影響很小。共聚物的乳化穩(wěn)定性隨離子強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)先下降然后增加的趨勢(shì)(圖4,在011mol/L 的NaCl 濃度范圍內(nèi),乳化穩(wěn)定性約下降2

13、0%,但仍維持在65%的較高水平,在011012mol/L 的NaCl 濃度時(shí)乳化穩(wěn)定性沒(méi)有明顯的差異;當(dāng)體系的NaCl 濃度增加到013mol/L時(shí),共聚物的乳化穩(wěn)定性反而增加。酪朊酸鈉的乳化穩(wěn)定性在011mol/L 的NaCl 濃度范圍內(nèi)緩慢增加,此后則隨著NaCl 濃度的增加急劇下降,在013mol/L 的NaCl 濃度時(shí)降至50%以下。大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性最低,在011012mol/L 的NaCl 濃度時(shí)明顯增加,隨后急劇下降。從圖3和圖4可以看出,共聚物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性雖然受離子強(qiáng)度的影響比較明顯,但其乳化特性明顯優(yōu)于商品乳化劑酪朊酸鈉,更優(yōu)于大豆分離蛋白。213酸性條件下

14、的共聚物乳化特性比較p H 值對(duì)共聚物與酪朊酸鈉和大豆分離蛋白的乳化特性的影響見(jiàn)表1。從表中看出,在p H710和410時(shí),共聚物的乳化活性都顯著高于酪朊酸鈉和大豆分離蛋白,而且p H410時(shí)共聚物的乳化活性仍然接近p H710時(shí)酪朊酸鈉的水平,其乳化穩(wěn)定性也維持在63%的較高水平,酪朊酸鈉和大豆分離蛋白在p H410時(shí)的乳化活性處于很低的水平,雖然它們的乳化穩(wěn)定性較高,但此時(shí)的乳化穩(wěn)定性沒(méi)有任何的意義。表1不同pH 條件下共聚物與酪朊酸鈉和大豆分離蛋白的乳化特性比較乳化劑乳化活性(OD 500nm p H 710p H 410乳化穩(wěn)定性/%p H 710p H 410共聚物111701708

15、363酪朊酸鈉017401087387大豆分離蛋白014901072477214熱處理對(duì)共聚物乳化特性的影響90熱處理對(duì)3種乳化劑乳化特性的影響見(jiàn)圖5和圖6。隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng),共聚物的乳化活性逐漸下降,20min 的熱處理造成共聚物的乳化活性損失較大,隨著熱處理時(shí)間增加到60min ,共聚物的乳化活性下降的幅度減小,但仍與未經(jīng)熱處理的酪朊酸鈉的乳化活性相當(dāng)。酪朊酸鈉的乳化活性在實(shí)驗(yàn)的加熱時(shí)間內(nèi)幾乎不受影響,而大豆分離蛋白的乳化活性反而逐漸增加。這是因?yàn)槔译盟徕c是結(jié)構(gòu)高度展開(kāi)的線性蛋白質(zhì)分子,加熱對(duì)蛋白質(zhì)分子的高級(jí)結(jié)構(gòu)影響不大,而大豆分離蛋白是致密的球形分子,熱處理使球蛋白分子變性展開(kāi),疏水

16、基團(tuán)暴露出來(lái),從而增加了乳化活性。熱處理導(dǎo)致共聚物的乳化穩(wěn)定性緩慢下降,熱處理60min 時(shí)的乳化穩(wěn)定性僅比未經(jīng)熱處理時(shí)降低15%左右,酪朊酸鈉的乳化穩(wěn)定性則隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)顯著下降。大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性在20min 的熱處理時(shí)增加了約1倍,但經(jīng)60min 的熱處理后,乳化穩(wěn)定性則稍有下降。比較熱處理對(duì)3種乳化劑的乳化活性和乳化穩(wěn)定性的影響發(fā)現(xiàn),共聚物的乳化特性受熱處理的影響,但經(jīng)60min 的熱處理后其乳化活性和乳化穩(wěn)定性仍然保持較高的水平;熱處理對(duì)酪朊酸鈉的乳化活性沒(méi)有明顯的影響,但降低了其乳化穩(wěn)定性;適度的熱處理改善了大豆分離蛋白的乳化特性,而過(guò)度熱處理降低了其乳化穩(wěn)定性 。圖5

17、90熱處理對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物(瓜爾豆 膠水解40min ,反應(yīng)10d 乳化活性的影響圖690熱處理對(duì)蛋白質(zhì)-多糖共聚物(瓜爾豆膠水解40min ,反應(yīng)10d 乳化活性的影響3結(jié)論瓜爾豆膠在食品中主要作為食品穩(wěn)定劑和增稠劑,是食品中粘度最高的膠體之一,可以穩(wěn)定食品乳濁液中的液滴上浮(乳析和蛋白質(zhì)的沉淀,但其本身沒(méi)有乳化性能。1%的瓜爾豆膠溶液其粘度可達(dá)410Pa s ,在如此高的粘度條件下,大豆分離蛋白極難分散于膠體溶液中及達(dá)到完全水化。因此文中沒(méi)有研究單純的瓜爾豆膠和1%的瓜爾豆膠和大豆分離蛋白共混體系的乳化性能。通過(guò)鹽酸水解,瓜爾豆膠的分子質(zhì)量大大降低,其粘度也急劇下降,水解40min 時(shí)

18、的粘度僅約為01025Pa s 。在該條件下,1%的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白的相容性大大增加,從而有利于制備較高濃度的蛋白質(zhì)-多糖混合液。同時(shí),瓜爾豆膠水解物的分子量較小,可以降低多糖與蛋白質(zhì)間的空間位阻作用,有利于反應(yīng)的進(jìn)行。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn),瓜爾豆膠的酸水解時(shí)間對(duì)大豆分離蛋白-多糖共聚物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都有明顯的影響。隨著Maillard 反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng),水解時(shí)間越長(zhǎng),共聚物的乳化活性越低,但其乳化穩(wěn)定性反而越高。水解40min 的瓜爾豆膠與大豆分離蛋白反應(yīng)10d 的共聚物具有優(yōu)良的乳化性能,在013mol/L 濃度的NaCl 和p H410的酸性條件下共聚物的乳化活性和乳化穩(wěn)定性都明顯高

19、于商品乳化劑酪朊酸鈉,在90下熱處理60min 時(shí)其乳化活性和乳化穩(wěn)定性仍接近未經(jīng)熱處理時(shí)的酪朊酸鈉的乳化活性和穩(wěn)定性。因此,通過(guò)Maillard 反應(yīng)制備的蛋白質(zhì)-多糖共聚物有用作安全高效的天然高分子乳化劑的潛力。參考文獻(xiàn)1Shuryo Nakai ,Wayne Modler H.Food Proteins :Propertiesand Characterization M .New Y ork :VCH Publishier ,1996.991212K ato A ,Murata K ,K obayashi K.Preparation and charac 2terization of o

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25、硝酸鈉的清除率及對(duì)亞硝胺合成的阻斷率在一定的濃度范圍內(nèi),隨其量的增加而增加,清除率最大可達(dá)67152%,阻斷率可達(dá)95170%,而山楂提取液達(dá)到一定濃度后,清除率和阻斷率變化不大,趨于穩(wěn)定。清除體內(nèi)亞硝酸鹽和阻斷亞硝胺的合成是防癌的有效途徑,山楂提取液能有效地清除亞硝酸鹽和阻斷亞硝胺的合成。因此,山楂保健食品的開(kāi)發(fā)對(duì)防治癌癥病因的產(chǎn)生可能具有更重要的價(jià)值。若能將我國(guó)豐富的山楂資源用于保健食品的開(kāi)發(fā),前景可觀,將會(huì)有極大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。山楂極有可能成為一種經(jīng)濟(jì)、高效、具有抗癌作用的保健品新資源。參考文獻(xiàn)1許鋼,張虹,龐潔,等1竹葉提取物對(duì)亞硝化反應(yīng)抑制作用的研究J1鄭州工程學(xué)院學(xué)報(bào),2001,2

26、2(1:69 722羅玉梅,王賀振1山楂的化學(xué)成分及藥理研究進(jìn)展J1時(shí)針國(guó)醫(yī)國(guó)藥,2004,15(1:53543趙二勞,梁澤,張海容1沙棘葉對(duì)亞硝酸鹽清除能力的研究J1食品工業(yè)科技,2006,27(3:81824嚴(yán)榕,傅昌年,周朝輝1植物乳桿菌對(duì)亞硝酸根離子的清除作用J1食品工業(yè),2003,(6:40415袁毅驊,陳忻,陳純馨,等1柚皮提取物對(duì)亞硝化反應(yīng)抑制作用的研究J1化學(xué)世界,2004,(1:26286張虹,許鋼,袁建耀1劉寄奴提取液對(duì)亞硝化反應(yīng)的抑制作用J1鄭州糧食學(xué)院學(xué)報(bào),2000,21(1:5053Study on Scavenging Nitrite and Disconnecti

27、ng NitrosamineSynthesis with H a w thorn ExtractsZhao ErlaoWang XiaoniZhang HairongLi Manxiu(Department of Chemistry,Xinzhou TeachersUniversity,Xinzhou034000,ChinaABSTRACTThe capability of scavenging sodium nitrite and disconnecting nitrosamine synthesis with hawthorn extracts by microwave method we

28、re determined by spectrophotometry under simulated human gastric juice,and was compared with vitamin C1The results demonstrated that the sodium nitrite scavenging rate and the ni2 trosamine synthesis disconnecting rate both showed the positive correlation with the concentration of hawthorn ex2 tract

29、s1The capability of scavenging sodium nitrite was67153%,the capability of disconnecting nitrosamine syn2 thesis was95197%1Compared with V C,hawthorn extract has strong capability of scavenging sodium nitrite and disconnecting nitrosamine synthesis1K ey w ordshawthorn,sodium nitrite,nitrosamine,scavenging,disconnecting(上接第28頁(yè)Study of Emulsifying Properties of Soy Protein Isolates-G uarG um H ydrolytes Conjugates Made through Maillard R eactionHu KunFang ShaoyingWang XiuxiaLi LiyuWang