王 月 張東杰

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319）

琥珀酰化改性高溶解度大豆分離蛋白的工藝優(yōu)化

王 月 張東杰

（黑龍江八一農墾大學食品學院，黑龍江 大慶 163319）

采用琥珀酸酐對大豆分離蛋白進行?；男裕瑴y定改性前后大豆分離蛋白溶解特性的變化，并建立蛋白質溶解度與改性條件關系的數(shù)學模型，利用四元二次正交旋轉組合設計試驗法優(yōu)化出琥珀?；蠖狗蛛x蛋白的適宜條件：大豆分離蛋白質量分數(shù)7.0%，反應溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應時間2h。該條件下制備的?；鞍椎娜芙馓匦耘c未改性的大豆分離蛋白相比提高了15.73倍。

大豆分離蛋白；琥珀酸酐；改性；功能特性

目前世界上生產(chǎn)的含有大豆蛋白的食品已超過了12 000多種。由于大豆分離蛋白（SPI）有乳化性、吸油性、吸水性與保水性、凝膠性和起泡性等功能特性，因此大豆分離蛋白質被廣泛應用于焙烤食品、乳品、肉制品及肉的代用品等食品工業(yè)領域，也使SPI功能特性的改善成為目前該領域的研究熱點［1］。

目前中國大豆分離蛋白企業(yè)存在的問題主要是新產(chǎn)品開發(fā)滯后，品種較為單一，應用領域窄，產(chǎn)品附加值低；產(chǎn)品質量遠低于國際水平，盡管價格較低，但銷量仍然無法提高，競爭能力偏弱。研究［2］表明，經(jīng)過琥珀?；拇蠖狗蛛x蛋白的功能特性有明顯提高：乳化活性提高了30%；乳化穩(wěn)定性提高了20%；乳化量提高了3倍；起泡性提高了20%；泡沫穩(wěn)定性提高了50%；另有研究［3］發(fā)現(xiàn)，酰化改性可在一定程度上提高大豆分離蛋白的水溶性、乳化活性和乳化穩(wěn)定性等功能特性，同時降低大豆分離蛋白質的等電點，相比較而言，琥珀?；瘜Υ蠖狗蛛x蛋白的功能性質影響要大于乙?；?。姚玉靜等［4］系統(tǒng)的研究了大豆分離蛋白乙?；男?，制得的乙酰化大豆分離蛋白產(chǎn)品在pH 5.0～9.5范圍內能較大的提高蛋白質分子的發(fā)泡性能和乳化性能。

從理論上講大豆分離蛋白氨基酸殘基上的所有親核基團都有發(fā)生?；饔玫目赡苄裕瑢嶋H則以賴氨酸的氨基最容易發(fā)生?；磻?。琥珀酰化和乙?；男跃稍黾哟蠖狗蛛x蛋白的比容［5］；而琥珀?；男赃€可使大豆分離蛋白的色澤由棕黃色變?yōu)榘讏咨?，乙酰化改性則無此色澤變化。值得注意的是，?；磻某潭纫M行適當?shù)目刂疲駝t，會因為反應過度而造成大豆分離蛋白的功能特性下降。針對這一情況，本試驗采用琥珀酸酐對大豆分離蛋白進行化學改性，并以溶解度為指標，通過單因素試驗確定大豆分離蛋白質量分數(shù)、反應溫度、琥珀酸酐添加量和反應時間對大豆分離蛋白功能特性的影響，確定各因素最適工作范圍，同時進行四元二次回歸正交旋轉組合優(yōu)化試驗，利用SAS 8.2生物技術軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析，得到琥珀?；男源蠖狗蛛x蛋白的最優(yōu)工藝。測定其改性前后的溶解特性變化，以期為今后的工業(yè)化生產(chǎn)提出理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆分離蛋白（水分含量為6.47%，灰分為4.385%，蛋白質含量為74.57%，脂肪含量為0.90%）：大慶日月星有限公司；

琥珀酸酐：杭州中香化學有限公司；

牛血清蛋白：上海喜潤化學工業(yè)有限公司；

其他試劑：均為分析純。

1.2 主要儀器設備

低速離心機：LD4－8，北京京立離心機有限公司；

精密定時電動攪拌器：JJ－1，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；

pH計：FE20，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司；

電熱恒溫水浴鍋：DK－S24型，上海森信實驗儀器有限公司。

紫外可見分光光度計：754型，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 蛋白質溶解度的測定 雙縮脲法［6］。

1.3.2 琥珀?；蠖狗蛛x蛋白的制備 稱取一定量大豆分離蛋白溶于水中，配成懸浮液并使其pH至8.0，在攪拌的條件下分多次等量緩慢加入琥珀酸酐。反應過程中用2mol/L NaOH溶液調節(jié)pH保持在8.0～8.5范圍內，待pH穩(wěn)定30min后結束反應，用去離子水透析（4℃，24h），然后噴霧干燥即得琥珀酰化SPI，備用［7］。

2 結果與分析

2.1 蛋白質溶解度標準曲線

由吸光度對牛血清蛋白濃度進行回歸后，得到標準曲線方程為y＝0.487 9x＋0.004 3（y為吸光度；x為牛血清蛋白濃度，g/100mL），相關系數(shù)為R2＝0.994 8，見圖1。

圖1 蛋白質溶解度標準曲線Figure 1 The standard curve of protein solubility

2.2 四元二次正交旋轉組合設計優(yōu)化?；瘲l件

根據(jù)單因素試驗得出的因素水平取值見表1，響應面設計方案及試驗結果見表2。

表1 試驗因素和水平表Table 1 Factors and coded levels of experiment

表2 響應面設計方案及試驗結果Table 2 Results of orthogonality rotation combination experiments

通過表3可以得出回歸方程如下：

表3 二次回歸模型的參數(shù)Table 3 The parameter of quadratic regression model

由表4和表5可知，二次回歸模型的F值為19.45，P值＜0.001，大于在0.01水平上的F（14，20）0.01＝3.07值；而失擬 項 的F值 為 0.60，小 于 在 0.05 水 平 的F（10，11）0.05＝2.86，由方程的顯著性檢驗可知，該方程的模型達到極顯著水平；失擬項P值＝0.783 3＞0.05，該方程無失擬因素存在，回歸模型和試驗值能較好的擬和。

表4 回歸旋轉正交組合方差分析表Table 4 The error analysis of two revolving orthogonal experiment

二次回歸方程顯著，并不意味著每一項對指標的影響都是重要的，還需要進一步對各項進行分析，從而確定哪些因素的一次項、二次項、交互項起到重要作用。對回歸模型中各回歸系數(shù)進行顯著性檢驗，結果見表5，其中一次項，二次項，交互項F值均大于0.01水平上的F值，說明各個因素對?；鞍椎娜芙舛扔袠O其顯著的影響。同時從表3可以看出x2、x3、x4因素的一次項，x1、x2、x3、x4因素二次項對改性蛋白的溶解度存在顯著性影響，交互項x2x4的影響是極顯著的（P值 ＜0.01），x1x4的影響則為顯著（P值 ＜0.05）。

表5 回歸方程各項的方差分析+Table 5 The analysis of variance every nuchal regression equation

為了進一步描述因素的變化與蛋白質溶解度之間的內在規(guī)律，可以通過在4個因素中固定二個變量進行降維分析，運用SAS 8.2軟件可以繪出對改性大豆分離蛋白溶解度有顯著影響的兩個交互項x1x4、x2x4的三維交互效應曲面圖和二維等高線圖。

2.3 響應面分析結果

2.3.1 大豆分離蛋白質量分數(shù)與反應時間的交互效應分析

由圖2可知，當大豆分離蛋白質量分數(shù)在4.5%～7.0%范圍內時，反應時間在0.75～2.0h范圍內時，兩者存在顯著的增效作用，溶解度隨著大豆分離蛋白質量分數(shù)和反應時間的增加而增加。大豆分離蛋白質量分數(shù)在7.0%附近，反應時間在2h左右時，兩者的協(xié)同作用達到最大。當大豆分離蛋白質量分數(shù)在7.0%～8.5%范圍內時，反應時間在2.0～3.25h范圍內時，溶解度隨著大豆分離蛋白質量分數(shù)和反應時間的增加而下降，說明此時兩者存在明顯的拮抗作用。

2.3.2 反應溫度與反應時間的交互效應分析 由圖3可知，當反應溫度在37.5～54℃范圍內時，反應時間在0.75～2h范圍內時，兩者存在顯著的增效作用，溶解度隨著反應溫度和反應時間的增加而增加。反應溫度在54℃附近，反應時間在2h左右時，兩者的協(xié)同作用達到最大。當反應溫度在54～62.5℃范圍內時，反應時間在2～3.25h范圍內時，溶解度隨著反應溫度和反應時間的增加而下降，說明此時兩者在此區(qū)間存在明顯的拮抗作用。

2.4 驗證實驗

根據(jù)回歸模型得出最佳?；瘲l件及酰化蛋白的溶解度見表6。

圖2 大豆分離蛋白質量分數(shù)與反應時間等高線圖和響應面圖Figure 2 SPI quality socre and times in response to the surface map and contour map

圖3 反應溫度與反應時間等高線圖和響應面圖Figure 3 Reaction temperature and time in response to the surface map and contour map

采用上述優(yōu)化后的?；磻に嚄l件，即大豆分離蛋白質量分數(shù)7%，反應溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應時間2h，pH保持在8.0～8.5范圍內，對?；男源蠖狗蛛x蛋白進行3次重復驗證實驗，得出?；鞍椎钠骄芙舛葹?.054 106g/100mL，與SAS 8.2軟件統(tǒng)計分析給出的最大溶解度1.060 809g/100mL的誤差范圍小于5%，因此，驗證實驗結果正確。與未改性大豆分離蛋白溶解度0.067g/100mL相比較提高了15.73倍。

表6 ?；瘲l件的優(yōu)化值及最優(yōu)條件下酰化蛋白的最大溶解度Table 6 Optimum conditions of anhydride conditions and the largest solubility under optimal conditions

3 結論

（1）本試驗在單因素試驗基礎上進行四元二次正交旋轉組合設計優(yōu)化?；瘲l件。獲得最佳?；瘲l件的具體值分別為大豆分離蛋白質量分數(shù)7.0%，反應溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應時間2h。

（2）采用降維的分析方法，獲得各因素與?；鞍兹芙舛鹊年P系。通過分析大豆分離蛋白質量分數(shù)與反應時間的交互效應，獲得大豆分離蛋白質量分數(shù)在7.0%附近，反應時間在2h左右時，兩者的協(xié)同作用達到最大。通過分析反應溫度與反應時間的交互效應，獲得反應溫度在54℃附近，反應時間在2h左右時，兩者的協(xié)同作用達到最大。

（3）通過琥珀酰化改性制得的大豆分離蛋白與未改性的蛋白相比較溶解度提高了15.73倍。

1 梁宇柱，張存勞，史曉峰.大豆蛋白質資源的開發(fā)與利用［J］.中國油脂，1998，23（5）：29～30.

2 黃紀念.大豆蛋白的功能特性及其改性動向［J］.食品工業(yè)，1997（3）：8～10.

3 趙國華，熊正俊.?；瘜Υ蠖沟鞍捉Y構和功能性質影響［J］.糧食與油脂，2001（9）：5～7.

4 姚玉靜，楊曉泉.乙?；蠖狗蛛x蛋白的功能特性研究［J］.中國調味品，2001（9）：16～19.

5 洪慶慈.大豆蛋白的功能性質與改性研究［J］.糧食與飼料工業(yè)，2001（3）：34～35.

6 姚玉靜，楊曉泉，唐傳核，等.?；瘜Υ蠖狗蛛x蛋白水合性質的影響［J］.食品與機械，2005，22（4）：19～21.

7 Eladawy T A.Functional properties and nutritional quality of acetylated and succinylatedmung bean protein i－solate［J］.Food Chem.，2000（70）：83～91.

Optimization on technological of high solubility SPI by succinylation modified

WANG YueZHANG Dong－jie

（Food College，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang163319，China）

Succinic anhydride was used as modification reagents to modified soy protein isolate.Determine the change of solubility properties before and after modification，and established the mathematical model between solubility of protein and modified conditions.Using response surface analysis to optimize the best conditions of parameters：mass fraction of soy protein isolate：7.0%，reaction temperature 54℃，succinic anhydride 11%，reaction time 2h.Under these conditions the functional properties of succinylated SPI were improved compared with the pre－modified SPI，respectively，and solubility increased 15.73degrees.

soybean protein isolated；succinic anhydride；modification；functional characteristics

10.3969/j.issn.1003－5788.2011.03.037

黑龍江省自然科學基金項目（編號：ZJN0505－01）；黑龍江省科技廳項目（編號：GB05C101－01）

王月（1984－），女，黑龍江八一農墾大學在讀碩士研究生。E－mail：wangyue0711＠yahoo.com.cn

張東杰

2011－03－01