NaCl对γ-聚谷氨酸-大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响.pdf

,N o 收稿日期:;修回日期:基金项目:河南省自然科学基金().作者简介:李嘉慧(),女,本科,主要研究方向为食品科学与工程.通讯作者:谢新华(),男,教授,从事谷物化学及速冻面米食品研究及速冻面米食品研究.d o i:/j i s s n N a C l对 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响李嘉慧,谢新华,齐蕾,朱鸿帅,张波波(河南农业大学食品科学技术学院,河南 郑州 )摘要:为提升 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性,在复合凝胶体系中加入氯化钠,采用激光共聚焦、质构仪和流变仪测定复合凝胶的微观结构、质构特性和流变特性.结果表明,蛋白浓度为 的复合凝胶网络结构更加致密且耐盐性更强;当加入 m o l/L的N a C l时,复合凝胶内部形成了众多尺寸较小且大小均一的球状空隙,复合凝胶的持水性增加,硬度增加,弹性、内聚性和胶黏性也均增大,而 m o l/LN a C l的加入削弱了凝胶网络结构的形成.由此显示,低浓度N a C l有助于复合凝胶形成较好的凝胶体系,提高复合凝胶的强度.关键词:大豆分离蛋白;聚谷氨酸;凝胶;氯化钠中图分类号:T S 文献标志码:A文章编号 ()E f f e c t o fN a C l o nc o m p o s i t eg e l p r o p e r t i e so f p g l u t a m a t e s o y b e a ni s o l a t e dp r o t e i n sL I J i a h u i,X I EX i n h u a,Q IL e i,Z HU H o n g s h u a i,Z HANGB o b o(C o l l e g eo fF o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,H e n a nA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y,Z h e n g z h o u ,C h i n a)A B S T R A C T:I no r d e r t o i m p r o v e t h eg e l p r o p e r t i e so f p o l y g l u t a m i ca c i da n ds o y b e a np r o t e i n i s o l a t ec o m p o s i t eg e l,N a C lw a sa d d e dt ot h e c o m p o s i t eg e l s y s t e m,a n d t h em i c r o s t r u c t u r e,t e x t u r e a n dr h e o l o g i c a l p r o p e r t i e so f c o m p o s i t eg e lw e r ed e t e r m i n e db yc o n f o c a l l a s e r s c a n n i n gm i c r o s c o p e,t e x t u r ea n a l y z e ra n dr h e o m e t e r T h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h ec o m p o s i t eg e lw i t h p r o t e i nc o n c e n t r a t i o nh a dd e n s e rn e t w o r ks t r u c t u r ea n dm o r es a l t t o l e r a n t Wh e n m o l/LN a C lw a sa d d e d,t h e r ew e r en u m e r o u ss m a l l s p h e r i c a l v o i d s i nt h ec o m p o s i t eg e l,w h i c hh a dt h es t r o n g e rw a t e rh o l d i n gc a p a c i t y,l a r g e rh a r d n e s sa n dl a r g e rv i s c o e l a s t i cm o d u l u s Wh i l et h ea d d i t i o no f m o l/L N a C lw e a k e n e dt h ef o r m a t i o no fg e ln e t w o r ks t r u c t u r e T h er e s u l t ss h o w e dt h a t l o wc o n c e n t r a t i o no fN a C lw a sc o n d u c i v e t ot h e f o r m a t i o no f ab e t t e rg e l s y s t e ma n d i m p r o v e dt h es t r e n g t ho f t h ec o m p o s i t eg e l K E YWO R D S:s o yp r o t e i n i s o l a t e;p o l y g l u t a m i ca c i d;g e lp r o p e r t y;N a C l大豆分离蛋白(S P I)具有凝胶、增稠等功能特性,但单一蛋白凝胶强度较低,难以满足食品加工的需求,通过添加多糖等生物聚合物形成的复合凝胶体系可有效提升蛋白凝胶的稳定性.有研究显示在蛋白与多糖体系中加入盐离子能影响蛋白多糖复合体系的稳定性从而影响复合凝胶的品质特性,且可以通过调控复合体系中的各种因素来形成多种凝胶网络结构,微观结构的不同决定了凝胶性质的差别 .M o l i n a等研究发现在低离子浓度条件下,卡拉胶与大豆分离蛋白形成了新型的凝胶网络结构,提高了凝胶强度;D e n g等的研究结果也表明在低离子强度下蛋白分子更倾向于形成细链的网络结构,而在高离子强度下则会形成颗粒网络.聚谷氨酸(P GA)具有优良的水溶性及持水性能,兼具增稠及稳定作用,对无机盐及糖类的活性均有一定固定作用,且溶于水后会形成具有一定弹性的凝胶.氯化钠作为一种用于保存和增强风味的食品添加剂,常用于食品加工中,为了解氯化钠对复合凝胶特性的影响,选取 聚谷氨酸与大豆分离蛋白复合比为 的凝胶样品,以未添加盐离子的单李嘉慧等:N a C l对 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响/年第期 一蛋白凝胶作为对照,对不同钠离子浓度下复合凝胶的微观结构、持水性、质构特性以及流变特性进行分析,为大豆分离蛋白凝胶特性的应用提供理论依据.材料和方法 实验材料大豆分离蛋白(蛋白含量):山东禹王实业有限公司;聚谷氨酸(相对分子量为 万u):西安四季生物科技有限公司.仪器与设备 R高速冷冻离心机,德国E p p e n d o r f公司;A 激光共聚焦显微镜,英国S t a b l eM i c r oS y s t e m有限公司;T A X Y i质构仪,美国T A仪器公司;DHR 旋转流变仪,美国T A仪器公司.实验方法 P GA S P I复合溶液的制备称取 P GA和S P I粉末溶于蒸馏水中,在室温下搅拌h,制得复合比为 的 P GA S P I复合溶液,添加N a C l颗粒,得到不同钠离子浓度的复合溶液,调节其p H值至.选取的实验条件为:蛋白浓度、,盐离子浓度为、m o l/L.P GA S P I复合凝胶的制备采用参考文献 中的方法并进行适当修改,将制得的溶液在 水浴条件下加热h,使S P I充分变性,将加热后的复合溶液迅速冷却至室温放置h,置于冰箱中冷藏 h后进行指标测定.复合凝胶的微观结构测定采用尼康A 激光共聚焦显微镜测定复合凝胶的微观结构.加入 l浓度为 的罗丹明B荧光染料于m l的复合溶液中以标记蛋白质,并使用漩涡振荡器将样品充分混匀.取 l混合后的样品于单凹载玻片中,确保样品中没有气泡后用盖玻片压紧,并用甘油封住盖玻片的四周,用锡纸将盖玻片包裹.使用 节中的处理方式加热载玻片形成凝胶,采用倍物镜进行观察.复合凝胶的持水性测定复合凝胶的持水性能通过离心法测定.称取一定质量的 P GA S P I复合凝胶样品于离心管中,以 r/m i n的速度离心 m i n,倒去上清液,并用滤纸将水分吸干,再次对离心管进行称重.所有样品进行三次重复测定,通过以下公式计算凝胶的持水性.持水性MMMM 式中,M为空离心管的质量,g;M为离心前离心管的质量,g;M为除去上清液后离心管的质量,g.复合凝胶的质构特性测定将样品于室温下平衡h,采用T P A对复合凝胶的质构特性进行测定.复合凝胶的流变特性测定称取一定质量的凝胶样品,使用DHR 型旋转流变仪对凝胶储能模量(G)和损耗模量(G)进行测定.所有测定均选用 mm的平行板,具体参数设置如下:通过在 H z的固定频率下在 的范围内进行应变扫描,选定恒定应变幅度为 ,间 隙 m,频 率 为 H z,记录 P GA S P I复合凝胶的黏弹性随频率的变化.数据分析使用S P S S 对所得数据进行统计分析,用O r i g i n 进行绘图.结果与分析 N a C l浓度对 P GA S P I复合凝胶微观结构的影响(见图)由图可见,在两组蛋白浓度下,添加钠离子使S P I凝胶微观结构中形成了众多均一致密的球状空隙,凝胶网络结构较为均匀;而 P GA S P I复合凝胶体系则在盐离子浓度为 m o l/L时具有较为均一且尺寸较小的球状空隙,当盐离子浓度增大至 m o l/L时,复合凝胶出现了明显的不规则空隙,凝胶网络结构遭到破坏,但蛋白浓度为 的复合凝胶网络结构受破坏程度较小.这可能是因为在S P I凝胶中盐离子的静电屏蔽作用减弱了蛋白表面的电荷,加强了蛋白质分子间的相互作用,有利于蛋白凝胶结构的形成;而在 P GA S P I复合凝胶中,S P I分子与 P GA的交联是主导凝胶网络结构形成的主要因素,少量盐离子的加入对凝胶的形成具有协同作用,但较高浓度的盐离子会削弱蛋白分子与 P GA的交联,不利于凝胶网络结构的形成,在较高的蛋白浓度下,破坏其凝胶网络结构所需的盐离子含量也相应增加,因此 的蛋白凝胶具有更强的耐盐性.李嘉慧等:N a C l对 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响/年第期图N a C l浓度对 P G A S P I复合凝胶微观结构的影响 N a C l浓度对 P GA S P I复合凝胶持水性的影响(见图)图N a C l浓度对 P G A S P I复合凝胶持水性的影响由图可知,在 m o l/L的盐离子浓度下,S P I凝胶和复合凝胶持水性与不添钠离子的凝胶相比均有所增加,而当盐离子浓度增至 m o l/L时,S P I凝胶的持水性能依然保持增加趋势,但复合凝胶持水性能却大幅下降,这种下降趋势在蛋白浓度为 的复合凝胶中则更为明显.这是因为低浓度N a C l条件下所有凝胶样品均具有更为均匀致密的微观结构,水分子被束缚较为紧密,持水性能增强;而在 m o l/L的N a C l浓度下,钠离子对复合凝胶网络结构的形成具有削弱作用,且蛋白浓度越低耐盐性越差,凝胶结构松散造成复合凝胶的持水性下降,蛋白浓度为 的凝胶样品与浓度为 的凝胶样品相比持水性能下降更为明显.N a C l浓度对 P GA S P I复合凝胶质构特性的影响(见表)由表可知,蛋白浓度为 和 的S P I凝胶样品均因盐离子的添加硬度值增大,而 P GA S P I复合凝胶在盐离子浓度为 m o l/L时硬度最李嘉慧等:N a C l对 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响/年第期 大,在 m o l/L的盐离子浓度下大大降低,且蛋白浓度越低的凝胶样品硬度值降低越大.这是因为凝胶的硬度主要与参与凝胶过程的蛋白数量和形成凝胶网络结构的作用力有关,在S P I凝胶中添加N a C l可减弱S P I分子间的斥力,有利于蛋白分子间彼此聚集交联形成凝胶,而在 P GA S P I复合凝胶中,m o l/L的盐离子对复合凝胶网络结构的形成具有削弱作用,复合凝胶硬度值下降;此外,较高的蛋白浓度下参与凝胶过程的蛋白分子数量较多,蛋白分子间的交联程度增加,形成更加致密的凝胶结构,硬度值增大.凝胶样品的弹性、内聚性以及胶黏性变化趋势与硬度值相似,表明在低盐离子浓度下复合凝胶具有较好的性质.表N a C l浓度对 P G A S P I复合凝胶质构特性的影响样品盐离子浓度/mm o lL硬度弹性内聚性胶黏性 S P I P GA S P I S P I P GA S P I N a C l对 P GA S P I复合凝胶流变特性的影响(见图)图N a C l浓度对 P G A S P I复合凝胶频率扫描的影响图显示了 和 两组蛋白浓度下不同盐离子 浓 度 的 P GA S P I复 合 凝 胶 的 储 能 模 量(G)和损耗模量(G).由图可知,所有凝胶样品均具有典型的弱凝胶结构,随盐离子浓度的增加,李嘉慧等:N a C l对 聚谷氨酸大豆分离蛋白复合凝胶特性的影响/年第期S P I凝胶G和G均增大,在 蛋白浓度下形成的复合凝胶在 m o l/L的盐离子条件下具最大的G和G,随N a C l浓度增至 m o l/L,其G和G降低,其原因可能是在S P I凝胶中,盐离子产生的静电屏蔽作用使S P I分子间相互作用增强,有利于凝胶网络结构的形成;在 P GA S P I复合凝胶中,低浓度N a C l的加入对复合凝胶网络结构的形成具有协同作用,凝胶具有较大的强度,其储能模量和损耗模量均增大,而高浓度的N a C l削弱了 P GA S P I复合凝胶网络结构,导致凝胶强度降低,相应的,其储能模量和损耗模量也降低 .凝胶样品G和G的变化与其微观结构的变化相一致.结论研究结果表明,与蛋白浓度为 的 P GA S P I复合凝胶相比,在 的蛋白浓度下形成的复合凝胶结构更为致密,持水性较好,黏弹性较好,且耐盐性更强.在复合凝胶中,m o l/LN a C l的加入使凝胶内部形成了众多小尺寸的球状空隙,提升了凝胶的持水性能、质构特性以及流变学特性,但 m o l/L的N a C l削弱了S P I分子与 P GA之间的交联,凝胶微观结构中形成了较多的不规则空隙,对凝胶结构具有一定削弱作用.由此显示低浓度N a C l有助于 P GA S P I复合凝胶网络结构的形成,可提高凝胶的强度和持水性,而高浓度的盐离子则不利于凝胶特性的提升,这为大豆分离蛋白凝胶的应用提供了理论依据.参考文献陈炳宇,胡晖,王强,等蛋白多糖复合凝胶性质及微观结构研究进展J中国食品学报,():庄远红,潘裕添,刘静娜,等盐离子对魔芋多糖蛋白复配体系凝胶特性及色泽的影响J食品科学技术学报,():VAND E NB E R GL,VANV L I E TT,VAND E RL I N D E NE,e ta l B r e a k d o w np r o p e r t i e sa n ds e n s o r yp e r c e p t i o no fw h e yp r o t e i n s/p o l y s a c c h a r i d em i x e dg e l s a s a f u n c t i o no fm i c r o s t r u c t u r eJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,():AKIRE,D AU B E R TCR,D R AK EM A,e t a l T h e e f f e c t o fm i c r o s t r u c t u r eo nt h es e n s o r yp e r c e p t i o na n dt e x t u r a lc h a r a c t e r i s t i c so fw h e yp r o t e i n/c a r r a g e e n a n m i x e dg e l sJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,():VAND E NB E R GL,C A R O L S A AL,VAN V L I E TT,e ta l E n e r g ys t o r a g ec o n t r o l sc r u m b l yp e r c e p t i o ni nw h e yp r o t e i n s/p o l y s a c c h a r i d em i x e dg e l sJ F o o d H y d r o c o l l o i d s,():MO L I NAO R T I ZSE,P U P P O MC,WA GN E RJR R e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r u c t u r a lc h a n g e sa n df u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fs o yp r o t e i ni s o l a t e s c a r r a g e e n a ns y s t e m sJ F o o d H y d r o c o l l o i d s,:D E N GC,S HA OY,XU M,e ta l E f f e c t so fm e t a l i o n so nt h ep h y s i c o c h e m i c a l,m i c r o s t r u c t u r a la n dd i g e s t i o nc h a r a c t e r i s t i c so f a l k a l i i n d u c e de g gw h i t eg e lJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,:A S H I U C H IM,O I K ES,HAKU B AH,e t a l R a p i dp u r i f i c a t i o na n dp l a s t i c i z a t i o no fD g l u t a m a t e c o n t a i n i n gp o l y g l u t a m a t ef r o mJ a p a n e s ef e r m e n t e ds o y b e a nf o o dn a t t oJ J o u r n a lo fP h a r m a c e u t i c a l&B i o m e d i c a lA n a l y s i s,:AKIRE,F O E G E D I N GEA C o m b i n i n gp r o t e i nm i c r o p h a s es e p a r a t i o na n dp r o t e i n p o l y s a c c h a r i d es e g r e g a t i v ep h a s es e p a r a t i o nt op r o d u c eg e l s t r u c t u r e sJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,:MUN I A L OCD,VAN D E RL I N D E N E,AK O K,e ta l T h ee f f e c to f p o l y s a c c h a r i d e so n t h e a b i l i t yo fw h e yp r o t e i ng e l s t oe i t h e r s t o r eo rd i s s i p a t ee n e r g yu p o nm e c h a n i c a ld e f o r m a t i o nJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,:X I A X F,A B D A L HA I M,A B D D A L HA I M,EMMAN U E LM,e ta l T e x t u r e,r h e o l o g i c a lp r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r eo f s o yp r o t e i ng e l s c o a g u l a t e db yC a S Oa n d t h ee f f e c t o fs o y b e a ns o l u b l ep o l y s a c c h a r i d eo n t h eg e l p e r f o r m a n c eJ I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fS c i e n t i f i c&E n g i n e e r i n g R e s e a r c h,():M I E S Z K OWS KAA,MA R Z E CA E f f e c to fp o l y d e x t r o s ea n di n u l i no n t e x t u r e a n dc o n s u m e rp r e f e r e n c eo f s h o r t d o u g hb i s c u i t sw i t hc h i c k p e a f l o u rJ LWT F o o dS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,():X I ON G W,R E N C,J I N W,e ta l O v a l b u m i n c h i t o s a nc o m p l e xc o a c e r v a t i o n:P h a s eb e h a v i o r,t h e r m o d y n a m i ca n dr h e o l o g i c a l p r o p e r t i e sJ F o o dH y d r o c o l l o i d s,:C A IL,F E N GJ,C A OA,e t a l E f f e c to fp a r t i a l s u b s t i t u t e so fN a C l o nt h ec o l d s e tg e l a t i o no fg r a s sc a r pm y o f i b r i l l a rp r o t e i nm e d i a t e db y m i c r o b i a lt r a n s g l u t a m i n a s eJ F o o da n dB i o p r o c e s sT e c h n o l o g y,():D O R D E V I CD,B U C HT OVAV IH,MA C HA R AC KA R ABS a l tm i c r o s p h e r e s a n dp o t a s s i u mc h l o r i d eu s a g e f o r s o d i u mr e d u c t i o n:C a s es t u d yw i t hs u s h iJ F o o dS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI n t e r n a t i o n a l,():B E R T R AN D ME,TUR G E ONSL I m p r o v e dg e l l i n gp r o p e r t i e so fw h e yp r o t e i ni s o l a t eb ya d d i t i o no fx a n t h a ng u mJF o o dH y d r o c o l l o i d s,:P U P P O MC,AN ON M C E f f e c to fp Ha n dp r o t e i nc o n c e n t r a t i o no nr h e o l o g i c a lb e h a v i o ro fa c i d i cs o y b e a np r o t e i ng e l sJ J o u r n a lo fA g r i c u l t u r a la n dF o o dC h e m i s t r y,():D IP I E R P O P,R O S S IMA R QU E Z G,MA R I N I E L L O L,e ta l E f f e c to ft r a n s g l u t a m i n a s eo nt h em e c h a n i c a la n db a r r i e rp r o p e r t i e so fw h e yp r o t e i n/p e c t i nf i l m sp r e p a r e da tc o m p l e x a t i o np HJ J o u r n a lo fA g r i c u l t u r a la n dF o o dC h e m i s t r y,():YU N N,XU YS,J I AN G QX,e ta l T e x t u r a la n dp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t i e so fs u r i m ig e l sp r e p a r e d w i t hp o t a s s i u ma n dc a l c i u mc h l o r i d e a s s u b s t i t u t e s f o r s o d i u mc h l o r i d eJ I n t e r n a t i o n a l J o u r n a lo fF o o dP r o p e r t i e s,():WAN G WJ,S HE N M Y,L I USC,e ta l G e lp r o p e r t i e sa n di n t e r a c t i o n so fM e s o n ab l u m e sp o l y s a c c h a r i d e s o yp r o t e i n i s o l a t e sm i x e dg e l:T h ee f f e c to fs a l ta d d i t i o nJ C a r b o h y d r a t eP o l y m e r s,:(责任编辑:刘斌嘉)