王 月 張東杰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

琥珀?；男愿呷芙舛却蠖狗蛛x蛋白的工藝優(yōu)化

王 月 張東杰

（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，黑龍江 大慶 163319）

采用琥珀酸酐對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行?；男裕瑴y(cè)定改性前后大豆分離蛋白溶解特性的變化，并建立蛋白質(zhì)溶解度與改性條件關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，利用四元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)試驗(yàn)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(zhì)量分?jǐn)?shù)7.0%，反應(yīng)溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應(yīng)時(shí)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(guò)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(zhì)被廣泛應(yīng)用于焙烤食品、乳品、肉制品及肉的代用品等食品工業(yè)領(lǐng)域，也使SPI功能特性的改善成為目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［1］。

目前中國(guó)大豆分離蛋白企業(yè)存在的問(wèn)題主要是新產(chǎn)品開發(fā)滯后，品種較為單一，應(yīng)用領(lǐng)域窄，產(chǎn)品附加值低；產(chǎn)品質(zhì)量遠(yuǎn)低于國(guó)際水平，盡管價(jià)格較低，但銷量仍然無(wú)法提高，競(jìng)爭(zhēng)能力偏弱。研究［2］表明，經(jīng)過(guò)琥珀酰化的大豆分離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(shí)降低大豆分離蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，相比較而言，琥珀?；瘜?duì)大豆分離蛋白的功能性質(zhì)影響要大于乙酰化。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(nèi)能較大的提高蛋白質(zhì)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(tuán)都有發(fā)生酰化作用的可能性，實(shí)際則以賴氨酸的氨基最容易發(fā)生?；磻?yīng)。琥珀?；鸵阴；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阴；男詣t無(wú)此色澤變化。值得注意的是，酰化反應(yīng)的程度要進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，否則，會(huì)因?yàn)榉磻?yīng)過(guò)度而造成大豆分離蛋白的功能特性下降。針對(duì)這一情況，本試驗(yàn)采用琥珀酸酐對(duì)大豆分離蛋白進(jìn)行化學(xué)改性，并以溶解度為指標(biāo)，通過(guò)單因素試驗(yàn)確定大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、反應(yīng)溫度、琥珀酸酐添加量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)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(shí)進(jìn)行四元二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合優(yōu)化試驗(yàn)，利用SAS 8.2生物技術(shù)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，得到琥珀?；男源蠖狗蛛x蛋白的最優(yōu)工藝。測(cè)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(zhì)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(xué)有限公司；

牛血清蛋白：上海喜潤(rùn)化學(xué)工業(yè)有限公司；

其他試劑：均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

低速離心機(jī)：LD4－8，北京京立離心機(jī)有限公司；

精密定時(shí)電動(dòng)攪拌器：JJ－1，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；

pH計(jì)：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(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

紫外可見分光光度計(jì)：754型，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蛋白質(zhì)溶解度的測(cè)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(yīng)過(guò)程中用2mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH保持在8.0～8.5范圍內(nèi)，待pH穩(wěn)定30min后結(jié)束反應(yīng)，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(jié)果與分析

2.1 蛋白質(zhì)溶解度標(biāo)準(zhǔn)曲線

由吸光度對(duì)牛血清蛋白濃度進(jìn)行回歸后，得到標(biāo)準(zhǔn)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(guān)系數(shù)為R2＝0.994 8，見圖1。

圖1 蛋白質(zhì)溶解度標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 The standard curve of protein solubility

2.2 四元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)優(yōu)化?；瘲l件

根據(jù)單因素試驗(yàn)得出的因素水平取值見表1，響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表1 試驗(yàn)因素和水平表Table 1 Factors and coded levels of experiment

表2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of orthogonality rotation combination experiments

通過(guò)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(xiàng) 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(yàn)可知，該方程的模型達(dá)到極顯著水平；失擬項(xiàng)P值＝0.783 3＞0.05，該方程無(wú)失擬因素存在，回歸模型和試驗(yàn)值能較好的擬和。

表4 回歸旋轉(zhuǎn)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(xiàng)對(duì)指標(biāo)的影響都是重要的，還需要進(jìn)一步對(duì)各項(xiàng)進(jìn)行分析，從而確定哪些因素的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)、交互項(xiàng)起到重要作用。對(duì)回歸模型中各回歸系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果見表5，其中一次項(xiàng)，二次項(xiàng)，交互項(xiàng)F值均大于0.01水平上的F值，說(shuō)明各個(gè)因素對(duì)?；鞍椎娜芙舛扔袠O其顯著的影響。同時(shí)從表3可以看出x2、x3、x4因素的一次項(xiàng)，x1、x2、x3、x4因素二次項(xiàng)對(duì)改性蛋白的溶解度存在顯著性影響，交互項(xiàng)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(xiàng)的方差分析+Table 5 The analysis of variance every nuchal regression equation

為了進(jìn)一步描述因素的變化與蛋白質(zhì)溶解度之間的內(nèi)在規(guī)律，可以通過(guò)在4個(gè)因素中固定二個(gè)變量進(jìn)行降維分析，運(yùn)用SAS 8.2軟件可以繪出對(duì)改性大豆分離蛋白溶解度有顯著影響的兩個(gè)交互項(xiàng)x1x4、x2x4的三維交互效應(yīng)曲面圖和二維等高線圖。

2.3 響應(yīng)面分析結(jié)果

2.3.1 大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時(shí)間的交互效應(yīng)分析

由圖2可知，當(dāng)大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.5%～7.0%范圍內(nèi)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間在0.75～2.0h范圍內(nèi)時(shí)，兩者存在顯著的增效作用，溶解度隨著大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和反應(yīng)時(shí)間的增加而增加。大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.0%附近，反應(yīng)時(shí)間在2h左右時(shí)，兩者的協(xié)同作用達(dá)到最大。當(dāng)大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.0%～8.5%范圍內(nèi)時(shí)，反應(yīng)時(shí)間在2.0～3.25h范圍內(nèi)時(shí)，溶解度隨著大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)和反應(yīng)時(shí)間的增加而下降，說(shuō)明此時(shí)兩者存在明顯的拮抗作用。

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

2.4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)回歸模型得出最佳?；瘲l件及?；鞍椎娜芙舛纫姳?。

圖2 大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時(shí)間等高線圖和響應(yīng)面圖Figure 2 SPI quality socre and times in response to the surface map and contour map

圖3 反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間等高線圖和響應(yīng)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?yīng)工藝條件，即大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%，反應(yīng)溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應(yīng)時(shí)間2h，pH保持在8.0～8.5范圍內(nèi)，對(duì)酰化改性大豆分離蛋白進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出酰化蛋白的平均溶解度為1.054 106g/100mL，與SAS 8.2軟件統(tǒng)計(jì)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)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 酰化條件的優(yōu)化值及最優(yōu)條件下?；鞍椎淖畲笕芙舛萒able 6 Optimum conditions of anhydride conditions and the largest solubility under optimal conditions

3 結(jié)論

（1）本試驗(yàn)在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行四元二次正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)7.0%，反應(yīng)溫度54℃，琥珀酸酐添加量11%，反應(yīng)時(shí)間2h。

（2）采用降維的分析方法，獲得各因素與酰化蛋白溶解度的關(guān)系。通過(guò)分析大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時(shí)間的交互效應(yīng)，獲得大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在7.0%附近，反應(yīng)時(shí)間在2h左右時(shí)，兩者的協(xié)同作用達(dá)到最大。通過(guò)分析反應(yīng)溫度與反應(yīng)時(shí)間的交互效應(yīng)，獲得反應(yīng)溫度在54℃附近，反應(yīng)時(shí)間在2h左右時(shí)，兩者的協(xié)同作用達(dá)到最大。

（3）通過(guò)琥珀?；男灾频玫拇蠖狗蛛x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(zhì)資源的開發(fā)與利用［J］.中國(guó)油脂，1998，23（5）：29～30.

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

3 趙國(guó)華，熊正俊.?；瘜?duì)大豆蛋白結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)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(guó)調(diào)味品，2001（9）：16～19.

5 洪慶慈.大豆蛋白的功能性質(zhì)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?duì)大豆分離蛋白水合性質(zhì)的影響［J］.食品與機(jī)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(xué)基金項(xiàng)目（編號(hào)：ZJN0505－01）；黑龍江省科技廳項(xiàng)目（編號(hào)：GB05C101－01）

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

張東杰

2011－03－01