王佳蓉,丁陽月,姜云慶,董和亮,王秋野,程建軍,*
(1.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院,黑龍江 哈爾濱 150030;2.黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院,黑龍江 哈爾濱 150028)
隨著現(xiàn)代大豆加工業(yè)的發(fā)展,目前可利用的大豆蛋白種類和產(chǎn)品日益增多,如脫脂大豆粉、大豆分離蛋白(soybean protein isolate,SPI)、大豆?jié)饪s蛋白及大豆組織蛋白等[1]。其中SPI是以低溫脫溶大豆粕為原料,去除可溶性及不可溶性碳水化合物、灰分等得到的蛋白質(zhì)量分數(shù)達90%(干基)以上的一種全價蛋白,具有來源廣泛、經(jīng)濟價值以及營養(yǎng)價值較高等特點,是一種被廣泛應用的食品基料[2]。
SPI分子經(jīng)熱處理而發(fā)生解聚,未折疊分子通過二硫鍵、氫鍵、疏水相互作用和/或范德華力發(fā)生不可逆排列和聚集,從而形成三維網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)[3-4]。SPI凝膠具有較高的黏度、彈性和可塑性,既可以作為水、糖類和其他物質(zhì)的載體,也可作為風味物質(zhì)。近年來,SPI凝膠常被用作新型食品包材[5-6]。該類包裝薄膜常具有適度的機械性能以及突出的氧與油脂阻隔能力;此外,SPI凝膠的物理性質(zhì)與肌肉蛋白(尤其是肌球蛋白)凝膠類似,在肉品工業(yè)中還常被用作黏合劑[7],以改善粉碎肌肉食品的功能特性。同時,SPI凝膠還可用作生產(chǎn)具有緊密組織狀結(jié)構(gòu)的肉類類似物[8],以降低配方成本,具有較高的增值潛力。在醫(yī)藥方面,基于SPI凝膠制得的生物聚合物納米載體[9-10]可以防止藥物受到工藝和環(huán)境條件的破壞,將藥物安全地輸送到靶向器官和細胞。
然而,因加工過程和工藝參數(shù)的差異,SPI的凝膠性質(zhì)常受到破壞;其中采用“堿溶酸沉”傳統(tǒng)方法生產(chǎn)的SPI往往發(fā)生部分變性。特別是因SPI分子質(zhì)量較大,一旦體系堿性降低,靜電斥力隨之減弱,蛋白質(zhì)會迅速折疊與聚集,最終常會以熱力學穩(wěn)定的水不溶性大聚集體和/或 沉淀形式出現(xiàn)[11],對其凝膠性能產(chǎn)生不利影響。為了更好地滿足食品工業(yè)發(fā)展的需要,通常要對SPI進行改性。
與物理、化學改性相比,酶法改性不僅能改善蛋白的各種功能特性,而且還具有安全性高、專一性強、能提高SPI制品營養(yǎng)價值等優(yōu)點。有很多研究者在此方面做了大量研究,例如趙新淮等[12]將SPI經(jīng)胰蛋白酶酶解后,發(fā)現(xiàn)其凝膠性得到顯著改善,主要表現(xiàn)在SPI的凝膠結(jié)構(gòu)變得更為緊密。酶法修飾是大豆蛋白降解改性方法中的一種,通過限制性水解肽鍵,可使大豆蛋白體系中的官能團暴露量增加,為后續(xù)改性提供更多的反應位點。
近年來的研究發(fā)現(xiàn)酶法修飾對SPI凝膠性能產(chǎn)生影響的作用機理主要包括利用酶限制性水解蛋白的肽鍵或酰胺鍵以暴露出更多的SPI反應位點、連接特殊的功能基團以及增加蛋白分子間/內(nèi)交聯(lián)3 個方面[13]。因此,本研究分析了SPI凝膠的形成機理,重點討論了3 種酶法修飾手段(即限制性酶解、酶誘導的側(cè)鏈接枝反應以及酶誘導的交聯(lián)反應)對于SPI凝膠性能(如凝膠強度、持水能力以及凝膠表面形貌等)產(chǎn)生的影響,為以SPI凝膠為基質(zhì)的產(chǎn)品生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。
凝膠是由變性蛋白分子經(jīng)聚集而形成的具有特定空間結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。這種特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)分子間斥力(如靜電斥力與蛋白質(zhì)的水合作用)與引力(如靜電引力、蛋白質(zhì)分子間/內(nèi)氫鍵、二硫鍵、疏水相互作用及范德華力)達到平衡(圖1)的作用結(jié)果[14-15]。此外,凝膠在微觀上表現(xiàn)為蛋白分子間的引力與斥力達到平衡,在宏觀上則表現(xiàn)為形成了半固體倒置不流動的膠狀物質(zhì)。此外,蛋白質(zhì)凝膠的形成還與諸多外界條件,如溫度、pH值或離子強度有關(guān),這些因素增強了原來有限的蛋白質(zhì)-蛋 白質(zhì)相互作用,弱化了蛋白質(zhì)的水合作用,從而誘導凝膠形成;在酶法修飾SPI的凝膠形成過程中,外界條件可能會通過影響酶的活性從而影響最終的凝膠性能[16-17]。
圖1 SPI分子中的化學鍵[14]Fig.1 Chemical bonds in SPI molecules[14]
SPI凝膠的制備主要是通過高溫處理或加入鹽類、酸類凝固劑等方法。大多數(shù)球蛋白經(jīng)加熱可形成凝膠,SPI中球蛋白相對含量最高可達90%[18],故SPI受熱時易形成凝膠。SPI熱凝膠的形成一般包括4 個階段[19-20](圖2):1)天然SPI球蛋白的小聚集體在加熱過程中解離;2)分離后的蛋白再次結(jié)合,形成半徑在30~50 nm致密且近似球形的顆粒;3)這些顆粒隨機聚集,形成分形維數(shù)約為2的自相似聚集體,且這些聚集體中蛋白分子間的鍵作用力足夠強,可以抵抗外力的破壞;4)這些聚集體之間通過各種相互作用形成凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
圖2 熱致SPI凝膠化示意圖[19-20]Fig.2 Schematic diagram of thermally induced SPI gelation[19-20]
Bryant等[21]發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)冷凝膠的形成可以分為兩個階段:1)熱變性球蛋白溶液的制備;2)在室溫下誘導變性蛋白的凝膠化,其中誘導因素包括酸和鹽兩種。
利用熱變性的大豆蛋白溶液可以通過逐漸酸化來誘導形成凝膠。SPI的酸化方式[22]主要有兩種:1)當體系中有產(chǎn)酸微生物存在時,在乳酸發(fā)酵過程中,糖代謝成乳酸,使pH值逐漸降低[23-24];2)利用葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯(glucono-δ-lactone,GDL)誘導凝膠的形成(圖3)。這主要因為GDL是水溶性的,可緩慢地水解成葡萄糖酸,使體系pH值均勻下降且操作過程無需攪攔。當體系的pH值向蛋白質(zhì)等電點靠近時,蛋白分子間的靜電斥力逐漸減小,通過隨機聚集誘導凝膠形成。此類凝膠通常由大的隨機聚集體組成,最終會形成較粗糙的蛋白質(zhì)網(wǎng)絡。
圖3 GDL酸誘導大豆蛋白凝膠[22]Fig.3 Glucono-δ-lactone acid induced soybean protein gelation[22]
鹽誘導也是SPI冷凝膠形成的常用途徑,不同鹽離子對SPI凝膠的作用機制差異較大[25],其中較為常用的是向大豆蛋白溶液中添加鈣離子鹽,可以通過Ca2+的“鹽橋”作用充當?shù)鞍踪|(zhì)分子帶電羧基間的橋梁,以降低蛋白質(zhì)分子間的靜電斥力,誘導SPI三維凝膠結(jié)構(gòu)形成[26-27]。Kao等[27]研究發(fā)現(xiàn),與其他凝固劑(如MgCl2、MgSO4和CaCl2)相比,利用CaSO4制備形成的凝膠結(jié)構(gòu)更均勻、平滑。
Lamsal等[28]發(fā)現(xiàn)通過控制SPI的酶水解過程可以獲得具有所需特定功能的成分。其中,具有高凝膠強度和高黏度的大豆蛋白可以在粉碎的肉制品和肉汁中用作保水劑,而具有較弱凝膠特性和低黏度的大豆蛋白則在酸奶、湯料和嬰兒配方食品中應用廣泛。水解對蛋白質(zhì)凝膠的增強作用是水解產(chǎn)物的特殊性質(zhì),Panyam等[29]發(fā)現(xiàn)酶水解會導致蛋白水解產(chǎn)物的分子質(zhì)量降低,電離基團數(shù)目增加,同時使先前包埋于分子內(nèi)部的疏水性基團暴露。關(guān)于酶解處理對SPI凝膠性能的影響,早期研究主要集中在水解對大豆蛋白凝乳與即食豆腐的生產(chǎn)中[30-31]。鐘芳等[32]通過添加6 種商用蛋白酶誘導大豆蛋白膠凝以制備速凝豆腐粉,并探究此過程體系黏彈性質(zhì)的變化,研究發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶和堿性蛋白酶具有較強使大豆蛋白膠凝的 能力;同時進一步研究發(fā)現(xiàn)通過添加以上兩種酶誘導SPI膠凝,維持凝膠結(jié)構(gòu)的主要作用力是氫鍵和疏水相互作用(次級鍵),而離子鍵和二硫鍵的貢獻則較低[32-33]。
根據(jù)酶解后蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的范圍及酶解程度,可將蛋白酶解過程分為輕度酶解(約90%的多肽分子質(zhì)量大于5 000 Da)、中度酶解(約46%的多肽分子質(zhì)量大于5 000 Da)及深度酶解(90%的多肽分子質(zhì)量小于500 Da)3 類[28]。其中限制性酶解(輕度或中度酶解)與SPI凝膠性能關(guān)系密切,這主要因為凝膠的形成有賴于蛋白分子間的相互作用,而水解程度過高可能導致蛋白質(zhì)-蛋 白質(zhì)相互作用減少、水解物表面疏水性降低和/或水解肽之間電荷排斥力增加,降低酶解蛋白的凝膠能力,以及引起食品中不良風味“苦味肽”的產(chǎn)生[34-35];反之,適當?shù)乃獬潭扔欣陔逆溨蟹磻稽c的暴露,可以增加蛋白分子間相互作用的可能性[36]。Creusot等[30]的研究表明,適度的酶促水解可使埋藏在蛋白分子內(nèi)部的非極性氨基酸殘基暴露,增強蛋白分子間的疏水相互作用,改善凝膠結(jié)構(gòu)。
酶解處理對SPI凝膠性能的改變是具有高度酶特異性的[12,27-28,37],為實現(xiàn)對SPI水解過程的控制,了解常用蛋白酶的作用特性意義重大(表1)。趙新淮等[12]通過添加中性蛋白酶和胰蛋白酶在不同水解度(1%和2%)下對SPI進行酶解,發(fā)現(xiàn)經(jīng)中性蛋白酶在較低水解度下處理后,SPI的凝膠性能良好;而經(jīng)胰蛋白酶處理后,SPI的凝膠性可以得到顯著改善。這主要是因為中性蛋白酶催化反應的作用位點比胰蛋白酶多,水解程度大,水解產(chǎn)物分子質(zhì)量較低,由此會形成較弱的凝膠結(jié)構(gòu)。Hr?ková等[17]通過添加Alcalase堿性蛋白酶、Novo蛋白酶和風味蛋白酶對脫脂大豆粉進行酶解,發(fā)現(xiàn)經(jīng)風味酶水解處理后,大豆蛋白凝膠強度顯著提高。這是因為風味蛋白酶兼有內(nèi)切蛋白酶與外切肽酶兩種活性,產(chǎn)生的作用效果更明顯。此外,部分研究還發(fā)現(xiàn)菠蘿蛋白酶會對SPI凝膠的硬度造成損害。Fuke等[37]發(fā)現(xiàn)采用菠蘿蛋白酶誘導SPI凝膠化時,菠蘿蛋白酶主要作用于大豆球蛋白,并將其水解成低分子質(zhì)量片段繼而誘導蛋白聚集;與熱致SPI凝膠相比,經(jīng)菠蘿蛋白酶誘導的凝膠結(jié)構(gòu)較柔軟。Lamsal等[28]采用菠蘿蛋白酶對大豆蛋白產(chǎn)品正己烷脫脂豆粉、擠壓膨化大豆粉、大豆?jié)饪s蛋白和SPI進行水解改性,使其水解度分別達到2%和4%,結(jié)果表明在水解過程中盡管儲能模量下降明顯,但水解產(chǎn)物一直保有膠凝能力;而與未水解的大豆蛋白產(chǎn)品相比較,經(jīng)水解后,蛋白凝膠的硬度均有所下降。
表1 SPI酶解過程中商用酶的種類及特征Table 1 Types and characteristics of commercial enzymes used for SPI enzymatic hydrolysis
由于SPI的水解過程可以在室溫下發(fā)生,因此酶水解是改善SPI冷凝膠性質(zhì)一種有效手段。Kuipers等[16]通過Carlsberg枯草桿菌蛋白酶制備了水解度高達10%的SPI水解產(chǎn)物,并添加GDL誘導冷凝膠形成,研究表明隨著水解度的增加,SPI水解物的凝膠化起始pH值也會提升,凝膠變得更柔軟。比較明顯的是,未水解的SPI在pH值約為6.0時形成凝膠,而水解度5%的SPI水解液在pH值約為7.6時方可形成凝膠。由此可知,在中性或弱酸性的食品中,可以通過控制水解度來提高SPI凝膠化的起始pH值。
轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(transglutaminase,TG)現(xiàn)已被廣泛應用于改善包括大豆蛋白、小麥蛋白、豌豆蛋白、乳清蛋白、酪蛋白、肌原纖維蛋白和肌球蛋白在內(nèi)的多種食物蛋白的凝膠性和質(zhì)構(gòu)特性[42]。
TG作用機制可分為3 類[43-44]:1)氨基導入交聯(lián):這也是TG途徑[45]糖基化過程的反應機理,近年來有關(guān)酶催化接枝反應對SPI凝膠性能影響的研究主要集中在探究TG誘導的SPI糖基化接枝反應;2)共價交聯(lián)作用:當?shù)鞍踪|(zhì)中有賴氨酸、谷氨酰胺等含氨基氨基酸存在時,該交聯(lián)即可發(fā)生(圖4);3)脫酰氨基反應:體系中無氨基存在時,水會成為?;荏w,發(fā)生催化水解,谷氨酰胺殘基脫去氨基生成谷氨酸殘基。
圖4 TG催化的共價交聯(lián)反應[44]Fig.4 TG-induced covalent cross-linking reaction[44]
TG的催化會促使蛋白結(jié)構(gòu)改變,從而引起蛋白質(zhì)的多種功能特性(如凝膠性、熱穩(wěn)定性、乳化性、保水性、流變性等)發(fā)生變化,獲得新型的SPI產(chǎn)品。催化技術(shù)的新方向是利用酶對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行不切割的共價修飾。 研究發(fā)現(xiàn),添加TG誘導的各種反應都會對蛋白的結(jié)構(gòu) 產(chǎn)生影響,這會導致其功能性質(zhì)發(fā)生變化,影響蛋白的溶解性、凝膠性、乳化性、起泡性與黏性等,并獲得更穩(wěn)定、復雜且具有增強或創(chuàng)新質(zhì)構(gòu)特性的產(chǎn)物[46](圖5)。
圖5 TG催化的反應對蛋白功能性質(zhì)的影響[46]Fig.5 Effects of transglutaminase (TG)-induced reactions on the functional properties of proteins[46]
Fan Junfu[47]、Yang Anshu[48]和Li Weiwei[49]等研究發(fā)現(xiàn)SPI經(jīng)糖基化接枝改性,可以將親水性的糖類物質(zhì)以共價鍵的方式插入蛋白質(zhì)分子中,使糖基化蛋白既具有蛋白質(zhì)的功能特性,又具有糖類物質(zhì)的親水能力。
SPI經(jīng)酶解處理后,蛋白中的有序結(jié)構(gòu)含量迅速減少,無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)含量增多,使蛋白的折疊結(jié)構(gòu)打開更充分,有利于后續(xù)接枝反應的進行。Zhang Yating等[50]以SPI和麥芽糊精為主要原料,采用蛋白酶解-糖基化接枝和糖基化接枝-蛋白酶解兩種復合改性手段制備多功能食品乳化穩(wěn)定劑;結(jié)果發(fā)現(xiàn),通過以上兩種途徑制備的微膠囊表面均呈現(xiàn)均一、多孔的顯微結(jié)構(gòu)。
SPI凝膠的形成依賴于分子間/內(nèi)作用力的平衡,Qin Χinsheng等[51-52]的研究表明TG在SPI的交聯(lián)過程中可以誘導分子間二硫鍵的形成,降低體系游離巰基的含量,從而明顯改善SPI凝膠的流變性,形成更致密均勻的凝膠三維網(wǎng)絡。Χing Guangliang等[53-54]在以大豆蛋白/牛奶蛋白為原料研制“生物豆腐”的過程中發(fā)現(xiàn),添加TG可以有效地控制能量的攝入以及降低蛋白的致敏性??傮w而言,添加TG可以使SPI中的賴氨酸免受化學反應的破壞,且酶促反應條件溫和而廣泛,有助于改善蛋白凝膠的彈性和保水能力。與其他化學交聯(lián)劑如單寧酸、京尼平等相比,TG具有更高的安全性與經(jīng)濟性。
在任何以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)的食品體系中,TG催化的共價交聯(lián)反應都比?;D(zhuǎn)移和脫酰胺反應進行得更快[44]。即使在相當?shù)偷牡鞍诐舛认拢琓G也可誘導形成具有高彈性和不可逆的凝膠結(jié)構(gòu)[55]。將與TG混合的蛋白溶液平鋪于玻璃板上并烘干后,可獲得透明、耐水和耐熱的蛋白薄膜,這種蛋白膜可被消化酶緩慢消化。相反,未經(jīng)TG處理的薄膜和凝膠則會立即被消化酶消化。此外, 水包油型乳液中的蛋白也可被TG誘導形成凝膠。此外,TG催化異源蛋白,可誘導形成具有更優(yōu)異機械性質(zhì)和流體力學性質(zhì)的雜聚合物凝膠(圖6)。
圖6 由TG催化的異源蛋白間的交聯(lián)[55]Fig.6 Crosslinking between heterologous proteins catalyzed by TG[55]
近幾年的研究中,TG主要被用于催化異源蛋白間的交聯(lián),這為更精確地改變凝膠食品的微觀結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)特性提供了更大的可操作性。在凝膠類食品的冷凍和解凍過程中,伴隨著冰晶的形成與消失,使得凝膠質(zhì)地受損,影響產(chǎn)品的整體品質(zhì);研究發(fā)現(xiàn),明膠具有控制產(chǎn)品中冰晶生長的能力[56],Chen Zhenjia等[57]為改善SPI凝膠的凍融穩(wěn)定性,利用TG催化SPI與明膠交聯(lián)制備混合蛋白凝膠,發(fā)現(xiàn)將此復合凝膠體系冷凍保存后,凝膠的持水率提高,凝膠結(jié)構(gòu)也得到有效保護。此外,明膠還具備優(yōu)異的成膜能力,可與SPI凝膠協(xié)同使用,現(xiàn)已將此特性用于制作新型食品包裝材料[58]、豆腐乳[59]等。綜上,應用TG催化異源蛋白混合制備復合凝膠,可使SPI和明膠劣勢性能得到改良。Cui Qiang等[60]應用TG催化SPI和乳清分離蛋白交聯(lián)制備復合凝膠,其中乳清分離蛋白的凝膠性較差,SPI的乳化性較差,將SPI與乳清分離蛋白復合使用可使兩者優(yōu)勢互補。Qin Χinsheng等[51-52]通過TG催化SPI和小麥面筋蛋白交聯(lián),SPI中富含賴氨酸但缺乏谷氨酰胺,這與小麥面筋蛋白的性質(zhì)截然相反,二者交聯(lián)有助于相互均衡與改良攝入的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。此外,由TG催化的交聯(lián)反應也存在一定弊端,主要是因為該交聯(lián)反應形成了較高分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)聚合物,對改性蛋白的溶解度、乳化特性和體外消化率等產(chǎn)生了不 利影響[52-53]。Sheng Wenwen等[61]應用TG交聯(lián)SPI和明膠后,使用胰蛋白酶對復合凝膠材料進行水解,發(fā)現(xiàn)水解產(chǎn)物比SPI具有更強的流變性能和持水能力,比SPI與明膠的交聯(lián)凝膠產(chǎn)物具有更好的乳化和吸油能力。這表明經(jīng)TG催化的交聯(lián)產(chǎn)物經(jīng)蛋白酶進一步水解后,可能會對復合凝膠的性能有改良作用,是一種潛在的新型食品加工蛋白原料。
漆酶作為一種糖蛋白可以氧化酚羥基在內(nèi)的多種底物,底物中的電子在漆酶的作用下可以轉(zhuǎn)移到氧分子上形成水,漆酶的作用底物廣泛且活性高[62-63]。SPI中的酪氨酸和甜菜果膠中的阿魏酸均可被漆酶高效利用。Feng Liping等[62]以甜菜果膠/SPI為基質(zhì)通過漆酶催化與熱誘導交聯(lián)制備乳液填充凝膠,發(fā)現(xiàn)添加適當濃度的乳液有利于改善凝膠的質(zhì)構(gòu)特性和微觀結(jié)構(gòu);而當添加乳液質(zhì)量分數(shù)達到10%時,凝膠的硬度、黏性達到最高值,可形成性能穩(wěn)定的緩釋輸送系統(tǒng)。
過氧化物酶是一種血紅素酶,與漆酶類似,過氧化物酶也可作用于多糖中的阿魏酸與蛋白質(zhì)中的酪氨酸,催化多糖與蛋白交聯(lián)形成復合凝膠。Yan Jinxin等[64]使用過氧化物酶和Ca2+兩種交聯(lián)劑分別誘導阿拉伯木聚糖(arabinoxylans,AΧ)和SPI形成凝膠網(wǎng)絡,制備混合凝膠。研究發(fā)現(xiàn),雙誘導AΧ-SPI混合凝膠比AΧ凝膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加規(guī)則且均勻。傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果表明,過氧化物酶可誘導AΧ中的阿魏酸與SPI中的酪氨酸產(chǎn)生交聯(lián)。此外,以不同順序加入兩種誘導劑形成的復合凝膠結(jié)構(gòu)也存在差異;當先加入Ca2+時,SPI分子快速聚集產(chǎn)生空間位阻效應,阻礙AΧ分子的交聯(lián)。這也表明通過調(diào)整交聯(lián)劑的加入順序,可以制備出具有不同力學性能和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的凝膠。
天然SPI因具有復雜的三、四級結(jié)構(gòu)[36]使其酶促反應速率低下,在研究中將酶解與其他處理手段,如熱變性[65]、 超聲等相結(jié)合,可以增加SPI的酶切位點。Lamsal等[28]發(fā)現(xiàn)天然與變性SPI在水解過程中的表現(xiàn)截然不同,天然的球狀蛋白通常對酶水解有抗性,因為SPI緊密的三級結(jié)構(gòu)會保護蛋白分子中的肽鍵;而變性蛋白與大多數(shù)經(jīng)過加工的大豆蛋白產(chǎn)品類似,分子內(nèi)部的反應位點已暴露出來。考慮到SPI酶解過程的高成本,加熱已成為一種最高效、直接的輔助處理手段。
將TG處理與蛋白物理改性技術(shù)相結(jié)合可明顯改善SPI的凝膠性能,該復合改性技術(shù)現(xiàn)已廣泛應用于豆腐、奶酪、肉類蛋白、香腸、火腿腸和蛋白飲料等食品蛋白凝膠工業(yè)中。Cui Qiang等[60]發(fā)現(xiàn)經(jīng)超聲處理后,利用TG催化交聯(lián)的SPI/乳清蛋白復合凝膠強度和持水率均顯著提高,這可能是由于超聲處理產(chǎn)生的空化效應使蛋白分子內(nèi)部基團暴露,增加了TG作用位點。此外,Zhou Guowei等[66]發(fā)現(xiàn)適度的超聲處理(360 W)可以提高SPI凝膠的凍融穩(wěn)定性。Qin Χinsheng等[42]的研究也表明,適當?shù)奈⒉A處理(700 W)可加速蛋白結(jié)構(gòu)的展開和反應位點的暴露,促進酶促交聯(lián)反應。Qin Χinsheng等[51]還探討了超高壓(100~400 MPa)預處理對TG誘導的SPI和小麥面筋蛋白混合凝膠特性的作用,發(fā)現(xiàn)超高壓處理可誘導SPI/面筋蛋白分子內(nèi)去折疊和聚集,促使體系中游離巰基含量和表面疏水性增加,最終形成更致密均勻的凝膠網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。
SPI凝膠用途日漸廣泛,大量研究發(fā)現(xiàn)天然SPI凝膠性能較差,因此使用多種手段來改善其功能特性。其中, 酶法處理已被證實對SPI凝膠結(jié)構(gòu)有著明顯的修飾效果,且更多元的酶改性方式也逐漸被探索。酶法修飾對SPI凝膠性能的作用方式主要有3 種:1)利用蛋白酶限制性水解蛋白的肽鍵或酰胺鍵以暴露出更多的SPI反應位點,而且酶解處理對SPI凝膠性能的改變具有高度酶特異性,主要與不同種類酶的活性中心、作用方式有關(guān)。2)利用酶使蛋白側(cè)鏈連接特殊的功能基團,如利用TG誘導SPI的糖基化接枝反應,使改性糖基化蛋白既具有蛋白質(zhì)的功能特性,又具有糖類物質(zhì)的親水特性,同時有助于SPI凝膠表面形貌的改善。3)酶誘導蛋白分子間/分子內(nèi)的交聯(lián)會對蛋白的凝膠、乳化和起泡性質(zhì)有明顯改善效果;此外,利用TG、漆酶及過氧化物酶等催化SPI與其他蛋白交聯(lián),形成性能互補的新型SPI凝膠現(xiàn)已成為研究熱點。
近年來,對SPI采用復合處理手段進行改性逐漸成為一大研究熱點,但總體還存在過程復雜、轉(zhuǎn)化率低、產(chǎn)品得率低等問題,故未能充分運用到生產(chǎn)中。今后可從以下幾個方面對SPI的凝膠化進行深入研究:1)探討如何將酶修飾處理手段與其他處理手段協(xié)同以平衡不同因素的負面影響,同時將酶修飾手段與新型加工技術(shù)(脈沖電場、脈沖光技術(shù))相結(jié)合研究其對SPI凝膠品質(zhì)和功能性的影響。2)研究SPI凝膠結(jié)構(gòu)對營養(yǎng)物質(zhì)的包埋和輸送傳遞的控制以及如何通過多種技術(shù)的結(jié)合獲得更穩(wěn)定和高效的凝膠聚集體。3)熱量對豆奶顆粒特性與凝膠化行為的影響尤為顯著,通過分析熱量在豆奶和豆奶凝膠加工中的作用,將有助于設計特定的加熱條件以生產(chǎn)新型的SPI凝膠制品。4)SPI與異源蛋白混合形成的凝膠具有獨特的結(jié)構(gòu)與性能,但對凝膠體系質(zhì)構(gòu)與營養(yǎng)價值的影響還有待探究。5)將其他來源的球狀蛋白與SPI進行功能特性的比較,有助于深入了解多種球蛋白并開發(fā)新型產(chǎn)品。6)不同加工過程與其他食品填充物料對SPI凝膠結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的影響也有待研究。