关键词：
大豆蛋白
油茶籽蛋白
相互作用
凝胶性
超声
摘要：
近年来随着植物肉等植物基食品兴起,提高大豆分离蛋白(SPI)热诱导凝胶性成为大豆蛋白结构功能改造的热点之一。蛋白-蛋白相互作用是近年的研究热点,被认为是可以有效提升蛋白凝胶性能的途径,但对大豆蛋白的研究很少。基于大豆蛋白热诱导凝胶机制以及影响因素,基于蛋白-蛋白之间的相互作用研究进展,课题提出假设:组合不同性质蛋白,通过提升蛋白溶解度、增加蛋白展开水平、改变聚集体大小、改变表面电荷、等途径,改变蛋白间疏水相互作用、二硫键相互作用,使蛋白热诱导凝胶性质得到提升。因此,通过寻找各种潜在的可能提升SPI凝胶性的蛋白,将其与SPI相互作用,探究基于蛋白-蛋白相互作用途径是否能对SPI凝胶性能进行改善;在获得提升效果的基础上,选择相互作用条件进行优化,进一步提升SPI的热诱导凝胶能力。主要研究内容和结果如下:首先,筛选出可以通过蛋白间相互作用提升SPI的热诱导凝胶性的植物蛋白。制备了一系列具有不同理化性质的蛋白,包括大豆蛋白、黑豆蛋白、绿豆蛋白、豌豆蛋白、马铃薯蛋白、南瓜籽蛋白和油茶籽蛋白。测定了七种蛋白的氨基酸组成、亚基组成、溶解度、疏水性等基本结构参数和凝胶性质,并将组成和性质差异较大的6种蛋白与大豆蛋白进行复配,探讨是否可通过蛋白间相互作用提升大豆蛋白凝胶性。结果显示,南瓜籽蛋白自身具有较好的凝胶性质;油茶籽蛋白分子量低,不能形成热诱导凝胶,但亲水氨基酸含量远高于其余六种蛋白,约为SPI的1.8倍,半胱氨酸含量高,约为SPI的2.5倍。通过将六种蛋白与大豆蛋白以不同比例复配并测定凝胶强度,结果显示南瓜籽蛋白和油茶籽蛋白均能有效增强SPI热诱导凝胶强度。大豆分离蛋白与油茶籽蛋白以7∶3比例混合时,得到的混合凝胶的凝胶强度最高,约为纯SPI凝胶的1.8倍。复配凝胶的测定结果及两种蛋白的结构特性表明,两种蛋白增强SPI凝胶的机制可能不同。在上述研究基础上,选择提升效果最好的油茶籽蛋白与大豆蛋白复配体系,采用不同复配比例进行研究,探究蛋白相互作用增强SPI凝胶的机制。结果显示,当大豆分离蛋白与油茶籽蛋白的复配比例为10∶2时,复配蛋白的凝胶点温度由82.34°C降至75.73°C,储能模量值达到最大,为72905 Pa,是纯SPI的五倍;凝胶强度达到最大,为411 g,是纯SPI凝胶的两倍。电泳和表面自由巯基结果显示,两种蛋白间发生二硫键参与的相互作用并在亚基之间形成了复合物。复配蛋白的表面疏水性下降,溶解度增加。粒径结果显示相互作用导致油茶籽蛋白自身粒径峰消失。上述结果说明凝胶强度的提升主要是由于两种蛋白间发生的相互作用,这种相互作用使两种蛋白通过二硫键形成了复合物,有效提升复配蛋白溶解度和聚集体粒径。为了进一步提升大豆蛋白与油茶籽蛋白复配的蛋白凝胶性质,以10∶2的复配比例为基础,研究了p H偏移处理、超声处理、添加盐离子三种方式对复配凝胶性质的影响,进一步强化相互作用以提升凝胶性质。结果显示,适度p H偏移处理可以提升复配蛋白凝胶特性。偏移p H为10时的凝胶强度是未处理蛋白凝胶的2倍。p H偏移提升了复配蛋白的溶解度和表面疏水性,进一步促进了由二硫键连接的聚集体的形成,提升了复合蛋白的聚集体大小,有利于提升复配蛋白凝胶性质。超声处理会降低复配蛋白储能模量,并降低凝胶强度。超声处理可以提升复配蛋白溶解度和表面疏水性,但不改变二硫键数量,同时大幅降低粒径大小。超声对于凝胶强度的负面作用主要是由于超声导致复配蛋白的粒径急剧降低所致。适当的盐离子强度能大幅提升复配蛋白凝胶特性,Na Cl浓度为200 mmol/L时,凝胶强度最大,是未添加盐离子凝胶的2.4倍,但持水性由99.83%下降至96.07%。这种凝胶强度的提升主要是由盐离子促进了聚集体形成、提升了表面疏水性并强化了二硫键作用所致;而持水性的下降则与溶解度下降有关。最后,由上述实验结果可知,超声在无盐状态下能够降低蛋白聚集体大小,但能够提升溶解度和表面疏水性;而盐离子则可以显著提升聚集体大小,提升表面疏水性,强化二硫键作用,但会降低溶解度。因此,假设超声波与盐离子联用后可以有效控制蛋白的聚集体大小和表面电荷数量,同时还可以强化二硫键相互作用和提升表面疏水性,从而改善凝胶性质。为验证上述假设,采取超声波和添加盐离子联用的方式处理复配蛋白,同时以纯SPI作对照。结果表明,超声波和添加盐离子联用能显著提升凝胶强度,降低凝胶温度,改善凝胶持水性。200 mmol/L Na Cl浓度与30 min超声联用可使两种蛋白凝胶强度提高3倍以上。盐离子和超声处理通过调节蛋白质表面电荷、聚集体大小、以及凝胶中相互作用力的类型和作用强度来改善复配蛋白和大豆蛋白热诱导凝胶性质。适当的ζ电位、小而均匀的蛋白颗粒、强化疏水相互作用和二硫键相互作用有利于改善蛋白热诱导凝胶性质。综上,通过增强蛋白间相互作用是提升
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