紫苏分离蛋白功能性研究

盛彩虹，刘 晔，刘大川，李江平，李 俊

(1.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2.湖北李时珍保健油有限责任公司，湖北 蕲春 435300)

紫苏分离蛋白功能性研究

盛彩虹1，刘 晔1，刘大川1，李江平2，李 俊2

(1.武汉工业学院食品科学与工程学院，湖北 武汉 430023；2.湖北李时珍保健油有限责任公司，湖北 蕲春 435300)

为了开发紫苏蛋白在食品工业中的应用，以大豆分离蛋白为对照，研究紫苏分离蛋白的功能特性。结果表明：紫苏分离蛋白的溶解性与大豆分离蛋白的溶解性随pH值变化的趋势基本一致，但在等电点时紫苏分离蛋白的溶解性高于大豆分离蛋白。在pH7.0时，紫苏分离蛋白的持水性、起泡性及泡沫稳定性、乳化性和凝胶性均不及大豆分离蛋白。但紫苏分离蛋白的吸油性仅稍小于大豆分离蛋白，此外，在紫苏分离蛋白的蛋白质质量浓度为3g/100mL以后，其乳化稳定性与大豆分离蛋白的乳化稳定性基本相当。紫苏分离蛋白在食品加工中作为一种蛋白质强化剂具有一定潜力。

紫苏；分离蛋白；功能特性

紫苏(Pevilla)系唇形科一年生草本植物，是我国传统的药食两用植物。由于紫苏籽油含有丰富的α-亚麻酸，α-亚麻酸可以维持大脑神经系统功能，提高学习记忆力和视力，还具有降血压、降血脂、抑制血小板聚集、减肥、以及减少癌症患病率、抑制肿瘤转移、改变过敏体质等作用[1-3]，目前对于紫苏籽的开发利用，主要是对紫苏油的开发。而紫苏籽脱脂后的副产品紫苏饼粕没有得到很好的利用。紫苏分离蛋白是以紫苏籽脱脂后的副产品紫苏饼粕为原料，采用碱溶酸沉法制备的蛋白产品，充分利用了紫苏籽中的蛋白质。紫苏蛋白的功效比值、净蛋白比值和真消化率分别为2.07、2.87和82.6%[4]。紫苏籽蛋白质的氨基酸组成比较全面，种类达18种，含有人体所必需的全部8种氨基酸，除含硫氨基酸(蛋氨酸+胱氨酸)偏低外，其他氨基酸组成与一般油料蛋白的氨基酸组成相似[5-6]。紫苏蛋白是一种比较好的植物蛋白资源。

功能性质是蛋白质产品在食品配制、加工、制备和储藏过程中，对食品质量产生影响的物理、化学性质。蛋白质产品的功能性质一般受以下几个方面的影响：一是蛋白质本身固有的物理属性，如它的氨基酸组成，它的分子大小及结构形态；二是与蛋白质相互作用的食物组分，如水、离子、脂质等；三是环境的影响，如温度、p H值、电离强度等[7]。

为了解紫苏分离蛋白在食品工业中的应用，本实验研究pH值、温度、蛋白质质量浓度等因素对紫苏分离蛋白的溶解性、持水性、吸油性、起泡性及乳化性等功能特性的影响。并将它的功能特性与大豆分离蛋白的功能特性进行比较，为紫苏分离蛋白在食品工业中的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫苏分离蛋白(自制)；大豆分离蛋白由湖北云梦龙云蛋白食品有限公司提供。其主要成分见表1。

表1 两种蛋白质产品的主要成分Table 1 Major components of PSPI and SPI %

石油醚(沸程30～60℃，60～90℃)、氢氧化钠、浓盐酸、硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、硼酸、甲基红、甲基橙、溴甲酚绿、基准碳酸钠、双缩脲试剂、干酪素均为市售分析纯；花生油。

1.2 仪器与设备

渗滤式玻璃浸出器 自制；LD5-10离心机 北京医用研究所；80-2离心沉淀器 江苏省金坛市医疗仪器厂；DZF-6050型真空干燥箱 上海精宏实验设备有限公司；SHA-C水浴恒温振荡器 江苏恒丰仪器厂；SYC-15B超级恒温水浴 南京桑力电子设备厂；GLZ-5喷雾干燥机 无锡大唐干燥设备厂；DS-1高速组织捣碎机上海标本模型厂。

1.3 方法

1.3.1 紫苏分离蛋白的制备工艺

将脱脂紫苏粕粉碎通过60目筛，然后在55℃，料液比1:10，pH10的条件下碱溶60min(2次)，经离心分离后(3000r/min，20min)，收集上清液。用盐酸调节上清液的pH值，达到等电点pH4.4，酸沉30min，离心分离除去乳清水(3000r/min，20min)。将酸沉后的沉淀用水洗涤，再适量加碱液中和，经喷雾干燥后得到紫苏分离蛋白产品。该工艺制备紫苏分离蛋白的提取率为24.5%。

1.3.2 测定方法

1.3.2.1 蛋白质、水分、粗脂肪含量测定

蛋白质含量的测定：GB/T5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》；水分含量的测定：GB/T5009.3—2 0 1 0《食品中水分的测定》；粗脂肪含量的测定：GB/T5009.6—2003《食品中脂肪的测定方法》。

1.3.2.2 蛋白溶解性测定[8]

采用双缩脲法。采用最小二乘法，建立标准曲线的线性回归方程为y=0.0506x+0.0102，式中x表示蛋白质含量/(mg/mL)，y表示A540nm，相关系数R=0.99。样品的测定：称取1g蛋白质产品溶解于100mL蒸馏水中，配制成1g/100mL的蛋白溶液，调节pH值至一定值，室温振荡120min，4000r/min离心20min备用。取样品溶液1.0mL置于试管内，加入双缩脲试剂4.0mL，混合均匀，在室温静置30min，于波长540nm处，以蒸馏水作参比，进行比色测定，对照标准曲线方程，经计算得样品溶液的蛋白质含量。凯氏定氮法测定样品中蛋白质含量。氮溶解指数(NSI)按式(1)计算。

1.3.2.3 持水性的测定

参照参考文献[9]进行测定。向10g干试样中加水200mL，搅拌均匀后放置20min使之充分吸水，用1500r/min离心分离5min，去除分离水，测定残留物的质量，以每克蛋白样品(干质量)吸附水的克数表示，按式(2)计算。

1.3.2.4 吸油性

参照参考文献[10]进行测定。称取0.5g蛋白质样品于刻度离心管中，加入5mL油，混匀1min后，在一定的温度下静置30min，4000r/min离心30min，测定其上清液体积，扣除后即为蛋白样品吸油量。按式(3)计算。

1.3.2.5 起泡性与泡沫稳定性测定

参照参考文献[9]进行测定。将一定量的蛋白质溶解到100mL蒸馏水中，调节至一定pH值，然后在10000 r/min左右的组织捣碎机中均质2min，记录均质停止时泡沫体积。起泡性按式(4)计算。

记录均质停止10、30min后泡沫体积，用来衡量泡沫稳定性。

1.3.2.6 乳化性与乳化稳定性[11]

称取一定量的蛋白产品溶于50mL蒸馏水中，调节pH7.0，加入50mL花生油，在高速组织捣碎机中均质(10000～12000r/min)2min，再1500r/min离心5min，按式(5)计算乳化能力。

将上述样品置于80℃水浴中30min后，冷却至室温，再1500r/min离心5min，测出此时的乳化层高度，按式(6)计算乳化稳定性。

1.3.2.7 最小凝胶点测定[12]

称取一定量蛋白产品于25mL烧杯中，加入20mL蒸馏水中，配制成不同质量浓度的溶液，调节pH值至一定值，磁力搅拌20min后，放入90℃水中保温30min，取出后迅速水冷至室温，于4℃条件下静置12h。用“－”表示不能形成凝胶，“+”表示可形成凝胶，“±”表示可形成凝胶但不能自持。

2 结果与分析

2.1 蛋白质溶解性测定结果

植物蛋白的溶解性是蛋白质最重要的一个功能特性。蛋白质其他的功能特性如乳化性、起泡性、凝胶性等都与其溶解性有关。蛋白质的溶解性除与本身的氨基酸组成和结构有关外，还与溶液的pH值、温度、离子强度等有着密切联系。

图1 pH值对蛋白质溶解性的影响Fig.1 Effect of pH on NSI of PSPI and SPI

如图1所示，在pH4～5之间，紫苏分离蛋白的溶解性最低，这与大豆分离蛋白相似，但是紫苏分离蛋白在等电点pH4.4时的NSI值(25.5%)比大豆分离蛋白在其等电点pH4.6时的NSI值(7.1%)要高。偏离等电点时，两种分离蛋白的溶解性都增大。另外，紫苏分离蛋白在pH7.0时，NSI值仅为54.7%，pH8以后NSI值才急剧上升。而大豆分离蛋白在pH7.0时，NSI已达到84.1%。pH6以后大豆分离蛋白的NSI始终高于紫苏分离蛋白，在达到pH11之后，溶解趋于平衡时，二者NSI基本一致。而在pH4之前，二者NSI值相差不大。

2.2 持水性测定结果

pH值的变化影响蛋白质分子的解离和静电荷量，因而可改变蛋白质分子间的相互吸引力和排斥力及其与水缔合的能力。如图2所示，在pH4～8范围内，两种蛋白产品的持水性都随pH值的增大而增大。在同一pH值时，大豆分离蛋白的持水性比紫苏分离蛋白的持水性要好，如pH7.0时，大豆分离蛋白的持水性为6.6g/g，紫苏分离蛋白的持水性为3.57g/g。

图2 pH值对蛋白质持水性的影响Fig.2 Effect of pH on water-holding capacity of PSPI and SPI

图3 温度对蛋白吸油性的影响Fig.3 Effect of temperature on oil-binding capacity of PSPI and SPI

2.3 吸油性测定结果吸油性是蛋白质与油结合吸附油的能力。影响吸油性的因素有：蛋白质的加工方法、粒度、温度以及油脂种类等。如图3所示，随着温度的升高，蛋白质的吸油性下降。这是由于温度升高，油的黏度降低，流动性增强，减弱了与蛋白质分子的结合，最后导致蛋白吸油性下降。与大豆分离蛋白比较，在同一温度下，紫苏分离蛋白的吸油性稍小。

2.4 起泡性与泡沫稳定性

表2 蛋白的起泡性与泡沫稳定性(pH7.0)Table 2 Foaming capactiy and foam stability of PSPI and SPI at pH 7.0

如表2所示，两种蛋白的起泡性和泡沫稳定性都随蛋白质质量浓度的增大而增大。蛋白质的起泡性在很大程度上与蛋白质的溶解性有关。pH7.0时，紫苏分离蛋白的溶解性(NSI为54.7%)比大豆分离蛋白的溶解性(NSI为84.1%)小，故在pH7.0，同一蛋白质质量浓度时，紫苏分离蛋白的起泡能力比大豆分离蛋白的起泡能力弱。

2.5 乳化性与乳化稳定性

图4 蛋白质质量浓度对乳化性的影响Fig.4 Effect of protein concentration on emulsificability of PSPI and SPI

图5 蛋白质质量浓度对乳化稳定性的影响Fig. 5 Effect of protein concentration on emulsion stability of PSPI and SPI

蛋白质的乳化性能取决于两个因素：一是降低界面张力的能力；二是成膜的能力。由图4、5可见，随着蛋白质质量浓度的增大，大豆分离蛋白和紫苏分离蛋白的乳化性和乳化稳定性都呈上升趋势。由此可见，蛋白质质量浓度的增大，增大了界面膜的厚度，从而提高膜的强度，增加了乳化性和乳化稳定性。紫苏分离蛋白的乳化性不及大豆分离蛋白好。但是，紫苏分离蛋白的蛋白质质量浓度大于3g/100mL时，其乳化稳定性与大豆分离蛋白的乳化稳定性相当。

影响乳化性的因素还有很多，如蛋白质的变性程度、蛋白质种类、pH值、离子强度、温度、糖的存在等因素[13]。影响紫苏分离蛋白乳化性及乳化稳定性的具体原因还需要进一步探讨。

2.6 最小凝胶点

凝胶的形成是由于蛋白质分子经适当加热变性，使紧密的球状、椭圆状分子经变性后，构象稍有松弛，形成连续的网状结构，使水的小分子被包埋在网络内；蛋白质分子与水结合及相互作用增强，增进了蛋白在水中的溶解性能；另外蛋白质分子之间相互作用增强，形成有序的聚集状态。蛋白质凝胶的形成涉及到蛋白分子空间构象，分子形状，分子质量大小，蛋白分子间作用力、蛋白分子与溶剂分子间作用力，相应地受外界条件影响，如形成时温度、制胶液的浓度、蛋白质含量、pH值、盐浓度等[14]。

表3 紫苏分离蛋白和大豆分离蛋白样品的凝胶性Table 3 Gel-forming capacity of PSPI and SPI

由表3可见，大豆分离蛋白在pH7.0的条件下，蛋白质质量浓度为12g/100mL即可形成凝胶。而紫苏分离蛋白在pH7.0的条件下，不能形成凝胶。原因可能是pH7.0时，紫苏分离蛋白的溶解性较差，导致不能形成凝胶。调节pH值至8.0，在蛋白质质量浓度为10g/100mL时，紫苏分离蛋白即可形成凝胶，但不能自持。蛋白质质量浓度为12g/100mL时可形成凝胶，且能自持。

3 结 论

紫苏蛋白等电点为pH4.4，在此pH值时紫苏分离蛋白溶解度最小，继续加碱或加酸，紫苏蛋白的溶解性均会增大，这与大豆分离蛋白的溶解性随pH值变化的趋势基本一致。但在pH7.0时，紫苏分离蛋白的溶解性(NSI值仅为54.7%)低于大豆分离蛋白(NSI值为84.1%)。

在pH7.0时，紫苏分离蛋白的吸水性、起泡性及泡沫稳定性、乳化性及乳化稳定性及凝胶性均不及大豆分离蛋白。但紫苏分离蛋白的吸油性仅稍小于大豆分离蛋白。在pH7.0时，紫苏分离蛋白不能形成凝胶。调节pH值至8.0，在蛋白质质量浓度为10g/100mL时，紫苏分离蛋白开始形成凝胶，当蛋白质质量浓度为12g/100mL时即可形成凝胶。

综上所述，紫苏分离蛋白产品的功能性质虽不及大豆分离蛋白，但仍具有较好的功能性质，能够在食品行业中得到较好的应用。

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Functional Properties of Perilla Seed Protein Isolate

SHENG Cai-hong1， LIU Ye1，LIU Da-chuan1，LI Jiang-ping2，LI Jun2
(1. School of Food Science and Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China；2. Hubei Li Shizhen Health Oil Co. Ltd., Qichun 435300, China)

In order to offer experimental evidence for its application in food industry, the function properties of perilla seed protein isolate (PSPI) was studied using soybean protein isolates (SPI) as the reference. The nitrogen solubility index (NSI) of PSPI had a trend similar to that of SPI within the pH range of 2-12, but PSPI revealed higher solubility than SPI at isoelectric point. The water holding capacity, foaming capacity, foam stability, emulsifying capacity and gel-forming capacity were lower than those of SPI at pH 7.0. However, the oil-binding capacity of PSPI was close to that of SPI, and the emulsion stability of PSPI was almost equal to that of SPI when the protein concentration was higher than 3 g/100 mL. These results suggested that the PSPI is a potential protein enhancer for food processing.

perilla； protein isolate；functional properties

TS253.4

A

1002-6630(2011)17-0137-04

2010-12-27

盛彩虹(1986—)，女，硕士研究生，研究方向为油脂及植物蛋白工程。E-mail：Shengcaihong2011@163.com

*通信作者：刘大川(1943—），男，教授，研究方向为油脂及植物蛋白工程。E-mail：dcliu@whpu.edu.cn