微波加热对大豆蛋白变性影响的研究

刘琳琳，孙宏霞，王嘉琪，婧，孙冰玉

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076）

微波加热对大豆蛋白变性影响的研究

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，黑龙江哈尔滨150076）

利用微波加热的方法对大豆粉中蛋白质的变性影响进行研究，以微波功率、微波时间和料液比为影响因素，以大豆蛋白质的氮溶解度指数（NSI值）为评价指标。结果表明，微波功率对大豆粉蛋白质变性有较大的影响，加热时间的影响次之。大豆粉蛋白质的热变性程度，除与微波功率和微波时间有关外，还与水的存在与否密切相关。通过正交试验，优化得出微波加热方法使大豆粉蛋白质变性的最优条件为微波功率900 W，微波时间20 s，料液比1∶2；经验证试验得出，微波加热处理后大豆粉中蛋白质的NSI值降至21.87%，蛋白质变性程度较高。

大豆蛋白变性；微波加热；氮溶解指数

大豆蛋白是一种高品质蛋白[1]，其资源丰富、营养价值高、消化吸收好[2]，因此在食品工业中得到广泛应用。为了增强大豆蛋白的酶解反应，加速其酶解效率，这就需要对大豆蛋白进行变性处理。高温可使蛋白质发生变性，热处理会使蛋白质的二级、三级或四级结构发生损坏，使其氢键、二硫键及疏水键被打开，使其高度压缩的结构松散开，变成无序而短小的肽链[3-5]。包藏在内部的关键点，由于分子结构变得松散，从而显露出来，进而大幅度增加了蛋白水解酶的作用点，显著提高了酶解效率[6]。

微波加热是利用介质损耗原理，采用超高频电场对样品进行加热处理[7]。由于微波加热技术具有很多独特的优点，使其在食品工业中发挥了重要的作用[8]。试验利用微波加热的方法对湿大豆粉的变性进行研究，以微波功率、加热时间和料液比为影响因素，以反应后的大豆蛋白质氮溶解度指数（NSI值）为评价指标，确定微波加热大豆粉蛋白质变性的最优条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大豆，食品级；盐酸、氢氧化钠、硫酸、硫酸铜、硼酸试剂等，均为国产试剂分析纯。

KDN-F型自动定氮仪，上海纤检仪器有限公司产品；78-1型磁力搅拌器，上海南汇电讯器材厂产品；ZHWY-110X3D型电热恒温鼓风干燥箱，上海智诚分析仪器有限公司产品；80-2型离心机，上海浦东物理光学仪器厂产品；ALC型电子天平，艾科勒电子天平公司产品；FW135型中草药粉碎机，天津市泰斯特仪器有限公司产品。

1.2 试验方法

1.2.1 工艺流程

大豆预处理→粉碎→过筛→加水搅拌→微波加热→测水溶性氮。

1.2.2 蛋白质含量的测定

采用国标GB/T 5009.5—2010凯氏定氮法。

1.2.3 氮溶解指数的测定

蛋白质的变性程度，可用其氮溶解指数（NSI）的高低来表示[9]。首先，称取样品5.00 g于磨口带塞锥形瓶中，加水200 mL，振荡摇晃使试样混合均匀，在30℃温度下振荡2 h，取出后将其混合液转移至250mL容量瓶中，用水定容至刻度，混匀后静置2 min；然后，将上清液倒入离心管中，以转速3 000 r/min离心10 min，再将其离心液用快速滤纸进行过滤，收集滤液于锥形瓶中；最后，采用凯氏定氮法测定滤液中可溶解氮含量。氮溶解指数的计算公式如下：

1.3 试验方法

1.3.1 微波功率对蛋白质变性影响的研究

称取10 g大豆粉于50 mL烧杯中，按照料液比1∶2加入蒸馏水，分别在微波功率180，360，540，720，900 W条件下，微波加热20 s后分别测定其氮溶解指数。

1.3.2 微波时间对蛋白质变性影响的研究

称取10 g大豆粉于50 mL烧杯中，按照料液比1∶2加入蒸馏水，分别在微波时间5，10，15，20，25 s条件下加热，微波功率720 W，加热后分别测定其氮溶解指数。

1.3.3 料液比对蛋白质变性影响的研究

称取10 g大豆粉于50 mL烧杯中，分别按照1∶0，1∶1，1∶2，1∶3，1∶4的料液比加入蒸馏水，微波加热20 s，微波功率720 W，加热后分别测定其氮溶解指数。

1.3.4 最优蛋白质变性条件的研究

在单因素的基础上，以微波功率、微波时间和料液比3个因素设计L9（34）正交试验，确定大豆粉蛋白质变性的最优条件。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 微波功率对蛋白质变性的影响

微波功率对蛋白质变性的影响见图1。

图1 微波功率对蛋白质变性的影响

由图1可知，在料液比和微波时间不变的条件下，随着微波功率的增加，NSI逐渐降低。这是由于微波功率不断提高会促进二硫键的形成，同时蛋白的球形结构被破坏变成线性结构，藏于蛋白质分子内部的大量疏水基团外露，又降低了NSI。当微波功率为900 W时，NSI达到最低值，即此时大豆粉蛋白质变性效果较好。

2.1.2 微波时间对蛋白质变性的影响

微波时间对蛋白质变性的影响见图2。

图2 微波时间对蛋白质变性的影响

由图2可知，在微波功率和料液比不变的情况下，微波时间在0～20 s内，随着微波时间的延长，蛋白质的高级结构发生变化，肽链变得松散，疏水基团大量暴露在蛋白质肽链外部，致使NSI逐渐降低；20 s时NSI达到最低值；20 s之后，随着微波时间的延长，未变性的蛋白质越来越少，其溶解性趋于平稳。当微波时间为20 s时，NSI达到最低值，即此时大豆粉变性效果较好。

2.1.3 料液比对蛋白质变性的影响

料液比对蛋白质变性的影响见图3。

图3 料液比对蛋白质变性的影响

由图3可知，在微波功率和微波时间不变的情况下，当大豆粉不添加水时，即使已经达到了蛋白质的变性温度，NSI也几乎不变。随着料液比的增加，NSI显著降低，这表明水是大豆粉蛋白质变性的必要条件。在料液比达1∶2时，大豆粉蛋白质变性效果趋向最低，继续增加料液比，NSI变化不显著，即此时大豆粉变性效果较好。

2.2 正交试验

L9（34）正交试验结果见表2。

表2 L9（34）正交试验结果

由表2可知，因素主次顺序为微波功率（A）＞微波时间（B）＞料液比（C），这说明利用微波加热方法使大豆粉蛋白质变性的过程中，微波功率是影响大豆粉蛋白NSI的最主要因素，微波时间次之，料液比的影响最小。最优条件为A3B2C2，即微波功率900 W，微波时间20 s，料液比1∶2。在此条件下，大豆粉蛋白质的NSI为21.87%。

3 结论

利用微波加热方法使大豆粉蛋白质变性的研究表明，微波功率对大豆蛋白质变性有较大的影响，微波时间的影响次之。大豆粉蛋白质的热变性程度，除与微波功率和微波时间有关外，还与水的存在与否密切相关。通过正交试验，优化得出微波加热方法使大豆粉蛋白质变性的最优条件为微波功率900 W，微波时间20 s，料液比1∶2；经验证试验得出，微波加热处理后大豆粉蛋白质的NSI为21.87%。

[1]杨光胜，陈复生，张丽芬，等.大豆蛋白改性技术研究进展[J].粮油与油脂，2013，23（16）：1-3.

[2]Tian Shaojun，Chen Jie，Small D M.Enhancement of solubility and emulsifying properties of soy protein isolates by glucose conjugation[J].Journal of Food Processing and Preservation，2011（5）：80-95.

[3]Chen L，Chen J，Ren J，et al.Modifications of soy protein isolates using combined extrusion pre-treatment and controlled enzymatic hydrolysis for improved emulsifying properties[J].Food Hydrocolloids，2011，25（5）：887-897.

[4]莫重文，马宇翔，杨国龙.蛋白质化学与工艺学[M].北京：化学工业出版社，2007：95-96.

[5]孔祥珍，周惠明.食品蛋白质改性研究[J].粮食与油脂，2004（2）：22-24.

[6]李叔国，陈辉，庄玉婷，等.大豆蛋白改性修饰技术研究[J].粮食与油脂，2000（1）：26-28.

[7]袁泉.微波技术在食品当中的应用[J].食品研究与开发，1996，17（4）：34.

[8]李莉，田建文，关海宁.微波加热技术在食品贮藏中的应用与发展[J].保鲜与加工，2006，6（3）：13-15.

[9]石彦国．大豆制品工艺学[M]．第2版.北京：中国轻工业出版社，2009：102-110.◇

The Effect of Microwave Heating on Soybean Protein Modification

LIU Linlin，SUN Hongxia，WANG Jiaqi，TU Jing，*SUN Bingyu
（Key Laboratory of Food Science and Engineering of Heilongjiang Province，College of Food Engineering，Harbin University of Commerce，Harbin，Heilongjiang 150076，China）

The effect of microwave heating on protein modification in the soybean powder is studied.With power of microwave，working time and ratio of solid-to-liquid as influence factor and nitrogen solubility index（NSI）of soybean protein as evaluation indexes.The results show that microwave power had a large effect on soybean protein modification，while the heating time had the less.And the degree of protein modification in the soybean powder，in addition to the associated with the heating power and time，is also closely related to the existence of the water.The optimal condition is that the microwave power is 900 W，the heating time is 20 s，and the ratio of solid-to-liquid is 1∶2.The verification experiment shows that the NSI value of protein in the soybean powder after microwave heating fell to 21.87%，and the degree of protein modification is higher.

soybean protein modification；microwave heating；nitrogen soluble index

TS201.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2017.08.032

1671-9646（2017）08b-0010-03

2017-07-14

国家重点研发计划资助（2016YFD0400402）。

刘琳琳（1986—），女，在读博士，工程师，研究方向为大豆、谷物化学与加工机理。

*通讯作者：孙冰玉（1978—），女，博士，副教授，研究方向为大豆化学与加工技术。