超高压处理对大豆分离蛋白与甘薯淀粉磷酸酯共混凝胶体质构的影响

朱雪萍 赵原伟 张斌 孙兰萍

摘 要：大豆分离蛋白和甘薯淀粉磷酸酯具有很高的营养价值和重要的功能特性，被广泛用于替代动物蛋白，其凝胶特性是决定食品品质的关键。该文以大豆分离蛋白和甘薯淀粉磷酸酯混合成的凝胶体为研究对象，考察超高压处理对共混凝胶体质构的影响，并通过SEM和DSC进行结构表征。结果显示：不同的压力水平和保压时间可显著影响凝胶体凝胶的硬度、弹性、粘聚性和咀嚼性等质构参数。超高压处理能够改善凝胶体的质构特性及结构，对丰富和完善超高压加工技术具有重要意义。

关键词：超高压；凝胶特性；质构

中图分类号 TS210 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2018）07-0016-4

Effect of Ultrahigh Pressure Processing on the Texture of Soybean Protein Lsolate and Sweet Potato Starch Phosphate Mixed Gel

Zhu Xueping et al.

（Department of Food and Bioengineering， Bengbu College，Bengbu 233030，China）

Abstract：Because of its high nutritional value and important function， Soybean Protein Isolate （SPI） and sweet potato starch phosphate were wildly used as the substitute of animal protein. Its gel properties were regarded as the key factors in determining food quality. In this paper， ultra-high pressure was designed for improving SPI and sweet potato starch phosphate mixed gel properties by means of SEM&DSC; to show structural characterization. The results show that different pressure levels could significantly affect the texture parameters of gel properties such as hardness， springiness， cohesiveness and chewiness. It also suggests that ultra-high pressure processing could improve texture properties and composition of gel， which is of great importance to enrich and perfect the ultra-high pressure processing technique.

Key words：Ultra-high pressure；Gel properties；Texture

大豆分离蛋白是一种典型的食品添加原料，含有丰富的异黄酮和类似动物蛋白的必需氨基酸，能够有效预防心脑血管疾病，且含有较低的脂肪和碳水化合物，被认为是替代动物蛋白的最佳营养佳品[1-3]。由于大豆分离蛋白具有起泡性、乳化性、溶解性和凝胶性等诸多优良的功能特征，常作为食品添加剂被广泛应用于肉制品、乳制品和面食制品等[4]。

甘薯淀粉磷酸酯为甘薯天然淀粉与磷酸盐在特定条件下进行酯化反应，将磷酸酯基团引入天然淀粉中而形成的一种交联淀粉衍生物[5]。本项目组前期研究发现，天然甘薯淀粉在高浓度时（如5%以上时）粘度高、流性差、成胶凝状，用水稀释后，会发生沉淀，因而限制了它们在工业中的应用。甘薯淀粉经磷酸盐酯化后形成甘薯淀粉磷酸酯，其特性优良，开始引起国内科研工作者的重视，项目组已经开展了甘薯淀粉磷酸酯制备及特性的研究[6-7]。

超高压加工技术是将待处理的食品原料包装后密封于超高压容器中，在压力水平不低于100 MPa的条件下，处理适当的时间完成食品处理。该技术除了杀灭细菌等微生物、钝化酶外，还能够影响酶活性、蛋白质构象等特性，改善食品品质等作用。研究表明，超高压处理可改善凝胶的特性，如显著增加鸡肉的硬度、弹性和咀嚼性等质构特性，超高压处理也可改善其凝胶的光泽、透明度和延展性等特性。除此之外，超高压协同复合酶法处理可明显降低SPI的致敏性，其效果与微波、超声波、高压均质等物理方法相当[8-10]。

质构参数可反映凝胶特性，衡量食品品质优劣[11]，检测质构对研究凝胶食品的力学或流变学均具有重要的指导意义[12]。本研究以食品级大豆分离蛋白和甘薯淀粉磷酸酯为研究对象，考察不同压力水平与保压时间对其凝胶特性的影响，利用质构仪检测凝胶特性参数，并探寻高压处理和保压时间对凝胶体质构特性的影响规律，以期为食品加工中寻求新型凝胶体提供的理论依据。

1 材料与设备

1.1 材料 食品级大豆分离蛋白（蛋白质含量≥98%），杭州普修生物科技有限公司；甘薯淀粉磷酸酯，蚌埠學院食品与生物工程学院实验室自制。

1.2 主要仪器设备 HH-2型水浴锅，金坛市杰瑞尔电器有限公司；HPP.L2B-600/0.6型超高压设备，天津华泰森淼超高压设备有限公司；TA.XT型质构仪，英国Stable Micro System公司；FA2204B型电子天平，上海越品科学仪器有限公；KY-03型真空包装机，东莞大朗开姆电器厂；NANO DSC差示扫描量热仪，美国TA公司；SU1510型扫描电子显微镜，日本日立公司。

2 试验方法

2.1 凝胶块的制备 将大豆分离蛋白和甘薯淀粉磷酸酯取适量溶于一定的水中，将此共混物溶液装于100mL的烧杯中，盖以铝箔，置于（90±2℃）的水浴锅中，加热30min后用冰浴快速冷却至室温，然后置于4℃的冰箱中放置24h[7]。再用锋利的刀具将上述制成的凝胶切成30mm×30mm×30mm的凝胶块作为测试试样。

2.2 凝胶块的超高压处理 将测试凝胶块装入PE食品级真空包装袋（22cm×28cm），抽真空后密封，转入超高压设备压力腔内，加入去离子水为压媒，分别在不同的高压条件下处理一定的时间；测试过程中压力上升的速度大约为5～10MPa/s。完成高压处理操作后，缓慢卸压，卸压速度约为50～200MPa/s。超高压处理过程样品温度控制在35℃以下。

2.3 凝胶样品质构测定 质构仪测试探头，P/0.5型；参数分别设置如下：测前速度：3.0mm/s；测中速度：1.0mm/s；测后速度：1.0mm/s；测试距离：5.0mm；间隔时间：5.00s；压缩比：40%；触发力：5.0g；数据收集率：200pps。重复测定3次。

2.4 扫描电镜分析 参照Walther P等（1997）方法略有修改。取少量干燥后的超高压前后混合物粉末粘着于样品台上，置真空喷度仪内镀一层导电膜（金）后，使用扫描电镜进行观察样品表面和截面微观形态。

2.5 DSC分析 取超高压处理后的样品放入45℃干燥箱内烘干后，粉碎取样品粉末5.39g左右，置于DSC铝盒中，然后用配套铝盖密封，以空白铝盒作为对照，以10℃/min的加热速率使铝盒温度从30℃上升到150℃，氮气的流速是50ml/min，记录并计算吸热曲线上蛋白变性的起始温度（T0）、峰值温度（Tp）、终止温度（Tc）。

3 结果与分析

3.1 凝胶体浓度确定 分别配制质量浓度为5%、10%、15%、20%的共混凝胶体溶液，按照2.1方法对样品处理后，冷却后观察凝胶的表面特性。由图1可看出，质量浓度为5%和10%的凝胶体溶液制成的凝胶块不易成型，表面出水，而且易碎。质量浓度为15%的凝胶体溶液制成的凝胶块成形性较好，凝胶强度适中。质量浓度为20%的凝胶体溶液制成的凝胶和质量浓度为15%的凝胶体溶液制成的凝胶表面特性相似。综合各方面的考虑，本实验中凝胶体溶液的质量浓度设定为15%。

3.2 压力水平对共混凝胶体质构特性的影响 超高压处理后，凝胶体的表面特性发生了较大改变，其表面变得更加光滑、细致，这与陈复生[13]研究结果部分相一致。由表1可知，超高压处理后，凝胶体的质构特性均发生明显变化，未经超高压处理的凝胶体的硬度仅为（33.3±0.58）g，经超高压处理凝胶体后，其凝胶硬度显著增加。在0～300MPa范围内，随着压力水平的上升，凝胶硬度不断上升，这与张宇昊等[9]对鱼皮凝胶过程的凝胶强度研究结果相一致。在保压时间为10min时，所有高压处理组的凝胶硬度均显著高于未处理组，并在400MPa时达到最大值。相对于未加压处理，超高压处理后可以提高凝胶硬度，这与方红美等研究结果相一致[17]。未用超高压处理的凝胶体弹性参数为0.99，当保压时间为10min时，随着压力的增大，弹性也随之增大，并在500MPa时达到最大值，但在100MPa、200MPa下弹性变小。在保压时间为10min时，粘聚性也随着压力的增加而增加，在500MPa时凝胶体粘性达到最大值。咀嚼性是硬度、弹性、粘聚性三者的综合反映，由表1可知，当保压时间为10min时，咀嚼性随着压力的增加而增加。这与罗晓玲等[10]研究结果相一致。

3.3 保压时间对共混凝胶体质构特性的影响 由表2可知，在超高压处理压力为400MPa时，当保压时间为15min时，其凝胶强度达到最大值，并且保压时间为10min与15min时，凝胶硬度变化不明显（P>0.05）。这与张宇昊等[7]对鱼皮明胶硬度的研究结果相一致。同时，随着保压时间的增加，凝胶弹性变化不明显（P>0.05）。在400MPa下，随着保压时间的增大，共混凝胶体的粘聚性缓慢减小。在400MPa下，随着保压时间的增加，凝胶体的咀嚼特性缓慢增加。当保压时间由5min增加到10min时，凝胶咀嚼性没有明显变化；而当保压时间继续增加至15min时，咀嚼性达到最大值。

3.4 超高压处理的凝胶体微观形态扫描 由各样品的电镜扫描图谱如图2所示，其中样品表面图谱均在1000倍放大倍数下获得，截面图片均在2000倍放大倍数下获得。图中2A、2B为未经过超高压处理共混凝胶体，图2C、2D为200 MPa处理5min的凝胶体，图2E、2F为200 MPa处理10min的凝胶体，图2G、2H为400 MPa处理10min的凝胶体。图2A、图2B可知，未经高压处理的凝胶体空白样表面较为粘稠、平滑、结构紧凑，未见明显孔洞；由图2C、图2D可知，高压处理后的凝胶体表面不平滑，粘稠度变小，且出现了一些大小不规则的孔洞，这可能是由于凝胶体的聚合体遭到压力破碎，被高压机械力冲击成无数个不规则的小颗粒不规则的紧密结合在一起，出现孔洞。由图2E、图2F可知，在同一个压力条件下，随着处理时间的延长，凝胶体表面的不规则孔洞加大，表面趋于光滑，截面趋于紧实。由图2G、图2H可知，随着压力进一步增大，凝胶体颗粒由于高压作用，促使蛋白颗粒破碎成更细小的结构，比表面积增大，小颗粒在高压作用下无规则的聚集，表面出现紧密、凹凸不平，成分层次的片状，截面结构更加紧实、光滑。凝胶体微观结构的改变，导致不同超高压条件下样品所形成凝胶的质构特性显著不同。这与何轩辉[16]所研究的超高压对花生分离蛋白凝胶特性的SEM结果相一致。

3.5 超高壓对凝胶体热力学特性的影响 DSC广泛地应用于研究蛋自质变性的热力学及动力学特性[15]，超高压处理能否影响球蛋白的变性可以通过DSC实验来进行。由图3可看出，随着处理压力的升高，凝胶体变性温度较未高压处理的样品有所升高，说明凝胶体在不同压力处理条件下热稳定性发生变化，这可能是由于高压作用使蛋白分子延展，结合水分子的能力有所增强。由此可见，超高压处理后凝胶体溶解度、乳化性等性质会发生一定改善。这与汪菁琴[19]所研究的大豆分离蛋白在高压处理后热力学变换结果相一致。

4 结论

通过对高压处理后凝胶体的质构测定，得出以下结论：

（1）超高压处理后，凝胶体的硬度、弹性、粘聚性、咀嚼性均明显增加。

（2）在压力为400MPa时，当保压时间为15min时，其凝胶强度达到最大值，并且保压时间为10min与15min时，凝胶硬度变化不明显（P>0.05）。同时，随着保压时间的增加，凝胶弹性变化不明显（P>0.05）。在400MPa下，随着保压时间的增大，凝胶体凝胶的粘聚性缓慢减小，同时，凝胶体的咀嚼性缓慢增加，当保压时间为15min时，达到最大值。

（3）超高压处理后，凝胶体的表面变得更加光滑、细致，其截面变得更加紧实、光滑；同时凝胶体在不同压力处理条件下热稳定性发生变化。

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（责编：张宏民）