小粒黑大豆蛋白质功能特性研究

江 帆 郭 颖 王 华 梁鸡保 杜双奎

(西北农林科技大学食品科学与工程学院1，杨凌 712100)(渭南市食品执法监察支队2，渭南 714000)(神木市农业技术推广中心3，神木 719300)

大豆根据其籽粒百粒重大小可分为特小粒(<10 g)、小粒(10～15 g)、中粒(15～20 g以下)、大粒(20～25 g)和特大粒(>25 g)；根据籽粒种皮颜色可分为黄色、黑色、青色、褐色以及双色豆[1-2]。黑大豆为豆科植物大豆(GlycinemaxL.Merr.)的黑色种子，栽培源于我国，种质资源多样且数量大，目前我国现保存的黑大豆资源有2 980份，占全国大豆品种资源的13.2%[3]。黑大豆蛋白质量分数高达36%～40%，富含18种氨基酸，其氨基酸构成比例与FAO/WHO颁布的模式值基本接近，必需氨基酸种类齐全，比例合适且数量充足，是一种完全蛋白质，特别是黑大豆中的丙氨酸、精氨酸等必需氨基酸占氨基酸总量的40%以上，其组成与动物蛋白类似[4]。目前研究主要集中在大粒黑大豆营养成分分析[5]、蛋白质提取[6]和蛋白质结构[7-8]等方面，关于小粒黑大豆蛋白质的功能特性研究较少。

黄土高原地区，属于我国的旱作农业区，长期气候干旱，水土流失严重，土地贫瘠。小粒黑大豆以其较强的抗逆性和适应性，尤其是极强的适应恶劣环境的能力，使其成为了黄土高原地区主要的食用大豆资源。小粒黑大豆含有有益于人体健康的生理功能成分而受到消费者和研究者关注[9-10]。但目前其产品多以传统的豆腐制品、豆芽等为主，新兴制品研发不足，蛋白质功能特性的差异尚不清楚，影响了这一宝贵资源的开发利用。本实验以黄土高原小粒黑大豆为实验材料，以小粒黄大豆为对照，采用碱溶酸沉法提取蛋白质，研究不同小粒黑大豆蛋白的溶解性、吸水性和吸油性，对不同蛋白浓度条件下蛋白乳化能力和乳化稳定性、起泡能力和泡沫稳定性分析，并对小粒黑大豆蛋白的凝胶特性进行探讨，以期为小粒黑大豆、蛋白的应用提供基础数据和参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小粒黑大豆、小粒黄大豆均收集于黄土高原地区，种植于陕西神木市农技推广中心实验田。4个小粒黄大豆分别为定边白黑豆、横山狗牙豆、府谷小黄豆、神木鸡腰白，8个小粒黑大豆分别为子洲小黑豆、盐池黑豆、定边小黑豆、靖边王渠子黑豆、府谷小黑豆、神木连枷条、横山老黑豆、偏关小黑豆。

1.2 方法

1.2.1 小粒黑大豆蛋白的提取

小粒黑大豆粉碎过60目筛，用石油醚脱脂后与蒸馏水以1∶20的比例混匀，调pH至8.0～9.0，40 ℃下恒温振荡2 h，间歇加碱液以维持pH值，随后3 800 r/min离心20 min，沉淀物再按料液比为1 ∶10提取2次，混合3次上清液，调pH至4.5，静置2 h，离心后弃上清液，水洗沉淀物2次，调pH为6.5～7.0，在4 ℃下透析48 h，冻干后于-20 ℃贮存备用。

1.2.2 蛋白质的功能特性测定

1.2.2.1 溶解性

参考Wu等[11]方法。称取1.000 g蛋白样品分散于50 mL去离子水中，磁力搅拌1 h，4 000 r/min离心20 min，取上清液5 mL，用微量凯氏定氮法测其蛋白含量。用氮溶解度指数(NSI)表示其溶解度。

1.2.2.2 吸水性

称取0.2 g蛋白样品与6 mL蒸馏水于已知质量的离心管中，振荡1 min后静置10 min，1 600 r/min离心25 min，倒去上清液，将沉淀物同离心管置于50 ℃干燥25 min后称重[12]。

式中：m2为离心后总质量/g；m1为离心前样品与离心管总质量/g；m为样品质量/g。

1.2.2.3 吸油性

取0.5 g蛋白样品与5.0 g大豆油于离心管中，每隔5 min搅拌30 s，30 min后于2 000 r/min离心25 min，吸出未被吸附的大豆油，计算蛋白吸油能力[12]。

1.2.3.4 乳化能力(EC)和乳化稳定性(ES)

乳化能力和乳化稳定性参考Timilsena等[13]方法测定。

取浓度为0.2%、0.3%、0.5%蛋白溶液24 mL与8 mL大豆油于离心管中，用高速分散器以10 000 r/min搅打2 min，用微量注射器迅速从底部吸取50 μL乳化液加入到5 mL0.1%的SDS溶液中，以0.1%的SDS溶液为对照，于500 nm处测定其吸光度(A)，乳化能力以吸光值(A)×100来表示。将测定乳化能力后的乳化液放置于80 ℃水浴中加热30 min，冷却至室温，摇匀，按上述方法测定乳化能力(EC80)，计算乳化稳定性。

1.2.3.5 起泡能力(FC)和泡沫稳定性(FS)

室温下取100 mL 2%、3%、5% 蛋白溶液于烧杯中，用高速分散器以10 000 r/min搅打2 min，测定其泡沫体积。记录搅打后的体积V，随后将搅打起泡的3%蛋白液样品静置20、40、60、90 min，记录不同时间段的泡沫体积V1，计算起泡性(FC)和泡沫稳定性(FS)[14]。

1.2.3.6 凝胶特性

凝胶制备：配制质量分数为14%的蛋白样品溶液于50 mL小烧杯中，用保鲜膜封口，置于80 ℃恒温水浴锅中保温30 min，取出迅速冷却，形成蛋白凝胶，在4 ℃过夜备用。

凝胶质构特性测定：采用TPA模式测定，P/10探头，测前速度2.0 mm/s，测试速度0.8 mm/s，测后速度0.8 mm/s，穿刺距离2.0 mm，触发应力1 g[15]。

2 结果与分析

2.1 溶解性、吸水性和吸油性

蛋白质的溶解性影响其乳化性、起泡性和凝胶特性等功能特性。由表1可以看出，不同小粒大豆蛋白质的溶解性有显著差异，小粒黑大豆的氮溶解指数(51.72%～62.07%)显著低于小粒黄大豆(62.19%～63.60%)。不同品种间小粒黑大豆蛋白质的溶解性有显著差异，这可能由于蛋白质的表面疏水性与蛋白分子的空间构象及疏水残基的暴露有关[16]。

蛋白质的吸水性与吸油性在食品加工及食品品质方面有着至关重要的作用[17]。由表1可知，不同小粒黑大豆蛋白质的吸水性和吸油性差异显著，小粒黑大豆蛋白质吸水性在2.29～2.95 g/g之间，其中盐池黑豆、定边小黑豆和靖边王渠子黑豆的蛋白质吸水性显著高于小粒黄大豆蛋白质(2.58～2.81 g/g)。小粒黑大豆蛋白质吸油性在1.52～1.70 g/g之间，显著低于小粒黄大豆蛋白质(1.72～2.00 g/g)。定边白黑豆和横山狗牙豆的蛋白质吸油性较高，府谷小黑豆和神木连枷条的蛋白质吸油性较低，这可能与小粒黑大豆蛋白质含有较多亲水部分，如极性或带电荷的侧链，从而有较高的亲水性、较低的亲脂性有关[18]。

表1 小粒大豆蛋白质的溶解性、吸水性和吸油性

2.2 乳化能力和乳化稳定性

小粒黑大豆蛋白质的乳化能力随着蛋白质浓度的不同而不同(表2)。蛋白质质量分数为0.2%～0.5%时，乳化能力在54.40%～88.60%之间变化。当蛋白质质量分数为0.3%时，小粒黑大豆蛋白质有较高的乳化能力，其中子洲小黑豆的乳化能力最高；横山老黑豆和偏关小黑豆的乳化能力最低，且显著低于小粒黄大豆。刘润玉等[19]发现小粒黑豆分离蛋白的乳化性和乳化稳定性均优于黄豆分离蛋白，这与本研究结果基本一致。当蛋白质浓度增加到一定程度时，部分蛋白质分子间彼此靠在一起，形成胶束，胶束有利于提高蛋白的乳化性。当乳液达到临界胶束浓度后，油水界面乳化剂的量不随浓度增大而增多，故蛋白的乳化能力不再提高，乳化活性趋于稳定[20]。由表3可以看出，不同蛋白浓度时，小粒黑大豆蛋白质的乳化稳定性不同；同一蛋白质浓度下，不同品种小粒大豆蛋白质的乳化稳定性亦有显著差异，这可能与蛋白质种类、氨基酸组成及亲脂性蛋白数量有关。小粒黑大豆蛋白质的乳化稳定性随着蛋白浓度的增大而降低，与小粒黄大豆乳化稳定性的变化趋势相同，这可能是由于随着蛋白质浓度的不断增加，多余蛋白分子聚集在一起，因而降低了蛋白质的乳化稳定性[21]。

表2 蛋白质浓度对乳化能力的影响/%

表3 蛋白质浓度对乳化稳定性的影响/%

2.3 起泡能力和泡沫稳定性

蛋白质起泡能力随蛋白浓度的不同而不同(表4)。神木鸡腰白、子洲小黑豆和盐池黑豆蛋白质量分数为2%时，起泡能力最大；定边白黑豆和府谷小黑豆蛋白质质量分数为3%时的起泡能力最大；其余小粒黑大豆蛋白质的起泡能力随浓度的增大而增大，在5%时起泡能力最大。同一蛋白质浓度下，不同小粒大豆蛋白质的起泡能力差异显著，质量分数为2%时，神木鸡腰白的起泡能力最大，为91.40%；质量分数为3%时，定边白黑豆的起泡能力最大，为95.80%，靖边王渠子黑豆的起泡能力最小，为78.79%；质量分数为5%时，横山老黑豆的起泡能力最大，为92.7%，府谷小黑豆的起泡能力最小，为75.70%。蛋白质的起泡能力与蛋白内在结构和聚集状态有关，同时还受外在因素如离子强度、温度和pH等影响[22]。

表4 蛋白质浓度对起泡能力的影响/%

由图1可知，随着静置时间的延长，质量分数为3%的蛋白泡沫稳定性不断降低。在20 min内，定边白黑豆、府谷小黑豆和靖边王渠子黑豆蛋白的泡沫稳定性降低较快，横山狗牙豆蛋白质的泡沫稳定性降低最慢，在静置1 h后，除定边白黑豆、府谷小黑豆、靖边王渠子黑豆和定边小黑豆外，其余大豆蛋白质的泡沫稳定性均大于80%。静置2 h后，横山狗牙豆蛋白泡沫稳定性大于85%，具有较好的泡沫稳定性，而其余小粒大豆蛋白质的泡沫稳定性均低于80%。刘润玉等[19]研究表明小黑豆蛋白的起泡性和泡沫稳定性差于黄豆蛋白，这与本研究结果一致。

图1 静置20、40、60、120 min后小粒大豆蛋白质(3%)的泡沫稳定性

2.4 凝胶特性

不同小粒黑大豆蛋白质的凝胶强度和黏附性有显著差异(表5)。小粒黑大豆的蛋白质凝胶强度为154.59～203.66 g，定边小黑豆的凝胶强度最大，偏关小黑豆的最小；除子洲小黑豆、横山老黑豆和偏关小黑豆外，其余小粒黑大豆蛋白的凝胶强度均显著高于小粒黄大豆。小粒黄大豆中的横山狗牙豆的蛋白黏附性较高，为8.45 g·s；小粒黑大豆中的定边小黑豆和神木连枷条的蛋白黏附性较大，分别为9.50 g·s和9.39 g·s。李静静等[23]分析了30种不同大豆品种，发现不同品种的大豆分离蛋白的凝胶硬度、弹性明显不同，硬度的变异系数高达57.89%。石彦国等[24]研究了13个不同大豆品种，发现不同品种大豆蛋白的凝胶特性差异显著，其中硬度和弹性的变异系数分别为34.92%和10.48%。这可能与组成蛋白质的7S/11S的含量比例不同有关，蛋白质中11S球蛋白含量越高，蛋白的凝胶性能越好。7S由于巯基和二硫键含量较低，形成的凝胶没有11S规则[25]。另外，蛋白质浓度、凝胶温度、加热时间、pH及离子强度等因素也会影响蛋白质的凝胶特性[26]。

表5 小粒黑大豆蛋白质凝胶强度和黏附性

3 结论

小粒黑大豆的氮溶解指数在51.72%～62.07%之间，显著低于小粒黄大豆。小粒黑大豆蛋白间的吸水性和吸油性有显著差异，盐池黑豆、定边小黑豆和靖边王渠子黑豆的蛋白质吸水性显著高于小粒黄大豆，吸油性显著低于小粒黄大豆。同一蛋白质浓度时，小粒大豆蛋白质的乳化稳定性差异显著，乳化稳定性随着蛋白浓度的增大而降低。随着静置时间的延长，3%浓度的小粒黑大豆蛋白质的泡沫稳定性不断降低。定边小黑豆的凝胶强度最大，偏关小黑豆的最小；小粒黑大豆蛋白的凝胶强度显著高于小粒黄大豆。不同小粒黑大豆蛋白质的溶解性、乳化性、起泡性和凝胶特性有差别，这可能与其蛋白质分子结构不同有关，有必要后续开展深层次研究。