黑豆中花青素对大豆分离蛋白加工特性的影响

温文君，李丽美，李占蓉，李鑫鹏

（山西农业大学食品科学与工程学院，山西 晋中 030801）

花青素是一类多羟基酚类物质，黑豆中的花青素主要存在于种皮中，具有抗氧化[1]等多种生理活性，并具有降血脂[2]、抗癌[3]等功效。黑豆中蛋白质含量丰富，约为30%，主要为大豆分离蛋白，并含有多种必需氨基酸，因此被广泛应用于食品加工中。黑豆蛋白质可以用于制作蛋白质饮料[4]、肉类替代品[5]、果冻[6]等食品，但其在食品加工中的应用常受到持水性、乳化性、持油性、起泡性等加工特性的影响[7]。

食品组分之间的相互作用会影响食品的感官品质和营养品质，这一直是食品领域研究的热点，尤其是对蛋白质性质的影响[8-11]。Ye 等[12]的研究表明，茶多酚与酪蛋白之间的相互作用会导致酪蛋白疏水作用加强，二级结构发生改变。有研究表明，酚类化合物和蛋白质之间的相互作用还可以通过其他机制实现。肌原纤维蛋白与单宁酸、没食子酸和没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）之间氢键的作用降低了肌原纤维蛋白的表面疏水性和α-螺旋含量，提高了溶解度[13]。刘勤勤等[14]研究发现，茶多酚和大豆分离蛋白之间既存在范德华力，又存在氢键作用，加入茶多酚后，大豆分离蛋白的二级结构也发生了改变。此外，小分子物质与蛋白质的相互作用与其浓度有关。EGCG 可以通过非共价作用或共价作用改变大豆分离蛋白的二级结构[15-17]。当EGCG 浓度相对较低时，共价复合物更容易形成稳定的网络结构。形成的不同复合物中，非共价复合物比共价复合物更易消化，具有更好的营养价值，并可作为功能性食品配料使用。共价复合物具有较高的稳定性，可保护多酚类物质不被分解，更适合用作活性物质运输载体或生物材料[18]。

食品中的大豆分离蛋白与其他组分相互作用对食品加工和产品研发等有重要意义。本研究考察了黑豆中花青素对大豆分离蛋白加工特性的影响，为更加高效地开发黑豆食品提供了一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

大豆油，购于本地超市；大豆分离蛋白、花青素（纯度为95%，来源于黑豆种皮）、十二烷基硫酸钠（SDS）溶液，上海麦克林生化科技有限公司。

1.1.2 仪器与设备

FSH-2A可调高速匀浆机，常州天瑞仪器有限公司；SCIENTZ-30YD/A 冷冻干燥机，宁波新芝冻干设备股份有限公司；Heraeus Multifuge X1R 离心机，赛默飞世尔科技（中国）有限公司；UV-1100 可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；LC-DMS-H 磁力搅拌器，上海力辰邦西仪器科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 大豆分离蛋白-花青素复合物的制备

参考Kroll 等[19]的方法。向烧杯中加入1 g 大豆分离蛋白，用蒸馏水定容至100 mL，室温（20 ℃）下磁力搅拌2 h，4 ℃下充分水化12 h，按照大豆分离蛋白与花青素质量比分别为20∶1、20∶2、20∶4的比例加入花青素，以未添加花青素的大豆分离蛋白为对照（CK），在室温避光条件下充分搅拌90 min，冻干备用。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 持水性

参考林晗等[20]的方法。称量干燥离心管质量并向其中加入0.5 g的大豆分离蛋白-花青素复合物，然后加入10 mL蒸馏水，摇匀，室温（20 ℃）下静置30 min，8 000 r/min离心10 min。待离心结束以后，取出离心管并将离心管中的上清液倒出，称量离心管和沉淀物的总质量。每组样品均进行3次平行试验。

式中：m1为干燥离心管的质量，g；m2为离心管和沉淀物的总质量，g；m为添加大豆分离蛋白-花青素复合物的质量，0.5 g。

1.2.2.2 持油性

参考肖彤[21]的方法。称量干燥离心管质量后向其中加入0.5 g大豆分离蛋白-花青素复合物，再加入3 mL大豆油（分3次加入，每次1 mL），使用搅拌棒将大豆分离蛋白-花青素复合物和大豆油充分混合，持续搅拌5 min，搅拌结束后静置30 min，将离心管放入离心机中，于8 000 r/min条件下离心10 min。离心结束以后，取出离心管并用移液枪将离心管中的上层油脂吸出，称量离心管和沉淀物的总质量。每组样品均进行3次平行试验。

式中：m3为干燥离心管质量，g；m为添加大豆分离蛋白-花青素复合物的质量，0.5 g；m4为离心管和沉淀物的总质量，g。

1.2.2.3 起泡性和起泡稳定性

参考张晓敏[22]的方法。将大豆分离蛋白-花青素复合物用蒸馏水稀释至0.01 g/mL，取20 mL试样于干燥的离心管内，于15 000 r/min条件下均质2 min。记录均质刚终止时的泡沫初始体积和均质终止30 min后的泡沫体积。起泡性按公式（3）计算，泡沫稳定性按公式（4）计算。

式中：V0为泡沫初始体积，mL；V1为30 min 后的泡沫体积，mL；V为试样体积，20 mL。

1.2.2.4 乳化性和乳化稳定性

参考惠君玉等[23]的方法。将大豆分离蛋白-花青素复合物加蒸馏水稀释至0.01 g/mL，取24 mL于干燥离心管中，再向其中加入8 mL大豆油，于10 000 r/min条件下均质5 min。分别在静置0 min 和10 min 时取50 μL乳状液与5 mL质量浓度为1 g/L的十二烷基硫酸钠混合均匀，以1 g/L SDS溶液作为空白，在500 nm处测定吸光度，分别记为A0、A10。乳化性按公式（5）计算，乳化稳定性按公式（6）计算。

式中：c为大豆分离蛋白-花青素复合物的质量浓度，g/mL。

1.2.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2016 和SPSS 22.0 进行数据分析，Origin Pro 8.5作图；采用SPSS 22.0中的ANOVA结合Duncan’s检验进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 花青素对大豆分离蛋白持水性的影响

持水性对食品的质构特性有很大影响。持水性与蛋白质氨基酸的组成、构象、亲水性及其他食品组分的存在状态有密切的关系，它不仅受共价交联的影响，还受蛋白质与水相互作用力的影响[24]。由图1可见，大豆分离蛋白与花青素质量比分别为20∶1、20∶2时，其与未添加花青素的大豆蛋白相比持水性无显著变化，当大豆分离蛋白与花青素质量比为20∶4时，持水性显著降低（P＜0.05）。过量添加花青素会导致大豆分离蛋白的构象发生改变，这可能会影响大豆分离蛋白溶液的pH 值和离子强度[25]，从而影响其电荷分布，进而使持水性受到影响。

图1 花青素对大豆分离蛋白持水性的影响Fig.1 Effects of anthocyanins on water retention of soybean protein isolate

2.2 花青素对大豆分离蛋白持油性的影响

在食品加工中，蛋白质的持油特性被广泛应用。对于一些需要添加油脂的食品，如乳制品、糕点、肉制品等，蛋白质的持油性能够改善其质地和口感，保持产品的稳定性并延长其货架期[26]。由图2 可以看出，随着花青素添加量的增加，大豆分离蛋白的持油性先升高后降低。添加适量的花青素可以使其与大豆分离蛋白分子中的疏水基团相互作用[27]，改变其表面性质，增强其疏水性，使其更易吸附油脂。但当花青素添加量过高时，离子强度的变化会导致大豆分离蛋白分子构象的变化[18]，从而降低其持油性。综上，只有在一定添加量范围内，花青素才能够增强大豆分离蛋白质的持油性，增加其在食品工业中的应用价值。

图2 花青素对大豆分离蛋白持油性的影响Fig.2 Effects of anthocyanins on oil retention of soybean protein isolate

2.3 花青素对大豆分离蛋白起泡性及泡沫稳定性的影响

蛋白质的起泡性和泡沫稳定性会对面包、蛋糕等食品的品质产生影响，其与自身的空间结构密切相关[28]，常常受到多种外界因素，如温度、pH 以及蛋白质分子量等的影响[29]。蛋白质与其他组分的相互作用也会引起起泡性及泡沫稳定性的变化。由图3和图4可以看出，大豆分离蛋白起泡性和泡沫稳定性的变化趋势是一致的。大豆分离蛋白本身具有较高的起泡性和泡沫稳定性，在加入花青素后大豆分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性显著下降（P＜0.05）。同样的结果在小麦面筋蛋白中加入茶多酚后也被观察到[30]。随着花青素添加量的增加，起泡性和泡沫稳定性有所升高，但仍低于未加入花青素的大豆分离蛋白。这可能是由于花青素与大豆分离蛋白结合后改变了蛋白质的表面性质[31]，使其在形成气泡时难以产生稳定的膜结构，从而降低了起泡性能。

图3 花青素对大豆分离蛋白起泡性的影响Fig.3 Effects of anthocyanins on foaming characteristics of soybean protein isolate

图4 花青素对大豆分离蛋白泡沫稳定性的影响Fig.4 Effects of anthocyanins on foaming stability of soybean protein isolate

2.4 花青素对大豆分离蛋白乳化性及乳化稳定性的影响

蛋白质是一种天然乳化剂，其乳化性能主要受自身结构和成分的影响，氨基酸的组成不同、蛋白质分子量的大小、蛋白质的等电点、溶液的pH都会影响蛋白质的乳化及乳化稳定性[32-33]。由图5和图6可以看出，加入花青素后大豆分离蛋白的乳化性和乳化稳定性开始显著上升（P＜0.05），但随着花青素添加量的增加，乳化性降低。说明花青素对大豆分离蛋白乳化性能的影响具有浓度依赖性，低浓度的花青素能够提高大豆分离蛋白的乳化性能。乳化稳定性受花青素浓度的影响更大，花青素浓度越高，乳化稳定性下降幅度越大。乳化性能的改变与蛋白质的带电性质有关。Zang 等[34]研究表明，随着溶液pH 的变化，蛋白表面的净电荷也随之改变，静电斥力的提高有助于防止蛋白质在溶液中的聚集，从而提高其乳化性能。本研究中，大豆分离蛋白乳化性能的变化可能是由于花青素与大豆分离蛋白之间静电作用力的变化，导致大豆分离蛋白表面净电荷发生变化。

图5 花青素对大豆分离蛋白乳化性的影响Fig.5 Effects of anthocyanins on emulsification of soybean protein isolate

图6 花青素对大豆分离蛋白乳化稳定性的影响Fig.6 Effects of anthocyanins on emulsification stability of soybean protein isolate

3 结论

本研究通过比较不同浓度的花青素与大豆分离蛋白所形成复合物的加工特性，探究了花青素浓度对大豆分离蛋白加工特性的影响。结果显示：花青素添加量较低时，大豆分离蛋白的持水性不受花青素的影响，但花青素添加量增加到一定量时，持水性降低，大豆分离蛋白与花青素质量比为20∶4 时持水性达到最小值；持油性随着花青素添加量的升高呈先升高后降低的趋势，大豆分离蛋白与花青素质量比为20∶1 时最高；起泡性和泡沫稳定性在未加花青素时最高，加入花青素后显著降低，但这种影响随花青素添加量的增加而减弱；乳化性和乳化稳定性均随着花青素添加量的升高先增加后降低，在大豆分离蛋白与花青素质量比为20∶1时均达到最大值。本研究为黑豆产品的加工提供了参考依据。