热处理对大豆蛋白乳液凝胶结构和维生素C稳定性影响

摘要：为开发工业化的大豆蛋白乳液凝胶工艺，针对不同食盐质量分数和热处理条件对大豆蛋白凝胶结构的变化进行研究，探索食盐质量分数和热处理条件对凝胶结构特性和D-抗坏血酸钠（维生素C）稳定性的影响。采用单因素实验分析不同食盐质量分数、加热温度、加热时间对凝胶强度的影响，通过正交试验优化处理条件，在温度70、80℃条件下分析大豆蛋白乳液凝胶中维生素C的稳定性。试验结果表明，在食盐质量分数1.0%、温度70℃条件下加热30 min，处理后所获得的大豆分离蛋白凝胶强度最高；随着食盐质量分数的提高，包埋于大豆蛋白乳液凝胶中D-抗坏血酸钠贮藏稳定性降低，在温度70℃的条件下热凝胶处理能够更好的保持D-抗坏血酸钠的稳定性。

关键词：食盐；热处理；大豆蛋白；凝胶结构；D-抗坏血酸

中图分类号：TQ427.2+6文献标志码：A文章编号：1001-5922（2025）01-0001-04

Effects of heat treatment on gel structure and vitamin C stability of soybean protein emulsion

HUANG Jinyong1，JIANG Song2，XIA Feifei1，YANG Yanan1，ZHAO Yue1，WANG Yuanwei1

（1.Liaocheng Chiping District Inspection and Testing Center，Liaocheng 252100，Shandong China；2.Liaocheng University，Liaocheng 252000，Shandong China）

Abstract：To develop an industrial-scale soybean protein emulsion gel process，the changes of soybean protein gel structure under different salt content and heat treatment conditions were studied，and the effects of salt content and heat treatment conditions on the structural properties of the gel and the stability of sodium D-ascorbate（vitamin C）were investigated.Single-factor experiments were used to analyze the influence of different salt concentrations，heat-ing temperatures，and heating times on gel strength.Orthogonal experiments were conducted to optimize the treat-ment conditions，and the stability of VC in soybean protein emulsion gels was analyzed under 70℃and 80℃condi-tions.The results showed that the highest gel strength of soybean protein isolate was obtained at a 1.0%salt concen-tration and a 70℃heat treatment for 30 minutes.As the salt concentration increased，the storage stability of D-ascor-bic acid sodium embedded in the soybean protein emulsion gel decreased.The 70℃heat treatment was more effec-tivein maintaining the stability of D-ascorbic acid.

Key words：edible salt；heat treatment；soy protein；gel structure；D-ascorbic acid

大豆分离蛋白热聚集是凝胶形成过程的关键一步，其聚集体形态、数量、大小甚至溶解性都会影响到凝胶的性质。热聚集体的形态和数量受环境因素直接影响或多元协同作用，这些因素包括pH值、温度、离子强度及蛋白的组成和含量等，从而影响凝胶结构与功能特性的发挥[1]。凝胶的硬度和弹性受温度和受热时间的影响，当达到热凝胶温度时，随着加热时间延长凝胶的硬度增加。凝胶发生时以某一作用力主导下，蛋白结构的热变形态发生变化。在这一过程中，疏水作用力、氢键、静电作用力以及二硫键等为主要的作用力[2-3]。大豆蛋白组成主要包含11S蛋白和7S蛋白，其中11S蛋白含量的高低反映了凝胶特性，数值越大，凝胶特性越强，而伴随着7S/11S的增加，这将导致凝胶硬度和黏度的下降。然而，固定大豆蛋白浓度值，热致凝胶的生成和NaCl含量之间并没有表现出正向关系。过高的NaCl含量会导致11S蛋白质黏度下降，从而无法有效产生热致凝胶[4-5]。分析了大豆7S及11S蛋白结构、理化性质对凝胶性的影响，指出大豆蛋白质二级结构影响其表面的疏水性[6-7]。对于多复合因素下的凝胶结构特征影响以及蛋白乳液凝胶结构对于营养活性成分包埋存储稳定性方面的研究较少。基于此，对不同食盐浓度和热处理温度下的大豆蛋白乳液凝胶结构特性和维生素C稳定性进行试验研究，并阐明二者变化的内在联系，有助于开发工业化的大豆蛋白乳液凝胶工艺和完善大豆蛋白乳液凝胶理论。

1试验材料与方法

1.1试验材料

大豆分离蛋白（ISOPR0561/ISOPR0582/ISOPR0550）（山东嘉华生物科技股份有限公司）；氯化钠（分析纯，北京化工厂）；冰醋酸（分析纯，阿拉丁试剂有限公司）；甲醇（色谱级，百灵威试剂）；D-抗坏血酸钠（食品级，浙江医药股份有限公司）。

1.2仪器与设备

BL610型电子分析天平（瑞士梅特勒公司）；PULVERISETTE 14可变速高速旋转粉碎机（北京飞驰科学仪器有限公司）；LC-1260Ⅱ型安捷伦高效液相色谱（美国安捷伦公司）；EUROSTAR 200 control P4置顶式搅拌（德国IKA公司）；TA.XTC-16型质构仪（上海保圣实业发展有限公司）；Thermo CL10型离心机（美国赛默飞有限公司）。

1.3试验方法

1.3.1大豆蛋白乳液凝胶制备方法

将20.0 g大豆分离蛋白粉与140.0 g去离子水混合，在300 r/min机械搅拌下实现溶解分散；然后向分散液中加入2.0 g氯化钠，经高速粉碎机处理后，转入离心管中，并加入质量分数1%的D-抗坏血酸钠，静置过夜。在转5 000 r/min下，离心10 min；之后转移至烧杯中，并在70℃或80℃水浴锅中加热30 min，然后利用冰浴迅速冷却至室温，进行凝胶压置。

1.3.2大豆蛋白乳液凝胶质构分析

选用柱状探测头，设定下压距离为20 mm，在恒温25℃条件下，检测速度设置为1.0 mm/s，执行2次压缩至变形10 mm的操作，每组试验重复3次并绘制压力-时间曲线图，其中数据通过质构仪获得。首次压缩过程中的最大压力值代表硬度指标，而弹性则通过计算第二次压缩后样品回弹高度与初次压缩变形量的比例得出。各种数据的测量通过质构仪。

1.3.3大豆蛋白乳液凝胶中维生素C稳定性分析

D-抗坏血酸钠的测定：根据文献[8]，准确称取凝胶样品5.0 g，加入20.0 mL蒸馏水，搅拌捣碎至充分溶解，然后转入离心杯中，5 000 r/min离心10 min。用移液枪移取清液1 mL，用超纯水定容至50 mL，HPLC分析。具体液相分析条件为：SHIMSEN Ankylo C18（4.6 nm×250 nm）液相色谱柱，流动相为质量分数95%甲醇和质量分数5%冰醋酸溶液（pH 2.6），检测波长250 nm，柱温40℃，流速1 mL/min。

包埋率的计算：将按照“1.3.1”制备的大豆蛋白乳液凝胶在4℃冰箱中共贮藏25 d，每5 d测定凝胶中D-抗坏血酸钠的含量，包埋率的计算公式如下：

包埋率=维生素C初始添加量（凝胶中维生素C含量）100%

1.4试验设计

1.4.1单因素试验设计

设计依次进行的的单因素试验为：加入的食盐质量浓度分别为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%，其中加热温度70℃，共加热30 min；热处理温度分别为65、70、75、80、85、90℃，其中食盐质量浓度为1.0%，加热时间30 min。热处理时间分别为15、20、25、30、35、40 min，其中食盐质量浓度为1.0%，加热温度为70℃。完成各单因素试验记录热凝胶的强度数据。

1.4.2正交试验设计

由单因素试验得到不同因素的最优值，在此基础上设计3因素3水平的正交试验表，通过正交试验获得不同因素、不同水平下的大豆蛋白乳液凝胶强度的变化规律。

1.5试验数据处理

每个试验重复做2次，每个样品平行检测3次，以测定结果平均值来分析。数据分析采用Origin 8.0和SPSS 16.0软件。

2结果与分析

2.1单因素试验结果

2.1.1不同食盐质量分数对凝胶特性的影响

将大豆蛋白热凝胶置于70℃条件下，热处理30 min。图1为不同质量分数食盐大豆蛋白乳液凝胶特性的影响。

由图1可知，食盐质量分数的大小直接影响蛋白乳液热凝胶硬度与弹性，二者均为随着质量分数的增加呈先上升后下降的趋势，且硬度和弹性均在食盐质量分数为1.0%时达到峰值。究其原因，可能是当食盐质量分数在一定范围时，凝胶蛋白上的负电荷增加，各蛋白之间的斥力变强，空隙变大，致使制备的热凝胶的储水性能也增加。而当食盐质量分数继续增加时，食盐本身是强电解质，可破坏胶体的双电子层结构，使其不能均匀分布在溶液中，凝胶表面发生脱水，凝胶聚沉，造成整体强度下降[9]。

2.1.2不同热处理温度对凝胶强度的影响

在食盐质量分数为1.0%及热处理时间30 min条件下，热处理温度对大豆蛋白乳液凝胶特性，结果如图2所示。

由图2可知，随着热处理温度的提升，大豆蛋白乳液热凝胶的硬度持续下降；而弹性则是先上升后快速下降。这说明热处理温度直接影响大豆蛋白乳液凝胶的弹性，虽然处理温度升高导致其硬度下降，但在热处理为70℃时凝胶出现强度拐点，凝胶弹性的增强，保证了凝胶的整体强度量。大豆分离蛋白的结构中含有2S、7S、11S和15S蛋白。有研究表明，7S和11S蛋白在无盐干扰下分别在70、80℃发生变性。当温度加热到70℃时，仅7S蛋白的结构发生变性，而11S蛋白并未变性。该条件下，7S变性蛋白构成凝胶网络结构，11S蛋白则以溶解状态存在于该凝胶网络结构内部，整个凝胶网络结构的稳定依赖于分子间的氢键及疏水作用力。当温度达到80℃时，7S蛋白完全变性，部分11S蛋白变性，此时，7S蛋白的疏水基团完全暴露，11S蛋白的疏水基团未完全暴露一旦有盐加入凝胶体系就会促发不均匀聚集，因此，整个凝胶网络结构中各分子间的作用力比较弱，很容易因为外力作用发生塌缩[10]。当温度达到90℃时，几乎所有蛋白都发生了变性，蛋白间形成的二硫键参与到凝胶网络结构中，以温度主导下形成的凝胶结构较强，外界作用力很难造成这种凝胶结构塌缩。

2.1.3加热时间和凝胶强度的关系

在食盐质量分数为1.0%，热处理温度为70℃，绘制加热时间和凝胶强度关系曲线，结果如图3所示。

由图3可知，随着加热时间的延长，加盐凝胶的硬度和弹性都快速上升，当达到某个时间点后又快速下降。其中蛋白乳液凝胶弹性快速下降的时间拐点为30 min，硬度快速下降的时间拐点为35 min。可见，蛋白乳液凝胶过度加热会使硬度和弹性下降，说明蛋白的网状结构在趋于稳定后，继续延长加热时间，可能会破坏蛋白网络结构，使蛋白分解为更小结构的分子，从而使得蛋白乳液凝胶强度降低[11]。

2.2正交试验结果

在单因素试验结果的基础上，设计正交试验，统计凝胶硬度数据，各因素与水平设计表如表1所示；正交试验结果如表2所示。

在设计的3因素3水平试验下，通过表2获得的极差数据分析获得食盐质量（A）、加热温度（B）、加热时间（C）对硬度影响的大小关系依次为：A、B、C。当A为1.0%、B为70℃、C为30 min时，凝胶硬度可以达到2.85 N。

2.3大豆蛋白乳液凝胶中维生素C稳定性

如前所述凝胶性能主要受食盐质量分数和加热温度的影响。因此，需要在食盐质量分数和加热温度两因素上考察大豆蛋白乳液凝胶中维生素C稳定的情况。

由图4可知，随着凝胶贮藏时间的延长，D-抗坏血酸钠的包埋率俞愈低；在凝胶贮藏5 d后，70、80℃热处理的热凝胶其D-抗坏血酸钠的流失明显开始增多，且贮藏时间越久，差距越大。在食盐质量分数方面，相较于质量分数0.5%、1.5%的食盐，质量分数1%的食盐能更好的保证凝胶蛋白网络结构，凝胶中的D-抗坏血酸钠稳定性更高，流失更少。在食盐质量分数1.5%、热处理温度80℃的乳液凝胶，经过25 d贮藏后，D-抗坏血酸钠包埋率从92.4%下降到80.1%；在食盐质量分数1.0%、热处理温度70℃条件下乳液凝胶，经过25 d贮藏后，D-抗坏血酸钠包埋率降低，即从95.2%到92.2%。究其原因：一是D-抗坏血酸钠是抗氧化剂，在水介质中长时间暴露易受光、热、氧等因素催化降解；二是高盐含量导致蛋白乳液凝胶强度减小，凝胶在储存时很容易发生明显脱水，水分携带部分D-抗坏血酸钠转移到凝胶表层，从而造成其流失或加速降解；三是7S蛋白的疏水基团数量影响了D-抗坏血酸钠的贮藏稳定性[12-15]。

3结语

盐对大豆蛋白乳液凝胶的作用的影响，表现在蛋白质与盐脱水作用的平衡关系。一定的盐含量有助于蛋白乳液凝胶的保水，进而影响蛋白乳液凝胶的结构特性。蛋白乳液凝胶的受热温度影响乳液凝胶中不同蛋白组成的结构变化，进而影响整体蛋白的凝胶的网络结构。凝胶强度随着热处理温度的升高，呈下降趋势；但在盐等因素干扰下，当热处理温度为70℃时，凝胶的强度略有上升。在热处理时间为15～40 min时，随着热处理时间的延长，热凝胶的强度呈先快速上升后快速下降趋势。食盐质量分数是影响大豆蛋白乳液凝胶硬度特征最显著的因素，通过对大豆蛋白乳液凝胶在不同食盐质量分数和热处理温度下的结构特征影响研究以及对该凝胶结构特征下与其D-抗坏血酸钠稳定性的考察，这对了解凝胶中维生素C的稳定性变化机制以及开发功能性的凝胶食品具有指导作用。

【参考文献】

[1]费莎，尹大学.双酚AP的合成及催化剂的应用研究[J].粘接.2023，50（8）：42-44.

[2]牛祥臣，王洪彩，马军，等.食盐浓度和热处理条件对大豆蛋白凝胶特性影响的研究[J].食品研究与开发，2018，39（6）：19-22.

[3]张红娟，周瑞宝，陈振昌，等.豫豆-25 11S球蛋白凝胶性的研究[J].郑州工程学院学报，2003，24（3）：57-61.

[4]耿蕊，卢岩，孔保华，等.pH偏移结合加热处理对大豆分离蛋白乳化特性的影响[J].中国食品报，2016，16（1）：173-180.

[5]李杨，王中江，王瑞，等.不同热处理条件下大豆分离蛋白的红外光谱分析[J].食品工业科技，2016，37（8）：104-109.

[6]冯芳，刘文豪，陈志刚.大豆7S、11S蛋白的结构和热致凝胶特性的分析[J].食品科学，2020，41（2）：58-64.

[7]王健，徐晔晔，于洁，等.不同热处理大豆蛋白柔性与结构的关系[J].食品科学，2018，39（7）：85-90.

[8]杨媛，冯晓元，石磊，等.高效液相色谱法同时测定水果蔬菜中L-抗坏血酸、D-异抗坏血酸、脱氢抗坏血酸及总维生素C的含量[J].分析测试学报，2015，34（8）：934-938.

[9]何志勇，安丰富，曾茂茂，等.不同热处理条件制备的大豆分离蛋白凝胶性质研究[J].中国油脂，2014（11）：19-22.

[10]穆硕，鹿瑶，高彦祥，等.果胶和热处理对蛋白质乳液凝胶结构特性和复合维生素稳定性的影响[J].食品科学，2018，39（18）：29-34.

[11]曾剑华，杨杨，刘琳琳，等.热处理过程中大豆11S球蛋白解离缔合行为研究进展[J].食品科学，2019，40（11）：303-312.

[12]穆硕，鹿瑶，高彦祥，等.果胶和热处理对蛋白质乳液凝胶结构特性和复合维生素稳定性的影响[J].食品科学，2018，39（18）：29-34.

[13]朱秀清，王婵，孙禹凡，等.多糖对大豆分离蛋白乳液及乳液凝胶性质的影响[J].东北农业大学学报，2020，51（2）：45-52.

[14]武肖.热诱导聚集对大豆蛋白凝胶流变特性及稳定性影响[D].杭州：浙江工商大学，2013.

[15]王瑜，李福全.园艺绿化用胶粘剂的合成与粘接性能研究[J].粘接.2023，50（12）：38-41.

（责任编辑：苏幔）