大豆蛋白 - 瓜尔豆胶水解物Maillard反应共聚物的乳化特性研究 - 图文-

1、大豆蛋白2瓜尔豆胶水解物Maillard 反应共聚物的乳化特性研究3胡坤方少瑛王秀霞李丽玉王璇(广东药学院,广州,510310摘要研究了不同水解时间的瓜尔豆胶对蛋白质-多糖Maillard 反应共聚物的乳化特性的影响及不同水相条件下共聚物与酪朊酸钠乳化特性的差异。研究表明,瓜尔豆胶的酸水解时间对大豆分离蛋白-多糖共聚物的乳化活性和乳化稳定性都有明显的影响。水解40min 的瓜尔豆胶与大豆分离蛋白反应10d 的共聚物具有优良的乳化性能;在013mol/L NaCl 和p H 410的酸性条件下,共聚物的乳化活性和乳化稳定性都明显高于商品乳化剂酪朊酸钠;在90热处理60min 后其乳化活性和乳化稳

2、定性仍接近未经热处理时的酪朊酸钠的乳化活性和稳定性。该共聚物作为安全高效的天然高分子食品乳化剂具有广阔的应用前景。关键词Maillard 反应,大豆分离蛋白,瓜尔豆胶,乳化特性第一作者:博士,副教授。3广东省医学科学技术研究基金资助项目(No.A2004311,广东药学院博士科研启动基金收稿日期:2006-05-11,改回日期:2006-08-14大豆分离蛋白具有良好的乳化功能,但其主要是由结构紧密的7S 和11S 亚基组成,在水中的溶解性较差,从而限制了它在食品工业中的应用1。将大豆分离蛋白与多糖在低于蛋白质分子变性温度和低水分活度的条件下发生Maillard 反应可以将多糖分子共价结合到大

3、豆蛋白上,从而改变大豆分离蛋白的功能特性。Maillard 反应发生于蛋白质分子中的游离氨基和多糖分子的还原羰基之间,在干热的条件下不需添加任何化学试剂即可自发进行,属于“绿色加工工艺”2。国外已经研究了不同葡聚糖、麦芽糊精、果胶等多糖与牛血清蛋白、酪朊酸钠、乳清蛋白、-乳球蛋白、溶菌酶等动物蛋白间的Maillard 反应,并发现其共聚物都具有优良的乳化特性38,但对植物蛋白方面的研究还少见报道。文中研究了将大豆分离蛋白与瓜尔豆胶通过Maillard 反应形成蛋白质-多糖共聚物,比较共聚物与商品乳化剂酪朊酸钠在热处理、高盐浓度及酸性条件等常见食品加工环境下乳化性能的差异,尝试开发具有优良乳化性

4、能的新型天然食品乳化剂的可行性。大豆分离蛋白的溶解性很低,在高粘度的多糖溶液中不能与多糖分子有效接触,反应效率低下。因此文中采用酸水解瓜尔豆胶形成低粘度的水解物,以增加其与大豆分离蛋白的相容性。1试验材料和方法111材料与试剂大豆分离蛋白(蛋白质含量89147%、瓜尔豆胶(印度、酪朊酸钠(德国、食用花生油。十二烷基磺酸钠(生化试剂、NaOH 、HCl 、NaH 2PO 4、Na 2HPO 4、冰乙酸、二水合乙酸钠、K Br 、NaCl 、P 2O 5,均为分析纯。112主要仪器与设备721型分光光度计、真空干燥机、p Hs -25酸度计、隔水式电热恒温培养箱、高速分散均质机FJ -200、恒温

5、水浴锅、微量移液器。113实验方法11311大豆分离蛋白-瓜尔豆胶水解物混合物的制备将瓜尔豆胶以1%的质量浓度溶于蒸馏水中,用110mol/L HCl 调至p H115,80水解20,40,60,80和120min 。水解完毕后,迅速冷却至室温,用110mol/L NaOH 调至p H810,转入半透膜中,于4透析24h 以除去小分子的糖类。然后按照m (蛋白质m (多糖为21的比率加入大豆分离蛋白,搅拌均匀后用110mol/L NaOH 调至p H 810,放于4水化24h 备用。11312蛋白质-多糖共聚物的制备将水化后的混合液于50下真空干燥至半固体状态,转入P 2O 5干燥器中进一步干

6、燥,将干燥的样品粉碎混匀,放置在盛有饱和K Br 溶液的密闭容器中(相对湿度79%,在60的条件下反应,间隔不同时间取样,样品于干燥器中干燥12h备用。11313乳化活性的测定9按013%的质量浓度取反应后的样品分散于20 mL p H710的磷酸盐缓冲液(0105mol/L中,搅拌分散后于4下水化12h。加入410mL花生油,待恢复到室温后用分散均质机以固定转速高速剪切均质1min(25。立即从乳浊液的底部吸取100L乳浊液,迅速分散于1010mL011%的十二烷基磺酸钠溶液中,于500nm波长下测定该稀释液的吸光度A0。研究表明,吸光度A0正比于乳浊液液滴的界面面积,A0越大则蛋白质的乳化

7、活性越高。11314乳化稳定性的测定9将新制备的乳浊液静置30min,从乳浊液底部取100l乳浊液,迅速分散于1010mL011%的十二烷基磺酸钠溶液中,于500nm波长下测定此时的吸光度A30。乳化稳定性计算公式:ES30=A30A0100%11315酸性p H值对乳化特性的影响取大豆分离蛋白、酪朊酸钠及大豆分离蛋白-瓜尔豆胶水解物的Maillard反应共聚物,分别用p H410的醋酸缓冲液(0105mol/L配制成质量浓度为013%的分散液,乳化活性和乳化稳定性的测定方法同11313和11314。11316离子强度对乳化活性的影响按11315中所述的取样方法取样,分别分散于含有0105mo

8、l/L,0110mol/L,0120mol/L,0130 mol/L NaCl的p H710磷酸盐缓冲液(0105mol/L中,配制成质量浓度为013%的分散液,乳化活性和乳化稳定性的测定方法同11313和11314。11317热处理对乳化活性的影响按11315中所述的取样方法取样,用0105mol/ L磷酸盐缓冲液(p H710配制成质量浓度为013%的样品分散液,在90恒温水浴一定的时间,快速冷却到室温,加入花生油,均质后测定乳化活性和乳化稳定性。2结果与分析211瓜尔豆胶水解时间对共聚物乳化特性的影响瓜尔豆胶是粘度极高的中性多糖,在p H310以下的酸性溶液中会发生酸水解,多糖分子糖苷键

9、被随机切断,平均分子质量逐渐减小,粘度急剧下降。图1是水解时间对共聚物乳化活性的影响关系曲线。从图1中看出,随着反应时间的延长,共聚物的乳化活性经历先逐渐增加然后逐渐下降的趋势。水解20 min的瓜尔豆胶与大豆分离蛋白混合物反应7d后乳化活性即达到最高值,然后逐渐下降;随着瓜尔豆胶水解时间的延长,共聚物达到最高乳化活性所需要的反应时间逐渐增加,水解40min时共聚物达到最高乳化活性所需的反应时间为10d,当瓜尔豆胶的水解时间高于40min时,共聚物达到最大乳化活性的时间推迟到第13天。而且水解时间高于60min时,共聚物的乳化活性普遍降低。这说明共聚物的乳化活性受多糖链长的影响,多糖分子链长太

10、短对共聚物的乳化活性不利,而且也使共聚物达到最高乳化活性的时间延长 。图1瓜尔豆胶水解时间对蛋白质-多糖共聚物乳化活性的影响瓜尔豆胶水解时间对共聚物乳化稳定性的影响见图2 。图2瓜尔豆胶水解时间对蛋白质-多糖共聚物乳化稳定性的影响从图2中看出,反应1d后共聚物的乳化稳定性都急剧增加,随着反应时间的延长,共聚物的乳化稳定性逐渐增加,水解20min的样品其乳化稳定性在第10天达到最大值,而其他样品在反应第7天达到最高值,然后逐渐下降,这表明过度的反应降低了共聚物的乳化稳定性。从图2中还可以看出,瓜尔豆胶水解时间越长,共聚物的乳化稳定性越高。图1和图2的数据表明,瓜尔豆胶水解40min,反应10d的

11、蛋白质-多糖共聚物具有优良的乳化活性和乳化稳定性,因此下面的乳化特性实验采用该条件下制备的样品进行。212离子强度对共聚物乳化特性的影响离子强度对共聚物乳化活性和乳化稳定性的影响见图3和图4,共聚物由瓜尔豆胶水解40min 的水解物与大豆分离蛋白混合物反应10d 制得(下同。 图3离子强度对蛋白质-多糖共聚物(瓜尔豆胶水解40min ,反应10d 乳化活性的影响 图4离子强度对蛋白质-多糖共聚物(瓜尔豆胶水解40min ,反应10d 乳化活性的影响从图3看出,在013mol/L 的NaCl 范围内,共聚物的乳化活性逐渐下降,NaCl 浓度为0105mol/L 时,共聚物的乳化活性明显下降,在0

12、105012mol/L 内乳化活性没有明显的变化;当NaCl 浓度达到013mol/L 时,乳化活性又明显降低,但仍略高于未加NaCl 时酪朊酸钠的乳化活性;NaCl 浓度为0105012mol/L 时酪朊酸钠的乳化活性无明显差异且略高于未加NaCl 时的乳化活性;当NaCl 浓度增加到013mol/L 时,其乳化活性急剧下降。大豆分离蛋白的乳化活性最低,在实验的离子强度范围内缓慢下降,这是因为大豆分离蛋白的溶解度很低,在水中很难溶解,其乳化活性受离子强度的影响很小。共聚物的乳化稳定性随离子强度的变化呈现先下降然后增加的趋势(图4,在011mol/L 的NaCl 浓度范围内,乳化稳定性约下降2

13、0%,但仍维持在65%的较高水平,在011012mol/L 的NaCl 浓度时乳化稳定性没有明显的差异;当体系的NaCl 浓度增加到013mol/L时,共聚物的乳化稳定性反而增加。酪朊酸钠的乳化稳定性在011mol/L 的NaCl 浓度范围内缓慢增加,此后则随着NaCl 浓度的增加急剧下降,在013mol/L 的NaCl 浓度时降至50%以下。大豆分离蛋白的乳化稳定性最低,在011012mol/L 的NaCl 浓度时明显增加,随后急剧下降。从图3和图4可以看出,共聚物的乳化活性和乳化稳定性虽然受离子强度的影响比较明显,但其乳化特性明显优于商品乳化剂酪朊酸钠,更优于大豆分离蛋白。213酸性条件下

14、的共聚物乳化特性比较p H 值对共聚物与酪朊酸钠和大豆分离蛋白的乳化特性的影响见表1。从表中看出,在p H710和410时,共聚物的乳化活性都显著高于酪朊酸钠和大豆分离蛋白,而且p H410时共聚物的乳化活性仍然接近p H710时酪朊酸钠的水平,其乳化稳定性也维持在63%的较高水平,酪朊酸钠和大豆分离蛋白在p H410时的乳化活性处于很低的水平,虽然它们的乳化稳定性较高,但此时的乳化稳定性没有任何的意义。表1不同pH 条件下共聚物与酪朊酸钠和大豆分离蛋白的乳化特性比较乳化剂乳化活性(OD 500nm p H 710p H 410乳化稳定性/%p H 710p H 410共聚物111701708

15、363酪朊酸钠017401087387大豆分离蛋白014901072477214热处理对共聚物乳化特性的影响90热处理对3种乳化剂乳化特性的影响见图5和图6。随着热处理时间的延长,共聚物的乳化活性逐渐下降,20min 的热处理造成共聚物的乳化活性损失较大,随着热处理时间增加到60min ,共聚物的乳化活性下降的幅度减小,但仍与未经热处理的酪朊酸钠的乳化活性相当。酪朊酸钠的乳化活性在实验的加热时间内几乎不受影响,而大豆分离蛋白的乳化活性反而逐渐增加。这是因为酪朊酸钠是结构高度展开的线性蛋白质分子,加热对蛋白质分子的高级结构影响不大,而大豆分离蛋白是致密的球形分子,热处理使球蛋白分子变性展开,疏水

16、基团暴露出来,从而增加了乳化活性。热处理导致共聚物的乳化稳定性缓慢下降,热处理60min 时的乳化稳定性仅比未经热处理时降低15%左右,酪朊酸钠的乳化稳定性则随着热处理时间的延长显著下降。大豆分离蛋白的乳化稳定性在20min 的热处理时增加了约1倍,但经60min 的热处理后,乳化稳定性则稍有下降。比较热处理对3种乳化剂的乳化活性和乳化稳定性的影响发现,共聚物的乳化特性受热处理的影响,但经60min 的热处理后其乳化活性和乳化稳定性仍然保持较高的水平;热处理对酪朊酸钠的乳化活性没有明显的影响,但降低了其乳化稳定性;适度的热处理改善了大豆分离蛋白的乳化特性,而过度热处理降低了其乳化稳定性 。图5

17、90热处理对蛋白质-多糖共聚物(瓜尔豆 胶水解40min ,反应10d 乳化活性的影响图690热处理对蛋白质-多糖共聚物(瓜尔豆胶水解40min ,反应10d 乳化活性的影响3结论瓜尔豆胶在食品中主要作为食品稳定剂和增稠剂,是食品中粘度最高的胶体之一,可以稳定食品乳浊液中的液滴上浮(乳析和蛋白质的沉淀,但其本身没有乳化性能。1%的瓜尔豆胶溶液其粘度可达410Pa s ,在如此高的粘度条件下,大豆分离蛋白极难分散于胶体溶液中及达到完全水化。因此文中没有研究单纯的瓜尔豆胶和1%的瓜尔豆胶和大豆分离蛋白共混体系的乳化性能。通过盐酸水解,瓜尔豆胶的分子质量大大降低,其粘度也急剧下降,水解40min 时

18、的粘度仅约为01025Pa s 。在该条件下,1%的瓜尔豆胶与大豆分离蛋白的相容性大大增加,从而有利于制备较高浓度的蛋白质-多糖混合液。同时,瓜尔豆胶水解物的分子量较小,可以降低多糖与蛋白质间的空间位阻作用,有利于反应的进行。通过研究发现,瓜尔豆胶的酸水解时间对大豆分离蛋白-多糖共聚物的乳化活性和乳化稳定性都有明显的影响。随着Maillard 反应时间的延长,水解时间越长,共聚物的乳化活性越低,但其乳化稳定性反而越高。水解40min 的瓜尔豆胶与大豆分离蛋白反应10d 的共聚物具有优良的乳化性能,在013mol/L 浓度的NaCl 和p H410的酸性条件下共聚物的乳化活性和乳化稳定性都明显高

19、于商品乳化剂酪朊酸钠,在90下热处理60min 时其乳化活性和乳化稳定性仍接近未经热处理时的酪朊酸钠的乳化活性和稳定性。因此,通过Maillard 反应制备的蛋白质-多糖共聚物有用作安全高效的天然高分子乳化剂的潜力。参考文献1Shuryo Nakai ,Wayne Modler H.Food Proteins :Propertiesand Characterization M .New Y ork :VCH Publishier ,1996.991212K ato A ,Murata K ,K obayashi K.Preparation and charac 2terization of o

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23、 of positive chargeof lysozyme in the excellent emulsifying properties of maillard -type lysozyme -polysaccharide conjugate J .Journal of Agriculture and Food Chemistry ,1994,42:268826918K ato A ,Sasaki Y.Functional protein -polysaccharide conju 2gate prepared by controlled dry -heating of ovalbumin

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25、硝酸钠的清除率及对亚硝胺合成的阻断率在一定的浓度范围内,随其量的增加而增加,清除率最大可达67152%,阻断率可达95170%,而山楂提取液达到一定浓度后,清除率和阻断率变化不大,趋于稳定。清除体内亚硝酸盐和阻断亚硝胺的合成是防癌的有效途径,山楂提取液能有效地清除亚硝酸盐和阻断亚硝胺的合成。因此,山楂保健食品的开发对防治癌症病因的产生可能具有更重要的价值。若能将我国丰富的山楂资源用于保健食品的开发,前景可观,将会有极大社会、经济效益。山楂极有可能成为一种经济、高效、具有抗癌作用的保健品新资源。参考文献1许钢,张虹,庞洁,等1竹叶提取物对亚硝化反应抑制作用的研究J1郑州工程学院学报,2001,2

26、2(1:69 722罗玉梅,王贺振1山楂的化学成分及药理研究进展J1时针国医国药,2004,15(1:53543赵二劳,梁泽,张海容1沙棘叶对亚硝酸盐清除能力的研究J1食品工业科技,2006,27(3:81824严榕,傅昌年,周朝辉1植物乳杆菌对亚硝酸根离子的清除作用J1食品工业,2003,(6:40415袁毅骅,陈忻,陈纯馨,等1柚皮提取物对亚硝化反应抑制作用的研究J1化学世界,2004,(1:26286张虹,许钢,袁建耀1刘寄奴提取液对亚硝化反应的抑制作用J1郑州粮食学院学报,2000,21(1:5053Study on Scavenging Nitrite and Disconnecti

27、ng NitrosamineSynthesis with H a w thorn ExtractsZhao ErlaoWang XiaoniZhang HairongLi Manxiu(Department of Chemistry,Xinzhou TeachersUniversity,Xinzhou034000,ChinaABSTRACTThe capability of scavenging sodium nitrite and disconnecting nitrosamine synthesis with hawthorn extracts by microwave method we

28、re determined by spectrophotometry under simulated human gastric juice,and was compared with vitamin C1The results demonstrated that the sodium nitrite scavenging rate and the ni2 trosamine synthesis disconnecting rate both showed the positive correlation with the concentration of hawthorn ex2 tract

29、s1The capability of scavenging sodium nitrite was67153%,the capability of disconnecting nitrosamine syn2 thesis was95197%1Compared with V C,hawthorn extract has strong capability of scavenging sodium nitrite and disconnecting nitrosamine synthesis1K ey w ordshawthorn,sodium nitrite,nitrosamine,scavenging,disconnecting(上接第28页Study of Emulsifying Properties of Soy Protein Isolates-G uarG um H ydrolytes Conjugates Made through Maillard R eactionHu KunFang ShaoyingWang XiuxiaLi LiyuWang