物理预处理促进酶水解改善大豆蛋白乳化性能的作用机理研究

Soy protein is abundant and excellent plant protein resource in China, but the poor emulsifying properties limited its application in food emulsion products. Based on our earlier study, twin-screw extrusion and high-intensity microfluidization are selected to promote the enzymatic hydrolysis of soy protein. And characterization method such as scanning electron microscope and infra-red spectrum was used to characterize and measure the micromorphology and molecular structure of preteated soy proteins with different enzymatic accessibility in order to analyze the relationship between protein structure and enzymatic accessibility. The effect law of how the micromorphology and molecular structure of preteated soy proteins influence their enzymatic accessibility will be clarified to realize the efficient and controllable enzymatic hydrolysis of soy proteins. Through observing the microstructures of interfacial film of emulsions formed by enzymic modified soy proteins by confocal laser scanning microscope, how the interfacial adsorption behavior of enzymic modified soy proteins affects the emulsion formation and stabilization was discussed. Therefore the structure-function between molecular structure and emulsifying capability, and the mechanism of “modification methods−structural changes−emulsifying properties” will be clarified. Based on these study, protein modification method center on enzymatic hydrolysis will be established, which could efficiently and controllably modifying soy protein so as to prepare modified soy proteins with excellent emulsifying properties. This project provide theoretical basis and technical guides for the preparation of soy proteins with excellent emulsifying properties, and therefore has important theoretical value and practical meaning.

大豆蛋白是中国大宗优质植物蛋白资源，但乳化性能差，限制了其在食品乳状液中的应用。本项目基于前期研究，采用双螺杆挤压和高压微射流均质促进大豆蛋白酶水解，通过扫描电镜、红外光谱等手段测定表征预处理后具有不同酶解敏感性大豆蛋白的微观形态和分子结构，深入分析蛋白结构形态与酶解敏感性之间的内在关系，阐明预处理后大豆蛋白结构形态变化对其酶解敏感性的影响规律，实现大豆蛋白的高效和控制酶解。通过激光共聚焦显微镜观察分析酶解改性后大豆蛋白乳状液界面膜微观结构的变化，结合界面吸附动力学和分子结构的测定分析，探讨酶解改性后大豆蛋白界面吸附行为的变化对乳状液形成和稳定机制的影响，揭示大豆蛋白分子结构与乳化性能的构效关系，阐明“改性方法-结构变化-乳化特性”的对应机理，建立以酶解技术为核心的大豆蛋白高效可控的分子改性方法。本项目可为酶改性制备高乳化性大豆蛋白提供理论基础和技术指导，具有重要的理论价值和现实意义。

本项目研究了物理预处理促进酶水解改善大豆蛋白乳化性能的作用机理，主要成果包括：建立和完善了双螺杆挤压、微射流均质、热超声、水热法加热等物理预处理装置和方法，采用响应面试验设计优化了不同物理预处理工艺参数，建立了各预处理条件因素对酶解产物水解度（DH）和蛋白质回收率（PR）影响的相关性模型。结果发现本项目选择的4种物理预处理技术都可不同程度地提高大豆分离蛋白（SPI）的酶解敏感性，其中双螺杆挤压和热超声预处理的效果最好。通过SDS-PAGE电泳实验对比分析不同样品酶解前后的亚基组成后发现，双螺杆挤压和热超声预处理都可显著提高SPI中大豆伴球蛋白和大豆球蛋白的酶解敏感性。进一步通过综合热分析仪、荧光光谱、红外光谱等技术测定表征预处理后具有不同酶解敏感性的蛋白微观形态和分子结构，结果发现超声波与高温加热相联合对植物蛋白的变性具有协同增效作用。单纯的超声处理只能使植物蛋白部分变性和展开，且预处理后部分展开的蛋白通过反平行β-折叠连接形成了球状聚集体；然而热超声处理可使植物蛋白完全变性和展开，并诱导蛋白结构发生重组，形成了由平行β-折叠连接而成的纤维状蛋白聚集体。与球状蛋白聚集体相比，纤维状蛋白聚集体具有较高的伸展度和分子柔顺性，更容易与蛋白酶发生水解反应，因此酶解敏感性更高。通过激光共聚焦显微镜观察分析酶解改性后大豆蛋白乳状液界面膜微观结构的变化，结合界面吸附动力学和分子结构的测定分析，探讨了酶解改性后大豆蛋白界面吸附行为的变化对乳状液形成和稳定机制的影响。结果发现植物蛋白产品中不溶性蛋白颗粒的界面吸附行为会对乳化体系的稳定性造成不利影响。本项目采用双螺杆挤压对SPI进行适当预处理，不仅提高其酶解敏感性，再采用胰酶进行控制水解，还可以使SPI中大部分蛋白颗粒酶解转化为具有界面活性的可溶性多肽，从而大大提高了酶解产物的乳化性能。综上所述，适当的物理预处理与控制酶解相联合，对于植物球蛋白功能特性的改善是一种行之有效的方法。