大豆蛋白对肌纤维复合蛋白凝胶性质的影响

【摘要】：大豆分离蛋白（SPI）作为一种来源广泛、具有一定良好功能性质的植物蛋白，被广泛用于肉制品加工中。一方面可提高肉制品的产品得率、保油保水性等品质，另一方面使得肉制品具有低脂高蛋白的健康特点，广受消费者青睐。我国目前能够生产的商业SPI主要是用于肉制品的凝胶型SPI，但其质量存在不稳定性，而且总体竞争力仍然不及美国、日本生产的SPI。另外，许多研究证明未经结构变性的天然SPI对肉制品质量或肌肉蛋白（肌纤维蛋白，MP）的凝胶性质具有破坏作用；不同厂家生产的商业SPI在肉制品或MP中的应用结果也不一致。由于MP与肉制品加工时添加食盐能够溶解出来的实际蛋白成分很接近，通过研究什么特点的SPI有利于提高模拟体系MP+SPI复合蛋白的凝胶性质，可以在很大程度上帮助预测不同SPI对实际肉制品质量的影响。通过探讨有利于提高MP凝胶性的SPI结构特征和MP-SPI的相互作用模式，为凝胶型肉制品专用SPI的工业生产及应用提供一定指导。因此，本课题主要从SPI自身凝胶能力、SPI生产中存在的聚集状态、SPI预乳化颗粒的不同层面探讨SPI对MP+SPI复合凝胶性质的影响，并研究了不同特点的SPI在实际乳化香肠中的应用效果。 首先，为了研究SPI自身凝胶能力对MP凝胶性质的影响，需要制备出一系列明确结构特点和改造方法、且凝胶能力具有显著性差异的SPI基础原料。在商业生产SPI的传统工艺“碱溶–酸沉–中和–喷雾干燥”的碱溶阶段引入50–80°C热处理1h，发现碱溶60°C热处理的SPI60既可获得最高的弹性模量和凝胶强度，又可以保留较好的蛋白溶解度（85%）；在中和阶段引入超高温瞬时热处理（UHT，130或140°C，4s），诱导形成了大量可溶性聚集体，显著提高了SPI的弹性模量和溶解度；利用两步加热法（碱溶60°C，1h+中和130°C，4s）的SPI60+130不仅弥补了碱溶加热导致的溶解度损失，而且更进一步提高了蛋白溶解度（95%）。SPI60+130形成了由非共价键、二硫键和少量其他共价键稳定的可溶性聚集体，显著提高了凝胶强度，降低了凝胶温度。碱溶加热促使SPI结构发生的部分展开，有利于后续中和阶段发生完全变性，增强SPI的凝胶质构。 然后，研究了SPI自身凝胶能力对MP凝胶性质的影响，以及维持和稳定MP+SPI复合凝胶的分子作用力。虽然凝胶能力有显著差异的SPI对MP凝胶性质的影响没有各自对应的显著比例关系，但凝胶能力最强的SPI60+130在MP中的整体应用效果最好。SPI60+130的大分子聚集体和MP中的聚集体、肌球蛋白重链、-肌动蛋白是参与形成MP+SPI复合凝胶的主要蛋白亚基组成。通过凝胶溶解度的测定发现，非共价键（氢键和疏水相互作用）是维持和稳定MP+SPI凝胶的最重要作用力，二硫键仅占不到10%的比例。通过免疫组化实验观察微观结构显示，利用NEM阻断全部SPI和部分MP巯基避免形成二硫键后，凝胶微观结构有被破坏、孔隙变大的趋势。说明二硫键在形成复合凝胶过程中起到一定作用，但对凝胶正常形成后的维持和稳定作用不是特别明显。 由于上述研究发现凝胶能力最强的SPI60+130对MP凝胶具有最好的应用效果，且SPI60+130含有70%的可溶性聚集体，我们接着研究了SPI聚集状态对MP凝胶性质的影响。选取商业SPI在生产过程中不可避免产生的大量可溶性和不溶性聚集体（蛋白沉淀）为研究原料。结果发现，可溶性聚集体可能以一种可溶状态的“柔软”填充物分布在连续相MP的凝胶网络中，诱导形成的复合凝胶保留部分有序的微观结构，能够显著提高MP+SPI复合凝胶的持水性。不溶性聚集体则可能以一种不溶的“刚硬性”凸起颗粒填充物镶嵌在MP凝胶网络中，从而显著提高MP+SPI复合凝胶的弹性模量和强度。由此可知，由于不同厂家所采用的具体工艺参数不同导致商业SPI的品质组成不同，很有可能导致其SPI在肉制品中的应用效果出现差异，产品质量存在不稳定性。 考虑到SPI以颗粒物填充效应的作用模式在MP凝胶中的影响，我们又研究了不同粒径的SPI对MP凝胶性质的影响。通过酶解、温和热处理、预乳化的方法获得不同粒径的SPI溶液（纳米级别）和对应乳化液（微米级别）。其结果发现，不同粒径的SPI溶液经过预乳化后都能显著提高MP的弹性模量、凝胶强度和凝胶持水性。环境扫描电镜观察结果显示，SPI乳化液能够以填充效应促使MP凝胶结构变得更为致密紧实。粒径较小的天然SPI和SPI可溶性水解物的乳化液在凝胶表面析出，但粒径较大的乳化液由于在连续相MP凝胶网络中向表面迁移阻力较大，反而能够较稳定地填充在凝胶内部。利用SPI作为乳化剂形成的乳滴颗粒越大，反而会更有利于提高连续相MP的凝胶性质。这可能是因为作为乳化剂的SPI与连续相的MP属于不同蛋白，其相互作用远不如相同蛋白之间的作用力强，此时乳化液大颗粒的机械填充效应就显得更为重要。 最后，研究了SPI的可溶性水解物、可溶/不溶性聚集体在实际肉制品体系（乳化香肠）中的应用。结果表明，与不添加任何SPI的空白香肠相比，添加上述任何形式的SPI都能显著提高香肠的蒸煮得率。SPI的可溶性水解物显著破坏了香肠的质构，表现出松散细碎，缺少连续的绳状交联网络结构；SPI的可溶性聚集体对肉糜的弹性模量和香肠质构均没有明显影响；SPI的不溶性聚集体很显著地提高了乳化肉糜的弹性模量和香肠质构，且香肠结构显示最为紧密连续。 总体而言，本课题研究结果发现SPI对MP凝胶性质的影响一部分来源于SPI与MP之间的相互作用力，其他主要来自于SPI在MP连续相凝胶网络中的填充作用模式，SPI填充效应的重要性在实际乳化香肠中也得到了证实。本研究结果对凝胶型肉制品专用SPI的结构特点和应用方法建议如下：高凝胶性、高溶解度、低凝胶温度的SPI适合应用于注射型肉制品中；SPI的可溶性和不溶性聚集体分别对肉制品的保水性和凝胶品质结构有改善效果，适合使用滚揉的方法应用于凝胶型肉制品；SPI经预乳化后能够显著改善乳化香肠的微观结构和宏观品质，适合使用滚揉或斩拌的方法应用于盐水火腿或乳化香肠中。总之，本研究对不同肉制品专用SPI的工业生产具有一定的指导意义，也可为开辟其他来源的植物蛋白在肉制品中的应用提供一定的借鉴作用。