不同商业大豆蛋白结构功能性质及对台式香肠质构和蒸煮损失率的影响

唐艳红1,2,赵建生2,3,傅礼玮4,罗钦文4,曾茂茂4,陈洁5*

1(漯河食品职业学院,河南 漯河,462000)2(河南省肉品技术创新中心有限公司,河南 漯河,462000)3(河南双汇投资发展股份有限公司,河南 漯河,462000)4(食品科学与技术国家重点实验室(江南大学),江苏 无锡,214122)5(国家功能食品工程技术研究中心(江南大学),江苏 无锡,214122)

摘 要 系统研究了10种商业大豆蛋白的结构和功能性质及其对台式香肠质构和蒸煮损失率的影响。大豆蛋白结构性质采用蛋白含量、溶解性、平均粒径、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰氨凝胶电泳(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)、持水性、乳化活性、乳化稳定性、凝胶性、流变学特性等表征。结果显示,不同大豆蛋白原料制备的台式香肠性质有显著差异,主成分分析和相关性分析结果显示,大豆分离蛋白(soybean protein isolate,SPI)与大豆浓缩蛋白(soybean protein concentrate,SPC)由于蛋白含量的差异需要分类分析;对于SPI而言,台式香肠的蒸煮损失率与溶解度和乳化活性呈极显著负相关,相关系数分别为-0.906**和-0.616**,而与持水性呈极显著正相关(0.919**);对于SPC而言,结果与SPI相反。SPC的凝胶性对于产物的硬度(0.017)、咀嚼性(-0.321)和蒸煮损失率(-0.213)均无显著性影响。通过研究可以预测,未来在台式香肠原料选择中,大豆蛋白的溶解度、可溶性成分的聚集度是最值得关注的内在特征,而乳化活性和持水性是最值得关注的宏观特征。

关键词 商业大豆蛋白;台式香肠;原料特性;质构;蒸煮损失率

大豆蛋白(包括大豆分离蛋白和大豆浓缩蛋白等)具有良好的持油持水性、乳化性、凝胶性等功能性质,因此被广泛应用在乳化香肠、火腿肠、法兰克福肠等肉制品中[1]。肉制品生产所需要的大豆蛋白以高凝胶型为主,但大豆蛋白的结构与其他性质对肉制品的品质也有重要影响。研究表明,大豆分离蛋白中不溶性聚集体及水解交联产物均可显著提高肉制品的凝胶强度,降低其蒸煮损失,而可溶性水解物则使其结构更加松散[2-3],大豆蛋白的7S和11S等亚基也对肉制品的品质改善有一定影响。经过预乳化的大豆分离蛋白也可明显降低乳化香肠的蒸煮损失,改善其产品质构特性[4]。超声改性后的大豆分离蛋白也可以提升法兰克福香肠产品的咀嚼性和口感[5]

在工业生产过程中,不同商业大豆蛋白的生产厂家的制备工艺参数不同,使其经历不同程度的变性和聚集,导致不同的溶解性、可溶/不溶性聚集体比例、乳化性等特性,其制备的产品在肉制品中的应用效果往往也不相同。杨锋等[6]分析了20种商业大豆分离蛋白样品,发现商业大豆蛋白的基本性质(平均粒径、表面疏水性、溶解性、Zeta电位、二硫键含量、乳化特性、起泡特性、持水和持油性)差别巨大。ZHENG等[7]使用不同制造商的大豆分离蛋白制备千叶豆腐,结果表明不同大豆分离蛋白的特性对千叶豆腐的品质有重要影响。然而,大豆蛋白的哪些特性在肉制品应用时起主要作用目前尚不清楚。

本文探究了10种商业大豆蛋白(7种大豆分离蛋白、3种大豆浓缩蛋白)的基本特性及其对制备的台式香肠产品的质构和蒸煮损失率的影响,并分析大豆蛋白的结构和功能特性与香肠品质的相关性,为大豆蛋白在乳化类肉制品中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大豆分离蛋白(SPI-1)、大豆浓缩蛋白(SPC-1、SPC-2、SPC-3),益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司;大豆分离蛋白(SPI-2、SPI-3、SPI-4),山东临沂山松生物制品有限公司;大豆分离蛋白(SPI-5、SPI-6、SPI-7),山东赛康蓝山大豆蛋白生物制品有限责任公司;鲜猪后腿肉、肥膘、玉米淀粉、肠衣(直径22 mm)、复合磷酸盐、D-异抗坏血酸钠和亚硝酸钠,无锡当地超市;其他化学试剂均是国产分析纯,国药集团。

表1 商业大豆蛋白的编号以及蛋白含量
Table 1 Numbers and protein contents of commercial soy proteins

蛋白编号SPI-1SPI-2SPI-3SPI-4SPI-5SPI-6SPI-7SPC-1SPC-2SPC-3蛋白含量/%85.21±0.78ab82.02±1.84c84.29±0.73b86.39±0.46a75.34±0.48e79.97±1.21d80.62±1.36cd68.58±0.70f61.47±1.06f63.83±0.97g

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

1.2 仪器与设备

VF620真空灌肠机,德国汉德曼公司;IKA T18 digital均浆机,德国IKA公司;SCC61型万能蒸烤箱,德国RATIONAL公司;GL-10MD大容量高速冷冻离心机,湘仪离心机仪器有限公司;Malvern Nano ZS型动态光散射仪,英国Malvern公司;TA-XT Plus质构仪,英国Stable Micro System公司;HAAKE MARSⅢ流变仪,德国Thermo Scientific公司。

1.3 方法

1.3.1 溶解度的测定

取市售大豆蛋白,用去离子水配制成10 mg/mL的水溶液,在室温下以10 000×g的转速离心15 min。取离心前的溶液及离心后的上清液,采用凯氏定氮法测定原溶液和上清液的蛋白含量。大豆蛋白的溶解度即为上清液中蛋白质浓度与总蛋白质浓度的比值。

1.3.2 粒径分布

采用动态光散射法测定大豆蛋白上清液的粒径。吸取1 mL上清液(来自1.3.1),用去离子水稀释100倍后,于Malvern Nano ZS型动态光散射仪的测试皿中进行测定。大豆蛋白样品的折射率和吸收率分别为1.590和0.001,连续相(去离子水)的折射率为1.330,测试温度25 ℃。粒度分析处理结果以样品的颗粒体积比(%)表示,且每个样品测试3次。

1.3.3 SDS-PAGE

参考FU等[8]的方法,采用SDS-PAGE分析市售大豆蛋白的亚基组成。浓缩胶质量浓度为40 g/L,分离胶质量浓度为120 g/L。取大豆蛋白原溶液(来自1.3.1),用去离子水稀释至2 mg/mL,按1∶1的体积比加入上样缓冲液(0.01 mol/L Tris-HCl、2%SDS、10%甘油和0.02%溴酚蓝),混合均匀后在沸水浴中加热5 min,冷却至室温上样。在恒定电流下进行电泳,浓缩阶段电流为20 mA,分离阶段为40 mA。电泳完成后,用0.1%的考马斯亮蓝G250溶液染色60 min。之后用脱色液[V(甲醇)∶V乙酸)∶V(水)=2∶3∶35]进行脱色,直到可以清楚地识别出条带。最后将洗脱后的凝胶片在凝胶成像系统中进行拍照,观察大豆蛋白亚基条带的种类和含量。

1.3.4 持水性

参考BÜHLER等[9]的方法,称取大豆蛋白样品m0,用去离子水配置成2%的溶液装入离心管(m1)中,充分混合均匀后,在5 000×g的离心转速下离心15 min。用滤纸将离心管上层的水吸出,准确称量沉淀物和离心管的总质量m2。持水性以1 g样品所吸附的水的质量(g)来表示。按公式(1)计算:

持水性

(1)

式中:m0,样品质量,g;m1,离心管的质量,g;m2,离心后沉淀物和离心管的总质量,g。

1.3.5 乳化活性和乳化稳定性

参考JIANG等[10]的方法测定不同蛋白的乳化活性和乳化稳定性。将制备的大豆蛋白溶液(5 mg/mL)与大豆油以4∶1的体积比混合,采用高速均质机在10 000 r/min下均质2 min。取出20 μL乳液加入到5 mL 0.1% SDS溶液振荡混匀,立即用紫外分光光度计测定其在500 nm处的吸光度(A0)。将如上制备的乳液在室温下保持30 min后,根据上述方法用5 mL 0.1%SDS溶液稀释20 μL乳液,并在500 nm处测定吸光度(A30)。SDS溶液作为空白对照。乳化活性和乳化稳定性分别按公式(2)(3)计算:

乳化活性

(2)

乳化稳定性

(3)

式中:T,浊度,2.303;N,稀释倍数,250;c,蛋白浓度,0.5%;φ,油的体积分数,20%。

1.3.6 凝胶强度

根据CAMPBELL等[11]的方法稍作改动。配制含120 g/L蛋白的大豆蛋白溶液,将其加热至95 ℃,在水浴中凝固30 min,冷却至室温,在4 ℃冰箱中保存过夜。采用TA-XT2型号的质构仪对凝胶强度进行测定。使用P/36R探头对样品进行下压测试。测定条件:测前速度1 mm/s,测试速度1 mm/s,测后速度2 mm/s,触发力为5 g,凝胶压缩比例为50%,重复测定5~6次。测定后得到质构结果中,凝胶强度以最大破裂力(g)表示。

1.3.7 流变特性

依据WANG等[12]的方法,采用HAAKE MARS III流变仪的振荡温度扫描模式测量样品的黏弹性,所用的转子为直径35 mm的平板,间隙为1 mm。将蛋白质量浓度为120 g/L的大豆蛋白溶液上样至平台,刮边除去多余的液体后在转子四周涂抹上低黏度硅油防止水蒸发,随后立即进行振荡温度扫描。样品在1%的应变幅度(在线性黏弹性区域内)和1 Hz的振荡条件下进行,首先将样品以2 ℃/min的速率从25 ℃升到95 ℃,然后在95 ℃下保温10 min,再以4 ℃/min的速率冷却至25 ℃。

1.3.8 台式香肠制作

将猪瘦肉与肥膘按照7∶3的质量比切成边长为8 mm的方块肉丁,用有6 mm孔板的绞肉机绞碎得到肉糜。每100 g肉糜中添加一定比例的配料(五香粉1.5 g,亚硝酸钠0.005 g,糖8.0 g,三聚磷酸钠0.3 g,芝麻油1.0 g,盐1.5 g,黄酒2.0 g,冰水3.0 g),充分搅拌均匀后在0~4 ℃环境下腌制24 h。

取大豆蛋白加4倍质量的温水,用破壁机斩拌2次,每次间隔15 s,使其充分复水。复水后的大豆蛋白溶液与大豆油按照5∶1的质量比混合并使用破壁机进行乳化,制成乳状液。向乳状液中按照上述配方和比例添加所有配料,充分搅拌混匀后在0~4 ℃温度环境下腌制24 h。使用SPI乳状液替代30%质量的肉糜。

将腌制完成的肉糜和SPI乳状液混合并加入冰水,进行斩拌。肠衣用温水洗净,沥干水分后,用腌制完成的肉糜进行灌肠,灌肠不宜过松也不宜过紧,接口处及两端使用棉线打结。灌制好的肠用牙签或小针扎小孔放气。香肠的水分含量在72%左右。将香肠放入烘箱进行干燥,干燥条件是60 ℃,持续30 min。烘干后的香肠放入80 ℃水中蒸煮40 min。蒸煮后的香肠于60 ℃干燥10 min。放入冰箱(0~4 ℃)保存。制作工艺流程如图1所示。

图1 台式香肠的制作工艺
Fig.1 The production process of Taiwan-style sausages

1.3.9 台式香肠质构分析

应用质构剖面分析方法(texture profile analysis,TPA)在室温下测定样品的全质构特性。将制备好的台式香肠剥去肠衣后,切成高1.0 cm的圆柱体,放置到载物台上测试。探头类型:P/50;测定条件:测前速度1.0 mm/s,测试速度1.0 mm/s,测后速度2.0 mm/s,压缩比50%,2次下压间隔时间5.0 s;触发力为5 g。每个样品测定5~6个重复,测定结果用硬度、弹性、内聚性、咀嚼性、回复性5个指标进行表示。

1.3.10 台式香肠蒸煮损失测定

参考徐敬欣等[13]的方法测定蒸煮损失率,按公式(4)计算:

蒸煮损失率

(4)

式中:m1,蒸煮前的质量,g;m2,蒸煮后的质量,g。

1.4 数据统计分析

所有实验重复3次,数据以“平均值±标准偏差”表示,用Origin 8.6和SPSS 17.0软件进行统计和方差分析(ANOVA),用Duncan法进行差异显著性分析,P<0.05表示差异显著,使用SIMCA 14.1进行主成分分析(principal component analysis,PCA)。

2 结果与分析

2.1 不同市售大豆分离蛋白的溶解度以及上清液的粒径分布

溶解性是反映蛋白质功能特性的一个重要参数,它影响着蛋白质的凝胶、乳化和起泡的能力。不同商业大豆蛋白的制备方式和储存方式不同,对蛋白质溶解度具有显著影响。图2-a显示了10种大豆蛋白的溶解度,其中SPI-2的溶解度最高为(98.35±1.19)%,SPC-4的溶解性最低为(35.81±1.20)%,高温的影响容易变性,变性后的蛋白质溶解度均有不同程度的降低。

a-溶解度;b-粒径分布
图2 不同商业大豆蛋白的溶解度和粒径分布
Fig.2 Solubility and particle size distribution of different commercial soybean proteins

图2-b显示了10种大豆蛋白上清液中的粒径分布和平均粒径大小,蛋白质颗粒的大小也会影响蛋白质的功能特性[14]。所有大豆蛋白的粒径分布都在1 000 nm以下,SPI-6的平均粒径最大为(379.2±2.78)nm,SPI-7的平均粒径最小为(169.1±2.77)nm。罗东辉[15]采用碱提酸沉和冷冻干燥制备的大豆分离蛋白样品平均粒径为45.03 nm,而本研究的10个样品的平均粒径均大于45 nm,原因可能是大豆蛋白在生产过程中结构部分展开,由原来的球形粒子展开成非球形粒子,也可能是蛋白分子之间发生聚集。

2.2 不同市售大豆分离蛋白的亚基分布

图3为不同大豆蛋白的非还原和还原SDS-PAGE图。在还原和非还原SDS-PAGE分析中,每种蛋白都出现了11S(大豆球蛋白)和7S(β-伴球蛋白)特征条带[16],但是各蛋白样品中特征条带的比例不一,说明各蛋白之间亚基的组成和含量不同,这可能与各蛋白样品选用的大豆品种和加工工艺技术参数不同有关。另外发现,所有样品均在分离胶顶部出现条带,说明这些蛋白样品中均有大分子质量聚集体存在。

1-SPI-1;2-SPI-2;3-SPI-3;4-SPI-4;5-SPI-5;6-SPI-6;7-SPI-7;8-SPC-1;9-SPC-2;10-SPC-3;M-Marker
a-非还原条件;b-还原条件
图3 非还原和还原条件下不同商业大豆蛋白的SDS-PAGE图谱
Fig.3 SDS-PAGE of different commercial soybean proteins under non-reducing (-βME) and reducing (+βME) conditions

2.3 不同市售大豆分离蛋白的功能特性

图4-a展示了不同大豆蛋白的持水性,其中SPI-2有最低的持水性为(0.31±0.11)g/g(1 g蛋白质中含有的水的质量,下同),而SPI-4有最高的持水性为(6.22±0.18)g/g,部分样品的持水性之间存在显著差异(P<0.05)。

a-持水性;b-乳化活性和乳化稳定性;c-凝胶强度
图4 不同大豆蛋白的持水性,乳化活性和乳化稳定性和凝胶强度
Fig.4 Water holding capacity, emulsifying activity and emulsifying stability, and gel strength of different soybean proteins

由2.1得知,SPI-2溶解度最高,但持水性最低,说明溶解性过高对持水性不利,适度的变性可提高持水性。蛋白质多肽链一定程度的展开有助于其吸收和保持水分。GAO等[17]研究发现,添加持水性较高的植物蛋白可以维持肉中更多的水分,使产品湿润多汁,口感丰富。

乳化活性和乳化稳定性用来表征蛋白质的乳化特性。如图4-b所示,SPI-1号样品的乳化活性指数最高为(57.51±0.9714.94)m2/g,SPC-1、SPC-2、SPC-3的乳化活性最低,为34.74~36.96 m2/g。SPI-4的乳化稳定性最高为(91.86±0.60)%,而SPC-1、SPC-2、SPC-3的乳化稳定性最低为76.14~78.78 m2/g。大豆蛋白在制备过程中,蛋白结构的展开会导致蛋白内部疏水氨基酸暴露,表面疏水性增强,使得蛋白质多肽链松散,溶解度提高,乳化性能提高[18-19]。因此SPI-1、SPI-2、SPI-3有较好的溶解性,其乳化性能也较高。研究表明[20],乳化性高的大豆蛋白会在脂肪球表面形成一层具有弹性的柔韧膜,将脂肪球完好保存在蛋白膜中,可以更好地稳定和乳化肉糜。

凝胶性是大豆蛋白的另一个重要功能特性,指溶液中的大分子互相交织,最终连接形成凝胶的性能。图4-c显示了不同大豆蛋白的凝胶强度,SPI-4具有最小的凝胶强度为(33.12±9.47)g,而SPI-5具有最高的凝胶强度为(78.26±14.63)g。适当的大豆蛋白热变性程度能使大豆蛋白具有较好的凝胶特性[21]。SPI-4具有较高的不溶性聚集体,可以推测其热变性程度过高,最终导致其无法形成较好的凝胶网络结构。SPI-1和SPI-3的溶解性较高,但是其凝胶性也较低,可能原因是其热变性程度过低,会导致大豆蛋白中的肽链无法很好地展开,也无法形成稳定的凝胶网络结构。具有较好凝胶特性的大豆蛋白通常被用在肉中来改善产品的凝胶结构,提升产品的口感。

2.4 不同市售大豆分离蛋白的凝胶特性的分析

通过温度扫描展示了大豆蛋白凝胶的形成过程,分析了蛋白质在加热和冷却阶段弹性模量(G′)的变化。图5展示了不同大豆蛋白在升温和降温过程中的储能模量G′,在升温阶段,SPC的模量高于SPI,SPI-5号的模量高于其他SPI样品,可能原因在于,相同的蛋白含量下,SPC和SPI-5溶液的固形物含量较高,因此其模量较高。从图5-a还发现,不同的蛋白的变性温度不同,SPI-4的变性温度高于其他蛋白。从图5-b可以发现,SPI-1的模量一直处于最高,而SPC-2的模量最低。

a-升温过程;b-降温过程;
图5 不同商业大豆蛋白在升温和降温过程中的储能模量(G′)
Fig.5 Storage modulus (G′) of different commercial soybean proteins in heating and cooling process

如图5-a所示,加热起始阶段,大豆蛋白受到外部应力的作用,蛋白质分子逐渐变性(去折叠),且疏水基团暴露出来,蛋白质-蛋白质和蛋白质-水之间的氢键也随温度升高发生断裂,因此G′随温度的升高而下降。当温度达到大豆蛋白变性温度以后,大豆蛋白分子继续去折叠,内部疏水基团、巯基和二硫键继续暴露,分子结构展开,蛋白分子发生聚集,G′开始增大。在图5-b冷却阶段,G′随着温度的降低继续增加,这可能是由于凝胶结构的重排或更多的蛋白质参与凝胶结构的形成[22]

2.5 台式香肠质构分析

添加不同大豆蛋白对台式香肠质构的影响结果如表2所示。与不添加任何大豆蛋白的空白香肠相比,除SPI-5外,添加大豆蛋白的香肠硬度、内聚性和咀嚼性均有一定程度的提高。整体来看,添加SPC的台式香肠的硬度和咀嚼性等质构指标低于添加SPI的香肠。添加SPI-5号的台式香肠的质构指标最低,可能原因在于SPI-5号的蛋白含量较低,而较低的蛋白含量不能与台式香肠的结构进行很好的结合。

研究表明,蛋白改性程度以及蛋白可溶性和不可溶性聚集体均会对香肠的质构有一定的影响。曹雪妍等[23]采用谷氨酰胺转移酶(transglutaminase,MTG)改性蛋白添加到火腿肠中,发现添加MTG蛋白组对弹性等指标的提高效果比普通蛋白组更加显著。简华君等[2]研究发现大豆分离蛋白中不溶性聚集体部分以“填充物”的形式分布在香肠的蛋白网络结构中,使香肠结构紧密,并改善了香肠的质构。

表2 不同商业大豆蛋白对香肠TPA参数的影响
Table 2 Effects of different commercial soybean proteins on TPA of sausages

编号硬度/g弹性内聚性咀嚼性/(g·mm)回复性SPI-07 092.37±946.37ab0.81±0.03a0.76±0.01b4 368.17±636.13bc0.35±0.01dSPI-18 529.51±1 524.50a0.83±0.04a0.81±0.02a5 733.76±1 178.66ab0.41±0.01aSPI-29 390.82±873.71a0.83±0.02a0.80±0.01a6 253.74±582.55a0.40±0.01abSPI-37 379.95±905.16ab0.87±0.07a0.79±0.03ab5 045.87±577.32abc0.40±0.02abSPI-48 186.09±1 254.81ab0.89±0.05a0.80±0.01ab5 770.86±801.24ab0.39±0.00abcSPI-55 693.86±898.47b0.77±0.08a0.80±0.02ab3 527.92±791.44c0.36±0.03cdSPI-68 510.99±599.60a0.88±0.02a0.80±0.01a5 999.39±370.89ab0.39±0.00abcSPI-77 336.29±335.80ab0.83±0.06a0.79±0.01ab4 833.42±512.69abc0.37±0.01bcdSPC-17 571.09±1 511.80ab0.88±0.03a0.81±0.01a5 350.44±953.59abc0.39±0.01abSPC-27 176.53±375.3ab0.77±0.05a0.79±0.00ab4 364.67±103.56bc0.38±0.01bcdSPC-37 002.46±952.00ab0.84±0.07a0.81±0.00a4 775.20±722.95abc0.39±0.01ab

注:SPI-0代表未添加大豆蛋白的纯肉体系(以下各图、表与此相同)。

2.6 台式香肠蒸煮损失测定

如图6所示,未添加大豆蛋白的纯肉体系的香肠蒸煮损失率为(11.15±0.14)%,而添加大豆蛋白的台式香肠的香肠蒸煮损失率明显降低,为(2.01±0.14)%(SPC-3)~(5.02±0.24)%(SPI-4)。影响香肠蒸煮损失率的因素包括蛋白添加量,蛋白是否预乳化,蛋白中可溶性和不可溶聚集体含量等。何志勇等[4]发现预乳化能够增强SPI在乳化香肠中的作用,降低乳化香肠的蒸煮损失,同时大大减少了脂肪含量。简华君等[2]研究发现含有SPI中的不溶性聚集体可诱导形成的香肠致密结构也可能起到一定的锁水作用,因此香肠蒸煮得率最高。王富刚等[24-25]研究发现随着大豆分离蛋白添加量的增加,产品的得率也随之增加。

图6 不同商业大豆蛋白对香肠蒸煮损失的影响
Fig.6 Effect of different commercial soy protein on cooking loss of sausages

2.7 主成分分析

PCA是一种无监督多变量数据分析法,其在不损失主要信息的前提下实现降维,使样本之间的差异可视化,可解决由于组成复杂所致的分析困难问题。将10种大豆蛋白(7种SPI和3种SPC)的基本结构和功能性质数据导入SIMCA 14.1软件进行分析得到图7所示的PCA结果,进一步分析其结果。

图7-a为PCA的得分图,SPC数据点聚在左边,SPI数据点聚在右边,整体有明显的分离趋势,说明他们之间的结构和功能性质有明显的差异。图7-b为PCA载荷图,变量对样本在得分图上影响的大小可以通过求变量与原点之间的距离来评估。从图7-b可以发现,持水性和溶解性是离原点最远的点,说明这两个因素对大豆蛋白的影响最大。结合图7-a和图7-b分析,持水性与SPC组更加接近,溶解性与SPI组更加接近,因此蛋白持水性对SPC组影响较大,溶解性对SPI组影响更大。图7-c是PCA中的贡献图,通过正负分为两组,正方向上蛋白含量、溶解性、乳化活性、乳化稳定性对于SPI组影响大,而持水性对SPC组影响大。

2.8 大豆蛋白性质与台式香肠的相关性分析

从图7中的PCA结果可知,蛋白的基本功能特性对于SPI和SPC的影响不同,因此将蛋白分为SPI和SPC分别进行相关性分析。总体来说,蛋白含量与添加SPI和SPC制备的香肠的硬度和咀嚼性均呈正相关,但是对于SPI更加显著。

由于SPI-5的蛋白含量过低,因此在做大豆分离蛋白性质与香肠之间的相关性分析时进行剔除。如表3所示,对于6种SPI来说,蛋白溶解性与持水性、乳化稳定性呈极显著负相关,与乳化活性呈极显著正相关。蛋白的平均粒径与持水性呈极显著正相关,与乳化活性呈显著负相关。溶解度和乳化活性与蒸煮损失率呈极显著负相关,相关系数分别为-0.906和-0.616,而持水性与蒸煮损失率的相关系数为0.919(P<0.01)。凝胶性与蒸煮损失率的相关系数为-0.534(P<0.05),而平均粒径和乳化稳定性与香肠的蒸煮损失率呈显著正相关,相关系数分别为0.498和0.572。结果说明,SPI的溶解度越高,乳化活性越高,凝胶性越大,蒸煮损失率越低,而平均粒径越大,持水性越高,乳化稳定性越好的SPI,制备的香肠的蒸煮损失率越高。

a-得分图;b-载荷图;c-贡献图
图7 不同商业大豆蛋白基本结构和功能性质的主成分分析得分图、载荷图和贡献图
Fig.7 Score plot, loading plot and contribution plot of principal component analysis for basic structure and functional properties of different commercial soybean proteins

如表4所示对于3种SPC,得到的结果与SPI截然不同。蛋白溶解性与持水性呈极显著负相关(-0.957),与乳化活性呈极显著正相关(0.817)。蛋白的平均粒径与持水性呈显著负相关。蛋白含量与香肠的蒸煮损失率呈极显著正相关,说明蛋白含量越高的大豆浓缩蛋白,其蒸煮损失率越高。SPC的溶解性和乳化活性也与蒸煮损失率呈极显著正相关,相关系数分别为(0.844和0.909)但是持水性却呈现极显著负相关(-0.842)。这说明持水性高的SPC可以让香肠的蒸煮损失率降低,较低的溶解性和乳化活性可以得到更高的蒸煮得率。

表3 大豆分离蛋白性质与香肠之间的相关性分析
Table 3 Correlation analysis between properties of soy protein isolate and sausages

因素X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X2-0.4041X3-0.198-0.4041X4 0.075-0.898** 0.637**1X5-0.113 0.811**-0.505*-0.755**1X6 0.544*-0.747**-0.075 0.511*-0.4661X7-0.286 0.38-0.295-0.497* 0.084-0.0231X8 0.098 0.061 0.03-0.125-0.001 0.209 0.3951X9 0.107 0.07 0.032-0.149 0.022 0.209 0.433 0.990**1X10 0.341-0.906** 0.498* 0.919**-0.616** 0.572*-0.534*-0.165-0.1741

注:*在0.05水平上达到显著性相关,**在0.01水平上达到显著性相关;X1-蛋白含量;X2-溶解性;X3-平均粒径;X4-持水性;X5-乳化活性;X6-乳化稳定性;X7-凝胶性;X8-香肠的硬度;X9-香肠的咀嚼性;X10-香肠的蒸煮损失率(下同)。

表4 大豆浓缩蛋白性质与香肠之间的相关性分析
Table 4 Correlation analysis between properties of soy protein concentration and sausages

因素X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X2 0.918**1X3 0.633 0.779*1X4-0.900**-0.957**-0.776*1X5 0.823** 0.817** 0.347-0.767*1X6-0.467-0.179 0.218 0.295-0.5581X7-0.023 0.13 0.545-0.132-0.296 0.5551X8 0.124-0.192-0.292 0.03-0.085-0.622 0.0171X9 0.09-0.237-0.501 0.147-0.001-0.65-0.321 0.842**1X10 0.944** 0.844** 0.404-0.842** 0.909**-0.634-0.213 0.201 0.1851

3 结论

对10种大豆蛋白(7种SPI和3种SPC)结构特征和功能性质进行分析发现,这些样品的蛋白含量、溶解性、平均粒径、SDS-PAGE电泳、持水性、乳化活性、乳化稳定性、凝胶性、流变学特性等性质之间有较大的不同,说明商业大豆蛋白的功能性质差别较大,在购买和使用商业大豆蛋白时需要对蛋白进行品质特性指标的测定。进一步借助主成分分析和相关分析研究了10种大豆蛋白对台式香肠的质构和蒸煮损失的影响规律。结果发现蛋白含量、溶解性、乳化活性、乳化稳定性对于SPI组影响大,而持水性对SPC组影响大。溶解度和乳化活性与添加SPI制备的台式香肠蒸煮损失率呈极显著负相关,而持水性与蒸煮损失率呈极显著正相关。SPC的溶解性和乳化性与台式香肠蒸煮损失率呈极显著正相关,但持水性和乳化稳定性却呈现极显著负相关。本研究能对肉制品生产过程中通过添加不同性质的商业大豆蛋白而提升其品质提供理论和实验依据。

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Structure and functional properties of different commercial soy proteins and their effects on texture and cooking loss of Taiwan-style sausages

TANG Yanhong1,2, ZHAO Jiansheng2,3, FU Liwei4, LUO Qinwen4, ZENG Maomao4, CHEN Jie5*

1(Luohe Vocational College of Food, Luohe 462000, China)2(Henan Meat Technology Innovation Center Co.Ltd., Luohe 462000, China)3(Henan Shuanghui Investment Development Co.Ltd., Luohe 462000, China)4(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)5(National Engineering Research Center for Functional Food, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

ABSTRACT The structure and functional properties of 10 kinds of commercial soy protein and their effects on the texture and cooking loss rate of Taiwan-style sausages were investigated. The structural properties of soybean protein were characterized using protein content, solubility, average particle size, SDS-PAGE, water-holding capacity, emulsifying properties, gel properties, and rheological properties. Results showed that there were significant differences in the properties of Taiwan-style sausages prepared from different soybean proteins. The principal component analysis and correlation analysis showed that soybean protein isolate (SPI) and soybean protein concentrate (SPC) needed to be classified and analyzed separately due to their different protein content. For SPI, solubility and emulsifying properties were highly significantly negatively correlated with the cooking loss rate of the sausages, and their correlation coefficients were -0.906** and -0.616** respectively, while water holding capacity was highly significantly positively correlated (0.919**). While as for SPC, the results were the opposite. It was noteworthy that the gel properties of SPC had no significant effect on the hardness (0.017), chewiness (-0.321), and cooking loss rate (-0.213) of the products. The above study implies that the solubility of soy protein and the aggregation of soluble components are the most important intrinsic characteristics, while emulsifying properties and water-holding capacity are the most important macroscopic characteristics in the selection of ingredients for Taiwan-style sausages in the future.

Key words commercial soy protein; Taiwan-style sausage; raw material properties; texture; cooking loss rate

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031544

引用格式:唐艳红,赵建生,傅礼玮,等.不同商业大豆蛋白结构功能性质及对台式香肠质构和蒸煮损失率的影响[J].食品与发酵工业,2023,49(9):212-220.TANG Yanhong, ZHAO Jiansheng, FU Liwei, et al.Structure and functional properties of different commercial soy proteins and their effects on texture and cooking loss of Taiwan-style sausages[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(9):212-220.

第一作者:硕士,副教授(陈洁教授为通信作者,E-mail:chenjie@jiangnan.edu.cn)

基金项目:国家食品科学与工程一流学科建设项目(JUFSTR20180201)

收稿日期:2022-03-11,改回日期:2022-04-24