菜籽油是我国主要食用油之一,富含油酸等活性成分和丰富的色素、磷脂、游离脂肪酸等多种微量组分,是一种营养价值较高的植物油[1]。菜籽饼是榨油的副产品,含有大量的食品级蛋白质和均衡的氨基酸结构以及膳食纤维[2]。菜籽蛋白为完全蛋白,主要以易被动物分解利用的清蛋白和球蛋白为主[3]。将菜籽蛋白作为复合凝聚物的主要成分进行商业化利用,并将其用作敏感食品原料的封装基质材料,将有助于减少菜籽饼的浪费[4]。
为提高菜籽油提取率,改善菜籽油品质,根据其原料品种、产品种类及质量要求的不同,对菜籽进行不同工艺和配制的预处理[5]。李应霞等[6]研究焙炒预处理对植物油的影响,发现焙炒预处理可提高植物油微量组分的含量,增加挥发性风味成分和感官品质,是一种理想的预处理方式。挤压膨化预处理操作相对简便,对油料的利用率比较高,能在较低能耗下达到改善油脂品质的目的[7]。徐红华等[8]比较了挤压膨化工艺处理后大豆油品质和粕质量的变化,研究发现挤压膨化预处理工艺可降低毛油中游离脂肪酸和磷的含量。超声波处理是一种可用于油料提取的绿色技术,有研究表明,在一定超声波功率下,红花籽油的酸值和过氧化值随超声波时间的延长而增加,且超声波功率越高,酸值和过氧化值随超声波时间延长增加越快,但超声波处理对红花籽油脂肪酸组成无影响,对脂肪酸含量有较小的影响[9-10]。贾雪峰等[11]研究了不同干燥方式对番茄籽油的影响,结果表明真空冷冻干燥处理的番茄籽油品质和抗氧化活性最高。赵赛茹等[12]研究焙炒时间对芝麻油的影响,发现焙炒可使芝麻脱脂粕中总氨基酸含量下降;李次力等[13]探究亚麻籽粕挤压膨化前后的营养成分变化发现挤压膨化可使蛋白质的三级和四级结构改变,提高蛋白质的消化率。超声波对结构、溶解度、凝胶和乳化性能有重大影响,高强度超声波可以改变球状蛋白质分子之间和内部物理键的能力,从而降低水分含量,增加溶解度,提高卡诺拉蛋白的乳化活性[14];初雷[15]研究了不同热处理与加工工艺生产的菜籽粕营养价值的变化,结果表明高温处理会降低菜籽粕的蛋白溶解度与体外消化率。甘生睿等[16]以菜籽为原料,研究了3种热处理和3种非热处理对菜籽饼品质的影响,结果表明预处理方法会影响菜籽饼蛋白的必需氨基酸组成。冶梓芩等[17]研究了不同提取方法对菜籽蛋白的影响,研究发现提取方法对菜籽蛋白的结构和功能特性有一定影响。翟晓娜等[18]优化了菜籽饼粕蛋白的碱溶酸沉工艺,并对其蛋白活性进行探究,结果表明酸沉蛋白具有抑菌效果。目前国内关于菜籽蛋白的研究主要为提取方法的研究,对于菜籽预处理方式对菜籽蛋白理化、结构和功能特性的影响系统研究较少。
预处理不仅会改变菜籽油的品质,同时也会对菜籽蛋白产生影响。目前关于同一种预处理方法会同时对菜籽油和菜籽蛋白产生何种影响还没有系统研究,探究何种预处理方式可以得到优质的菜籽油和菜籽蛋白对于菜籽的高值化利用具有重要意义。本研究以油菜籽为原料,经不同预处理后分别采用螺旋压榨法和碱溶酸沉法制取菜籽油和菜籽蛋白,对比分析不同预处理对菜籽油的感官品质、理化特性、脂肪酸组成、氧化稳定性以及对菜籽蛋白理化特性、结构特性和加工特性的影响,以期为菜籽油及其副产物的高值化利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
菜籽,青杂9号,青海通达油脂加工有限责任公司。
石油醚、无水乙醇、正庚烷、冰醋酸、三氯甲烷,天津市富宇精细化工有限公司;酚酞,上海展云化工有限公司;NaOH、无水Na2CO3、盐酸,天津市河东区红岩试剂厂;KOH、可溶性淀粉,上海广诺化学科技有限公司;KH2PO4、KI,国药集团化学试剂有限公司;无水Na2SO4,天津市致远化学试剂有限公司;硫代硫酸钠,天津市汇杭化工科技有限公司;牛血清白蛋白、十二烷基硫酸钠(sodium dodecyl sulfate,SDS)、考马斯亮蓝R-250,北京索莱宝科技有限公司。均为分析纯。甲醇,山东禹王和天下新材料有限公司;十一酸甲酯对照品、棕榈酸甲酯对照品、硬脂酸甲酯对照品、油酸甲酯对照品、亚油酸甲酯对照品、亚麻酸甲酯对照品,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司。以上试剂均为色谱纯。
1.2 仪器与设备
XZ-Z505W卧式榨油机,广州旭众食品机械有限公司;KETSE 20/40 D双螺杆挤压膨化机,德国Brabender公司;C21-FK2101多功能电磁炉,广东美的生活电器制造有限公司;CS55-9冷冻干燥机,香港基因有限公司;UV-1780紫外可见分光光度计、RF-6000荧光分光光度计、GC-2030气相色谱仪,日本岛津仪器有限公司;JSM-6610LV扫描电子显微镜,JEOL LTD日本电子株式会社;Nicolet 6700傅立叶红外光谱仪,美国热电公司;KQ-800D中型超声微波清洗仪,东莞市科桥超声波设备有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 菜籽预处理方法
焙炒:设置电磁炉温度为150 ℃,将菜籽置于平底锅中翻炒20 min,待菜籽冷却后放入密封袋室温保存。
挤压膨化(简称挤压):采用模孔孔径为15 mm的剖分式双螺杆挤压膨化机,将除杂的菜籽手动进料,设置挤压温度96 ℃、螺杆转速96 r/min,将挤出的菜籽放入密封袋室温保存。
超声:将密封袋密封好的菜籽放入水中,设置超声波功率560 W,持续超声波时间20 min,超声结束后室温保存。
真空冷冻干燥(简称冻干):将密封袋密封好的菜籽置于-80 ℃冰箱预冻24 h,-53 ℃真空冷冻干燥10 h后密封袋室温保存。
1.3.2 菜籽油提取方法
用螺旋压榨法得菜籽油和菜籽饼,冷藏备用。压榨参数:压榨温度150 ℃,压榨功率3 kW。
1.3.3 菜籽油品质特性分析方法
1.3.3.1 感官品质测定
选择17名食品专业的学生组成感官评定小组,对组员进行评分规则及方法讲解。利用定量描述分析法,结合菜籽油的感官特点,对菜籽油的色泽、气味、透明度、黏度、滋味5个方面进行感官评分。
1.3.3.2 理化特性测定
酸价参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准 食品中酸价的测定》的热乙醇法测定;过氧化值参照GB 5009.227—2023《食品安全国家标准 食品中过氧化值的测定》滴定法测定;皂化值参照GB/T 5534—2024《动植物油脂 皂化值的测定》的滴定法测定;水分及挥发物参照GB 5009.236—2016《食品安全国家标准 动植物油脂水分及挥发物的测定》的电热干燥箱法测定。
1.3.3.3 脂肪酸组成测定
甲酯化:称取100 mg样品,加入40 mL甲醇、1 mL 1 mol/L KOH-甲醇溶液和0.5 mL 10 mg/mL的十一酸甲酯内标溶液后于50 ℃水浴锅中冷凝回流60 min,冷却至室温后用10 mL正庚烷和10 mL蒸馏水进行分液萃取,充分振摇后静置分层,对下层溶液二次萃取,将2次萃取的上层溶液合并后用10 mL蒸馏水洗涤分离出酯层并加入无水Na2SO4干燥过滤,用正庚烷定容至25 mL棕色容量瓶。采用气相色谱内标法对菜籽油脂肪酸组成进行测定,脂肪酸甲酯标准品定性,内标法定量。
气相色谱条件:Wonda CaP WAX色谱柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm);进样口温度250 ℃;分流比46∶1;N2,流速1 mL/min;进样量1 μL;升温程序为100 ℃保持13 min,以10 ℃/min升至180 ℃保持6 min,再以1 ℃/min升至200 ℃保持20 min,再以4 ℃/min升至230 ℃保持10.5 min。
1.3.3.4 氧化稳定性测定
Schaal烘箱法:在广口瓶中加入150 g油样,置于80 ℃恒温箱内储藏18 d,每隔1 d对油样进行过氧化值检测。
1.3.4 菜籽蛋白提取方法
碱溶酸沉法:将菜籽饼粉碎过筛脱脂,在液料比20∶1(mL∶g),pH 12.0,温度为42 ℃条件下超声波43 min,8 000 r/min离心10 min,对下层沉淀进行二次浸提,调节上清液pH值为4.5,8 000 r/min离心10 min后收集蛋白质沉淀,-80 ℃冰箱预冻12 h,-43 ℃真空冷冻干燥得到成品。
1.3.5 菜籽蛋白品质测定
1.3.5.1 表面疏水性测定
用10 mmol/L磷酸缓冲液(pH 7.0)配制10 g/L的蛋白溶液。向含4 mL磷酸缓冲液的离心管中分别添加10、20、30、40、50 μL的蛋白溶液和20 μL 8 mmol/L 8-苯胺-1-萘磺酸-储液,振荡均匀,在8～5 min内采用F4500荧光分光光度仪检测样品的荧光强度。激发和发射波长为370 nm和470 nm,激发和发散狭缝宽为5 nm。用荧光强度-样品质量浓度曲线的初始斜率作为表面疏水性指标。
1.3.5.2 结构特性测定
a)二级结构
将蛋白与干燥的KBr以1∶100比例混合,研磨均匀后利用真空压片机制成厚薄均匀的薄片,通过红外光谱仪在4 000～400 cm-1的波段范围内扫描样品,扫描次数设定为64,测试样品的结构变化。
b)三级结构
配制不同解离程度的0.1 mg/mL蛋白溶液,采用荧光分光光度计测定菜籽蛋白的荧光光谱:290 nm处激发,扫描发散光谱为300～400 nm,激发和发射狭缝宽为5 nm。
c)微观结构
取少许蛋白固定于样品台,经离子溅射仪真空干燥、喷金80 s后,在加速电压为5 kV下,利用扫描电子显微镜进行镜检,放大适当倍数进行观察并拍摄取图。
1.3.5.3 功能特性测定
a)持水性
将0.2 g蛋白和4.0 g水加入50 mL离心管,涡旋5 min后,8 000 r/min离心10 min,收集沉淀物并准确称重。持水性按公式(1)计算:
持水性
(1)
式中:m,初始样品的总质量和水,g;m1,析出物的质量,g。
b)持油性
将0.2 g蛋白和4.0 g油加入50 mL离心管,涡旋5 min后,8 000 r/min离心10 min,收集沉淀物并准确称重。持油性按公式(2)计算:
持油性
(2)
式中:m2,初始样品的总质量和油,g;m3,析出物的质量,g。
c)起泡性及泡沫稳定性
配制3 mg/mL的蛋白溶液,8 000 r/min均质2 min,室温保存30 min后记录体积。起泡性及泡沫稳定性通过公式(3)、公式(4)计算:
起泡性
(3)
泡沫稳定性
(4)
式中:V0,均质前蛋白质溶液体积,mL;V1,蛋白质溶液均匀化后的体积,mL;V2,蛋白质溶液储存30 min后的体积,mL。
d)乳化性及乳化稳定性
用0.1 mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 7.0)配制1 g/L的蛋白溶液。将蛋白溶液与大豆油以体积比3∶1比例混合,7 000 r/min均质2 min。在0 min和静置20 min时取100 L乳浊液,加入5 mL SDS溶液中,在波长500 nm处测定吸光度值,用SDS溶液作空白对照。乳化活性和乳化稳定性计算如公式(5)、公式(6)所示:
乳化活性
(5)
乳化稳定性
(6)
式中:A0,零时刻的吸光度值;ρ,原样品溶液质量浓度,g/mL;A20,乳液静置20 min后的吸光度值;n,稀释倍数。
1.4 数据处理及统计
采用SPSS 18.0对数据进行差异显著性分析;用Origin Pro 2022软件统计分析所有数据,计算标准误差并绘制图表,各试验重复2～3次。所有样品傅里叶结果均由OMNIC 8.0软件和峰值拟合Peak Fit 4.12软件进行基线校正、高斯去卷积和二阶导数处理。
2 结果与分析
2.1 不同预处理方法对菜籽油品质的影响
2.1.1 对菜籽油感官品质的影响
如图1所示,相较于空白组,焙炒组菜籽油的气味、黏度、滋味有所提升,但在色泽和透明度方面有所下降,焙炒预处理后菜籽油的颜色暗沉,透明度降低,主要原因是焙炒过程中菜籽发生美拉德褐变、焦糖化和氧化聚合反应,这与董国鑫等[19]的研究结果一致。挤压膨化预处理对菜籽油的色泽、滋味、气味、透明度、黏度都有所提升,因为挤压膨化过程虽然有加热处理,但温度比焙炒处理低,可以一定程度上促进油脂香气释放并改善感官品质;超声波预处理对菜籽油的黏度和滋味有所提升,其余均有所下降;冻干预处理对菜籽油的色泽、透明度、黏度有所提升,但在气味和滋味方面有所下降。除焙炒预处理外,其他预处理所得油脂总分均有所提高,猜测焙炒过程没有控制好温度导致色泽加深从而影响了焙炒组的感官总分。
图1 不同预处理所得菜籽油的感官评价雷达图
Fig.1 Radar chart for sensory evaluation of rapeseed oil obtained from different pre-treatments
2.1.2 对菜籽油理化特性的影响
如表1所示,5种菜籽油的酸价在1.53～2.91 mg/g,过氧化值在0.02～0.07 g/100 g,水分及挥发物含量在0.17%～0.20%,所测结果均符合GB/T 1536—2021《菜籽油(含第1号修改单)》中的限量要求:酸价≤3 mg/g,过氧化值≤0.125 g/100 g(P<0.05),水分及挥发物含量≤0.20%。4种预处理所得菜籽油的酸价上升0.23～1.38 mg/g,过氧化值上升0.01～0.05 g/100 g,皂化值下降0.72～21.08 mg/g(P<0.05),水分及挥发物含量上升0.01%～0.03%。相较于空白组,4种预处理菜籽油的酸价和过氧化值均有一定程度增高,这表明4种预处理均对菜籽的结构产生影响,在螺旋压榨过程中更容易受到温度影响,从而导致菜籽油初始理化值偏高。4种预处理的菜籽油皂化值的降低可能是由于处理过程中破坏了脂肪酸的不饱和键,导致脂肪酸分子质量变大,从而使检测的皂化值降低。水分及挥发物的区别不明显可能是由于储存条件一致,且预处理主要改变的是菜籽结构,因此对油的水分及挥发物含量影响不大。
表1 不同预处理方法的菜籽油理化品质
Table 1 Physicochemical quality of rapeseed oil with different pretreatment methods
预处理方法酸价/(mg/g)过氧化值/(g/100 g)皂化值/(mg/g)水分及挥发物/%空白1.53±0.08b0.02±0.00d177.47±2.98a0.17±0.00b焙炒2.61±0.14a0.07±0.00a169.16±5.99abc0.20±0.01a挤压1.76±0.03b0.04±0.00b161.70±14.47bc0.20±0.01a超声2.91±0.07a0.07±0.00a176.75±2.57ab0.18±0.01b冻干2.67±0.23a0.03±0.00c156.39±3.78c0.20±0.01a
注：同列数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
2.1.3 对菜籽油脂肪酸组成的影响
如表2所示,焙炒和其他预处理所得菜籽油的不饱和脂肪酸含量存在显著性差异(P<0.05),菜籽油中含量最高的为油酸,其含量为51.01～64.34 g/100 g;含量最低的为硬脂酸,其含量为1.16～3.23 g/100 g。焙炒组菜籽油的油酸含量相较于空白组下降了0.49 g/100 g,其余3种预处理的油酸含量上升11.35～12.84 g/100 g(P<0.05),亚麻酸含量下降,表明预处理过程中多不饱和脂肪酸发生氧化,导致菜籽油中以油酸为主的不饱和脂肪酸相对含量增加[20]。
表2 不同预处理所得菜籽油脂肪酸定量分析结果 单位:g/100 g
Table2 Results of quantitative analysis of fatty acid in rapeseed oil obtained from different pretreatments
预处理方法棕榈酸硬脂酸油酸亚油酸亚麻酸饱和脂肪酸不饱和脂肪酸空白5.55±0.35a3.23±0.22a51.50±0.24c15.66±0.43c15.40±0.35a8.78±0.13a82.56±0.16c焙炒5.34±0.41a2.48±0.07b51.01±0.36c24.88±0.52a10.82±0.22b7.82±0.34b86.71±0.70b挤压3.68±0.04b1.16±0.02d63.17±0.18b17.69±0.05b9.18±0.01c4.84±0.02d90.04±0.24a超声3.61±0.04b1.80±0.09c62.85±0.36b17.83±0.05b8.70±0.27c5.41±0.13c89.38±0.15a冻干3.82±0.23b1.88±0.01c64.34±0.03a17.52±0.57b7.45±0.47d5.70±0.24c89.31±0.13a
2.1.4 对菜籽油氧化稳定性的影响
如图2所示,随着氧化时间的延长,过氧化值呈现上升趋势。第18天的过氧化值:挤压组(0.37 g/100 g)>超声组(0.25 g/100 g)>空白组(0.23 g/100 g)>冻干组(0.17 g/100 g)>焙炒组(0.10 g/100 g)。焙炒可以增强菜籽油的氧化稳定性,其主要原因是焙炒过程中发生美拉德反应,产生促黑激素释放素、还原酮及一些含S、N的杂环化合物等具有一定的抗氧化活性的物质,延缓了油脂氧化[21]。挤压膨化和超声波预处理所得菜籽油的氧化稳定性低,其原因可能是预处理过程中菜籽结构被破坏,与空气的接触面积变大,在螺旋压榨过程中与空气的混合程度更高,从而促进了油脂氧化。由于挤压膨化过程中温度升高,更容易促进油脂氧化,因此挤压组的菜籽油初始阶段过氧化值最高。冻干组虽然菜籽结构被破坏,但处于真空状态,与空气的接触程度改变不大,因此其氧化稳定性趋势与空白组相似。
图2 不同预处理所得菜籽油的氧化稳定性
Fig.2 Oxidative stability of rapeseed oil obtained from different pretreatments
2.2 不同预处理方法对菜籽蛋白品质特性的影响
2.2.1 对菜籽蛋白表面疏水性的影响
如图3所示,焙炒使菜籽蛋白的表面疏水性降低,由此推测焙炒在一定程度上扩展了蛋白质分子的结构,使蛋白质分子中更多的亲水基团暴露于极性环境中,从而导致更多的游离氨基暴露于蛋白质表面。其他预处理所得菜籽蛋白的表面疏水性提高。挤压膨化可能导致菜籽蛋白共价键与非共价键的形成或断裂,内部疏水基团暴露,表面疏水性增强,并直接影响蛋白的功能特性。有研究表明,超声波产生空化效应,蛋白质空间结构展开并破坏疏水相互作用力从而导致内部疏水性基团暴露,因此表面疏水性增强[22]。冻干的表面疏水性与挤压相似,推测冻干降低了菜籽的含水量,在螺旋压榨过程中结构改变,内部疏水基团暴露导致表面疏水性增强。
图3 不同预处理方法的菜籽蛋白表面疏水性
Fig.3 Surface hydrophobicity of rapeseed proteins with different pretreatment methods
注:不同字母代表差异显著(P<0.05)(下同)。
2.2.2 对菜籽蛋白结构特性的影响
2.2.2.1 对二级结构的影响
如图4所示,焙炒、挤压和超声波后α-螺旋的比例下降,冻干后α-螺旋的比例上升;4种预处理后β-折叠的比例上升,β-转角的比例下降;焙炒和挤压后无规则卷曲的比例下降,超声和冻干后无规则卷曲的比例上升。蛋白质二级结构的改变,会造成蛋白质与油脂分子和水分子的结合面积发生变化,因为基团位置和伸展方式的改变,蛋白质与环境中其他分子的结合能力也发生巨大改变,宏观上表现为蛋白质功能性质发生较大改变[23]。超声组和挤压组的β-折叠比例上升和β-转角比例下降的程度类似,表现出相似的起泡性,由此推测β-折叠和β-转角的比例将影响菜籽蛋白的起泡性。
图4 不同预处理方法的菜籽蛋白二级结构含量
Fig.4 Secondary structure content of rapeseed proteins with different pretreatment methods
2.2.2.2 对三级结构的影响
荧光光谱法能探测蛋白质中色氨酸残基的微环境变化,可用于研究蛋白质的三级结构变化[24]。如图5所示,色氨酸残基微环境和菜籽蛋白构象在不同预处理后发生变化[25]。4种不同预处理所得菜籽蛋白的最高吸收峰对比空白预处理所得菜籽蛋白的最高吸收峰蓝移:空白组荧光强度最高处波长为385 nm,焙炒组为380 nm,挤压组为370 nm,超声组为370 nm,冻干组为375 nm。除挤压组外,其他3种预处理的最高荧光强度都有所提升,说明焙炒、超声和冻干预处理可使菜籽蛋白的三级结构舒张,卷曲程度降低。
图5 不同预处理方法的菜籽蛋白荧光光谱
Fig.5 Fluorescence spectra of rapeseed proteins with different pretreatment methods
2.2.2.3 扫描电镜分析
如图6所示,菜籽蛋白呈块状,焙炒组和超声组的菜籽蛋白表面光滑,形状较为完整,挤压组和冻干组的菜籽蛋白表面粗糙。挤压组的菜籽蛋白表面疏松,具有孔状的纤维结构,可能是由于2次加热过程导致蛋白质结构疏松。超声的空化作用导致蛋白质的结构有所改变,可以看到电镜表面有一定纹路。冻干使菜籽的含水量降低,因此在螺旋压榨过程中蛋白的结构更容易受到影响,表现为和挤压组类似的疏松结构。不同预处理使得菜籽蛋白的结构产生一定改变,蛋白质结构的疏松使其持水性和持油性增强。
a-空白;b-焙炒;c-挤压;d-超声;e-冻干
图6 不同预处理方法的菜籽蛋白扫描电镜图(×1 000)
Fig.6 Scanning electron micrographs of rapeseed proteins with different pretreatment methods (×1 000)
2.2.3 对菜籽蛋白功能特性的影响
2.2.3.1 持水性和持油性
如表3所示,4种预处理后所得菜籽蛋白的持水性和持油性都有不同程度的提高。其中,相较于空白组,焙炒组菜籽蛋白的持水性提高了128.09%,挤压组提高了89.12%,超声组提高了54.92%,冻干组提高了29.06%,各个预处理所得菜籽蛋白的持水性之间存在差异显著性(P<0.05)。焙炒组和挤压组在加热过程中菜籽蛋白结构被破坏,组织扩大,比表面积增大,从而持水性提高。超声组和冻干组没有加热处理,但是超声的空化作用以及冻干的水分含量降低作用也导致菜籽蛋白的结构有所改变,增加了蛋白质对水的物理截留,从而提高持水性,但较热处理相比,持水性提高程度不大。挤压组菜籽蛋白的持油性最高139.10%(P<0.05),持油性的提高可能是由于预处理过程中菜籽蛋白的结构被破坏,侧链展开,疏水基团暴露,从而持油性增强,这与挤压组疏水性的提高相吻合。菜籽蛋白持油性好,表明其具有用于脂肪含量较高的食品体系的潜力,但其脂肪吸收特性还有待进一步研究[26]。挤压组和冻干组的持油性高是由于其疏松多孔的蛋白质结构具有较低的体积密度,这对于持油性有着积极影响,与扫描电镜结果相吻合。
表3 不同预处理方法的菜籽蛋白持水性和持油性 单位:%
Table 3 Water and oil holding capacity of rapeseed proteins with different pretreatment methods
预处理方法持水性持油性空白40.44±1.68d100.45±9.23c焙炒92.24±7.05a108.51±6.64bc挤压76.48±7.48b139.10±1.12a超声62.65±5.48c100.57±0.60c冻干52.19±2.57cd118.55±10.69b
2.2.3.2 起泡性及泡沫稳定性
如图7所示,超声组菜籽蛋白的起泡性最好。除冻干组菜籽蛋白的泡沫稳定性和空白组菜籽蛋白泡沫稳定性相同外,其他3种预处理所得菜籽蛋白的泡沫稳定性均有所下降,其中挤压组菜籽蛋白的泡沫稳定性最差。预处理能提高菜籽蛋白的起泡性,但也会降低其泡沫稳定性。蛋白质吸附到空气-水界面并结合重排的速度影响起泡性,蛋白质相互作用则影响泡沫稳定性,形成强大的界面膜有助于泡沫的稳定[27]。焙炒组的高持水性有利于蛋白质在界面的重排,从而提高起泡性。挤压组的适当热处理可以导致蛋白质分子解聚和分子链延展,使疏水基团充分暴露,疏水性增强,分子柔性增大,有利于起泡性提高。冻干组的疏水性增强,也会导致其起泡性增强。蛋白质疏水性的增强以及链段柔性增加,有利于其在空气-水界面展开形成网络结构,提高蛋白质和空气结合的能力,从而提高其泡沫稳定性[28]。超声处理可使蛋白质分子之间的相互作用力增强,从而加快蛋白质薄膜的形成,增大蛋白溶液的起泡性,同时超声所产生的空穴效应使蛋白质分子中的疏水基团暴露出来,降低水的界面张力,能使蛋白质分子快速吸附在上面,从而使蛋白溶液的起泡性得到提高,但长时间的超声处理可能让气泡周围形成的厚黏性层变薄,从而降低泡沫稳定性[29]。
图7 不同预处理方法的菜籽蛋白起泡性及泡沫稳定性
Fig.7 Foaming capacity and foam stability of rapeseed proteins with different pretreatment methods
2.2.3.3 乳化性及乳化稳定性
如图8所示,焙炒组菜籽蛋白的乳化性最好,挤压组菜籽蛋白的乳化性最差。超声组菜籽蛋白的乳化稳定性最好,冻干组菜籽蛋白的乳化稳定性最差。焙炒过程中发生美拉德反应,可使菜籽蛋白表面结构变得疏松,从而提高乳状液的乳化性能;可使菜籽蛋白乳状液增加负电荷和减小粒径,让蛋白质疏水残基更多地暴露在油滴表面,并使空间排斥力增大,防止液滴絮凝或聚结,降低乳状液的分层指数,增加乳化稳定性[30]。焙炒组适度的热处理,会增大蛋白质分子的柔顺性,从而提高菜籽蛋白的乳化性,挤压组可能是热处理过度,从而导致蛋白质过度变性产生许多聚集体,分子的柔顺性降低,而少数蛋白质分子则可以在较短时间内扩散到油水分界面,从而导致其乳化性下降[31]。超声组的菜籽蛋白表面疏水性增强,水溶性亚基的增多使蛋白能更快地吸附到油水界面,从而导致乳化性增大。冻干组的菜籽蛋白表面疏水性和持油性高,向油水界面扩散能力较强,乳化颗粒间的静电斥力作用会使其稳定性较强。不同预处理可能导致蛋白质结构展开,分子的柔韧性增强,可以更快地吸附在表面,从而使其乳化稳定性增强[32]。
图8 不同预处理方法的菜籽蛋白乳化性及乳化稳定性
Fig.8 Emulsifiability and emulsion stability of rapeseed proteins with different pretreatment methods
3 结论
本研究探究了不同预处理方法对同一菜籽所得菜籽油和菜籽蛋白的影响。除焙炒组外,其他3种预处理均能提高菜籽油的感官品质。挤压组的菜籽油酸价最低(1.76 mg/g),冻干组的菜籽油过氧化值最低(0.03 g/100 g),皂化值最低(156.39 mg/g),超声组的菜籽油水分及挥发物含量最低(0.18%)。不同预处理所得菜籽油与空白所得菜籽油的饱和脂肪酸含量和不饱和脂肪酸含量存在显著性差异(P<0.05)。焙炒预处理可以提高菜籽油的氧化稳定性。4种预处理对菜籽蛋白的结构特性产生了一定的影响。焙炒预处理使菜籽蛋白的表面疏水性出现了明显降低,其他预处理可使菜籽蛋白的表面疏水性有所提高。4种预处理所得菜籽蛋白的持水性、持油性和起泡性均有所提高,但泡沫稳定性有一定程度的降低,乳化性和乳化稳定性有升有降。综上,不同的预处理方法各有优缺点,应根据具体需求选择合适的预处理方法。本研究基于多指标综合分析了不同预处理方法对菜籽油和菜籽蛋白品质的影响,可为菜籽油的实际生产和菜籽高值化利用提供参考。
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