大豆蛋白分离物的结构调制及其与豆腥味的相关性:干热处理温度的影响

《Innovative Food Science & Emerging Technologies》:Structural modulation of soy protein isolate and correlation with beany flavor: Effect of dry heating temperature

【字体: 时间:2026年01月07日 来源:Innovative Food Science & Emerging Technologies 6.8

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  大豆分离蛋白干热处理温度(80-140℃)对其理化性质、结构及豆腥味的影响。结果显示:80-100℃处理抑制氧化,保留必需氨基酸,有效降低豆腥味;120-140℃导致蛋白质结构破坏,豆腥味物质增加。通过VIP-OAV筛选出关键豆腥味物质为己醛、反式-2-己烯醛和1-辛烯-3-醇,其与蛋白质结构变化密切相关。为开发绿色减豆腥工艺提供理论依据。

  
刘宇文|吴思宇|宋汉宇|江良洲|严世章|齐宝坤
东北农业大学食品科学学院,中国黑龙江省哈尔滨市150030

摘要

大豆分离蛋白(SPI)中的豆腥味限制了其食品应用。本研究探讨了不同干热处理温度(80、100、120和140°C)对SPI理化性质和结构的影响,以及这些变化与豆腥味之间的关系。结果表明,温度升高会导致颗粒尺寸、ζ电位绝对值和羰基含量的增加,而溶解度降低。光谱分析显示,随着干热处理温度的升高,α-螺旋和β-折叠的含量减少,β-转角和无规卷曲的含量增加,蛋白质结构变得更加无序,荧光淬灭现象加剧,SPI的氧化程度也加深。当干热处理温度为80°C和100°C时,SPI中的游离巯基含量减少,二硫键含量增加,蛋白质微观结构没有显著变化,必需氨基酸含量增加,豆腥味得到抑制。在120°C和140°C时,SPI的结构受到严重破坏,游离巯基、二硫键、必需氨基酸和豆腥味的水平呈现相反的趋势。因此,100°C的干热处理既能最大程度地保留氨基酸,又能最有效地减轻豆腥味。通过VIP和OAV方法筛选出己醛、(E)-2-己烯醛和1-辛烯-3-醇作为SPI的主要豆腥味成分。此外,发现这三种主要豆腥味成分与蛋白质结构之间存在强烈相关性。本研究为减轻植物蛋白中的豆腥味提供了有效的方法和理论基础。

引言

近年来,由于植物蛋白的健康性、经济性和环境可持续性,其在食品开发中的使用趋势日益流行(Lindberg, McCann, Smyth, Woodside, & Nugent, 2024)。大豆分离蛋白(SPI)因其优异的凝胶化、发泡和乳化性能以及理想的氨基酸组成,在食品工业中得到广泛应用(García, Torre, Marina, Laborda, & Rodriquez, 1997)。风味是食品加工行业的重要影响因素,但由于SPI的豆腥味,其在食品加工中的实际应用受到限制(Su et al., 2024)。这种豆腥味源于不饱和脂肪酸在储存和加工过程中的自动氧化、光敏氧化和酶促氧化,伴随产生己醛、己醇、1-辛烯-3-酮等具有不良气味的醛类和酮类化合物(Jiang, Yang, & Li, 2024; Nedele, Schiebelbein, B?r, Kaup, & Zhang, 2022)。这些挥发性化合物影响了SPI的整体风味,限制了消费者的接受度,阻碍了SPI加工产业的发展。因此,调节大豆分离蛋白的豆腥味对于扩展其应用范围至关重要。
不同的SPI加工和改性技术可以显著影响食品风味。已有许多研究采用生物和化学方法去除SPI的豆腥味,例如Pei(2022)使用Lactobacillus rhamnosus发酵豌豆粉,发现该发酵有效减弱了豌豆蛋白的不良风味,显著降低了非醛、辛醛和2-乙基-1-己醇的含量。Wang, Guldiken, Tulbek, House和Nickerson(2020)通过水溶剂洗涤去除了豌豆蛋白中的异味。50%和80%浓度的乙醇和异丙醇能有效去除蛋白质中的异味化合物,但导致氨基酸评分降低。此外,这些方法成本较高,难以控制,且并不总是安全(Damodaran & Arora, 2013)。因此,探索绿色策略以改变化学结构从而减少豆腥味显得十分必要。
干热处理是SPI及其产品生产中的关键步骤,在干热灭菌、抗营养因子的钝化以及蛋白粉加工中起着重要作用(Brytan & Padrela, 2023)。干热处理可以抑制脂氧合酶(LOX)的活性,促进蛋白质结构的展开,破坏蛋白质分子间的作用力,并改变蛋白质与风味化合物的结合(Wang et al., 2021; Xu et al., 2024)。例如,Guo, He, Wu, Zeng和Chen(2019)研究了预加热SPI对香气化合物与蛋白质相互作用的影响,发现预加热后与己酸乙酯和庚酸乙酯的相互作用减弱,而与芳樟醇甲酸酯、芳樟醇乙酸酯、芳樟醇和香叶醇的结合增强。这表明热处理可以改变风味化合物与蛋白质之间的相互作用。Wen等人(2023)研究了干热处理温度对SPI空间结构及氨基酸残基侧链氧化改性的影响,发现干热处理后SPI发生氧化,并促进了蛋白质分子间二硫键的形成。然而,干热处理温度对大豆蛋白结构的影响及其与豆腥味变化之间的关系尚未有相关报道。
本研究采用干热处理方法来减轻SPI的豆腥味。通过不同干热处理温度(80、100、120和140°C)测定了SPI的理化性质,包括颗粒尺寸、ζ电位、溶解度、巯基、二硫键和羰基含量。蛋白质结构通过圆二色光谱(CD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、荧光光谱、十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和扫描电子显微镜(SEM)进行表征。SPI的风味通过气相色谱-质谱(GC–MS)测定,并研究了不同干热处理温度对其风味的影响。结合变分重要性投影(VIP)和气味活性值(OAV)分析,筛选出SPI的主要豆腥味成分,揭示了干热处理过程中分子构象变化与豆腥味之间的关联。本研究结果为降低SPI豆腥味的干热处理技术提供了理论依据,并为制备具有理想风味的SPI提供了重要指导。

材料

大豆(品种:九原13)由Wang, Zhang, Zhang, Bak等人于2021年收获。2-甲基-3-庚酮(>95%)、甲醇、标准蛋白质标记物(10–250 kDa)和SDS-PAGE凝胶电泳试剂盒购自Sigma-Aldrich(美国密苏里州圣路易斯)。盐酸胍、Tris、甘氨酸(Gly)、乙二胺四乙酸(EDTA)、2,4-二硝基苯肼(DNPH)、尿素和乙酸乙酯购自中国上海的中国医药化学试剂有限公司。所有化学品

颗粒尺寸和ζ电位分析

SPI的聚集程度可通过颗粒尺寸分布来确定。蛋白质的ζ电位与其表面电荷的强度和密度有关,可以反映SPI热聚集体的表面电荷及颗粒间的静电相互作用。不同干热处理温度下获得的SPI颗粒尺寸分布、平均颗粒尺寸和ζ电位分别如图1a和图1b所示。与未经处理的SPI相比,主要

结论

本研究探讨了不同干热处理温度对SPI理化性质、结构和挥发性风味化合物的影响,揭示了SPI结构变化与大豆异味之间的关系。结果表明,随着温度的升高,ζ电位绝对值和颗粒尺寸逐渐增加,而蛋白质溶解度降低。当干热处理温度低于100°C时,游离

CRediT作者贡献声明

刘宇文:撰写——初稿,方法学设计。吴思宇:实验研究,数据分析。宋汉宇:撰写——审稿与编辑。江良洲:概念构思。严世章:撰写——审稿与编辑,监督。齐宝坤:监督,资金获取,概念构思。

未引用参考文献

Wang et al., 2021

利益冲突声明

无。

致谢

本研究得到了黑龙江省自然科学基金(项目编号:YQ2024C026)的资助。
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