超声波对大豆蛋白凝胶的影响及其缓释性质研究
目 录
1 绪论 1
1.1 大豆蛋白的概述 1
1.2 大豆蛋白的凝胶性 2
1.3 大豆蛋白凝胶在非食品领域的应用前景 3
1.4 大豆蛋白凝胶的制备与性质 3
1.5 超声波概述 5
1.6 本课题主要研究内容 5
2 实验材料和主要仪器 5
2.1 实验原料与试剂 5
2.2 实验仪器 6
3 实验方法 6
3.1 超声处理大豆分离蛋白 6
3.2 大豆蛋白内酯凝胶的制备 7
3.3 大豆蛋白内酯凝胶性的测定 7
3.4 大豆蛋白复合膜的缓释性研究 8
4 结果与讨论 9
4.1 不同蛋白浓度对凝胶强度的影响 9
4.2 感官评价 10
4.3 超声时间对持水性的影响 10
4.4 超声时间对凝胶强度的影响 11
4.5 加热温度对凝胶强度的影响 12
4.6 电镜图谱 12
4.7 茶碱的标准曲线 14
4.8 体外释放 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 绪论
大豆是我国栽培历史最悠久的农作物之一，商代已有关于大豆种植的记录。虽然人们对大豆的开发利用有数千年历史，但是大豆产业的迅猛发展却是在近十年。大豆是五谷（水稻、大豆、小麦、大麦、粟）之一，是我国主要油料作物之一，另外可加工成大豆类产品（鲜豆、豆芽、豆腐、豆奶等）。我国虽是大豆的故乡，但是现在我国大豆的产量约是1650万吨，居世界第四[1]，在美国 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
、巴西和阿根廷之后。
1.1 大豆蛋白的概述
大豆蛋白不是某一种蛋白质的名称，而是大豆种子中诸多蛋白质的总称[2]，大豆中蛋白质含量很高，通常每100 g，含蛋白质30-40 g[3]，是大豆用于加工利用的主要成分之一。大豆蛋白是目前加工利用的各类植物蛋白中最优质蛋白之一[2]，它富含十九种以上的氨基酸，包括人体必需的八种氨基酸（赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸）,还含有大量有益于人体健康必需脂肪酸、磷脂和丰富的钙、磷等矿物质,而且不含胆固醇,对维系人类生命和保证人类健康起着不可替代的作用[3]。因此，相比于动物蛋白，从营养和价格两方面考虑，大豆蛋白都有一定优势。
大豆蛋白按照分类方法的不同，可分为不同的类型。大豆蛋白的分类方法与结果见表1。大豆蛋白的各组分组成见表2。
表1 大豆蛋白的不同分类依据与结果类型[4-5]
依据 结果
生理功能 储存蛋白、生理活性蛋白
溶解性 大豆清蛋白、大豆球蛋白
沉降系数 2S、7S、11S、15S
免疫反应 大豆主要球蛋白分为大豆豆球蛋白、α-伴大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、γ-伴大豆球蛋白
表2 大豆的主要蛋白组分
组分 占总蛋白（%） 成分 分子量
2S(α-伴大豆球蛋白) 21 胰蛋白酶抑制素 细胞色素C 8000-21500 12000
7S(β-和γ-伴大豆球蛋白) 37 红血球凝集素 脂肪氧化酶 β-淀粉酶 7S大豆球蛋白 110000 102000 61000 180000-210000
11S(大豆豆球蛋白) 31 11S(大豆豆球蛋白) 350000
15S 11 600000
1.2 大豆蛋白的凝胶性
大豆蛋白的功能特性是指大豆蛋白的起泡性、乳化性、持水性、凝胶性、弹性等物理化学特性[6]。大豆蛋白在加工开发过程中，或多或少都利用了大豆蛋白的功能性。蛋白质的功能特性在食品方面的具体应用见表3。因为实验研究的重点，将具体介绍大豆蛋白的凝胶性的应用及其研究现状。
凝胶是指在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质形成整体构造而失去了流动性，或胶体虽含有大量液体介质但处于固化的状态。而大豆蛋白作为天然高分子，要形成凝胶，需部分蛋白质变性，蛋白质分子伸展，以便分子间形成更多相互作用，从而形成一定网络结构，锁住水分，形成凝胶。凝胶性是大豆蛋白的重要特性，应用于传统的豆腐脑、豆腐、豆干的食品加工过程，和现代食品火腿、灌肠等，改变食品质构，用以提高对水分、风味物质的保持能力[7]。综合各种文献报告，列出一些大豆蛋白凝胶的研究。蛋白凝胶形成的先决条件是蛋白质浓度，必要条件是加热[8]，张曦[9]等人研究不同浓度下的凝胶制备时，发现在80 ℃预热10 h后的大豆分离蛋白溶液，在浓度为7%-12%范围内，凝胶强度随着蛋白浓度的增加而增加。于国萍[10]等人研究加热时间与温度对大豆分离蛋白凝胶的持水性与凝胶强度等性质的影响时，发现当温度在60-90 ℃范围内，凝胶强度随温度的升高而增强，在90 ℃时，达到最大；当温度升高为100 ℃时，凝胶强度显著下降；加热时间在 10-40 min范围内，凝胶强度随着加热时间的增长而增加；在40 min时，达到最大；当加热时间增长到50 min时，凝胶强度变化不明显。
表3 大豆蛋白的功能特性在食品方面的应用[11-12]
功能特性 食品
溶解性 饮料
持水性 通心粉、糖果
凝胶性 甜点、肉制品
乳化性 肉肠、酱料、面包、蛋糕、甜点
起泡性 搅打稀奶油、糖果
1.3 大豆蛋白凝胶在非食品领域的应用前景
除了在食品体系里的广泛应用，大豆蛋白凝胶在非食品领域也可以有广泛的应用。保水剂要求要能够吸水膨胀后形成凝胶物质,而干燥条件下能将水分缓慢释放到周围环境中[13]。土井悦四郎[14]等人高温加热蛋白质制得塑料，并证明了用蛋白质制得怡状、橡胶状、玻璃状制品的可能性。Jane jay-lin[15-17]等人研究大豆蛋白-聚丙交酯、或大豆蛋白-聚己内酯等复合膜,复合大豆蛋白膜适宜不仅可制作食品容器和用具、还可用于户外运动器材、包装材料、热绝缘材料等，以及可任意使用的生物医药制品。
1.4 大豆蛋白凝胶的制备与性质
1.4.1 热处理
加热是诱导凝胶形成最简单与直接的方法，所形成的热致凝胶属于物理凝胶[18]。热致凝胶的形成原理一般认为是:热处理作用使蛋白质的构象发生变化,然后蛋白质变性作用发生,伴随变性作用的发生,蛋白质分子逐渐展开,溶液粘度上升,最后聚集形成较为致密的网络结构[19]。凝胶结构形成的宏观表现为持水性显著增加,能将溶液中所含的水完全包裹于凝胶网络结构之中[19]。
温度是影响热致凝胶性质主要因素之一，有研究人员在对β-伴大豆球蛋白(10%,pH7.5)进行研究时,发现在加热温度低于62 ℃时,大豆蛋白凝胶的弹性模量（G’）几乎不变,当温度超过65 ℃时,凝胶的G’开始随加热时间增加而增加,并在温度为70 ℃时达最大值[20]，G’与贮存于凝胶样品中抵制变形的能量相关,可反映凝胶的弹性性质。在研究大豆球蛋白温度与凝胶性质时发现：当温度为80 ℃时，维持凝胶主要作用力是氢键和范德华力,而温度为100 ℃时，维持凝胶主要作用力是疏水相互作用[21]。可能原因是温度为80 ℃时,大豆球蛋白还未充分变性,所形成凝胶只能靠氢键和范德华力来维持；而100 ℃时大豆球蛋白充分变性,疏水相互作用是主要作用力[22]。
1 绪论 1
1.1 大豆蛋白的概述 1
1.2 大豆蛋白的凝胶性 2
1.3 大豆蛋白凝胶在非食品领域的应用前景 3
1.4 大豆蛋白凝胶的制备与性质 3
1.5 超声波概述 5
1.6 本课题主要研究内容 5
2 实验材料和主要仪器 5
2.1 实验原料与试剂 5
2.2 实验仪器 6
3 实验方法 6
3.1 超声处理大豆分离蛋白 6
3.2 大豆蛋白内酯凝胶的制备 7
3.3 大豆蛋白内酯凝胶性的测定 7
3.4 大豆蛋白复合膜的缓释性研究 8
4 结果与讨论 9
4.1 不同蛋白浓度对凝胶强度的影响 9
4.2 感官评价 10
4.3 超声时间对持水性的影响 10
4.4 超声时间对凝胶强度的影响 11
4.5 加热温度对凝胶强度的影响 12
4.6 电镜图谱 12
4.7 茶碱的标准曲线 14
4.8 体外释放 15
结论 17
致谢 18
参考文献 19
1 绪论
大豆是我国栽培历史最悠久的农作物之一，商代已有关于大豆种植的记录。虽然人们对大豆的开发利用有数千年历史，但是大豆产业的迅猛发展却是在近十年。大豆是五谷（水稻、大豆、小麦、大麦、粟）之一，是我国主要油料作物之一，另外可加工成大豆类产品（鲜豆、豆芽、豆腐、豆奶等）。我国虽是大豆的故乡，但是现在我国大豆的产量约是1650万吨，居世界第四[1]，在美国 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
、巴西和阿根廷之后。
1.1 大豆蛋白的概述
大豆蛋白不是某一种蛋白质的名称，而是大豆种子中诸多蛋白质的总称[2]，大豆中蛋白质含量很高，通常每100 g，含蛋白质30-40 g[3]，是大豆用于加工利用的主要成分之一。大豆蛋白是目前加工利用的各类植物蛋白中最优质蛋白之一[2]，它富含十九种以上的氨基酸，包括人体必需的八种氨基酸（赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸）,还含有大量有益于人体健康必需脂肪酸、磷脂和丰富的钙、磷等矿物质,而且不含胆固醇,对维系人类生命和保证人类健康起着不可替代的作用[3]。因此，相比于动物蛋白，从营养和价格两方面考虑，大豆蛋白都有一定优势。
大豆蛋白按照分类方法的不同，可分为不同的类型。大豆蛋白的分类方法与结果见表1。大豆蛋白的各组分组成见表2。
表1 大豆蛋白的不同分类依据与结果类型[4-5]
依据 结果
生理功能 储存蛋白、生理活性蛋白
溶解性 大豆清蛋白、大豆球蛋白
沉降系数 2S、7S、11S、15S
免疫反应 大豆主要球蛋白分为大豆豆球蛋白、α-伴大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白、γ-伴大豆球蛋白
表2 大豆的主要蛋白组分
组分 占总蛋白（%） 成分 分子量
2S(α-伴大豆球蛋白) 21 胰蛋白酶抑制素 细胞色素C 8000-21500 12000
7S(β-和γ-伴大豆球蛋白) 37 红血球凝集素 脂肪氧化酶 β-淀粉酶 7S大豆球蛋白 110000 102000 61000 180000-210000
11S(大豆豆球蛋白) 31 11S(大豆豆球蛋白) 350000
15S 11 600000
1.2 大豆蛋白的凝胶性
大豆蛋白的功能特性是指大豆蛋白的起泡性、乳化性、持水性、凝胶性、弹性等物理化学特性[6]。大豆蛋白在加工开发过程中，或多或少都利用了大豆蛋白的功能性。蛋白质的功能特性在食品方面的具体应用见表3。因为实验研究的重点，将具体介绍大豆蛋白的凝胶性的应用及其研究现状。
凝胶是指在分散介质中的胶体粒子或高分子溶质形成整体构造而失去了流动性，或胶体虽含有大量液体介质但处于固化的状态。而大豆蛋白作为天然高分子，要形成凝胶，需部分蛋白质变性，蛋白质分子伸展，以便分子间形成更多相互作用，从而形成一定网络结构，锁住水分，形成凝胶。凝胶性是大豆蛋白的重要特性，应用于传统的豆腐脑、豆腐、豆干的食品加工过程，和现代食品火腿、灌肠等，改变食品质构，用以提高对水分、风味物质的保持能力[7]。综合各种文献报告，列出一些大豆蛋白凝胶的研究。蛋白凝胶形成的先决条件是蛋白质浓度，必要条件是加热[8]，张曦[9]等人研究不同浓度下的凝胶制备时，发现在80 ℃预热10 h后的大豆分离蛋白溶液，在浓度为7%-12%范围内，凝胶强度随着蛋白浓度的增加而增加。于国萍[10]等人研究加热时间与温度对大豆分离蛋白凝胶的持水性与凝胶强度等性质的影响时，发现当温度在60-90 ℃范围内，凝胶强度随温度的升高而增强，在90 ℃时，达到最大；当温度升高为100 ℃时，凝胶强度显著下降；加热时间在 10-40 min范围内，凝胶强度随着加热时间的增长而增加；在40 min时，达到最大；当加热时间增长到50 min时，凝胶强度变化不明显。
表3 大豆蛋白的功能特性在食品方面的应用[11-12]
功能特性 食品
溶解性 饮料
持水性 通心粉、糖果
凝胶性 甜点、肉制品
乳化性 肉肠、酱料、面包、蛋糕、甜点
起泡性 搅打稀奶油、糖果
1.3 大豆蛋白凝胶在非食品领域的应用前景
除了在食品体系里的广泛应用，大豆蛋白凝胶在非食品领域也可以有广泛的应用。保水剂要求要能够吸水膨胀后形成凝胶物质,而干燥条件下能将水分缓慢释放到周围环境中[13]。土井悦四郎[14]等人高温加热蛋白质制得塑料，并证明了用蛋白质制得怡状、橡胶状、玻璃状制品的可能性。Jane jay-lin[15-17]等人研究大豆蛋白-聚丙交酯、或大豆蛋白-聚己内酯等复合膜,复合大豆蛋白膜适宜不仅可制作食品容器和用具、还可用于户外运动器材、包装材料、热绝缘材料等，以及可任意使用的生物医药制品。
1.4 大豆蛋白凝胶的制备与性质
1.4.1 热处理
加热是诱导凝胶形成最简单与直接的方法，所形成的热致凝胶属于物理凝胶[18]。热致凝胶的形成原理一般认为是:热处理作用使蛋白质的构象发生变化,然后蛋白质变性作用发生,伴随变性作用的发生,蛋白质分子逐渐展开,溶液粘度上升,最后聚集形成较为致密的网络结构[19]。凝胶结构形成的宏观表现为持水性显著增加,能将溶液中所含的水完全包裹于凝胶网络结构之中[19]。
温度是影响热致凝胶性质主要因素之一，有研究人员在对β-伴大豆球蛋白(10%,pH7.5)进行研究时,发现在加热温度低于62 ℃时,大豆蛋白凝胶的弹性模量（G’）几乎不变,当温度超过65 ℃时,凝胶的G’开始随加热时间增加而增加,并在温度为70 ℃时达最大值[20]，G’与贮存于凝胶样品中抵制变形的能量相关,可反映凝胶的弹性性质。在研究大豆球蛋白温度与凝胶性质时发现：当温度为80 ℃时，维持凝胶主要作用力是氢键和范德华力,而温度为100 ℃时，维持凝胶主要作用力是疏水相互作用[21]。可能原因是温度为80 ℃时,大豆球蛋白还未充分变性,所形成凝胶只能靠氢键和范德华力来维持；而100 ℃时大豆球蛋白充分变性,疏水相互作用是主要作用力[22]。
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