朱亚军科研训练报告

武汉轻工大学科研训练报告题目：热处理对大豆蛋白乳液稳定性的影响研究姓名朱亚军学号110107325院（系）食品科学与工程学院专业粮食工程指导老师李芳2015年5月25日摘要本实验主要研究热处理对大豆蛋白乳液稳定性的影响。实验以大豆蛋白粉和大豆油为主要原料，预热处理大豆蛋白溶液，加入大豆油高压均质，制备成水包油型乳液。利用了激光粒度仪法，高速离心分析法，静置观察法，和测乳液分层系数法，分析乳液的稳定性。实验结果为，在蛋白质浓度为0.6%时，90℃热处理得到的蛋白乳液粒径最大，乳液分层系数最小。预热处理温度为80℃，加热时间为5min时乳液的分层系数最小。通过正交试验分析乳液稳定性，对大豆蛋白乳液稳定性的影响从高到低的因素依次为：蛋白质浓度，油相体积分数，加热时间和加热温度。大豆蛋白浓度为1%，油相体积分数为6%，90℃下预热处理大豆蛋白溶液5min，得到的乳液的分层系数最小，为35.2%.关键词：预热处理；大豆蛋白；乳液；稳定性；影响AbstractTheeffectofheattreatmentonthestabilityofsoyproteinemulsionwasstudiedinthisexperiment.Usingsoybeanproteinpowderandsoybeanoilasthemainrawmaterial,preheatingsoybeanproteinsolution,addingoilandhomogenizethemixtureathighpressure,thenoilinwateremulsionwasprepared.Thestabilityofemulsionwasanalyzedbyusinglaserparticlesizeanalyzer,high-speedcentrifugalmethod,staticobservationmethod,andcreamingindexmethod.Theresultshowedthat,attheproteinconcentrationof0.6%,emulsionstabilizedbyproteinpreheatedat90℃hadthemaximumparticlesizeandlowestcreamingindex.Preheatedat80℃,theemulsionwithproteinpreheatedfor5minhadthelowestcreamingindex.Analyzingofemulsionstabilitythroughtheorthogonaltest,theeffectfactorsofsoyproteinemulsionstabilityfromhightolowwasasfollows:theproteinconcentration,oilvolumefraction,heatingtimeandheatingtemperature.Theproteinemulsionwhichpreparedby1%soybeanproteinsolutionpreheatedat90℃for5minand6%soybeanoil.soyproteinhadthelowestcreamingindex,andthecreamingindexwas35.2%.IIKeyWords:preheattreatment；soyprotein；emulsion；stability；effect一、立论依据（包括：选题背景、课题研究的目的和意义）1.1选题背景：蛋白质是所有生命的物质基础，它由氨基酸构成，决定了生命存在的基本特征。因此，蛋白质是与生命及与各种形式的生命活动联系紧密的物质，换言之，它是生命体中可缺少的组成成分。人类和其他的各种动物都需要蛋白质，依靠蛋白质来构成自身的结构。人类每天都消耗着大量的蛋白质，特别是来源丰富的植物蛋白[1]。大豆蛋白主要存在于蛋白以和糊粉粒之间，主要是球蛋白，能够溶于非等电点出的水和盐溶液中。大豆蛋白不是仅由一种蛋白质组成，而是由好几种蛋白共同构成。按照沉降系数，可以把大豆蛋白分为2S、7S、11S、15S主要四种。其中，7S和11S蛋白含量较多，它们共占总蛋白含量的2/3以上。大豆蛋白中必需氨基酸含量丰富，其营养价值可以和植物蛋白质相媲美。它所含的8种必需氨基酸的含量及比例接近FAO和WHO的推荐值[2]。大豆分离蛋白（SPI）中赖氨酸的含量很高，将SPI添入谷物食品中能够弥补谷类蛋白赖氨酸不足的缺点。另外，大豆蛋白极易被人体消化吸收，它的生物效价很高。把大豆蛋白添加到其它食品中，也可增加食品的蛋白功效比值。如玉米粉中添加8%的大豆分离蛋白，其蛋白功效比值由1提高到2.5，大米粉中添加8%大豆分离蛋白，其蛋白功效比值由2.1提高到2.16[3]。有研究表明，大豆蛋白可以满足3岁以上的人群对必需氨基酸的需求量；动物蛋白会增加人体内的胆固醇含量，增大患心血管等疾病的风险。大豆蛋白制成的食品脂肪含量很低，食用后不会增加人体内胆固醇的含量，对肥胖的人群健康非常有益。大豆蛋白非常有利于钙在人体的代谢，这是它比起其它蛋白质的优势所在[4]。因此，用大豆蛋白可以代替食品中大部分的动物蛋白，这对人体是十分有益的。1.2课题研究的目的III中国是农业大国，盛产谷物豆类等农作物，其中大豆的产量排在了世界前列。大豆富含蛋白质、脂肪和膳食纤维等营养功能性成分[5]。大豆的来源丰富、营养价值很高、加工成本较低，此外，大豆蛋白还有乳化性、持水性、凝胶性等性质，适合于食品行业的加工。大豆蛋白质不仅有亲水性还有亲油性，正是因为这种性质它常用作乳液体系中乳化剂，在食品加工领域内应用广泛。通常认为，蛋白有亲水亲油两种性质，可以吸附在油水界面上，降低界面自由能，在界面形成凝胶化界面层。乳液中的这个凝胶界面有一定的强度，可以用来维持乳液的稳定性[6]。本实验改变蛋白质浓度、油相体积分数、加热温度和加热时间，以乳液的平均粒径、分散系数和乳液分层系数作为分析乳液稳定性的指标，考察不同热处理工艺参数对乳液稳定性的影响。先进行单因素实验，分析不同因素对大豆蛋白乳液稳定性的影响，在进行正交实验，得出乳液稳定性较好的优方案。1.3课题研究的意义乳浊液体系是由多种物质组成的复杂乳状液体系，属于热力学上的不稳定体系[7]。蛋白质乳液的不稳定性严重地影响到产品的外观、品质和货架期，但是在加工过程和存储期间内会发生液滴间的相互作用，随之出现液滴的絮凝和聚结现象。植物蛋白乳品工业经常遇到的乳品不稳定的问题，具体表现为乳液絮凝，蛋白质沉淀，脂肪上浮，析水等。这些脂肪上浮，蛋白沉淀等现象严重影响乳液的品质[8]。虽然大豆蛋白的品质优良，但如今的加工工艺不够完善，不能使大豆蛋白完全满足现代化食品的加工需求。不成熟的加工工艺制作出的蛋白质产品豆腥味重，并且蛋白质的营养损失多，利用率下降。大豆蛋白的功能性质取决于它的理化性质，即理化性质改变，大豆蛋白的功能性质也会随之变化。用热、酸、碱等处理蛋白质，就会改变蛋白质的一个或几个理化特性，这样会改变蛋白质功能性[9]。这种改性可以提高大豆蛋白利用率，达到降低成本的目的。食品加工中经常用到热处理操作，例如加热杀菌，干燥等。加热可以修饰蛋白的结构，从而改善蛋白质的理化性质和功能性质。高温加热蛋白质会使蛋白质发生变性，热处理诱导蛋白分子展开，部分基团暴露。变性过程IV中，某些蛋白质大分子会聚集，它们的聚集过程受到蛋白质浓度、水分活度、加热温度和时间等多种因素影响。热处理会改变蛋白质的结构，使掩埋在内部的疏水基团暴露出来。适当的热处理会增加蛋白质的疏水性，增强蛋白的界面活性，以达到减少用量节约成本的目的[10]。二、文献综述（包括：国内外研究动态，所阅文献的查阅范围及手段）2.1国内外大豆蛋白乳液稳定性的研究进展国内外，关于乳状液的研究越来越多，对大豆蛋白乳液的研究也逐渐变多。安秀林等人研究了乳状液稳定性的影响因素[11]，研究表明乳液的稳定性受界面张、油水界面膜的形成、界面电荷、沉降作用、粘度、液滴大小、温度等因素的影响。高丽和张声华研究了乳化剂对大豆蛋白乳液稳定性的影响，结果表明添加复合乳化剂后乳液的稳定性大于仅添加单一乳化剂乳液的稳定性[12]。王金梅等人[13]对天然和热处理大豆蛋白稳定乳液的性质进行了研究，先加热处理(90℃、120℃)大豆分离蛋白对其进行修饰，然后制备成乳状液，并表征这两种类型的蛋白乳液的粒径、微结构、絮凝率，分析比较它们的稳定性。近年来，以具有纳米微米级别尺度的颗粒或聚集体制备Pickering乳液等方面的研究越来越受到科研者的关注，很多食品领域的研究者都致力于以蛋白质等可食性原料制备颗粒稳定的乳液。Liu等[14]加热处理和控制盐离子浓度在中性条件下，然后制备了大豆分离蛋白（SPI）聚集体颗粒，含有该颗粒稳定的乳液具有了良好的储藏稳定性。deFolter等[15]以反溶剂法制备了玉米醇溶蛋白颗粒，研究发现玉米醇溶蛋白制备的乳液也表现出良好的稳定性。处于等电点附近的大豆蛋白由于自身所带电荷减少、疏水相互作用增强以聚集体的形式存在，也属于纳微颗粒的范畴，该颗粒的乳化性尚未引起研究者的关注。虽然乳液已渗透到食品工业的多个领域，但是我国乳状液技术在食品科学领域还处于基础研究阶段，仍需要大量科研工作者积极参与，深入研究。2.2文献查阅范围和手段V查阅了大豆蛋白的性质、乳液的配置及稳定性检测等方面的相关书籍，并利用我校维普中文科技期刊数据库、中国知网、中国期刊网、万方资源系统数据库查阅电子文献，同时也借助百度来查阅相关资料。三、研究方案3.1主要研究内容本次实验中选用激光粒度仪法、高速离心分析法、静置观察法、离心分层系数法，考察热处理工艺参数对乳液稳定性的影响。大豆蛋白乳液稳定性与蛋白质浓度、油相体积分数、热处理温度、热处理时间等因素有关。单因素实验研究热处理温度、热处理时间、蛋白质浓度与油相体积分数这四个因素对大豆蛋白乳液稳定性的影响，重点分析热处理温度和时间对乳液稳定性的影响，综合考虑这四个因素，通过正交实验，得到原料用量相对较少，热处理后乳液稳定系数较小的乳液。3.2拟解决的关键问题（1）分析蛋白质浓度、油相体积分数、热处理温度、热处理时间对大豆蛋白乳液稳定性的影响。（2）进行正交实验，比较乳液的分层系数，得到分层系数最小的实验方案。3.3拟采取的研究方法主要测乳液平均粒度和分散系数，测离心前后乳液的吸光值，观察乳液的分层情况，测乳液的分层系数，主要以分层系数为指标，每项指标做3个平行实验。详见如下：3.3.1激光粒度仪法测乳液的平均粒径和分层系数3.3.2高速离心分析法测乳液离心前后的吸光值3.3.3静置观察法观察乳液的分析情况和油滴析出程度3.3.4离心后测乳液的分层系数3.4技术路线大豆蛋白粉→溶解→热处理→加油→高速分散→高压均质→乳液稳定性检测（激光粒度仪法、高速离心分析法、静置观察法、测分层系数法）3.5实验方案VI（1）加热温度对大豆蛋白乳液稳定性的影响取样品0.6g5份，制成大豆蛋白溶液，分别在50℃、60℃、70℃、80℃、90℃条件下热处理10min，然后迅速冷却至室温，并调节pH至中性，向溶液中加入大豆油，然后高速分散，高压均质得到5种乳状液。比较不同热处理温度下得到的乳液稳定性，选三个因素做正交试验。（2）加热时间对大豆蛋白乳液稳定性的影响取样品0.6g5份，制成大豆蛋白溶液，5份溶液分别在80℃条件下热处理5min、10min、15min、20min、25min，然后迅速冷却至室温，并调节pH至中性，向溶液中加入大豆油，然后高速分散，高压均质得到5种乳状液。分析比较不同加热时间下乳液的稳定性，选三个因素做正交试验。（3）蛋白质浓度对大豆蛋白乳液稳定性的影响改变蛋白质浓度（0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1%），控制油相体积分数为20%，均质压力为80Mpa，均质次数2次，且其他条件也相同，制成乳液。观察乳液分层情况，静置观察乳液分层情况，比较乳液稳定性