時玉強，馬 軍，崔玉濤

(臨邑禹王植物蛋白有限公司，山東 臨邑251500)

大豆乳清蛋白是水提大豆分離蛋白過程中，將提取液調至pH 4.5～4.8時的酸溶蛋白，氨基酸組成均衡，含有多種具有醫(yī)療保健作用的活性物質，如露那辛、大豆異黃酮、大豆脂肪氧化酶等[1-3]，可廣泛應用于食品、保健品及特醫(yī)食品中。但是大豆乳清蛋白溶于水后呈現為黃紅色，嚴重影響了大豆乳清蛋白的應用領域和使用量。雖然目前有對大豆乳清蛋白的研究[4]，但未見對大豆乳清蛋白顏色研究與控制的相關報道。

黃酮類物質一般為無色到黃色，是植物廣泛含有的具有苯并呋喃酮的色素物質[5]，在稀堿液環(huán)境中，黃酮類物質發(fā)生顯色反應顯示黃色[6]。而還原糖和蛋白在一定條件下能夠發(fā)生羰氨反應，且pH的升高會促進羰氨反應的發(fā)生[7]，除此之外蛋白變旋和水解作用也能產生有色物質[8]。大豆乳清蛋白中含有大豆異黃酮，大豆蛋白和包括蔗糖、葡萄糖在內的還原糖[9]，存在羰氨反應、大豆異黃酮的顯色反應、蛋白變旋及水解等反應的基礎。

為弄清大豆乳清蛋白溶于水后產生黃色的機理及原因，本文以大豆異黃酮和與大豆乳清蛋白蛋白組成及堿性條件下的變旋程度近似[8]、且不會發(fā)生大豆異黃酮顯色反應的酪蛋白酸鈉(CS)為參照，采用Lab模型通過對比不同pH及時間對大豆異黃酮溶液、酪蛋白酸鈉溶液和大豆乳清蛋白溶液的色值影響，分析影響大豆乳清蛋白顏色的原因，以期為控制大豆乳清蛋白加工過程中的顏色變化提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

大豆乳清蛋白(CP含量80.0%),山東禹王生態(tài)食業(yè)有限公司；液體氫氧化鈉(30%)，濱化化工有限公司；酪蛋白酸鈉(99.9%)，河北科隆多生物科技有限公司；大豆異黃酮(99.0%)，鄭州百思特食品添加劑有限公司。

2-16KL離心機,德國Sigma公司；LPG-5噴霧干燥機,江蘇先鋒干燥工程有限公司； 機器視覺色彩分析系統(tǒng)、Panasonic WV- CP470攝像頭，松下電器(中國)有限公司；Grablink Full XR圖像采集卡，Euresys有限公司；Matlab軟件。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同pH對大豆乳清蛋白(WSP)、酪蛋白酸鈉(CS)和大豆異黃酮(SI)溶液色值的影響

稱取(5.00±0.01)g大豆乳清蛋白、(5.00±0.01)g酪蛋白酸鈉和(0.20±0.01)g大豆異黃酮，分別溶解于(100.0±0.1)mL蒸餾水中。使用10%的氫氧化鈉溶液分別調整pH為6.5、7.5、8.5、9.5、10.5和11.5，采用機器視覺色彩分析系統(tǒng)檢測色差L、a、b值(背景色L=63,a=0,b=1)。

1.2.2 不同pH下放置時間對大豆乳清蛋白溶液色值的影響

按照1.2.1將大豆乳清蛋白、大豆異黃酮、酪蛋白酸鈉溶液的pH分別調整為7.0和11.5，在40℃水浴中分別放置1、2、3、4 h，檢測色差。檢測時背景色L=63,a=0,b=1。通過檢測不同pH下的3種溶液在不同放置時間的色差L、a、b值變化，考察時間對不同pH下的大豆乳清蛋白顏色變化的影響。

2 結果與討論

2.1 不同pH對大豆乳清蛋白、大豆異黃酮和酪蛋白酸鈉溶液色值的影響

L值表征的是溶液的亮度，由黑到白；L值越大，白色值越大，溶液亮度越大。a值表征的是溶液的紅-綠色差轉變；a值越大，溶液紅色越深。b值表征的是溶液的黃-藍色差轉變；b值越大，溶液黃色越深。不同pH下大豆乳清蛋白、酪蛋白酸鈉和大豆異黃酮溶液的L、a、b值變化如圖1～圖3所示。

圖1 不同pH下WSP、CS和SI溶液的L值變化

圖2 不同pH下WSP、CS和SI溶液的a值變化

圖3 不同pH下WSP、CS和SI溶液的b值變化

由圖1可以看出，pH小于7.5時，大豆乳清蛋白溶液L值較高，亮度較高，pH大于7.5時，隨著pH的增加L值迅速降低，pH由7.5增加到8.5時，L值降低程度最大，由51降到47，并且在pH 11.5時降到45。從視覺感官上看，大豆乳清蛋白溶液不透明，隨pH的增加顏色明顯變黃，分析認為大豆乳清蛋白溶液的變黃吸收了較多的光，導致亮度下降。隨著pH的增加，酪蛋白酸鈉溶液的L值呈下降趨勢，但是下降趨勢不明顯，視覺感官上看，酪蛋白酸鈉溶液為透明狀，隨pH的增加顏色有輕微的變化，但無明顯的顏色特征，在pH超過10.5時，可見顏色變黃，L值由61降到59。隨著pH的增加，大豆異黃酮溶液的L值呈增加趨勢，pH在7.5～8.5和9.5～10.5時隨pH的增加，亮度增加明顯，從視覺感官上看，在pH 9.5以下時溶液呈白色不透明狀，隨著pH升高透明度增強。

由圖2可以看出：隨著pH的增大，酪蛋白酸鈉溶液的a值幾乎無變化，數值差異在系統(tǒng)誤差范圍內；大豆異黃酮溶液的a值呈下降趨勢，顏色向綠色發(fā)展，pH超過10.5時基本穩(wěn)定；大豆乳清蛋白溶液a值呈上升趨勢，紅色值提高，在pH 7.5～8.5時，a值增加較大，由6增加到8。從以上變化可看出，大豆異黃酮和酪蛋白酸鈉對a值的增加無貢獻。筆者認為大豆乳清蛋白溶液紅色加深是由其中的還原糖與蛋白發(fā)生羰氨反應造成的。

由圖3可以看出：隨pH的增加，大豆異黃酮溶液b值增加，其中pH在7.5～8.5和9.5～10.5時隨pH增加大豆異黃酮溶液b值增加明顯，與其亮度變化(L值)趨勢一致；酪蛋白酸鈉溶液的b值隨pH增加變化較小，在pH超過9.5后有較小的上升趨勢，應與蛋白變旋和水解產生小分子肽有關；隨著pH的增加，大豆乳清蛋白溶液的b值升高，在pH超過10.5時趨于穩(wěn)定。從視覺感官上看，大豆乳清蛋白溶液不透明，隨pH的增加顏色變黃。

隨著pH的增加，大豆乳清蛋白和大豆異黃酮溶液的黃色值(b值)增加，且黃色值升高的趨勢相同，相關系數(R2)為0.97,相關性較高；大豆乳清蛋白和酪蛋白酸鈉溶液的黃色變化相關系數(R2)為0.8，有一定的相關性。說明大豆乳清蛋白溶液黃色值隨pH升高而增加，是pH對大豆異黃酮和酪蛋白酸鈉同時作用的結果，且大豆異黃酮的影響更大。

綜合大豆乳清蛋白溶液a、b值隨pH的變化，得出大豆乳清蛋白中大豆異黃酮異構化以及羰氨反應的控制為顏色控制的重點，pH宜控制在7.5以內。

2.2 不同pH下大豆乳清蛋白、大豆異黃酮和酪蛋白酸鈉溶液色值隨時間的變化

大豆乳清蛋白含有豐富的還原糖和蛋白質，生產環(huán)境為40℃，易發(fā)生羰氨反應，同時在堿性環(huán)境下大豆異黃酮存在顯色反應產生顏色的變化等。圖4～圖6為中性和堿性條件下,大豆異黃酮、酪蛋白酸鈉和大豆乳清蛋白溶液水浴4 h內的色澤L、a、b值變化。

圖4 中性和堿性條件下,SI、CS和WSP溶液L值隨時間的變化

圖5 中性和堿性條件下,SI、CS和WSP溶液a值隨時間的變化

圖6 中性和堿性條件下,SI、CS和WSP溶液b值隨時間的變化

由圖4可以看出，酪蛋白酸鈉溶液在中性和堿性條件下，L值隨時間變化均不明顯，肉眼可見為透明液體，與背景色L值相差不大。大豆異黃酮溶液在中性條件下顏色一直較暗，底部出現白色沉淀，在水溶液中呈現懸浮狀；堿性條件下，大豆異黃酮溶液為澄清透明狀，2 h前L值變化不大，2 h后隨時間延長L值降低，顏色加深。中性和堿性條件下，大豆乳清蛋白溶液水浴1 hL值迅速下降，中性條件下L值由46降到31，堿性條件下由36降到23。分析原因為，開始溶解時蛋白水合溶解度不高，蛋白呈懸浮液狀態(tài)，隨著時間的延長，水合充分向蛋白液溶膠方向轉變，導致L值迅速下降。1～4 h之間，大豆乳清蛋白溶液L值略有上升，中性條件下上升2個值，堿性條件下上升6個值。

由圖5可以看出,中性和堿性條件下，隨時間延長大豆異黃酮和酪蛋白酸鈉溶液a值幾乎不變。中性條件下，大豆乳清蛋白溶液a值在最初的1 h增加較快，增加了8個值，1～2 h時增加了4個值，2～3 h幾乎無變化，比較平穩(wěn)，3～4 h增加速度有所增加。堿性條件下，隨時間的延長大豆乳清蛋白溶液a值呈現一直增加的態(tài)勢，前期增加速度較快，后期變慢，且一直高于中性條件下9個值以上，且差異隨時間延長呈增加趨勢。分析認為，隨時間的延長大豆乳清蛋白溶液顏色變紅的主要原因是羰氨反應，中性條件下初始羰氨反應較慢，起始紅色值遠低于堿性環(huán)境，堿性環(huán)境更利于羰氨反應的進行和長時間維持。

由圖6可以看出,隨著時間的延長，中性條件下大豆異黃酮、酪蛋白酸鈉溶液和大豆乳清蛋白溶液b值幾乎不變化，說明中性條件下3種溶液的黃色變化較小。 堿性條件下，隨時間的延長大豆異黃酮、酪蛋白酸鈉溶液和大豆乳清蛋白溶液的b值都呈現增加的趨勢,其中大豆異黃酮溶液在1 h內，b值升高最快，之后呈平穩(wěn)狀態(tài)，增加較小，大豆乳清蛋白溶液b值一直呈現出較穩(wěn)定的增勢，酪蛋白酸鈉溶液b值前期增加較慢，后期增加較快。分析原因：主要是大豆異黃酮在堿性條件下發(fā)生顯色反應轉變較快，很快就達到了平穩(wěn)期；蛋白更易在堿性條件下變旋和水解，因此酪蛋白酸鈉溶液在堿性條件下顏色增加更快；而大豆乳清蛋白溶液的初始b值高，主要是其含有的大豆異黃酮在堿性條件下的顯色反應造成的，之后大豆乳清蛋白溶液b值增加介于大豆異黃酮溶液和酪蛋白酸鈉溶液之間，說明大豆乳清蛋白溶液的黃色變化受大豆異黃酮和蛋白雙重作用的影響。

3 結 論

實驗證明大豆異黃酮及其在堿性環(huán)境下的顯色反應是造成大豆乳清蛋白呈現黃色的關鍵因素，而羰氨反應是乳清蛋白溶液變紅的重要影響因素。因此，如何經濟高效地處理大豆異黃酮，避免羰氨反應是控制大豆乳清蛋白顏色的關鍵。實驗證明，通過低pH控制能夠有效避免大豆異黃酮的顯色反應，同時低pH能夠降低羰氨反應速度，降低蛋白的變旋和水解概率，保證大豆乳清蛋白中的大豆異黃酮不發(fā)生構象轉變，避免蛋白變旋和水解產生的顏色變化，有效控制大豆乳清蛋白溶液的黃色。縮短加工時間是控制顏色變紅和變黃的重要控制點。除此之外，大豆異黃酮的脫除及保護和羰氨反應的抑制將是大豆乳清蛋白顏色控制的研究方向。