蛋白质的结构和功能特性对其在食品中的应用起到决定性作用。熔球态是蛋白质结构处于原态和完全变性之间的一种状态,通常保留着变性前的大部分的二级结构,而三级结构却会发生较大变化。已有研究发现将肉蛋白质置于极端pH条件下使其分子结构部分展开继而调到中性使其发生新的折叠,即pH偏移处理,可明显提高肉蛋白功能性质。然而目前尚无采用pH偏移处理修饰大豆蛋白结构并改善其功能性质的系统研究。因此,本课题的研究目的主要包括:一、研究揭示pH偏移处理对大豆蛋白及其亚基结构的影响;二、研究阐明该结构变化对相应功能性质的影响;三、研究pH偏移处理后大豆蛋白在肌肉蛋白凝胶体系中的应用,为开发高附加值大豆蛋白产品及拓展其应用领域奠定理论基础。首先研究了pH偏移处理对大豆分离蛋白(SPI)、β-伴球蛋白(7S)和球蛋白(11S)高级结构的影响。将SPI、7S和11S组分经酸性(pH 1.5-3.5)或碱性(pH 10-12)处理0、0.5、1、2和4 h等不同时间,然后恢复到中性,采用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、圆二色谱(CD)、差示扫描量热仪(DSC)、荧光光谱、紫外光谱等进行分析,发现不同pH偏移处理均导致蛋白表面疏水性的提高、内源色氨酸荧光强度的增加和酪氨酸残基的暴露,而连接11S的A、B亚基的二硫键也发生了解离。特别在pH12偏移处理条件下,11S生成可溶的新的共价聚集体(A、B亚基聚集);尽管变性温度(Tm)未变,变性焓(ΔH)却明显降低,表明11S结构变化较明显。研究还发现pH偏移处理对7S结构的影响远不及对11S的影响。鉴于极端pH(1.5和12)偏移处理后SPI基本维持原二级结构但失去大部分三级结构,可认为此改性SPI处于熔球态。接着研究了pH偏移处理对SPI、7S、11S的乳化性质影响及相关机理。将pH偏移处理后SPI与大豆油混合并制备成乳状液,发现酸碱pH偏移处理使得SPI的乳化能力(EAI)和乳化稳定性(ESI)均大幅度增加。pH偏移处理明显提高了11S的乳化性能而对7S的影响不大。显微观察表明pH偏移处理后的11S能够提供更均一、颗粒更小的稳定乳状液。因此,pH偏移处理对SPI乳化性能的改善主要归功于对11S结构的修饰。采用SDS-PAGE、DSC、浊度等分析方法,研究了不同pH(2-8)和盐浓度(0-0.6M)条件下,极端pH偏移处理(1h)对SPI、7S和11S的溶解度和热聚集特性的影响。研究发现pH12偏移处理后的SPI在pH 6.0左右的缓冲溶液中,溶解度大大增加,高达天然SPI的2.5倍。pH1.5偏移处理对SPI溶解度的增加略小。11S在不同pH和盐浓度下的溶解度变化规律与SPI类似,而7S在0和0.1 M NaCl环境下溶解度不受pH偏移处理影响。SPI溶解度的增加主要由11S的AB复合体解离以及B亚基与7S的β亚基形成可溶聚集体引起的。极端pH偏移处理降低了SPI对热处理的敏感性,这也归因于可溶性蛋白聚集体的形成。考虑到极端pH偏移处理引起疏水基团的暴露以及部分亚基的再聚集,我们研究了极端pH处理对SPI在不同温度下成膜性的影响。将SPI在pH1.5和12下保持1h,回调pH7,然后以甘油为增塑剂,在20、50、60、70和80°C下热处理30 min,在30%的相对湿度下?制膜,采用质构仪、光学显微镜、SEM、SDS-PAGE等分析膜的理化性质和微观结构,并采用含变性剂的缓冲溶液对膜进行溶出性测试。发现pH 12偏移处理的SPI在20°C下可自发形成透明、微黄的弹性膜,该膜的拉伸性(E)最佳。pH 1.5偏移处理的和未处理的SPI则分别需要在50和70°C下热处理才能成膜。热致共价交联导致膜蛋白的可溶出性及透湿性(WVP)的有所降低,但也增加了膜的拉伸强度(TS)。与未处理的SPI相比,由pH 1.5和pH 12偏移处理的SPI所制备的膜E高出2倍多,而TS和WVP略微降低。在pH 1.5和pH 12偏移处理的SPI成膜过程中, 11S原先解离的A、B亚基间形成新的二硫键发挥主导作用。另外,结构观察显示pH 12偏移处理的SPI所制备的膜表面光滑,而内部存在束状交联,因而具有优良的拉伸性。最后以肉蛋白凝胶为模型,研究了pH偏移处理(pH1.5和12下保持1h)的SPI对肌原纤维分离蛋白(MPI)凝胶性质的影响。将pH偏移处理的SPI或其与豆油的乳化体系加入到MPI溶胶(蛋白浓度3%,含0.6 M NaCl,pH 6.25)中,在不加或添加0.1%转谷氨酰胺酶(TG)的条件下,采用线性升温制备凝胶,监测凝胶硬度和流变学性质,通过SDS-PAGE分析、含变性剂缓冲溶液溶出实验、热聚集实验及SEM分析等研究胶凝机理。发现pH(特别是pH 1.5)偏移处理的SPI和热处理(90°C,3 min)的SPI,显著提高(P < 0.05)了MPI溶胶的胶凝能力,而未处理的SPI会损害MPI的胶凝能力。添加由pH偏移处理的SPI所稳定的乳状液大幅增加了MPI的胶凝能力,而未处理或预热处理的SPI所稳定的乳状液对MPI胶凝能力没有贡献。TG处理明显强化了MPI凝胶、各类SPI/MPI蛋白复合凝胶以及蛋白乳液复合凝胶的胶凝性能,且对SPI/MPI复合凝胶持水性略有提高。研究发现11S的B亚基是复合凝胶中的主要贡献成分,由pH偏移处理的SPI/MPI复合凝胶体系中,主要的分子间作用力是疏水相互作用与二硫键,包括11S原先解离的A、B亚基间新形成的二硫键。总之,本文研究结果显示SPI的11S球蛋白比7S球蛋白对pH偏移处理的响应性更高,因而对SPI结构变化及产生熔球态影响更甚。处于熔球态的SPI具有更高的表面活性及亲油亲水平衡性,其亚基重新聚集的机会更多,因而展现出明显改善的乳化和成膜性,并能促进MPI的胶凝性,改善最终凝胶的流变性和质构特征。这些为旨在拓展大豆蛋白商业应用的新工艺技术开发提供了重要的参考。