不同pH及时间对大豆乳清蛋白溶液色值的影响

时玉强，马 军，崔玉涛

(临邑禹王植物蛋白有限公司，山东 临邑251500)

大豆乳清蛋白是水提大豆分离蛋白过程中，将提取液调至pH 4.5～4.8时的酸溶蛋白，氨基酸组成均衡，含有多种具有医疗保健作用的活性物质，如露那辛、大豆异黄酮、大豆脂肪氧化酶等[1-3]，可广泛应用于食品、保健品及特医食品中。但是大豆乳清蛋白溶于水后呈现为黄红色，严重影响了大豆乳清蛋白的应用领域和使用量。虽然目前有对大豆乳清蛋白的研究[4]，但未见对大豆乳清蛋白颜色研究与控制的相关报道。

黄酮类物质一般为无色到黄色，是植物广泛含有的具有苯并呋喃酮的色素物质[5]，在稀碱液环境中，黄酮类物质发生显色反应显示黄色[6]。而还原糖和蛋白在一定条件下能够发生羰氨反应，且pH的升高会促进羰氨反应的发生[7]，除此之外蛋白变旋和水解作用也能产生有色物质[8]。大豆乳清蛋白中含有大豆异黄酮，大豆蛋白和包括蔗糖、葡萄糖在内的还原糖[9]，存在羰氨反应、大豆异黄酮的显色反应、蛋白变旋及水解等反应的基础。

为弄清大豆乳清蛋白溶于水后产生黄色的机理及原因，本文以大豆异黄酮和与大豆乳清蛋白蛋白组成及碱性条件下的变旋程度近似[8]、且不会发生大豆异黄酮显色反应的酪蛋白酸钠(CS)为参照，采用Lab模型通过对比不同pH及时间对大豆异黄酮溶液、酪蛋白酸钠溶液和大豆乳清蛋白溶液的色值影响，分析影响大豆乳清蛋白颜色的原因，以期为控制大豆乳清蛋白加工过程中的颜色变化提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

大豆乳清蛋白(CP含量80.0%),山东禹王生态食业有限公司；液体氢氧化钠(30%)，滨化化工有限公司；酪蛋白酸钠(99.9%)，河北科隆多生物科技有限公司；大豆异黄酮(99.0%)，郑州百思特食品添加剂有限公司。

2-16KL离心机,德国Sigma公司；LPG-5喷雾干燥机,江苏先锋干燥工程有限公司； 机器视觉色彩分析系统、Panasonic WV- CP470摄像头，松下电器(中国)有限公司；Grablink Full XR图像采集卡，Euresys有限公司；Matlab软件。

1.2 实验方法

1.2.1 不同pH对大豆乳清蛋白(WSP)、酪蛋白酸钠(CS)和大豆异黄酮(SI)溶液色值的影响

称取(5.00±0.01)g大豆乳清蛋白、(5.00±0.01)g酪蛋白酸钠和(0.20±0.01)g大豆异黄酮，分别溶解于(100.0±0.1)mL蒸馏水中。使用10%的氢氧化钠溶液分别调整pH为6.5、7.5、8.5、9.5、10.5和11.5，采用机器视觉色彩分析系统检测色差L、a、b值(背景色L=63,a=0,b=1)。

1.2.2 不同pH下放置时间对大豆乳清蛋白溶液色值的影响

按照1.2.1将大豆乳清蛋白、大豆异黄酮、酪蛋白酸钠溶液的pH分别调整为7.0和11.5，在40℃水浴中分别放置1、2、3、4 h，检测色差。检测时背景色L=63,a=0,b=1。通过检测不同pH下的3种溶液在不同放置时间的色差L、a、b值变化，考察时间对不同pH下的大豆乳清蛋白颜色变化的影响。

2 结果与讨论

2.1 不同pH对大豆乳清蛋白、大豆异黄酮和酪蛋白酸钠溶液色值的影响

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值表征的是溶液的红-绿色差转变；a值越大，溶液红色越深。b值表征的是溶液的黄-蓝色差转变；b值越大，溶液黄色越深。不同pH下大豆乳清蛋白、酪蛋白酸钠和大豆异黄酮溶液的L、a、b值变化如图1～图3所示。

图1 不同pH下WSP、CS和SI溶液的L值变化

图2 不同pH下WSP、CS和SI溶液的a值变化

图3 不同pH下WSP、CS和SI溶液的b值变化

由图1可以看出，pH小于7.5时，大豆乳清蛋白溶液L值较高，亮度较高，pH大于7.5时，随着pH的增加L值迅速降低，pH由7.5增加到8.5时，L值降低程度最大，由51降到47，并且在pH 11.5时降到45。从视觉感官上看，大豆乳清蛋白溶液不透明，随pH的增加颜色明显变黄，分析认为大豆乳清蛋白溶液的变黄吸收了较多的光，导致亮度下降。随着pH的增加，酪蛋白酸钠溶液的L值呈下降趋势，但是下降趋势不明显，视觉感官上看，酪蛋白酸钠溶液为透明状，随pH的增加颜色有轻微的变化，但无明显的颜色特征，在pH超过10.5时，可见颜色变黄，L值由61降到59。随着pH的增加，大豆异黄酮溶液的L值呈增加趋势，pH在7.5～8.5和9.5～10.5时随pH的增加，亮度增加明显，从视觉感官上看，在pH 9.5以下时溶液呈白色不透明状，随着pH升高透明度增强。

由图2可以看出：随着pH的增大，酪蛋白酸钠溶液的a值几乎无变化，数值差异在系统误差范围内；大豆异黄酮溶液的a值呈下降趋势，颜色向绿色发展，pH超过10.5时基本稳定；大豆乳清蛋白溶液a值呈上升趋势，红色值提高，在pH 7.5～8.5时，a值增加较大，由6增加到8。从以上变化可看出，大豆异黄酮和酪蛋白酸钠对a值的增加无贡献。笔者认为大豆乳清蛋白溶液红色加深是由其中的还原糖与蛋白发生羰氨反应造成的。

由图3可以看出：随pH的增加，大豆异黄酮溶液b值增加，其中pH在7.5～8.5和9.5～10.5时随pH增加大豆异黄酮溶液b值增加明显，与其亮度变化(L值)趋势一致；酪蛋白酸钠溶液的b值随pH增加变化较小，在pH超过9.5后有较小的上升趋势，应与蛋白变旋和水解产生小分子肽有关；随着pH的增加，大豆乳清蛋白溶液的b值升高，在pH超过10.5时趋于稳定。从视觉感官上看，大豆乳清蛋白溶液不透明，随pH的增加颜色变黄。

随着pH的增加，大豆乳清蛋白和大豆异黄酮溶液的黄色值(b值)增加，且黄色值升高的趋势相同，相关系数(R2)为0.97,相关性较高；大豆乳清蛋白和酪蛋白酸钠溶液的黄色变化相关系数(R2)为0.8，有一定的相关性。说明大豆乳清蛋白溶液黄色值随pH升高而增加，是pH对大豆异黄酮和酪蛋白酸钠同时作用的结果，且大豆异黄酮的影响更大。

综合大豆乳清蛋白溶液a、b值随pH的变化，得出大豆乳清蛋白中大豆异黄酮异构化以及羰氨反应的控制为颜色控制的重点，pH宜控制在7.5以内。

2.2 不同pH下大豆乳清蛋白、大豆异黄酮和酪蛋白酸钠溶液色值随时间的变化

大豆乳清蛋白含有丰富的还原糖和蛋白质，生产环境为40℃，易发生羰氨反应，同时在碱性环境下大豆异黄酮存在显色反应产生颜色的变化等。图4～图6为中性和碱性条件下,大豆异黄酮、酪蛋白酸钠和大豆乳清蛋白溶液水浴4 h内的色泽L、a、b值变化。

图4 中性和碱性条件下,SI、CS和WSP溶液L值随时间的变化

图5 中性和碱性条件下,SI、CS和WSP溶液a值随时间的变化

图6 中性和碱性条件下,SI、CS和WSP溶液b值随时间的变化

由图4可以看出，酪蛋白酸钠溶液在中性和碱性条件下，L值随时间变化均不明显，肉眼可见为透明液体，与背景色L值相差不大。大豆异黄酮溶液在中性条件下颜色一直较暗，底部出现白色沉淀，在水溶液中呈现悬浮状；碱性条件下，大豆异黄酮溶液为澄清透明状，2 h前L值变化不大，2 h后随时间延长L值降低，颜色加深。中性和碱性条件下，大豆乳清蛋白溶液水浴1 hL值迅速下降，中性条件下L值由46降到31，碱性条件下由36降到23。分析原因为，开始溶解时蛋白水合溶解度不高，蛋白呈悬浮液状态，随着时间的延长，水合充分向蛋白液溶胶方向转变，导致L值迅速下降。1～4 h之间，大豆乳清蛋白溶液L值略有上升，中性条件下上升2个值，碱性条件下上升6个值。

由图5可以看出,中性和碱性条件下，随时间延长大豆异黄酮和酪蛋白酸钠溶液a值几乎不变。中性条件下，大豆乳清蛋白溶液a值在最初的1 h增加较快，增加了8个值，1～2 h时增加了4个值，2～3 h几乎无变化，比较平稳，3～4 h增加速度有所增加。碱性条件下，随时间的延长大豆乳清蛋白溶液a值呈现一直增加的态势，前期增加速度较快，后期变慢，且一直高于中性条件下9个值以上，且差异随时间延长呈增加趋势。分析认为，随时间的延长大豆乳清蛋白溶液颜色变红的主要原因是羰氨反应，中性条件下初始羰氨反应较慢，起始红色值远低于碱性环境，碱性环境更利于羰氨反应的进行和长时间维持。

由图6可以看出,随着时间的延长，中性条件下大豆异黄酮、酪蛋白酸钠溶液和大豆乳清蛋白溶液b值几乎不变化，说明中性条件下3种溶液的黄色变化较小。 碱性条件下，随时间的延长大豆异黄酮、酪蛋白酸钠溶液和大豆乳清蛋白溶液的b值都呈现增加的趋势,其中大豆异黄酮溶液在1 h内，b值升高最快，之后呈平稳状态，增加较小，大豆乳清蛋白溶液b值一直呈现出较稳定的增势，酪蛋白酸钠溶液b值前期增加较慢，后期增加较快。分析原因：主要是大豆异黄酮在碱性条件下发生显色反应转变较快，很快就达到了平稳期；蛋白更易在碱性条件下变旋和水解，因此酪蛋白酸钠溶液在碱性条件下颜色增加更快；而大豆乳清蛋白溶液的初始b值高，主要是其含有的大豆异黄酮在碱性条件下的显色反应造成的，之后大豆乳清蛋白溶液b值增加介于大豆异黄酮溶液和酪蛋白酸钠溶液之间，说明大豆乳清蛋白溶液的黄色变化受大豆异黄酮和蛋白双重作用的影响。

3 结 论

实验证明大豆异黄酮及其在碱性环境下的显色反应是造成大豆乳清蛋白呈现黄色的关键因素，而羰氨反应是乳清蛋白溶液变红的重要影响因素。因此，如何经济高效地处理大豆异黄酮，避免羰氨反应是控制大豆乳清蛋白颜色的关键。实验证明，通过低pH控制能够有效避免大豆异黄酮的显色反应，同时低pH能够降低羰氨反应速度，降低蛋白的变旋和水解概率，保证大豆乳清蛋白中的大豆异黄酮不发生构象转变，避免蛋白变旋和水解产生的颜色变化，有效控制大豆乳清蛋白溶液的黄色。缩短加工时间是控制颜色变红和变黄的重要控制点。除此之外，大豆异黄酮的脱除及保护和羰氨反应的抑制将是大豆乳清蛋白颜色控制的研究方向。