曲家妮 楊曉泉

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心,廣州 510640)

大豆蛋白組分功能性質(zhì)的比較研究

曲家妮 楊曉泉

(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心,廣州 510640)

系統(tǒng)比較了兩種大豆蛋白分級方法所得蛋白組分的亞基組成、蛋白質(zhì)得率以及組分流向、溶解性和乳化活性等物化性質(zhì)和功能性質(zhì),結(jié)果表明兩種方法的蛋白組分在不同性質(zhì)上表現(xiàn)各有異同。Nagano的IM和 Samoto的LP組分的亞基組成差異較大。Nagano組分總蛋白得率略高于 Samoto。相對于 7S組分,兩種分級方法的大豆蛋白均更多地集中于 11S和 I M/LP組分。Nagano和 Samoto法的蛋白質(zhì)分別在 11S和LP組分富集。11S和7S組分的脂量分布低于 I M或LP組分,Samoto的LP組分脂分布率明顯高于其他組分。Naga2 no和 Samoto蛋白組分等電點(diǎn)在 pH 4.5左右,Samoto的LP組分由于其較高脂含量而溶解度最低且對 pH不敏感。Nagano和 Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP由于其低溶解性而使乳化活性最低。

大豆蛋白 分級 11S 7S 功能性質(zhì)

大豆是重要的植物蛋白來源之一,電泳分析表明大豆蛋白主要由功能和營養(yǎng)特性各異的 2S、7S、11S和15S球蛋白組成。隨著科技和工業(yè)的發(fā)展,越來越精細(xì)的大豆蛋白分級方法逐步實(shí)現(xiàn)了不同功能性質(zhì)蛋白的生產(chǎn)和加工,從而拓寬大豆蛋白的應(yīng)用領(lǐng)域。大豆7S球蛋白具有較高的營養(yǎng)保健功能,通過降低血液膽固醇[1-3]和甘三脂[4-6]等降低心腦血管疾病的功效, Tsuruki等[7]發(fā)現(xiàn) 7S球蛋白還具有抗癌作用。

近年來新發(fā)明的大豆蛋白分級方法主要有 Na2 gano法[8]和 Samoto法[9],這兩種方法都采用三步法分級大豆蛋白。Nagano法用亞硫酸鈉代替以往使用的巰基乙醇作為還原劑,結(jié)合 11S球蛋白的低溫冷沉性質(zhì)將大豆蛋白分為三種組分:富含 11S和 7S球蛋白的組分,以及 11S和 7S混合的 I M(Inter midiate Protein)組分,其中富含 11S和 7S組分的純度均在90%以上。Nagano法成為目前實(shí)驗(yàn)室分離大豆蛋白廣泛使用的方法,其富含 11S和 7S球蛋白的組分已廣泛用于 11S和 7S球蛋白功能性質(zhì)的研究[10-11]。大豆蛋白經(jīng) Samoto法分級得到 11S和 7S組分的同時,還可以得到脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá) 11%的親脂性蛋白 (Lipophilic Protein,LP)組分。這些親脂性蛋白主要是與磷脂、糖脂等極性脂相結(jié)合,Samoto法作為新近提出的大豆蛋白分級分離方法,對其蛋白組分功能性質(zhì)的研究還未見報道。

通過系統(tǒng)比較 Nagano和 Samoto組分的亞基組成、蛋白質(zhì)得率、組分的分布、溶解性和乳化活性等性質(zhì),從分級方法的角度研究大豆蛋白的物化和功能性質(zhì)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低溫脫脂豆粕:許昌邦迪蛋白有限公司,蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 55.0%(干基),含水量 10.0%。

搖擺式高壓萬能粉碎機(jī)DYF-500:溫嶺市林大機(jī)械有限公司;水浴恒溫振蕩器 THZ-82:江蘇金壇宏華儀器廠;冷凍干燥機(jī)DELTAT-24/LSC:德國 Christ公司;高速冷凍離心機(jī)CR22G:日本日立公司;三恒電泳儀 ECP3000:北京市六一儀器廠;快速定氮儀 Rapid N Cube:德國 Elementrar公司;流變儀 RS600,德國Hakke公司;均質(zhì)機(jī) T25,德國 IKA公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 大豆蛋白組分的制備

將低溫脫脂豆粕常溫粉碎后過 60目篩,分別按照Nagano法和 Samoto法將大豆蛋白分級分離,得到11S、中間蛋白組分 (Inter mediate Protein,I M)或親脂性蛋白以及 7S組分,冷凍干燥后置于 4℃密封備用。

1.2.2 聚丙烯酰胺凝膠電泳 (SDS-PAGE)

根據(jù) Laemmli[12]的方法進(jìn)行 SDS-PAGE分析,濃縮膠和分離膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 12.5%和 3%,考馬斯亮藍(lán) R250染色。參照Mujoo等[13]的方法辨別11S和 7S各亞基,通過QuantityOne軟件分析各亞基對應(yīng)光密度,其中 11S和 7S組分的純度為各自亞基的密度之和與 11S和 7S總密度的比值。

1.2.3 蛋白質(zhì)含量和得率的測定

采用 Duams定氮的方法測定樣品的蛋白質(zhì)含量,蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)換系數(shù)為 6.25。根據(jù)所得各蛋白組分的蛋白質(zhì)含量、脫脂豆粉的質(zhì)量和總蛋白質(zhì)含量,可得各組分的蛋白質(zhì)得率,即各組分蛋白質(zhì)得率 =各組分中蛋白質(zhì)的質(zhì)量/原脫脂豆粉中蛋白質(zhì)的質(zhì)量 × 100%。3次測量取平均值。

1.2.4 脂含量的測定

參考 GB 2906—1982采用索氏抽提法測定各級分的脂含量,以氯仿:甲醇 (體積比 2:1)為抽提劑。其中:脂含量(干基)=脂類質(zhì)量/試樣質(zhì)量/(1-含水量)×100%。

1.2.5 溶解度

采用Lowry法于 500 nm處測吸光值的方法測定樣品溶解性:將蛋白樣品溶于去離子水使其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 1%。用2 mol/L NaOH調(diào)pH至2、3、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11和 12,攪拌 1 h。取適量溶液于 50 mL離心管,離心(10 000×g,10 min,20℃)后取上清液,樣品平行測量 3次。

1.2.6 乳化活性

乳化活性系數(shù) EA I測定按照 Rickert法[15]略有改動。將蛋白組分溶于去離子水配成 0.1%,將 3 mL蛋白溶液和 1 mL大豆油于 10 000×g均質(zhì) 1 min。立即用0.1%SDS溶液將其稀釋 50倍,于 500 nm處測吸光值近似比較樣品的 EA I。樣品重復(fù)測定 3次。

2 結(jié)果與討論

2.1 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)

圖 1表明兩種方法對應(yīng)組分的亞基組成情況各有異同。其中 Nagano 11S組分的純度與 Samoto相似,I M組分的亞基組成主要是 11S和 7S球蛋白的亞基、LP組分 11S和 7S球蛋白含量相對較低而雜帶較多,Nagano的 7S組分純度明顯低于 Samoto。圖 1表明Nagano和 Samoto分級所得 11S組分中酸性 A和堿性B亞基比例相當(dāng),污染的 7S亞基的比例不同, Nagano的 11S組分中含有較多的α亞基。

圖1 Nagano和 Samoto組分的 SDS-PAGE

結(jié)合表 1數(shù)據(jù)表明,I M和LP組分儲藏蛋白中均含有將近 60%的 11S亞基,LP組分中除含有 7S和11S亞基條帶外還有較多雜帶,其儲藏蛋白所占比例低于 I M,主要是由于 I M和 LP聚集沉淀方式不同。在分離 11S后所得上清液中,Nagano法采用NaCl鹽析方法沉淀 I M,而 Samoto法則通過加熱和回調(diào) pH的方法使包括LP在內(nèi)更多的雜蛋白不溶。結(jié)合圖 1和表 1數(shù)據(jù),Nagano的 7S組分的純度比 Samoto低7.9%且含有更多的α亞基,污染在這兩種 7S組分中的 11S主要是酸性亞基A。

2.2 蛋白質(zhì)得率及分布

表1 Nagano和 Samoto組分的 SDS-PAGE分析數(shù)據(jù)

Samoto法有較多蛋白質(zhì)富集于 LP組分,總蛋白質(zhì)得率比Nagano法的低 2.14%。由于 Samoto法的脫脂豆粉經(jīng)過 75℃預(yù)熱處理,引起部分蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的變化,使 Samoto的總蛋白得率降低。不同方法分級的大豆蛋白經(jīng)分布情況不同。蛋白質(zhì)在11S和 I M/LP組分的分布率大于 7S組分,Nagano法的蛋白質(zhì)在 11S組分富集最多,而 Samoto法在LP最多。圖 2表明蛋白質(zhì)在Nagano組分的分布較為均勻且以 11S組分蛋白質(zhì)總量最高,在 Samoto組分中LP的蛋白質(zhì)總量明顯高于其他兩種組分。以上結(jié)果表明大豆蛋白質(zhì)富集方向與分級方法有關(guān)。

圖 2 Nagano和 Samoto組分的蛋白質(zhì)分布

2.3 脂分布

11S和 7S組分的脂量低于 I M或LP組分,Samo2 to法的LP組分的脂分布率明顯高于其他組分。圖 3以各分級方法所得脂總量為 100%,其結(jié)果顯示Na2 gano法的脂類分布較 Samoto法均勻,11S和 7S組分的脂量大致相等,I M組分的脂量略高于其他兩個組分;Samoto的 11S和 7S組分脂量均低于Nagano的對應(yīng)組分,但LP組分脂量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他組分。說明大豆蛋白經(jīng) Nagano法分級后脂類在組分間分布較均勻,經(jīng) Samoto法分級后脂類主要集中于LP組分且與Samoto[9]測定的組分脂含量趨勢相似。

圖 3 Nagano和 Samoto組分的脂分布

2.4 溶解度

Nagano和 Samoto蛋白組分的溶解度在 pH 4.5左右最低,LP組分的溶解度明顯低于其他組分。如圖 4和 5所示,除 Nagano的 7S組分在 pH 4.0時溶解度最低外,其他 5種蛋白組分等電點(diǎn)均在 pH 4.5, pH接近 3或 6～7時大部分組分的溶解度開始達(dá)到最大值。當(dāng) pH逐漸遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時,11S組分中 Na2 gano的溶解度比 Samoto更早達(dá)到最大值。Samoto的LP組分在 pH 2～12的溶解度是所有組分中最低的,其對 pH不敏感且只在 pH 11以上是溶解度開始接近其他組分。聯(lián)系圖 2中LP組分的脂量較高,LP組分溶解性差的主要原因是蛋白質(zhì)與大量脂類結(jié)合使得LP組分大多以乳狀液的形式存在。Nagano的 I M組分主要是 11S和 7S球蛋白的混合物,其溶解性較高。這與 Rickert等[15]證實(shí)的 I M組分溶解度較低的結(jié)果不一致。Samoto的 7S組分溶解度高于Nagano。說明同Nagano法通過 NaCl鹽析分離 I M組分相比, Samoto法在LP分離前恒溫處理和回調(diào) pH使較多不溶性或引起組分不溶的物質(zhì)富集在 LP組分從而更有利于隨后分離的 7S組分溶解性。

圖 4 Nagano蛋白組分的溶解度曲線

圖5 Samoto蛋白組分的溶解度曲線

2.5 乳化活性

Nagano和 Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP組分乳化活性最低。Nagano蛋白組分的乳化活性優(yōu)于對應(yīng)的 Samoto組分。圖 6數(shù)據(jù)經(jīng)分析顯示 7S組分的乳化活性高于 11S和 LP組分,這與前人結(jié)果[6,8-9]一致。6種組分中以 Nagano的7S組分乳化活性最大,Samoto的 LP組分最低,I M組分的乳化活性介于 7S和11S組分之間。結(jié)合圖3和5中 Samoto的LP溶解性較低、極性脂含量較高是其乳化活性較低的主要原因。

圖 6 Nagano和 Samoto蛋白組分的乳化活性

3 結(jié)論

對大豆蛋白分級的兩種方法,即 Nagano法和Samoto法所得 11S,I M或 LP以及 7S組分在亞基組成、蛋白質(zhì)得率及組分流向、溶解性和乳化活性等物化和功能性質(zhì)進(jìn)行了探索和比較,研究表明兩種方法的蛋白組分在不同性質(zhì)上表現(xiàn)各有異同。SDSPAGE表明兩種分級方法對應(yīng)組分在 I M和 LP之間亞基差異顯著。I M主要是 11S和 7S球蛋白亞基的混合物,而LP中除含有 11S和 7S球蛋白亞基外還有較多雜帶。Nagano組分總蛋白得率略高于 Samoto。相對于 7S組分,兩種分級方法的大豆蛋白均更多地集中于 11S和 I M/LP組分。Nagano和 Samoto法的蛋白質(zhì)分別在 11S和LP組分富集。11S和 7S組分的脂量分布低于 I M或LP組分,Samoto的LP組分脂分布率明顯高于其它組分。Nagano和 Samoto蛋白組分等電點(diǎn)在 pH 4.5左右,Samoto的LP組分由于其較高脂含量而溶解度最低且對 pH不敏感。Nagano和Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP由于其低溶解性而使乳化活性最低。

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Comparative Studies on Functional Properties of Soy Protein Fractions

Qu Jiani Yang Xiaoquan
(Depar tment of Food Science and Technology,South China University of Technology,Guangzhou 510640)

Characteristics of soy protein fractions generated with Nagano procedure or Samoto procedure in sub2 unit composition,protein yield and ingredient distribution,solubility and emulsification were investigated.Results: The above characteristics differ between the fractionations from Nagano or Samoto procedure.Prominent difference in subunit composition is found between I M and LP fractionswith reference to SDS-PAGE.Totalprotein yield ofNaga2 no procedure is a little higher than Samoto procedure.More soy proteins are distributed in 11S and I M/LP fractions than in 7S fractions for both procedures.Soy proteinsmostly are distributed in 11S fraction forNagano procedure and in LP fraction for Samoto procedure.Fewer lipids are distributed in 11S and 7S fractions than in I M orLP fractions with LP richest in lipids than any other fraction.The isoelectronic points of protein fractions discussed above are pH 4.5.The solubility ofLP produced from Samoto procedure is insensitive to pH in wide range.The emulsification ac2 tivities are relatively high for both 7S-rich fractionswith emulsification stabilities for both 11S-rich fractions.The emulsification activities of 11S-and 7S-rich fractions produced from Nagano procedure are superior to 11S-and 7S-rich fractions from Samoto procedure,whereas that ofLP is inferior due to its undesirable solubility.

soy protein,fractionation,11S,7S,functional property

S207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)06-0026-05

國家自然科學(xué)基金(20776050),廣東省自然科學(xué)基金(7006508)

2009-07-08

曲家妮,女,1984年出生,碩士,糧食、油脂與植物蛋白工程

楊曉泉,男,1965年出生,教授,博士生導(dǎo)師,大豆蛋白的開發(fā)利用