臧艷妮，趙妍嫣，羅水忠，鐘昔陽(yáng)，穆冬冬，姜紹通，鄭 志

（合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230009）

超聲波和糖基化復(fù)合改性對(duì)小麥面筋蛋白性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響

臧艷妮，趙妍嫣，羅水忠，鐘昔陽(yáng)，穆冬冬，姜紹通，鄭 志*

（合肥工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230009）

采用超聲波處理小麥面筋蛋白并經(jīng)葡萄糖糖基化改性后，研究其溶解性和乳化性的變化，同時(shí)對(duì)改性小麥面筋蛋白的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚碛欣谛←溍娼畹鞍椎奶腔男裕?0 kHz、300 W超聲波處理40 min的小麥面筋蛋白糖基化改性效果最為顯著，其在等電點(diǎn)處的溶解性較對(duì)照組提高了82.15%，且乳化活性及乳化穩(wěn)定性最高，分別達(dá)到56.82 m2/g和36.27 min。適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚硎剐←溍娼畹鞍妆砻媸杷蕴岣撸c葡萄糖接枝后，蛋白的表面疏水性降低。傅里葉變換紅外光譜表明，小麥面筋蛋白以共價(jià)鍵的結(jié)合形式接入了葡萄糖分子，生成了糖蛋白。

小麥面筋蛋白；糖基化；超聲波；性質(zhì)；結(jié)構(gòu)

小麥面筋蛋白，又稱谷朊粉，是從小麥粉中提取出來(lái)的天然蛋白質(zhì)，其氨基酸組成齊全，是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的植物蛋白[1-2]。由于小麥面筋蛋白含有較多的疏水氨基酸，導(dǎo)致其溶解性較差，從而影響其功能性質(zhì)，限制了其應(yīng)用范圍[3]。

蛋白質(zhì)的糖基化是依據(jù)美拉德反應(yīng)（Maillardreaction）的基本原理，由蛋白質(zhì)分子側(cè)鏈上的自由氨基和糖分子還原末端的羰基之間發(fā)生的羰氨反應(yīng)。由于該反應(yīng)是由蛋白質(zhì)和還原糖經(jīng)加熱自發(fā)進(jìn)行的，不需要加入任何其他化學(xué)試劑，是一種相對(duì)理想的化學(xué)改性方式，能夠有效地改善蛋白質(zhì)的溶解性、乳化性、起泡性、凝膠性、熱穩(wěn)定性等功能性質(zhì)[4-6]。由于天然的小麥面筋蛋白是一種致密的球形三維結(jié)構(gòu)，一些反應(yīng)基團(tuán)可能被包裹在分子內(nèi)部，使得蛋白分子與糖分子不能充分接觸，不利于糖基化反應(yīng)的進(jìn)行[7]。通過(guò)對(duì)小麥面筋蛋白進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可以使其結(jié)構(gòu)變得松散，反應(yīng)基團(tuán)暴露，促進(jìn)糖基化反應(yīng)的發(fā)生。

近年來(lái)，超聲波技術(shù)因具有操作簡(jiǎn)單、過(guò)程易控制、作用時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)在食品工業(yè)中的發(fā)展正受到全世界的廣泛關(guān)注[8]。超聲波技術(shù)的作用機(jī)制主要是超聲波在體系中產(chǎn)生的機(jī)械作用和空化作用[9-10]。研究表明，超聲波處理能夠改善蛋白質(zhì)的溶解性和其他功能性質(zhì)。湯虎[11]研究了超聲波處理小麥面筋蛋白，發(fā)現(xiàn)其溶解性、乳化性能及起泡性能得到了改善。王喜波等[12]用超聲波輔助琥珀?；男源蠖沟鞍祝淙榛院腿榛€(wěn)定性分別提高了94.5%和268.9%。Arzeni等[13]解釋并論證了超聲波能夠改變大豆分離蛋白、乳清蛋白和蛋清蛋白的功能性質(zhì)是因?yàn)槌暡ㄊ沟鞍踪|(zhì)內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露，提高了其疏水性。因此，本研究采用超聲波處理小麥面筋蛋白，再對(duì)處理后的小麥面筋蛋白進(jìn)行糖基化改性，研究改性前后小麥面筋蛋白溶解性和乳化性的變化，探究超聲波處理結(jié)合糖基化改性提高小麥面筋蛋白功能特性的相關(guān)機(jī)制，為拓寬其應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥面筋蛋白 安徽瑞福祥食品有限公司；葡萄糖國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；大豆油 家樂(lè)福超市；透析袋（8 000～14 000 D） 北京Solarbio公司；2,4,6-三硝基苯磺酸（2,4,6-trinitro-benzenesulfonicacid，TNBS）、十二烷基苯硫酸鈉（sodium dodecyl benzene sulfonate，SDS）、8-苯胺-1-萘磺酸（8-anilino-1-naphthalenesulfonic acid，ANS） 美國(guó)Ameresco公司；牛血清蛋白 上海緣聚生物科技有限公司；其他化學(xué)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。其中小麥面筋蛋白的組成如表1所示。

表 1 小面筋蛋白的基本組成Table 1 Basic components of wheat gluten

1.2 儀器與設(shè)備

HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 國(guó)華電器有限公司；PHS-3C雷磁pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；MX-S渦旋混合器 美國(guó)Scilogex公司；Hop-L7粉碎機(jī)無(wú)錫赫普輕工設(shè)備公司；FD-1B-50冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；UDK152全自動(dòng)凱氏定氮儀意大利VELP公司；UV757CRT紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)北京浦西通用儀器有限責(zé)任公司；Nicolet 67傅里葉紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Nicolet公司；電泳儀 美國(guó)Bio-Rad公司。

1.3 方法

1.3.1 改性小麥面筋蛋白樣品的制備

用蒸餾水配制5g/100 mL的小麥面筋蛋白懸液，室溫條件下攪拌1 h使其充分分散，然后采用40 kHz、300 W的超聲波處理模式處理0、10、20、30、40、50 min，分別記為WG-0、WG-10、WG-20、WG-30、WG-40、WG-50，處理過(guò)程中用冰袋將溫度保持在25 ℃以下。處理結(jié)束后，一部分樣品進(jìn)行冷凍干燥、備用。另一部分用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH值至12.0，室溫條件下磁力攪拌1 h使其充分分散。再加入葡萄糖（葡萄糖、小麥面筋蛋白質(zhì)量比為1∶1），室溫條件下攪拌1 h，使小麥面筋蛋白和糖混合均勻，用1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH值至10.0，放入80 ℃水浴中進(jìn)行美拉德反應(yīng)1 h，反應(yīng)完畢后迅速轉(zhuǎn)移至冰水浴中冷卻至室溫，于8 000 r/min離心20 min，除去不溶物。將上清液裝入預(yù)先處理好的截留分子質(zhì)量為8 000～14 000 D的透析袋里于4 ℃冰箱中透析24 h，以便除去實(shí)驗(yàn)過(guò)程中未反應(yīng)的葡萄糖，用斐林試劑檢測(cè)上清液中的葡萄糖是否完全除去，然后冷凍干燥，即得到糖基化小麥面筋蛋白，記為WG-G0、WG-G10、WG-G20、WG-G30、WG-G40、WG-G50。

1.3.2 指標(biāo)檢測(cè)

1.3.2.1 接枝度的測(cè)定

根據(jù)Lertittikula等[14]的方法稍作修飾，取125?μL糖基化樣品蛋白溶液與2 mL 0.21 mol/L的磷酸鹽緩沖溶液（pH 8.2）混合，再加入1 mL 0.01%的TNBS溶液，振蕩混勻，在50 ℃水浴中避光反應(yīng)1 h，然后再加入2 mL 0.1 mol/L Na2SO3溶液，室溫冷卻30 min，于420 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度為At。以相同條件下加入125?μL未經(jīng)水浴加熱的小麥蛋白溶液作為空白對(duì)照，在420 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度A0，按式（1）計(jì)算接枝度。

式中：A0表示未反應(yīng)樣品吸光度；At表示反應(yīng)t時(shí)間后樣品吸光度。

1.3.2.2 褐變程度的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[15]的方法。將待測(cè)糖基化樣品蛋白用蒸餾水稀釋10 倍，測(cè)定其在420 nm波長(zhǎng)處的吸光度，以水作空白對(duì)照。

1.3.2.3 溶解性的測(cè)定

將超聲波處理未糖基化的樣品蛋白及糖基化樣品蛋白分別溶于蒸餾水中，室溫條件下磁力攪拌使其充分溶解，配制成蛋白質(zhì)量濃度1 g/100 mL的樣品溶液。以1 mol/L的NaOH溶液或1 mol/L的HCl溶液分別調(diào)節(jié)pH 4～10，充分振蕩混勻，室溫條件下于8 000 r/min離心20 min，采用考馬斯亮藍(lán)法[16]測(cè)定上清液中的蛋白含量。利用牛血清蛋白作標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)上清液中蛋白含量與溶液中總蛋白含量比值計(jì)算糖基化產(chǎn)物的溶解性。

1.3.2.4 乳化性測(cè)定

參照文獻(xiàn)[17]的方法稍作修飾。分別取24 mL 2 mg/mL超聲波處理未糖基化蛋白及糖基化蛋白溶液（蛋白溶于0.2 mol/L pH 8.2磷酸鹽緩沖液中），邊攪拌邊緩慢加入8 mL大豆油，在10 000 r/min、25 ℃條件下高速均質(zhì)1 min，制備得到的乳狀液分別于不同時(shí)間（0、10 min）從溶液底部取樣50?μL，加到5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1% SDS溶液中，測(cè)定500 nm波長(zhǎng)處的吸光度（A0、A10），以SDS溶液作空白。乳化活性指數(shù)（emulsifuing activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsion stanbility index，ESI）的計(jì)算公式如（2）、（3）所示：

式中：DF為稀釋倍數(shù)（DF＝100）；C為樣品質(zhì)量濃度/（g/mL）；φ為光程（φ＝1 cm）；θ為乳液中油相所占比例（θ＝0.25）；A0為0 min時(shí)測(cè)定的吸光度；A10為10 min時(shí)測(cè)定的吸光度。

1.3.2.5 表面疏水性測(cè)定

表面疏水性根據(jù)Mu Lixia等[18]的方法稍作修飾。取100 mg超聲處理未糖基化的樣品蛋白及糖基化樣品蛋白分別分散于15 mL pH 7.0的0.01 mol/L磷酸鹽緩沖液中，于7 000 r/min離心10 min，上清液蛋白含量由考馬斯亮藍(lán)法測(cè)得，ANS試劑（8.0 mmol/L）由上述的磷酸緩沖液配制。將上清液分別稀釋1.00、0.75、0.50、0.25、0.125 倍，再取40?μL?ANS試劑加到4 mL的蛋白質(zhì)溶液中，選擇激發(fā)波長(zhǎng)365 nm、發(fā)射波長(zhǎng)484 nm，測(cè)定不同質(zhì)量濃度樣品蛋白的熒光強(qiáng)度，以熒光強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度作曲線，將曲線的最開(kāi)始的斜率定義為被檢測(cè)樣品的表面疏水度H0。

1.3.2.6 聚丙烯酰氨凝膠電泳

SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳（SDS-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）是根據(jù)Laemmli[19]的方法稍作修飾，選用12%的分離膠（pH 8.8）和5%的濃縮膠（pH 6.8）。將蛋白樣品溶于0.125 mol/L Tris-HCl（pH 6.8）的緩沖液（含5% SDS、10% β-巰基乙醇、20%甘油和0.5%溴酚藍(lán)）中，配制成20 mg/mL的樣品溶液。然后在沸水浴中煮沸5 min，冷卻至室溫，于7 000 r/min離心15 min，取上清液10?μL上樣。電泳過(guò)程采用恒壓模式，電泳結(jié)束后，將凝膠分別進(jìn)行考馬斯亮藍(lán)R-250染色和PAS（perodic acid schiff）反應(yīng)染色[20]，脫色液脫色，拍照，觀察小麥面筋蛋白亞基條帶變化。

1.3.2.7 紅外光譜分析

準(zhǔn)確稱量2 mg的樣品，按照質(zhì)量比1∶100比例加入溴化鉀，用研缽研磨成均勻粉末，壓制成薄片，再用傅里葉變換紅外光譜儀做全波段掃描（400～4 000 cm－1），掃描次數(shù)32 次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3 次重復(fù)，數(shù)據(jù)以±s的形式表示。數(shù)據(jù)的顯著性（P＜0.05）通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)處理時(shí)間對(duì)糖基化反應(yīng)的影響

接枝度和體系的褐變程度是衡量糖基化反應(yīng)的兩個(gè)重要指標(biāo)。接枝度是通過(guò)測(cè)定體系中自由氨基的減少來(lái)反映美拉德反應(yīng)進(jìn)行的程度；褐變程度是通過(guò)測(cè)定420 nm波長(zhǎng)處的吸光度來(lái)反映美拉德反應(yīng)高級(jí)階段產(chǎn)物的形成[21]。不同超聲波處理時(shí)間對(duì)糖基化反應(yīng)的影響如圖1所示。

圖 1 不同超聲波處理時(shí)間對(duì)糖基化反應(yīng)的影響Fig. 1 Effect of ultrasonic pretreatment time on the degree of glycosylation

由圖1可以看出，隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥面筋蛋白與葡萄糖的接枝度先增加后減少，在超聲波處理40 min時(shí)達(dá)到最大，這是由于超聲波處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，蛋白發(fā)生聚合，使得自由氨基被包埋，反應(yīng)程度降低。體系的褐變程度緩慢增加，表明美拉德反應(yīng)正在向著高級(jí)階段進(jìn)行。

2.2 預(yù)處理時(shí)間對(duì)改性小麥面筋蛋白在不同pH值條件下溶解性的影響

溶解性是蛋白質(zhì)的一種重要的功能性質(zhì)，因?yàn)樗绊懼鞍踪|(zhì)的其他功能性質(zhì)。超聲波處理和超聲波-糖基化復(fù)合改性對(duì)小麥面筋蛋白溶解性的影響如圖2所示。

圖 2 超聲波處理和超聲波-糖基化復(fù)合改性對(duì)小麥面筋蛋白溶解性的影響Fig. 2 Effect of ultrasonic treatment and ultrasonic-glycosylation modif i cation on the solubility of wheat gluten

由圖2A可以看出，隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥面筋蛋白在同一pH值條件下的溶解性呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，這說(shuō)明適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚砟軌蛱岣咝←湹鞍椎娜芙庑浴Ｓ蓤D2B可以看出，超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白較僅超聲波處理的小麥面筋蛋白的溶解性在不同pH值條件均顯著提高（P＜0.05），這是由于超聲波處理促進(jìn)了小麥面筋蛋白與糖基進(jìn)行共價(jià)結(jié)合，從而引入了較多的親水羥基增加其溶解性[22]。經(jīng)過(guò)超聲波處理后結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白的溶解性隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，在超聲波處理40 min時(shí)，小麥面筋蛋白糖基化產(chǎn)物的溶解性最高，較對(duì)照組提高了82.15%，這是由于超聲波處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得蛋白質(zhì)重新聚集，降低了其溶解性。對(duì)比圖2A和圖2B發(fā)現(xiàn)，小麥面筋蛋白的等電點(diǎn)發(fā)生了偏移，由pI＝7變?yōu)閜I＝6，這可能是因?yàn)樾←溍娼畹鞍坠矁r(jià)交聯(lián)含有多羥基的葡萄糖，與游離氨基共價(jià)交聯(lián)使其電荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致等電點(diǎn)發(fā)生變化[23]。

2.3 預(yù)處理時(shí)間對(duì)改性小麥面筋蛋白乳化特性的影響

乳化特性包括EAI和ESI這兩個(gè)方面。EAI是蛋白質(zhì)參與形成乳濁液的能力，ESI是指蛋白質(zhì)能保持乳液穩(wěn)定的狀態(tài)，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)乳液分層、絮凝的能力[24]。不同超聲波處理時(shí)間對(duì)改性小麥面筋蛋白EAI及ESI的影響如圖3、4所示。

由圖3和圖4可知，小麥面筋蛋白僅經(jīng)過(guò)超聲波處理后，其乳化活性和乳化穩(wěn)定性有所提升，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)。再經(jīng)糖基化改性后，其乳化性和乳化穩(wěn)定性均顯著提高（P＜0.05），且經(jīng)超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白的乳化活性及乳化穩(wěn)定性在超聲波處理時(shí)間為40 min時(shí)達(dá)到最大，分別為56.82 m2/g和36.27 min，較對(duì)照組顯著提高（P＜0.05），隨著時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)乳化性、乳化穩(wěn)定性降低。Dickinson等[25]研究表明：無(wú)表面活性的親水性糖分子可以通過(guò)增強(qiáng)蛋白膜的厚度來(lái)提高蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性。適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚頃r(shí)間使得小麥面筋蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變得較為松散，促進(jìn)了糖基化反應(yīng)的發(fā)生，使得糖基化產(chǎn)物中的親水基團(tuán)增多，提高了其乳化性。當(dāng)葡萄糖以共價(jià)鍵連接入小麥面筋蛋白肽鏈中，增加了空間阻力，使得界面蛋白很難發(fā)生聚合，提高了其乳化穩(wěn)定性。而過(guò)度的預(yù)處理，就會(huì)使得小麥面筋蛋白重新聚集，糖基化反應(yīng)減弱，乳化活性也隨之降低。

圖 3 不同超聲波處理時(shí)間對(duì)糖基化小麥面筋蛋白乳化活性的影響Fig. 3 Effect of ultrasonic pretreatment time on the emulsifying capacity of glycosylated wheat gluten

圖 4 不同超聲波處理時(shí)間對(duì)糖基化小麥面筋蛋白乳化穩(wěn)定性的影響Fig. 4 Effect of ultrasonic pretreatment time on the emulsion stability of glycosylated wheat gluten

2.4 小麥面筋蛋白疏水性變化

圖 5 不同超聲波處理時(shí)間對(duì)小麥面筋蛋白表面疏水性的影響Fig. 5 Effect of ultrasonic pretreatment time on the surface hydrophobicity of wheat gluten

蛋白質(zhì)表面疏水性是指在極性環(huán)境中蛋白質(zhì)表面疏水性基團(tuán)的數(shù)量，它是評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)構(gòu)象改變的一個(gè)指標(biāo)，且與蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)密切相關(guān)。不同超聲波處理時(shí)間對(duì)小麥面筋蛋白表面疏水性的影響如圖5所示。

圖5表明隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)，小麥面筋蛋白的表面疏水性顯著提高（P＜0.05），且呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，當(dāng)超聲波處理時(shí)間為40 min時(shí)，小麥面筋蛋白的表面疏水性達(dá)到最大。有研究表明，超聲波處理產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)以及空穴效應(yīng)能破壞蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，使埋藏于小麥面筋蛋白內(nèi)部的疏水性氨基酸暴露，提高其表面疏水性[10]；當(dāng)超聲波處理時(shí)間超過(guò)40 min時(shí)，表面疏水性下降，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因可能是長(zhǎng)時(shí)間的超聲波處理使得小麥面筋蛋白的疏水性基團(tuán)過(guò)多暴露，疏水性相互作用導(dǎo)致了蛋白質(zhì)的聚集，降低了表面疏水性[26]。本研究中還發(fā)現(xiàn)，與僅超聲波處理的小麥面筋蛋白相比，超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白的表面疏水性顯著降低（P＜0.05），這可能是由于超聲波處理后的小麥面筋蛋白經(jīng)糖基化反應(yīng)后，產(chǎn)物中引入了較多的親水性羥基，從而導(dǎo)致表面疏水性降低，同時(shí)也說(shuō)明小麥面筋蛋白與葡萄糖發(fā)生了共價(jià)交聯(lián)[27]。

2.5 SDS-PAGE分析

圖 6 小麥面筋蛋白的SDS-PAGE圖譜Fig. 6 SDS-PAGE patterns of glycosylated wheat gluten samples

SDS-PAGE用于對(duì)蛋白質(zhì)的亞基及分子質(zhì)量的分析。在實(shí)驗(yàn)中，由于超聲波處理后的小麥面筋蛋白與葡萄糖共價(jià)結(jié)合后，形成了糖蛋白，對(duì)此，除了進(jìn)行考馬斯亮藍(lán)染色顯示蛋白質(zhì)外，還用PAS與接枝物中的葡萄糖分子進(jìn)行顏色反應(yīng)，從而檢測(cè)糖分子的存在。

圖6中的還原性SDS-PAGE反映不同超聲波處理時(shí)間結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白各亞基條帶的變化。圖6A中可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)超聲波處理結(jié)合糖基化改性小麥面筋蛋白在P1和P3處新增了兩個(gè)條帶，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是糖基化反應(yīng)的熱處理過(guò)程中，部分小麥面筋蛋白亞基發(fā)生聚集形成了分子質(zhì)量更大的條帶，在電泳時(shí)這些大分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)條帶由于不能通過(guò)濃縮膠和分離膠而積累在P1和P3處，這與程熙茜[28]的電泳結(jié)果相一致。在圖6A中P2處，對(duì)比亞基條帶的光密度值可以發(fā)現(xiàn)，光密度值隨著超聲波處理時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸增強(qiáng)，表明超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白反應(yīng)中有分子量為14.4 kD左右的分子形成。同時(shí)在圖6B中的P1、P2和P3處也出現(xiàn)了紅色的糖基譜帶，說(shuō)明小麥面筋蛋白與葡萄糖發(fā)生了共價(jià)結(jié)合，生成了糖蛋白。

2.6 傅里葉變換紅外光譜分析

傅里葉變換紅外光譜是分析蛋白結(jié)構(gòu)的一種很有效的方法，它依據(jù)蛋白分子中的不同化學(xué)鍵或官能團(tuán)對(duì)紅外光的吸收以及振動(dòng)頻率不同，從而反映出蛋白分子的結(jié)構(gòu)。蛋白質(zhì)紅外光譜圖譜的特征吸收譜帶主要是位于1 650、1 540 cm－1處的酰胺Ⅰ帶和Ⅱ帶，一些由C—C、C＝O和C—H鍵的伸縮振動(dòng)引起的交叉重疊帶主要位于1 180～953 cm－1處，這些譜帶通常被認(rèn)為是糖類的重要特征帶[29]。不同超聲波處理時(shí)間結(jié)合糖基化改性小麥面筋蛋白表的傅里葉變換紅外譜圖如圖7所示。

圖 7 小麥面筋蛋白傅里葉變換紅外光譜分析Fig. 7 FTIR analysis of glycosylated wheat gluten

圖7表明，超聲波處理小麥面筋蛋白的糖基化產(chǎn)物在3 700～3 200 cm－1及1 200～900 cm－1處吸收峰強(qiáng)度較未超聲處理小麥面筋蛋白的糖基化產(chǎn)物有不同程度的增加，尤其是超聲波處理40 min的小麥面筋蛋白糖基化產(chǎn)物的吸收峰增強(qiáng)，這說(shuō)明超聲處理對(duì)于小麥面筋蛋白的糖基化反應(yīng)有著明顯的促進(jìn)作用。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)與糖發(fā)生共價(jià)交聯(lián)后，蛋白質(zhì)中的羥基含量增加，其紅外光譜表現(xiàn)為羥基的特征吸收增強(qiáng)，上述兩處譜帶范圍分別是游離羥基和極性的C＝O鍵伸縮振動(dòng)的范圍，由此可以證明，小麥面筋蛋白與葡萄糖發(fā)生了共價(jià)交聯(lián)[30]，這與Srivastava[31]和Wang Wenqiong[15]等的研究結(jié)果相一致。此外，圖中在1 540 cm－1處的吸收峰增強(qiáng)，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)引入糖分子造成了N—H鍵的伸縮振動(dòng)[32]。以上各種現(xiàn)象均表明小麥面筋蛋白與葡萄糖發(fā)生了共價(jià)交聯(lián)。

對(duì)去酰胺Ⅰ帶的譜帶進(jìn)行了如下歸屬：1 650～1 660 cm－1為α-螺旋，1 610～1 640 cm－1和1 670～1 690 cm－1為β-折疊，1 660～1 670 cm－1和1 690～1 700 cm－1為β-轉(zhuǎn)角，1 640～1 650 cm－1為無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)[33]。對(duì)傅里葉變換紅外光譜中的去酰胺Ⅰ帶進(jìn)行去卷積，然后進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)擬合的結(jié)果，針對(duì)各峰所對(duì)應(yīng)的歸屬，計(jì)算出不同超聲波處理時(shí)間的糖基化小面蛋白的各種二級(jí)結(jié)構(gòu)所占的比例如表2所示。

表 2 改性面筋蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化Table 2 Change in secondary structure of modif i ed gluten proteins

從表2可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)改性的小麥面筋蛋白主要以β-折疊為主，通過(guò)超聲波處理（40 min）結(jié)合糖基化改性后，小麥面筋蛋白的α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量由22.51%下降為16.33%，β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量分別由37.21%和22.00%增加為40.33%和25.09%，β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)的含量基本不變。這說(shuō)明，超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白基本是由α-螺旋結(jié)構(gòu)的解螺旋轉(zhuǎn)換成β-折疊和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)，這與藺海鑫等[6]的研究結(jié)果一致。由于α-螺旋結(jié)構(gòu)過(guò)于穩(wěn)定，不利于功能特性所需要的某種構(gòu)象變化，β-折疊結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)較α-螺旋結(jié)構(gòu)而言，構(gòu)象穩(wěn)定性差，但蛋白質(zhì)的柔韌性明顯改善，有利于發(fā)揮蛋白質(zhì)的功能特性。Kato等[34]研究表明蛋白分子柔性越大，乳化性越好。研究發(fā)現(xiàn)，WG-G40樣品中的α-螺旋與β-折疊的比例為0.40，顯著低于WG-G0樣品中的0.61（P＜0.05），這說(shuō)明超聲波處理結(jié)合糖基化改性的小麥面筋蛋白在引入糖分子后，使小麥面筋蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，蛋白分子柔韌性變強(qiáng)，接枝物的溶解性和乳化特性也得到較大的改善。與WG-G0相比，超聲波處理輔助糖基化制備的接枝物二級(jí)結(jié)構(gòu)變化更加顯著，從而進(jìn)一步改善了接枝物的功能特性。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)研究了超聲波和糖基化復(fù)合改性對(duì)小麥面筋蛋白功能特性及其結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明：1）適當(dāng)?shù)某?/p>

聲波預(yù)處理結(jié)合糖基化復(fù)合改性小麥面筋蛋白，可以提高其溶解性及乳化特性，其中超聲波處理時(shí)間為40 min時(shí)，溶解性最好，且乳化性及乳化穩(wěn)定性達(dá)到最高，分別為56.82 m2/g和36.27 min；2）表面疏水性測(cè)定表明，適當(dāng)?shù)念A(yù)處理能夠使小麥面筋蛋白的結(jié)構(gòu)變得松散，疏水基團(tuán)暴露，提高其表面疏水性，而與糖接枝后，引入了較多的親水性羥基，從而導(dǎo)致表面疏水性下降；3）傅里葉變換紅外光譜表明小麥面筋蛋白與葡萄糖發(fā)生了共價(jià)交聯(lián)，且超聲波處理對(duì)小麥面筋蛋白糖基化反應(yīng)具有促進(jìn)作用。

[1] 付博菲, 劉曉, 徐紹建, 等. 谷朊粉的功能特性及改性研究[J]. 中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng), 2012, 18(11): 35-37. DOI:10.3969/ j.issn.1006-9577.2012.11.010.

[2] WIESER H. Chemistry of gluten proteins[J]. Food Microbiology, 2007, 24(2): 115-119. DOI:10.1016/j.fm.2006.07.004.

[3] DAY L, AUGUSTIN M A, BATEY I L, et al. Wheat-gluten uses and industry needs[J]. Trends in Food Science & Technology, 2006, 17(2): 82-90. DOI:10.1016/j.tifs.2005.10.003.

[4] LI Y, LU F, LUO C R, et al. Functional properties of the Maillard reaction products of rice protein with sugar[J]. Food Chemistry, 2009, 117(1): 69-74. DOI:10.1016/j.foodchem.2009.03.078.

[5] ZHANG B, CHI Y J, LI B. Effect of ultrasound treatment on the wet heating Maillard reaction between β-conglycinin and maltodextrin and on the emulsifying properties of conjugates[J]. European Food Research & Technology, 2014, 238(1): 129-138. DOI:10.1007/s00217-013-2082-y.

[6] 藺海鑫, 林洪, 王曉斐, 等. 美拉德反應(yīng)對(duì)菲律賓蛤仔原肌球蛋白結(jié)構(gòu)及免疫活性的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(3): 22-26. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201603005.

[7] MATSUDOMI N, INOUE Y, NAKASIMA H, et al. Emulsion stabilization by Maillard-type covalent complex of plasma protein with galactomannan[J]. Journal of Food Science, 1995, 60(2): 265-268. DOI:10.1111/j.1365-2621.1995.tb05652.x.

[8] CHEN L, CHEN J S, REN J Y, et al. Effects of ultrasound pretreatment on the enzymatic hydrolysis of soy protein isolates and on the emulsifying properties of hydrolysates[J]. Journal of Agricultural amd Food Chemistry, 2011, 59(6): 2600-2609. DOI:10.1021/ jf103771x.

[9] JAMBRAK A R, HERCEG Z, ?UBARI? D, et al. Ultrasound effect on physical properties of corn starch[J]. Carbohydrate Polymers, 2010, 79(1): 91-100. DOI:10.1016/j.carbpol.2009.07.051.

[10] 畢爽, 馬文君, 李楊, 等. 脈沖電場(chǎng)-超聲波作用對(duì)黑豆球蛋白功能性質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué), 2016, 37(9): 7-12. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201609002.

[11] 湯虎. 超聲波及琥珀?；ǜ男孕←溍娼畹鞍椎难芯縖D]. 武漢: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2008: 9-19.

[12] 王喜波, 遲玉杰, 胥偉. 超聲輔助琥珀?；男源蠖沟鞍籽芯縖J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 42(5): 6-14. DOI:10.3969/ j.issn.1005-9369.2011.05.002.

[13] ARZENI C, MARTINZ K, ZEMA P, et al. Comparative study of high intensity ultrasound effects on food proteins functionality[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 108(3): 463-472. DOI:10.1016/ j.jfoodeng.2011.08.018.

[14] LERTITTIKUL W, BENJAKUL S, TANAKA M. Characteristics and antioxidative activity of Maillard reaction products from a porcine plasma protein-glucose model system as influenced by pH[J]. Food Chemistry, 2007, 100(2): 669-677. DOI:10.1016/ j.foodchem.2005.09.085.

[15] WANG W Q, BAO Y H, CHEN Y. Characteristics and antioxidant activity of water-soluble Maillard reaction products from interactions in a whey protein isolate and sugars system[J]. Food Chemistry, 2013, 139(1): 355-361. DOI:10.1016/j.foodchem.2013.01.072.

[16] 王愛(ài)軍, 王鳳山, 王友聯(lián), 等. 低濃度蛋白質(zhì)含量測(cè)定方法的研究[J]. 中國(guó)生化藥物雜志, 2003, 24(2): 78-80. DOI:10.3969/ j.issn.1005-1678.2003.02.009.

[17] TANG S, HETTIARACHCHY N S, HORAX R, et al. Physicochemical properties and functionality of rice bran protein hydrolyzate prepared from heat-stabilized defatted rice bran with the aid of enzymes[J]. Journal of Food Science, 2003, 68(1): 152-157. DOI:10.1111/j.1365-2621.2003.tb14132.x.

[18] MU L X, ZHAO M M, YANG B, et al. Effect of ultrasonic treatment on the graft reaction between soy protein isolate and gum acacia and on the physicochemical properties of conjugates[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2010, 58(7): 4494-4499. DOI:10.1021/jf904109d.

[19] LAEMMLI U K. Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4[J]. Nature, 1970, 227: 680-685. DOI:10.1038/227680a0.

[20] ZACHARIUS R M, ZELL T E, MORRISON J H, et al. Glycoprotein staining following electrophoresis on acrylamide gels[J]. Analytical Biochemistry, 1969, 30(1): 148-152.

[21] 任仙娥, 楊鋒, 曹燕, 等. 糖基化改性對(duì)谷朊粉功能性質(zhì)的影響[J].糧食與飼料工業(yè), 2013(4): 30-33.

[22] 許彩虹, 于淑娟, 楊曉泉. 糖基化對(duì)大豆7S球蛋白凝膠流變性質(zhì)的影響(Ⅱ)[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2010, 26(12): 1293-1296. DOI:10.3969/ j.issn.1673-9078.2010.12.001.

[23] 王軍, 王忠合, 宋鳳艷, 等. 糖基化反應(yīng)對(duì)雞蛋清蛋白與低聚麥芽糖交聯(lián)物活性和功能性的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2014, 30(10): 24-29. [24] 畢偉偉. 微波對(duì)酪蛋白的糖基化反應(yīng)及產(chǎn)物功能性質(zhì)的研究[D]. 哈爾濱: 東北農(nóng)業(yè)大學(xué), 2015: 61-63.

[25]?DICKINSON?E.?Hydrocolloids?at?interfaces?and?the?inf l uence?on?the?properties of dispersed systems[J]. Food Hydrocolloids, 2003, 17(1): 25-39. DOI:10.1016/S0268-005X(01)00120-5.

[26] ZHANG H H, LI Q, CLAVER I P, et al. Effect of cysteine on structural, rheological properties and solubility of wheat gluten by enzymatic hydrolysis[J]. International Journal of Food Science and Technology, 2010, 45(10): 2155-2161. DOI:10.1111/j.1365-2621.2010.02384.x.

[27] GALAZKA V, SMITH D, LEDWARD D, et al. Interactions of ovalbumin with sulphated polysaccharides: effects of pH, ionic strength, heat and high pressure treatment[J]. Food Hydrocolloids, 1999, 13(2): 81-88. DOI:10.1016/S0268-005X(98)00073-3.

[28] 程熙茜. 超聲輔助濕熱法制備大豆分離蛋白糖接枝物[D]. 無(wú)錫: 江南大學(xué), 2012: 30-31.

[29] ICONOMIDOU V A, CHRYSSIKOS D G, GIONIS V, et al. Secondary structure of chorion proteins of the teleostean fish Dentex dentex, by ATR FT-IR and FT-Raman spectroscopy[J]. Journal of Structural Biology, 2000, 132(2): 112-122. DOI:10.1006/jsbi.2000.4307.

[30] 林花. 牛血清白蛋白-葡聚糖接枝改性及機(jī)理研究[D]. 廣州: 華南理工大學(xué), 2010: 26-29.

[31] SRIVASTAVA A K, ICONOMIDOU V A, CHRYSSIKOS G D, et al. Secondary structure of chorion proteins of the Lepidoptera Pericallia ricini and Ariadne merione by ATR FT-IR and micro-Raman spectroscopy[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2011, 49(3): 317-322. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2011.05.006.

[32] LI W W, ZHAO H B, HE Z Y, et al. Modification of soy protein hydrolysates by Maillard reaction: effects of carbohydrate chain length on structural and interfacial properties[J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces, 2015, 138: 70-77. DOI:10.1016/j.colsurfb.2015.11.038.

[33] KAO F J, SU N W, LEE M H. Effect of calcium sulfate concentration in soymilk on the microstructure of firm tofu and the protein constitutions in tofu whey[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(21): 6211-6216. DOI:10.1021/jf0342021.

[34] KATO A, KOMATSU K, FUJIMOTO K, et al. Relationship between surface?functional?properties?and?f l exibility?of?proteins?detected?by?the?protease susceptibility[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 1985, 33(5): 931-934. DOI:10.1021/jf00065a039.

Effect of Ultrasonic Treatment and Glycosylation Modif i cation on Characteristics and Structure of Wheat Gluten

ZANG Yanni, ZHAO Yanyan, LUO Shuizhong, ZHONG Xiyang, MU Dongdong, JIANG Shaotong, ZHENG Zhi*
(Key Laboratory for Agriculture Products Processing of Anhui Province, School of Food Science and Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

Wheat gluten was glycosylated with glucose after ultrasonic pre-treatment to investigate changes in solubility and emulsifying activity. Meanwhile, the structural properties of glycosylated wheat gluten were characterized. Results indicated that appropriate ultrasonic pretreatment facilitated the glycosylation of wheat gluten. It was found that the glycosylation of wheat gluten with 40 min ultrasonic pretreatment at 40 kHz, 300 W signif i cantly improved its solubility at the isoelectric point by 82.15% compare to the control group. In addition, the emulsifying capacity and emulsion stability reached the maximum level of 56.82 m2/g and 36.27 min, respectively. Appropriate ultrasonic pretreatment could increase the surface hydrophobicity (H0) of wheat gluten, while it decreased after grafting with glucose. Fourier transform infrared spectroscopy indicated that wheat gluten grafted with glucose through covalent bonds to form glycoprotein.

wheat gluten; glycosylation; ultrasonic; characteristics; structure

10.7506/spkx1002-6630-201705020

TS213.2

A

1002-6630（2017）05-0122-07

臧艷妮, 趙妍嫣, 羅水忠, 等. 超聲波和糖基化復(fù)合改性對(duì)小麥面筋蛋白性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(5): 122-128. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201705020. http://www.spkx.net.cn

ZANG Yanni, ZHAO Yanyan, LUO Shuizhong, et al. Effect of ultrasonic treatment and glycosylation modification on characteristics and structure of wheat gluten[J]. Food Science, 2017, 38(5): 122-128. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201705020. http://www.spkx.net.cn

2016-06-29

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（2013AA102201）；安徽省科技攻關(guān)項(xiàng)目（1301031031）；

安徽省科技攻關(guān)重大專項(xiàng)（1301031031；16030701082）

臧艷妮（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称焚Y源綜合利用。E-mail：zangyanni@mail.hfut.edu.cn

*通信作者：鄭志（1971—），男，教授，博士，研究方向?yàn)楣任锟茖W(xué)。E-mail：zhengzhi@hfut.edu.cn