孫佳悅，錢 方，姜淑娟，妥彥峰，牟光慶,2,*

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150030）

基于紅外光譜分析熱處理對(duì)牛乳蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

孫佳悅1，錢 方1，姜淑娟1，妥彥峰1，牟光慶1,2,*

（1.大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150030）

運(yùn)用傅里葉變換紅外光譜技術(shù)對(duì)乳蛋白及其酰胺Ⅰ帶進(jìn)行解析，進(jìn)一步用紅外解譜法對(duì)其二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。以原料乳為對(duì)照，研究65 ℃/30 min（低溫長(zhǎng)時(shí)巴氏殺菌）、80 ℃/15 s（高溫短時(shí)巴氏殺菌）、95 ℃/5 min（酸乳熱處理）、137 ℃/5 s（超高溫滅菌）等不同熱處理?xiàng)l件對(duì)乳中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，熱處理會(huì)導(dǎo)致乳蛋白間發(fā)生相互作用，乳蛋白原空間結(jié)構(gòu)受到破壞，導(dǎo)致分子內(nèi)氫鍵被破壞。不同熱處理程度的乳蛋白酰胺Ⅰ帶均向低波數(shù)方向發(fā)生了不同程度的紅移，表明乳蛋白變性過程中疏水氨基酸殘基暴露形成分子間氫鍵。同時(shí)熱處理后乳蛋白各二級(jí)結(jié)構(gòu)比例發(fā)生明顯改變。α-螺旋含量顯著降低（p＜0.05），無規(guī)卷曲含量顯著升高（p＜0.05），β-轉(zhuǎn)角及β-折疊含量在加熱過程均呈先增加后減少變化趨勢(shì)，表明熱處理程度增強(qiáng)導(dǎo)致部分有序結(jié)構(gòu)向無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)熱變性后會(huì)發(fā)生熱聚集現(xiàn)象，且β-折疊、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)在熱聚集體的形成過程中具有重要作用。

傅里葉變換紅外光譜；熱處理；乳蛋白；熱聚集；二級(jí)結(jié)構(gòu)

熱處理是乳品加工的重要環(huán)節(jié)，能保證產(chǎn)品保質(zhì)期和安全性，影響乳制品加工性能。牛乳蛋白是人體優(yōu)質(zhì)的食物蛋白來源，不僅能為生命成長(zhǎng)和維持提供物質(zhì)基礎(chǔ)，還由于其理化性質(zhì)的獨(dú)特性賦予乳品各種功能特性。乳蛋白主要包括酪蛋白膠束（αs1-酪蛋白、αs2-酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白）和乳清蛋白（β-乳球蛋白和α-乳白蛋白）。熱處理導(dǎo)致變性乳清蛋白除相互聚集外，還與酪蛋白膠束發(fā)生不可逆的結(jié)合[1]。目前人們普遍認(rèn)為，在熱誘導(dǎo)乳蛋白變性并發(fā)生聚集過程中，非共價(jià)作用（疏水作用力和鹽鍵作用）及巰基和二硫鍵的交換反應(yīng)起到了重要作用，但熱處理導(dǎo)致乳蛋白空間結(jié)構(gòu)變化才是造成牛乳理化和功能特性改變的內(nèi)在原因[2]。因此，研究不同程度熱處理導(dǎo)致的乳蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)變化，對(duì)明確熱處理時(shí)乳蛋白間熱聚合反應(yīng)的過程及機(jī)理具有重要意義。

分析蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)常用X射線衍射、圓二色譜（circular dichroism，CD）、核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）、傅里葉變換紅外光譜（Fourier transformation infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）等方法。其中X射線衍射需獲得合格的單晶體，而牛乳體系復(fù)雜很難獲得；CD僅對(duì)測(cè)定α-螺旋含量較多單一體系的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)較為準(zhǔn)確[3]；NMR只能測(cè)定小分子蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)[4]。比較而言FT-IR具有分辨率高、測(cè)定所需樣品少、操作簡(jiǎn)便、測(cè)量速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于定性定量分析不同環(huán)境狀態(tài)下蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)[5]。O’Loughlin等[6]認(rèn)為FT-IR可準(zhǔn)確有效地對(duì)熱處理時(shí)蛋白質(zhì)的變化機(jī)理進(jìn)行分析。目前，關(guān)于熱處理對(duì)乳蛋白結(jié)構(gòu)影響的研究鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)基于FT-IR法，研究不同熱處理程度導(dǎo)致的牛乳中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的差異性，旨在探討不同熱處理方式對(duì)乳蛋白結(jié)構(gòu)的影響，為進(jìn)一步研究熱處理乳品質(zhì)的變化提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

原料乳采集于大連三寰乳業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Spectrum 10型FT-IR儀 上海鉑金埃爾默儀器有限公司；PL303型電子分析天平 梅特勒-托利多（上海）儀器有限公司；Z326K型冷凍離心機(jī) 德國(guó)Hermle公司；SL-Ⅱ型層析實(shí)驗(yàn)冷柜 寧波新芝生物科技股份有限公司；FD-1C-50型冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 牛乳熱處理

選用65 ℃/30 min（低溫長(zhǎng)時(shí)殺菌）、80 ℃/15 s（高溫短時(shí)殺菌）、95 ℃/5 min（酸乳熱處理）、137 ℃/5 s（超高溫瞬時(shí)滅菌）4 種乳品加工常用的熱處理方法[7]對(duì)原料乳進(jìn)行處理，熱處理后的乳樣于4 ℃冷藏。

1.3.2 乳蛋白制備

不同熱處理后的乳樣4 ℃、10 000 r/min離心10 min，棄上層脂肪，收集下層蛋白溶液[8]。于-20 ℃冷凍后，冷凍干燥呈粉末狀備用。

1.3.3 乳蛋白FT-IR分析

(6) 響應(yīng)電流法是檢測(cè)開關(guān)開通和關(guān)斷時(shí)母線電流的值,而端電壓法需要計(jì)算開關(guān)管開通和關(guān)斷時(shí)非導(dǎo)通相端電壓的差值,比較導(dǎo)通兩相自感的大小來判斷轉(zhuǎn)子位置。

KBr壓片法制樣[9]：將乳蛋白樣品與一定量KBr用研缽充分研磨成均勻粉末，壓制成薄片。進(jìn)行全波段掃描（4 000～400 cm-1），掃描次數(shù)為32 次，分辨率4 cm-1，每個(gè)樣品做3 次平行實(shí)驗(yàn)。

1.3.4 FT-IR譜圖處理

用Omnic 8.2軟件進(jìn)行譜圖采集、標(biāo)峰、基礎(chǔ)紅外光譜圖解析。用Peakfit Version 4.12軟件在譜帶范圍內(nèi)（酰胺Ⅰ帶1 700～1 600 cm-1）進(jìn)行基線校正，并經(jīng)Savitsk-Golay函數(shù)平滑，去卷積處理，在二階導(dǎo)數(shù)譜圖基礎(chǔ)上用高斯曲線擬合[10]，估算出子峰的個(gè)數(shù)和位置，調(diào)整各子峰的峰高和半峰寬，計(jì)算機(jī)多次擬合使殘差最小（R2≥0.999），確保重疊譜帶可完全分辨[11]。確定各子峰與各個(gè)二級(jí)結(jié)構(gòu)單元的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，根據(jù)峰面積計(jì)算各二級(jí)結(jié)構(gòu)組分的相對(duì)百分含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

以上所有實(shí)驗(yàn)均至少重復(fù)3 次，結(jié)果以 ±s表示，并用IBM SPSS Statistics v20.0.0軟件，在α＝0.05水平用ANOVA分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熱處理的乳蛋白FT-IR譜圖

表1 原料乳中乳蛋白FT-IR譜圖的各譜帶特性[12-13]Table 1 Characteristic absorption peaks in FT-IR spectra of milk proteins in raw milk[12-13]

表1為原料乳中乳蛋白FT-IR譜圖的各譜帶范圍和其特征吸收峰，以及相對(duì)應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)表征信息。圖1整體上看，與原料乳的乳蛋白（未處理）相比，不同程度熱處理乳蛋白FT-IR譜圖譜型無較大差異。游離態(tài)O—H的特征振動(dòng)吸收為3 600～3 500 cm-1，當(dāng)形成分子內(nèi)或分子間氫鍵時(shí)，羥基的吸收峰向低波數(shù)移動(dòng)，且與N—H的振動(dòng)吸收峰重疊而峰形變寬[14]。乳蛋白FT-IR譜圖中于3 400 cm-1左右呈現(xiàn)寬而強(qiáng)的吸收峰，表明乳蛋白分子多聚體中可能存在大量分子內(nèi)或分子間氫鍵[15]。

圖1 不同熱處理?xiàng)l件下乳蛋白的FT-IR譜圖Fig. 1 FT-IR spectra of milk protein samples subjected to various heat treatment conditions

圖2 137 ℃/5 s熱處理不同質(zhì)量濃度乳蛋白的FT-IR譜圖Fig. 2 FT-IR spectra of different concentrations of milk protein samples heated at 137 ℃ for 5 s

由于分子間氫鍵與溶液的濃度和性質(zhì)有關(guān)，峰位隨濃度改變而移動(dòng)，但分子內(nèi)氫鍵不受溶液濃度影響[16]。因此將137 ℃/5 s熱處理的1.00、0.10、0.01 mg/mL的乳蛋白溶液與10.0 mg/mL乳蛋白溶液的FT-IR譜圖進(jìn)行對(duì)比分析。從圖2可見，熱處理乳蛋白的O—H吸收峰的峰位不受溶液質(zhì)量濃度改變的影響，保持在3 425 cm-1附近，表明該吸收峰代表乳蛋白分子內(nèi)氫鍵的作用[17]。結(jié)合圖1可見，隨著熱處理程度的增加該峰位向高波數(shù)移動(dòng)，即從3 418.72 cm-1位移至3 425.28 cm-1，說明熱處理直接影響乳蛋白原空間結(jié)構(gòu)，熱變性過程中維持乳蛋白結(jié)構(gòu)的分子內(nèi)氫鍵被破壞。

圖3 不同熱處理?xiàng)l件下乳蛋白酰胺Ⅰ帶FT-IR譜圖Fig. 3 FI-IR spectra of amide Ⅰ of milk protein samples subjected to various heat treatment conditions

同時(shí)，圖1中乳蛋白的酰胺Ⅰ帶（1 700～1 600 cm-1）信號(hào)較強(qiáng)，由羰基（C＝O）鍵伸縮振動(dòng)產(chǎn)生[18]，其峰型受蛋白質(zhì)特定二級(jí)結(jié)構(gòu)影響。結(jié)合圖3酰胺Ⅰ帶的峰形可更清楚地看出，熱處理強(qiáng)度增強(qiáng)，峰形由尖銳趨于平緩。從峰位變化分析，原料乳中乳蛋白（未處理）酰胺Ⅰ帶為1 655.82 cm-1。熱處理后其酰胺Ⅰ帶向低波數(shù)方向發(fā)生了不同程度的位移：65 ℃/30 min和80 ℃/15 s熱處理乳蛋白質(zhì)的酰胺Ⅰ帶向低波數(shù)方向紅移約1 cm-1，即從1 655.82 cm-1分別移至1 654.43 cm-1和1 654.16 cm-1；137 ℃/5 s熱處理乳蛋白的酰胺Ⅰ帶向低波數(shù)方向紅移約7 cm-1，即從1 655.82 cm-1位移至1 648.66 cm-1。說明乳蛋白具有熱不穩(wěn)定性，熱變性過程中隨著其球狀折疊結(jié)構(gòu)的展開，游離氨基酸殘基間形成分子間氫鍵[19]。當(dāng)氫鍵作用較強(qiáng)時(shí)C＝O的電子云密度降低，導(dǎo)致吸收峰位向低波數(shù)方向移動(dòng)[20]。

2.2 不同熱處理乳蛋白酰胺Ⅰ帶的擬合

蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲等[21]。不同二級(jí)結(jié)構(gòu)信息均疊加在酰胺Ⅰ帶，而酰胺Ⅰ帶的二階導(dǎo)數(shù)譜圖卻保留吸收峰的積分面積，對(duì)譜圖進(jìn)行多次曲線擬合可確定各子峰與各二級(jí)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)關(guān)系[22]，再根據(jù)積分面積計(jì)算各二級(jí)結(jié)構(gòu)的相對(duì)百分含量。酰胺Ⅰ帶各峰位為：1 615～1 637 cm-1和1 682～1 700 cm-1為β-折疊特征峰；1 646～1 664 cm-1為α-螺旋特征峰；1 637～1 645 cm-1為無規(guī)卷曲特征峰；1 664～1 681 cm-1為β-轉(zhuǎn)角特征峰[23]。

圖 4 不同熱處理?xiàng)l件下乳蛋白酰胺Ⅰ帶高斯曲線擬合圖Fig. 4 Gaussian curve fi tting of amide Ⅰ of milk proteins subjected to different heat treatment conditions

表2 不同熱處理乳蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的含量Table 2 Estimated secondary structures of milk protein subjected to different heat treatment conditions

圖4為未處理（原料乳中乳蛋白）及4 種熱處理的乳蛋白酰胺Ⅰ帶經(jīng)去卷積和二階導(dǎo)數(shù)技術(shù)處理后，疊加峰分解為各子峰的高斯曲線擬合圖。結(jié)合表2可知，對(duì)比原料乳的乳蛋白，4 種熱處理牛乳中乳蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生如下變化：1）原料乳的乳蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)主要組成為α-螺旋，占總量34.3%。α-螺旋經(jīng)137 ℃/5 s熱處理后含量顯著降低（p＜0.05）。α-螺旋是蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中最穩(wěn)定的，隨著熱處理程度增大，蛋白的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性下降，乳蛋白熱變性導(dǎo)致α-螺旋中的氫鍵逐漸斷裂，發(fā)生解螺旋。2）隨著溫度的升高，無規(guī)卷曲含量逐漸升高，137 ℃/5 s熱處理的乳蛋白中無規(guī)卷曲含量為30.5%，明顯高于原料乳蛋白的14.8%（p＜0.05）。表明熱處理導(dǎo)致蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)部分被破壞，結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性增強(qiáng)。隨著熱處理程度的增強(qiáng)，乳蛋白部分有序結(jié)構(gòu)逐漸向無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化[24]。3）相比于原料乳的乳蛋白，熱處理的乳蛋白中β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量在加熱過程中呈先增加后降低趨勢(shì)。這種變化趨勢(shì)與乳蛋白的變性及逐漸形成聚集體有關(guān)。乳蛋白中熱穩(wěn)定性較差的一種蛋白是β-乳球蛋白，60 ℃以上的熱處理主要使β-乳球蛋白熱變性并促進(jìn)分子間的聚集[25]。β-折疊結(jié)構(gòu)常見于蛋白質(zhì)內(nèi)部折疊區(qū)域，且β-折疊結(jié)構(gòu)的含量增加與β-乳球蛋白熱變性有關(guān)[26-27]。加熱程度繼續(xù)增強(qiáng)，α-乳白蛋白也開始變性，進(jìn)一步與β-乳球蛋白聚集體形成更大的熱聚合物[28]。此外乳蛋白熱變性后的聚集現(xiàn)象也可能導(dǎo)致β-折疊結(jié)構(gòu)含量減少。對(duì)于137 ℃/5 s熱處理乳蛋白，其β-折疊結(jié)構(gòu)顯著降低（p＜0.05），主要原因?yàn)?00 ℃以上熱處理會(huì)導(dǎo)致酪蛋白膠束內(nèi)部疏水基團(tuán)暴露[29]，使酪蛋白膠束表面疏水作用力增強(qiáng)。由于熱處理形成熱聚集體，分子間的β-折疊結(jié)構(gòu)易轉(zhuǎn)變?yōu)棣?轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，同時(shí)部分β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)還會(huì)向無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[30]。因而可以推斷不同熱處理過程中β-折疊、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)在熱聚集體的形成過程中具有重要作用。

3 結(jié) 論

利用FT-IR技術(shù)分析表明，熱處理破壞乳蛋白原空間結(jié)構(gòu)，熱變性過程中維持乳蛋白結(jié)構(gòu)的分子內(nèi)氫鍵被破壞。同時(shí)熱處理會(huì)導(dǎo)致乳蛋白間發(fā)生相互作用，形成熱變性乳蛋白聚合物。

熱處理后乳蛋白的FT-IR光譜圖中酰胺Ⅰ帶向低波數(shù)方向產(chǎn)生不同程度紅移，峰形由尖銳趨于平緩。表明在乳蛋白熱變性過程中，隨著蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的展開，游離氨基酸殘基間形成分子間氫鍵。

通過FT-IR酰胺Ⅰ帶譜圖進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)、去卷積處理后對(duì)乳蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)定量分析：熱處理程度增強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致乳蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著改變，α-螺旋含量顯著降低（p＜0.05），無規(guī)卷曲含量顯著升高（p＜0.05），β-折疊結(jié)構(gòu)和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)含量在加熱過程均呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)。表明熱處理后牛乳蛋白穩(wěn)定性下降，乳蛋白質(zhì)熱變性疏水基團(tuán)暴露，部分有序結(jié)構(gòu)向無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，β-折疊、β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)在熱聚集體的形成過程中具有重要作用。

[1] 韓榮偉, 王加啟, 鄭楠. 熱處理對(duì)牛乳成分的變化影響及熱損標(biāo)識(shí)物的選擇[J]. 中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng), 2011, 17(7): 22-29. DOI:10.3969/j.issn.1006-9577.2011.07.007.

[2] 王偉軍. 牛乳加熱及乳粉熱相關(guān)工藝對(duì)蛋白聚合及凝固特性的影響[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2012: 125-134.

[3] 何文英. 小分子與蛋白質(zhì)作用的譜學(xué)及應(yīng)用[M]. 北京: 科學(xué)出版社,2012: 116-126.

[4] 馬紅梅. 實(shí)用藥物研發(fā)儀器分析[M]. 上海: 華東理工大學(xué)出版社,2014: 23-24.

[5] 劉斌, 馬海樂, 李樹君, 等. 應(yīng)用FT-IR研究超聲對(duì)牛血清白蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2010, 30(8): 2072-2076.DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)08-2072-05.

[6] O’LOUGHLIN I B, KELLY P H, MURRAY B A, et al. Concentrated whey protein ingredients: a Fourier transformed infrared spectroscopy investigation of thermally induced denaturation[J].International Journal of Dairy Technology, 2015, 68(3): 349-356.DOI:10.1111/1471-0307.12239.

[7] 李子超, 徐明芳, 向明霞, 等. 巴氏殺菌與超高溫滅菌牛乳酪蛋白結(jié)構(gòu)差異性的研究[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 34(2): 192-196.DOI:10.7671/j.issn.1001-411X.2013.02.013.

[8] 臧長(zhǎng)江, 王加啟, 楊永新, 等. 熱處理牛乳中乳蛋白變化的比較蛋白質(zhì)組學(xué)的研究[J]. 畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào), 2012, 43(11): 1754-1759.

[9] 張波波, 王丹, 馬越, 等. FT-IR分析超高壓處理對(duì)調(diào)配草莓汁蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國(guó)食品學(xué)報(bào), 2014, 14(11): 200-206.DOI:10.16429/j.1009-7848.2014.11.033.

[10] 王曉琳, 朱力杰, 陳妍婕, 等. 不同干熱處理對(duì)花生蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及乳化性的影響[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2016, 42(5): 86-90.DOI:10.13995 /j.cnki.11-1802/ts.201605015.

[11] FARRELL H M, WICKHAM E D, UNRUH J J, et al. Secondary structural studies of bovine caseins: temperature dependence of β-casein structure as analyzed by circular dichroism and FTIR spectroscopy and correlation with micellization[J]. Food Hydrocolloids, 2001, 15(4/5/6): 341-354. DOI:10.1016/S0268-005X(01)00080-7.

[12] 劉燕燕, 曾新安, 陳曉東. FT-IR分析脈沖電場(chǎng)和熱處理后的大豆分離蛋白結(jié)構(gòu)變化[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2010, 30(9): 2340-2344.DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2010)09-2340-05.

[13] 李明梅, 王文淵, 吳瓊林. 分析化學(xué)[M]. 武漢: 華中科技大學(xué)出版社,2012: 163-164.

[14] 秦洋, 邱超, 曹金苗, 等. 干熱處理對(duì)稻米復(fù)配粉及米蛋白性質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2015, 31(9): 180-184. DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2015.9.030.

[15] KHER A, UDABAGE P, MCKINNON I, et al. FTIR investigation of spray-dried milk protein concentrate powders[J].Vibrational Spectroscopy, 2007, 44(2): 375-381. DOI:10.1016/j.vibspec.2007.03.006.

[16] 王慶文. 有機(jī)化學(xué)中的氫鍵問題[M]. 天津: 天津大學(xué)出版社, 1993:236-258.

[17] JEAN K, RENAN M, FAMELART M, et al. Structure and surface properties of the serum heat-induced protein aggregates isolated from heated skim milk[J]. International Dairy Journal, 2006, 16(4): 303-315. DOI:10.1016/j.idairyj.2005.04.001.

[18] MORAND M, GUYOMARC’H F, PEZENNEC S, et al. On how κ-casein affects the interactions between the heat-induced whey protein/κ-casein complexes and the casein micelles during the acid gelation of skim milk[J]. International Dairy Journal, 2011, 21(9): 670-678. DOI:10.1016/j.idairyj.2011.01.012.

[19] 石燕, 劉凡, 葛輝, 等. 微膠囊形成過程中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)變化的紅外光譜分析[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2012, 32(7): 1815-1819.DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2012)07-1815-05.

[20] 閻微. 高壓和熱處理對(duì)蛋黃體系中蛋白質(zhì)的影響[D]. 無錫: 江南大學(xué), 2009: 38-45. DOI:10.7666/d.y1583855.

[21] 顧小紅, 孟旭, 湯堅(jiān). 豆?jié){凝固過程中大豆蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究[J]. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 22(6): 675-678. DOI:10.3969/j.issn.1006-6144.2006.06.013.

[22] 李順, 張聚華, 李秀艷, 等. FT-IR自去卷積法對(duì)絲織物蛋白酰胺Ⅲ帶二級(jí)結(jié)構(gòu)研究初探[J]. 北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2011,31(2): 68-73. DOI:10.3969/j.issn.1001-0564.2011.02.011.

[23] LONG G H, JI Y, PAN H B, et al. Characterization of thermal denaturation structure and morphology of soy glycinin by FTIR and SEM[J]. International Journal of Food Properties, 2015,18(4):763-774. DOI:10.1080/10942912.2014.908206.

[24] 吳黎明, 周群, 周驍, 等. 蜂王漿不同貯存條件下蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的Fourier變換紅外光譜研究[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2009, 29(1): 82-87. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2009)01-0082-06.

[25] 任發(fā)政. 乳蛋白及多肽的結(jié)構(gòu)與功能[M]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社, 2015: 325-335.

[26] GUYOMARC’H F, NONO M, NICOLAI T, et al. Heat-induced aggregation of whey proteins in the presence of κ-casein or sodium caseinate[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(4): 1103-1110.DOI:10.1016/j.foodhyd.2008.07.001.

[27] WIJAYANTI H B, BANSAL N, DEETH H C. Stability of whey proteins during thermal processing: a review[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2014, 13(6): 1235-1251.DOI:10.1111/1541-4337.12105.

[28] 盧雁, 張瑋瑋, 王公軻. FTIR 用于變性蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2008, 28(1): 88-93. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593.2008.01.021.

[29] DICKINSON E, PARKINSON E L. Heat-induced aggregation of milk protein-stabilized emulsions: sensitivity to processing and composition[J]. International Dairy Journal, 2004, 14(7): 635-645.DOI:10.1016/j.idairyj.2003.12.005.

[30] 李楊, 王中江, 王瑞, 等. 不同熱處理?xiàng)l件下大豆分離蛋白的紅外光譜分析[J]. 食品工業(yè)科技, 2016, 37(8): 104-109. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.013.

Effect of Heat Treatments on the Secondary Structure of Milk Proteins Analyzed by Fourier Transform Infrared Spectroscopy

SUN Jiayue1, QIAN Fang1, JIANG Shujuan1, TUO Yanfeng1, MU Guangqing1,2,*
(1. School of Food Science and Technology, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China;2. Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Fourier transform infrared spectroscopy was used to investigate protein conformation changes in pasteurized milk(65 ℃/30 min and 80 ℃/15 s), yoghurt (95 ℃/5 min) and ultra-high temperature sterilized milk (137 ℃/5 s) in comparison with raw milk as a control. The aim was to examine the effect of heat treatments on the secondary structure of milk proteins.The results showed that heat treatments could cause interactions between milk proteins, resulting in damage to the spatial structure of milk proteins and intramolecular hydrogen bonds. Different heat treatment conditions could result in different degrees of red shift of milk protein amide Ⅰ bands to lower wavenumbers, suggesting that intermolecular hydrogen bonds were formed between hydrophobic amino acid residues exposed during denaturation. Meanwhile, the secondary structure composition of milk proteins changed signif i cantly after heat treatments; α-helix content decreased signif i cantly(P ＜ 0.05), random coil content increased signif i cantly (P ＜ 0.05), and both β-sheet and β-turn content decreased after an initial increase, indicating that the ordered structure was partially transformed to random coil. Protein aggregation occurred after thermal denaturation, and β-sheet and β-turn played an important role in the formation of heat-induced protein aggregates.

Fourier transform infrared spectroscopy; heat treatment; milk protein; thermal aggregation; secondary structure

10.7506/spkx1002-6630-201723014

TS252.1

A

1002-6630（2017）23-0082-05

孫佳悅, 錢方, 姜淑娟, 等. 基于紅外光譜分析熱處理對(duì)牛乳蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(23): 82-86.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723014. http://www.spkx.net.cn

SUN Jiayue, QIAN Fang, JIANG Shujuan, et al. Effect of heat treatments on the secondary structure of milk proteins analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy[J]. Food Science, 2017, 38(23): 82-86. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723014. http://www.spkx.net.cn

2016-09-28

遼寧省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（201602053）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD18B04）；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（31501513）；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（31571813）

孫佳悅（1993—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槿槠房茖W(xué)。E-mail：sunjiayue66@163.com

*通信作者：牟光慶（1967—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槿槠房茖W(xué)。E-mail：gq6552002@aliyun.com