許英一 Ying-yi 徐艷霞 - 王 宇

(1. 齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2. 黑龍江省畜牧研究所，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

燕麥(AvenasativaL.)含有多種易被人體吸收的營(yíng)養(yǎng)成分，主要是燕麥膳食纖維、燕麥β-葡萄糖、燕麥蛋白質(zhì)、燕麥抗氧化物質(zhì)及燕麥脂肪等，具有降血脂、降血糖、減肥和美容等多種功能，是較受現(xiàn)代人歡迎的食物之一[1]。國(guó)內(nèi)外栽培的燕麥蛋白質(zhì)含量一般為11.19%～19.85%，其氨基酸均衡且配比合理，籽粒中蛋白含量高于其他谷物[2]。目前，提取蛋白的方法主要有堿提酸沉法[3]和酶法[4]。堿提酸沉法利用蛋白質(zhì)在堿性條件易溶，而在酸性條件達(dá)到其等電點(diǎn)而生成沉淀的性質(zhì)，用堿提酸沉達(dá)到分離或提純的目的，是目前植物蛋白生產(chǎn)中常用的方法，但其缺點(diǎn)是使用了大量的酸和堿。酶法具有水解速度快、提取時(shí)間短、提取率高、不產(chǎn)生污染等優(yōu)點(diǎn)[4]，適合工業(yè)化生產(chǎn)；而且采用酶法水解的方式，可以改善蛋白質(zhì)的功能特性[5]。

燕麥蛋白具有良好的營(yíng)養(yǎng)特性和功能特性，可廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)中。2種提取方法又有各自的優(yōu)點(diǎn)，因此，研究不同方式提取燕麥蛋白的功能特性具有重要意義。目前，中國(guó)關(guān)于燕麥蛋白的研究主要集中于蛋白質(zhì)的提取等方面，以往研究主要以燕麥麩為原料[6-8]，且多數(shù)采用堿提酸沉法[9-12]，對(duì)酶法提取燕麥全粉蛋白的研究很少，而不同提取方法對(duì)燕麥蛋白功能特性的影響還未見報(bào)道。本研究以燕麥全粉為原料，分別對(duì)酶法提取的燕麥蛋白(AOP)和堿提酸沉法提取的燕麥蛋白(EOP)的功能特性進(jìn)行比較分析，更好地了解燕麥蛋白的加工特性，以期為全面開發(fā)燕麥全粉中蛋白質(zhì)資源提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

甜燕麥：1號(hào)，黑龍江省畜牧研究所試驗(yàn)基地；

堿性蛋白酶：酶活力1.0×105U/g，上海源葉生物科技有限公司；

十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate，SDS)：美國(guó)Sigma 公司；

Amino Acids Mixture Standard Solution，Type H：日本W(wǎng)ako公司；

其他化學(xué)試劑：分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

高速藥物粉碎機(jī)：WK-600A型，青州市精誠(chéng)機(jī)械有限公司；

高速組織搗碎機(jī)：DS-1型，上海標(biāo)本模型制造廠；

臺(tái)式低速離心機(jī)：TDL-5-A型，上海安亭科學(xué)儀器廠；

pH計(jì)：PB-10型，賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；

水浴恒溫振蕩器：SHA-C型，常州榮華儀器制造有限公司；

可見分光光度計(jì)：722S型，上海菁華科技儀器有限公司；

全自動(dòng)氨基酸分析儀：L-8900型，日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 脫脂燕麥粉的制備 將新鮮燕麥清理后粉碎，用正己烷按1∶2 (g/mL)比例室溫下振蕩脫脂過(guò)夜，揮干溶劑，備用。

1.3.2 燕麥蛋白的提取

(1) 堿提酸沉法提取燕麥蛋白工藝：

脫脂燕麥粉(80目)→調(diào)漿→稀堿提取[pH 10.0，溫度25 ℃，料水比1∶8(g/mL)，時(shí)間120 min，攪拌速度60 r/min]→離心(4 000 r/min，20 min)→上清液→酸沉(pH 4.0)→沉淀凍干(-85 ℃，48 h)→燕麥蛋白(AOP)

(2) 酶法提取燕麥蛋白工藝：

脫脂燕麥粉(80目)→加水[料液比1∶8 (g/mL)]→酶解(堿性蛋白酶，酶解溫度50 ℃、酶解時(shí)間2.0 h、酶解pH 8.0、酶加量2 g/100 g底物)→滅酶(90 ℃，10 min)→離心(4 000 r/min，10 min)→上清液→酸沉(pH 4.0)→沉淀凍干(-85 ℃，48 h)→燕麥蛋白(EOP)

1.3.3 蛋白含量的測(cè)定 采用凱氏定氮法[13]。

1.3.4 氨基酸含量的測(cè)定 采用離子交換色譜茚三酮柱后衍生法對(duì)氨基酸組成進(jìn)行分析，稱取50 mg凍干的燕麥蛋白，加入6 mol/LHCl后真空封管，于110 ℃條件下水解24 h。用氨基酸自動(dòng)分析儀進(jìn)行分析。參數(shù)設(shè)計(jì)：泵1(洗脫溶液)流速：0.40 mL/min(壓力2.0～14.7 MPa)；泵2(茚三酮溶液)流速：0.35 mL/min(壓力0.2～2.0 MPa)；分析柱溫度：57 ℃；反應(yīng)器溫度：135 ℃；進(jìn)樣體積：20 μL，標(biāo)準(zhǔn)分析時(shí)間：30 min/個(gè)樣。

1.3.5 pH及NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白功能特性的影響

(1) pH對(duì)燕麥蛋白功能特性的影響：在不同pH(2.0，4.0，6.0，8.0，10.0，12.0)條件下，對(duì)2種方法提取的燕麥蛋白進(jìn)行功能特性分析，測(cè)定2種蛋白的溶解性、起泡性和泡沫穩(wěn)定性、乳化性和乳化穩(wěn)定性。

(2) NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白功能特性的影響：在不同NaCl濃度(蒸餾水，0.05，0.10，0.20，0.40，0.60，0.80，1.00 mol/L)條件下，以氮溶解指數(shù)為指標(biāo)，分析2種方法提取的燕麥蛋白的溶解性，同時(shí)，在不同NaCl濃度(蒸餾水，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 mol/L)條件下，分析2種蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性、乳化性和乳化穩(wěn)定性。

1.3.6 燕麥蛋白功能特性測(cè)定

(1) 溶解性：參照文獻(xiàn)[14]。

(2) 起泡性和泡沫穩(wěn)定性：參照文獻(xiàn)[15]33。

(3) 乳化性和乳化穩(wěn)定性：采用濁度法[15]33-34。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥蛋白的蛋白含量及氨基酸組成分析

2.1.1 燕麥蛋白的蛋白含量 AOP和EOP 2種燕麥蛋白的蛋白含量分別為(64.12±2.10)%和(27.38±0.38)%。

2.1.2 燕麥蛋白的氨基酸組成分析 2種不同提取方法的燕麥蛋白(AOP 和 EOP) 的必需氨基酸和非必需氨基酸含量分別見表1、2。氨基酸組成分析見表3。

由表1、2可知，2種燕麥蛋白氨基酸種類都很豐富，8種必需氨基酸齊全，且都含有賴氨酸，攝食燕麥蛋白粉可以彌補(bǔ)中國(guó)傳統(tǒng)膳食結(jié)構(gòu)中賴氨酸的不足。

由表3可知，AOP氨基酸總量為57.27%，EOP氨基酸總量?jī)H為22.82%，說(shuō)明2種提取方法中AOP氨基酸總量明顯高于EOP。但二者的E/T和E/N比值都分別高于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的40%和0.6，因此2種燕麥蛋白均為氨基酸比例均衡的優(yōu)質(zhì)蛋白。

表1 燕麥蛋白中必需氨基酸含量Table 1 Content of essential amino acid in oat protein %

表2 燕麥蛋白中非必需氨基酸含量Table 2 Content of nonessential amino acid in oat protein %

表3 AOP和EOP氨基酸組成比較?Table 3 Comparison of amino acid composition between AOP and EOP

? EAA為必需氨基酸含量；NEAA為非必需氨基酸含量；TAA為總氨基酸含量；E/T為必需氨基酸與總氨基酸含量的比值；E/N為必需氨基酸與非必需氨基酸的比值。

2.2 燕麥蛋白溶解性

2.2.1 pH 對(duì)燕麥蛋白溶解性的影響 EOP與AOP的氮溶解指數(shù)(NSI)在不同pH 下變化趨勢(shì)一致：在接近等電點(diǎn)處(pH為4)NSI 最低，當(dāng)pH大于或小于等電點(diǎn)時(shí)，NSI逐漸增大；在pH為10 時(shí)，兩者的NSI 均達(dá)最大值。燕麥蛋白溶解性隨pH變化規(guī)律與李洋[16]30的研究結(jié)果基本一致。這是由于在等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)分子凈電荷為零，不存在同種電荷互斥現(xiàn)象，分子間的作用力減弱，其顆粒極易碰撞、凝聚而產(chǎn)生沉淀，溶解度最低；溶液的pH 低于或高于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，加強(qiáng)了蛋白質(zhì)與水分子的相互作用，同時(shí)也加強(qiáng)了蛋白質(zhì)鏈之間的相互排斥作用，因此都有利于蛋白質(zhì)水溶性的增加，提高了蛋白的溶解性。從圖1中還可以看出，EOP的溶解性要好于AOP，可能是酶解后產(chǎn)物的親水基團(tuán)羧基和氨基數(shù)目增加，使蛋白質(zhì)的親水作用增強(qiáng)，其溶解性提高。

2.2.2 NaCl 濃度對(duì)燕麥蛋白溶解性的影響 由圖2可知，AOP和EOP在不同NaCl濃度下溶解性均呈先增大后減小的趨勢(shì)，且EOP的溶解性高于AOP。當(dāng)NaCl濃度為0.05 mol/L 時(shí)，AOP 和 EOP 的 NSI 均達(dá)最大值。當(dāng)NaCl濃度大于或小于0.05 mol/L時(shí)，燕麥蛋白的溶解性均減小。主要是因?yàn)榈蜐舛戎行喳}會(huì)使蛋白質(zhì)分子表面的電荷增加，使蛋白質(zhì)的親水作用增強(qiáng)，其溶解性提高，而高濃度中性鹽會(huì)破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì)，其溶解性降低。

圖1 pH對(duì)燕麥蛋白溶解性的影響Figure 1 Effect of pH on the solubility of oat protein

圖2 NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白溶解性的影響Figure 2 Effect of NaCl concentration on the solubility of oat protein

2.3 燕麥蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性

2.3.1 pH 對(duì)燕麥蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響 由圖3可知，在不同pH條件下，AOP的起泡性和泡沫穩(wěn)定性更好。pH對(duì)燕麥蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性影響很大。在蛋白等電點(diǎn)處，起泡性最低，泡沫穩(wěn)定性最好；而隨著pH的增大，燕麥蛋白的起泡性先增加后減小，而泡沫穩(wěn)定性稍有降低，與李洋[16]33-34的研究基本一致。原因可能是偏離蛋白的等電點(diǎn)，燕麥蛋白的溶解性增強(qiáng)，使蛋白黏度下降，從而提高了蛋白的起泡性。

圖3 pH對(duì)燕麥蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Figure 3 Effect of pH on foaming capacity and foam stability of oat protein

2.3.2 NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響 由圖4可知，在不同NaCl濃度下，AOP 的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均好于EOP，AOP和EOP的起泡性和泡沫穩(wěn)定性隨NaCl濃度的升高基本都呈先升高后下降的趨勢(shì)。在NaCl溶液濃度為0.2 mol/L時(shí)，起泡性和泡沫穩(wěn)定性都達(dá)到最大。而隨著NaCl濃度的增大，燕麥蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性都呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)檩^低濃度的鹽溶液溶解性增強(qiáng)，使蛋白黏度下降，可以提高蛋白質(zhì)的起泡性和泡沫穩(wěn)定性；反之將降低蛋白質(zhì)的起泡性和泡沫穩(wěn)定性。

2.4 燕麥蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性

2.4.1 pH 對(duì)燕麥蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響 由圖5可知，在不同pH條件下，EOP的乳化性高于AOP，但AOP的乳化穩(wěn)定性高于EOP。燕麥蛋白的乳化性隨pH增加，呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，等電點(diǎn)處乳化性最低；而乳化穩(wěn)定性的變化規(guī)律正好相反，與李洋[16]36的研究基本一致。這是因?yàn)樵诘入婞c(diǎn)處凈電荷為零，不存在同種電荷互斥，易于在界面達(dá)到最高蛋白質(zhì)載量，并促使高黏性膜的形成，利于乳狀液的穩(wěn)定性，同時(shí)等電點(diǎn)時(shí)溶解性最低，也使其乳化活性降低。

圖4 NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Figure 4 Effect of NaCl concentration on foaming capacity and foam stability of oat protein

圖5 pH對(duì)燕麥蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Figure 5 Effect of pH on emulsifying property and emulsion stability of oat protein

2.4.2 NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響 從圖6可以看出，在不同NaCl濃度條件下，EOP的乳化性和乳化穩(wěn)定性均高于AOP。因?yàn)檠帑湹鞍酌附夂螅淙芙庑栽龃?，利于蛋白質(zhì)迅速擴(kuò)散而降低了油水界面的自由能，所以乳化性有所改善。AOP和EOP的乳化性隨NaCl濃度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在濃度為0.2 mol/L時(shí)，兩者的乳化性最高，而乳化穩(wěn)定性隨NaCl濃度的增加而逐漸降低。

圖6 NaCl濃度對(duì)燕麥蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Figure 6 Effect of NaCl concentration on emulsifying property and emulsion stability of oat protein

3 結(jié)論

(1) 對(duì)2種方法提取的燕麥蛋白的蛋白質(zhì)含量和氨基酸組成進(jìn)行分析，結(jié)果表明，AOP的蛋白含量和氨基酸總量明顯高于EOP，二者的E/T和E/N比值都分別高于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的40%和0.6，因此2種燕麥蛋白均為優(yōu)質(zhì)植物蛋白，且AOP蛋白質(zhì)量?jī)?yōu)于EOP。

(2) 2種方法制備的燕麥蛋白的功能特性有較大差異。AOP的起泡性、泡沫穩(wěn)定性、乳化穩(wěn)定性及氨基酸總量均高于EOP，由于AOP具有良好的起泡性，因此AOP更適合添加于冷凍食品、蛋糕、餅干及奶糖中；而EOP的溶解性和乳化性高于AOP，由于EOP更易在脂肪球和水之間形成一層界面膜以防止乳狀液分層及凝聚沉淀，因此EOP更易應(yīng)用于人造黃油、海鮮食品、冰淇淋及蛋糕中。

[1] 張雪瑩, 翟愛華. 酶解法對(duì)燕麥蛋白水解性的影響[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào), 2017, 23(6): 32-33, 130.

[2] 喬瑤瑤, 趙武奇, 胡新中, 等. 近紅外光譜技術(shù)檢測(cè)燕麥中蛋白質(zhì)含量[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2016, 31(8): 138-142.

[3] 朱效兵, 石晶紅, 郭瑞, 等. 超聲處理結(jié)合堿提酸沉法提取葵花粕蛋白的工藝研究[J]. 食品工業(yè), 2017, 38(8): 95-99.

[4] 梅鑫東, 曾江南, 蔣柏泉. 酶法提取魚鱗膠原蛋白的工藝優(yōu)化[J]. 食品與機(jī)械, 2014, 30(6): 156-159.

[5] 陸啟明, 陳志成, 何愛麗. 玉米淀粉加工副產(chǎn)物玉米蛋白粉的應(yīng)用與開發(fā)[J]. 食品安全質(zhì)量檢測(cè)學(xué)報(bào), 2018, 9(3): 467-474.

[6] 郭增旺, 陸濤, 韓闖, 等. 磁化水法提取燕麥麩皮蛋白工藝參數(shù)的研究及分子量測(cè)定[J]. 中國(guó)食品添加劑, 2016(7): 193-199.

[7] 王長(zhǎng)遠(yuǎn), 全越, 李玉瓊, 等. 燕麥麩皮球蛋白的糖基化結(jié)構(gòu)修飾及功能性變化[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(9): 143-148.

[8] 張民, 王嬋, 畢華, 等. 裸燕麥麩皮蛋白的提取工藝及理化性質(zhì)研究[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2012, 28(11): 1 495-1 499.

[9] 管驍, 姚惠源, 陳正行. 堿提酸沉法制備燕麥麩濃縮蛋白的工藝及其改進(jìn)[J]. 糧食與飼料工業(yè), 2006(4): 22-24, 27.

[10] 張杰, 李洋, 韓小賢, 等. 燕麥蛋白的堿法提取工藝及其提純研究[J]. 食品與機(jī)械, 2012, 28(4): 121-124.

[11] 劉建壘, 郝利平. 影響堿提酸沉法提取燕麥蛋白因素的分析[J]. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2013, 33(5): 429-435.

[12] 管驍, 姚惠源, 陳正行. 燕麥麩皮濃縮蛋白提取工藝研究[J]. 糧食與油脂, 2005(12): 17-19.

[13] 王永華. 食品分析[M]. 2版. 北京: 中國(guó)輕工業(yè)出版社, 2011: 119-122.

[14] 陳麗麗, 白春清, 袁美蘭, 等. 草魚多肽功能性質(zhì)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 34(5): 33-42.

[15] 孫曉宏. 反膠束法萃取小麥胚芽蛋白的研究[D]. 無(wú)錫: 江南大學(xué), 2008.

[16] 李洋. 燕麥蛋白分離提純工藝及功能性研究[D]. 鄭州: 河南工業(yè)大學(xué), 2012.