,*

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南省全谷物小麥制品加工國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,河南省全谷物鮮食加工工程技術(shù)研究中心,河南鄭州 450002; 2.鄭州大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院,河南鄭州 450001; 3.淮陽(yáng)縣金農(nóng)實(shí)業(yè)有限公司,河南淮陽(yáng) 466700; 4.民權(quán)縣科農(nóng)食品貿(mào)易有限公司,河南民權(quán) 476800; 5.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江蘇南京 210014；6.江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇連云港 222000)

隨著全球人口劇增,人們對(duì)蛋白質(zhì)的需求量不斷增加。苜蓿葉可溶性蛋白、核桃分離蛋白、馬鈴薯分離蛋白等許多新型蛋白資源已被人們開發(fā)利用[1-3],新型植物蛋白資源開發(fā)、提高優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)的利用率已經(jīng)成為全球性的發(fā)展方向。

青麥仁是已長(zhǎng)飽滿、還處于乳熟期的小麥粒,色澤碧綠,口感獨(dú)特,富含蛋白質(zhì),是一種深受大眾喜愛、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的全谷物食品[4]。鮮食青麥仁蛋白的能量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值明顯優(yōu)于大多數(shù)植物蛋白質(zhì),是優(yōu)質(zhì)價(jià)廉的天然氮源,具有廣闊的發(fā)展前景[5]。我國(guó)小麥資源豐富,2019年產(chǎn)量約13106萬(wàn)噸,居世界前列。目前對(duì)小麥的研究主要集中于面粉的開發(fā)利用及面制品品質(zhì)的改良方面[6-8],而對(duì)鮮食青麥仁的研究還鮮有報(bào)道。青麥仁通常作為全谷物鮮食菜肴在餐桌上食用,對(duì)其功能性營(yíng)養(yǎng)因子的綜合性開發(fā)及利用研究相對(duì)較少。目前,主要集中在加工工藝的開發(fā)上[9-11],通過(guò)對(duì)青麥仁分離蛋白理化特性及加工特性的研究,將其作為一種新型優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)資源的開發(fā),對(duì)于提高其附加值、發(fā)展可循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有十分重要的意義。

本論文以青麥仁為原料制備優(yōu)質(zhì)分離蛋白,提取分離清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,對(duì)4種蛋白表面微觀結(jié)構(gòu)及青麥仁組分進(jìn)行分析,并研究分離蛋白的分子量分布及氨基酸組成、理化性質(zhì)、持水性、持油性、乳化性、起泡性,為青麥仁分離蛋白質(zhì)的進(jìn)一步開發(fā)及應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青麥仁(百農(nóng)201) 河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所提供;石油醚(30～60 ℃)、濃硫酸、濃鹽酸(鹽酸濃度36%～38%)、甲醇、冰醋酸、無(wú)水乙醇、氯仿、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、氫氧化鈉、消化片、無(wú)水亞硫酸鈉、氯化鈉、磷酸二氫鉀、十二烷基硫酸鈉、三羥甲基氨基甲烷等 均為國(guó)產(chǎn)分析純。

DHG-9240A鼓風(fēng)干燥箱 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;SOX500脂肪測(cè)定儀 山東海能科學(xué)儀器有限公司;TC-4-10陶瓷纖維爐 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;JW1042低速離心機(jī) 安徽嘉文儀器裝備有限公司;K110全自動(dòng)凱氏定氮儀 山東海能科學(xué)儀器有限公司;A300全自動(dòng)氨基酸分析儀 德國(guó)曼默博爾;Quanta250FEG掃描電子顯微鏡 美國(guó)FEI;DYCZ-24DN電泳儀、DYY-6C型電泳儀電源、WD-9413B型凝膠成像分析系統(tǒng) 北京六一生物科技有限公司;SK-R330-Pro數(shù)顯型翹板搖床 北京大龍興創(chuàng)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;800Y多功能粉碎機(jī) 永康市鉑歐五金制品有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品脫脂處理 參照MacRitchie等[12]的方法,略有改動(dòng)。青麥仁冷凍干燥后,用多功能粉碎機(jī)粉碎成粉末,過(guò)60目篩。稱取一定量青麥仁粉和氯仿在室溫下按照1∶2混合,電子攪拌器攪拌5 min,懸浮液用布氏漏斗抽濾,殘余青麥仁粉重復(fù)此程序3次。脫脂青麥仁粉放置通風(fēng)櫥中,室溫自然晾干,直至無(wú)氯仿氣味。

1.2.2 青麥仁分離蛋白的制備 參考Hettiarachchy等[13]、朱科學(xué)等[14]和葛毅強(qiáng)等[15]的方法,略有改動(dòng)。脫脂后的100 g青麥仁粉與0.5 mol/L氯化鈉溶液按1∶10的料液比混合,室溫?cái)嚢? h,待粉末充分潤(rùn)濕后用1 mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)pH至9,繼續(xù)攪拌30 min并保持溶液pH不變。而后在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心30 min,收集上清液,對(duì)殘?jiān)M(jìn)行再次提取后與第一次收集的上清液合并,余下殘?jiān)鼦壢ァＩ锨逡河?.0 mol/L鹽酸調(diào)pH至蛋白的等電點(diǎn),室溫?cái)嚢?0 min,靜置20 min,在4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心30 min,棄去上清液收集沉淀,冷凍干燥后得到分離蛋白。

1.2.3 青麥仁分離蛋白中四種蛋白測(cè)定 根據(jù)Osborne[16]的分類法,青麥仁中所含的蛋白質(zhì)可分為清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白及麥谷蛋白。結(jié)合王艷玲[17]和楊帆[18]的方法,四種蛋白的含量測(cè)定方法如下:

清蛋白含量的測(cè)定:稱取1 g青麥仁蛋白置于燒杯中加入20 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆?45 ℃攪拌2 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質(zhì)含量。沉淀物蒸餾水洗滌后作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的原料。

球蛋白含量的測(cè)定:清蛋白提取后的沉淀物加入10 mL 5%亞硫酸鈉溶液,45 ℃攪拌1.5 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質(zhì)含量。沉淀物用蒸餾水洗滌后作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的原料。

麥醇溶蛋白含量的測(cè)定:在球蛋白提取后的沉淀物中加入8 mL的70%乙醇溶液,50 ℃攪拌20 min,在4000 r/min條件下離心20 min,殘?jiān)M(jìn)行再次提取,合并兩次離心獲得的上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質(zhì)含量。沉淀物作為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的原料。

麥谷蛋白含量的測(cè)定:向麥醇溶蛋白提取后的沉淀物中加入8 mL 0.04%氫氧化鈉溶液,50 ℃攪拌1.5 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質(zhì)含量。

1.2.4 分離蛋白的純度測(cè)定 以脫脂后的青麥仁粉為原料,利用等電點(diǎn)離心沉淀法進(jìn)行制備,通過(guò)蛋白純度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式如下:

式(1)

式中:m為得到的蛋白的質(zhì)量,g;W1為得到的蛋白含蛋白量,%;M為提取蛋白消耗的樣品粉質(zhì)量,g;W2為提取蛋白消耗的樣品粉含蛋白量,%。

1.2.5 青麥仁分離蛋白微觀結(jié)構(gòu)的觀察 剪取適量靜電雙面膠帶貼在掃描電鏡載物臺(tái)上,取過(guò)100目篩的樣品適量,均勻平鋪較薄一層于已貼好靜雙面膠上,放入鍍金器中真空鍍金。在電壓20 kV、15 Pa低真空模式下,用掃描電子顯微鏡觀察分離蛋白在10000倍下的表面形態(tài)特征。

1.2.6 青麥仁基本成分的測(cè)定 蛋白質(zhì)的測(cè)定方法參照GB/T 5009.5-2016;淀粉的測(cè)定方法參照GB/T 5009.9-2016;脂肪的測(cè)定方法參照GB/T 5009.6-2016;膳食纖維的測(cè)定方法參照GB/T 5009.88-2014;灰分的測(cè)定方法參照GB/T 5009.4-2016。

1.2.7 青麥仁分離蛋白十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)電泳 采用12%分離膠、5%濃縮膠對(duì)青麥仁分離蛋白進(jìn)行SDS-PAGE電泳分析;1 mg樣品溶于1 mL 1(上樣緩沖液中,沸水煮8 min,冷卻后上樣。恒定電流15 mA,電泳約40 min;待溴酚藍(lán)進(jìn)入分離膠后,恒定電流調(diào)至25 mA,電泳約80 min,待溴酚藍(lán)距凝膠邊緣約5 mm時(shí),停止電泳;用考馬斯亮藍(lán)R250對(duì)膠體進(jìn)行染色2 h后,放到翹班搖床進(jìn)行均勻脫色,多次更換脫色液,直至蛋白條帶清晰,用凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行電泳圖譜拍攝[19]。

1.2.8 青麥仁分離蛋白的氨基酸分析 參考溫青玉等[20]方法進(jìn)行測(cè)定。準(zhǔn)確稱取一定量的樣品(100 mg)置安瓿瓶中并加入6 mol/L HCl 10 mL。氮吹儀吹氮5 min左右。手持式噴燈封口,確認(rèn)密封后置110 ℃烘箱水解24 h。冷卻至室溫后開封,將水解液轉(zhuǎn)移至50 mL燒杯,超純水沖洗水解管3次,LiOH調(diào)節(jié)濾液至pH=2.2后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶,超純水沖洗燒杯3次合并濾液,用超純水定容至50 mL。取容量瓶中溶液用樣品稀釋液(稀釋比例1∶1),后經(jīng)0.22 μm有機(jī)系針頭濾膜過(guò)濾后,放置A300全自動(dòng)氨基酸分析儀自動(dòng)進(jìn)樣器上進(jìn)樣分析。

1.2.9 分離蛋白等電點(diǎn)的測(cè)定 結(jié)合董銀卯等[21]和郭娜等[22]的方法,準(zhǔn)確稱取青麥仁分離蛋白9份,用去離子水配制1%(m/V)蛋白溶液20 mL,用1.0 mol/L HCl和NaOH調(diào)溶液pH為4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8的序列,然后磁力攪拌1 h,4000 r/min轉(zhuǎn)速下離心20 min,稱量沉淀的質(zhì)量,以pH為橫坐標(biāo),沉淀質(zhì)量為縱坐標(biāo),繪出沉淀質(zhì)量-pH的關(guān)系圖。沉淀質(zhì)量最大pH即為蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)。

1.2.10 青麥仁分離蛋白溶解度的測(cè)定 參考樸金苗等[23]測(cè)定方法,將1～2 g青麥仁分離蛋白溶于100 mL蒸餾水中,而后用0.5 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L鹽酸分別調(diào)節(jié)pH至2、3、4、5、6、7、8、9、10,室溫振蕩1 h,4000 r/min離心20 min,取上清液,使用凱氏定氮法測(cè)定上清液中氮含量。溶解度表示為上清液中氮含量與樣品中總的氮含量的百分比。

式(2)

1.2.11 青麥仁分離蛋白持水性、持油性的測(cè)定 參考王振斌等[24]和孫媛[25]測(cè)定方法。稱取0.25 g青麥仁分離蛋白于離心管中,加入25 mL蒸餾水(食用油),充分振蕩、混勻后,置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中,設(shè)置溫度40 ℃,時(shí)間30 min,轉(zhuǎn)速120 r/min。結(jié)束后在4000 r/min的離心機(jī)離心15 min,倒掉上層未吸附的水(食用油),稱重,計(jì)算每克蛋白質(zhì)樣品的持水性(持油性)。以小麥蛋白為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn),操作方法同上。

式(3)

式中:W0為蛋白樣品的質(zhì)量,g;W1為離心管加樣品的總質(zhì)量,g;W2為離心后離心管加沉淀的總質(zhì)量,g。

1.2.12 青麥仁分離蛋白起泡性與泡沫穩(wěn)定性的測(cè)定 蛋白液濃度對(duì)蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響:用pH為7的磷酸鹽緩沖液配制濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的蛋白液,測(cè)其起泡性及泡沫穩(wěn)定性。pH對(duì)蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響:將濃度為0.2%的蛋白液調(diào)pH至2、4、6、8、10、12,然后測(cè)起泡性及泡沫穩(wěn)定性。

參考李濤[26]的方法。用青麥仁分離蛋白配制一定濃度的蛋白液100 mL,用迷你輔食料理機(jī)攪打1 min后馬上倒入250 mL量筒,讀取泡沫體積V0后計(jì)算起泡性,靜置60 min后讀取體積V60后計(jì)算泡沫穩(wěn)定性。

式(4)

式(5)

式中:V0為0 min的泡沫體積,mL;V60為60 min的泡沫體積,mL。

1.2.13 青麥仁分離蛋白乳化性與乳化穩(wěn)定性的測(cè)定 蛋白液濃度對(duì)蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響:用pH為7的磷酸鹽緩沖液配制濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的蛋白液,測(cè)其乳化性及乳化穩(wěn)定性。pH對(duì)蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響:將濃度為0.2%的蛋白液調(diào)pH至2、4、6、8、10,12,然后測(cè)乳化性及乳化穩(wěn)定性。

參考Pearce等[27]的方法,用青麥仁分離蛋白配制一定濃度的蛋白液20 mL,與25 mL食用油在迷你輔食料理機(jī)中乳化1 min。制備好的乳化液迅速倒入小燒杯中,立即從燒杯底部取100 μL乳化液于試管中,加入 4.9 mL 0.1%(w/v)SDS稀釋,混勻后測(cè)量500 nm的吸光值(A0)。靜置10 min重新取樣測(cè)定吸光值(A10)。

乳化性(EC)=A0

式(6)

式(7)

式中:A0為0 min的吸光度值;A10為10 min的吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)均為3次實(shí)驗(yàn)的平均值,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS statistics 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理,顯著性比較采用單因素方差分析,當(dāng)P<0.05時(shí)表示數(shù)據(jù)間具有顯著性差異。采用Origin 8.0進(jìn)行繪圖處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 青麥仁分離蛋白基本成分分析

小麥蛋白分為清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白及麥谷蛋白,由表1可以看出,青麥仁和小麥分離蛋白的純度分別為純度82.87%和83.24%,各組分含量分別為清蛋白60.1%和16.0%、球蛋白3.7%和11.2%、麥醇溶蛋白2.9%和27.4%、麥谷蛋白3.2%和36.8%、其它蛋白30.1%和8.6%。通過(guò)對(duì)比分析,青麥仁分離蛋白和小麥分離蛋白在四種蛋白組成上存在不同,這說(shuō)明其理化性質(zhì)和功能特性具有一定的差異性。

表1 青麥仁分離蛋白的組成(%)Table 1 Composition of protein isolatedfrom green wheat kernel(%)

2.2 青麥仁分離蛋白電鏡分析

青麥仁分離蛋白中的清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的顆粒表面形態(tài)存在較大差異,利用掃描電子顯微鏡在10000倍數(shù)下觀察,結(jié)果顯示見圖1。清蛋白呈山脊?fàn)?表面細(xì)致多層,局部有小孔;球蛋白表面疏松,構(gòu)象無(wú)規(guī)則;麥醇溶蛋白表面凸起,由結(jié)構(gòu)緊密的多層片狀構(gòu)成;麥谷蛋白表面光滑,表現(xiàn)為多孔的片狀結(jié)構(gòu)。

圖1 青麥仁分離蛋白的環(huán)境掃描電鏡圖(10000×)Fig.1 ESEM images of protein isolatefrom green wheat kernel(10000×)

2.3 青麥仁基本成分分析

青麥仁和小麥中蛋白、淀粉、脂肪、膳食纖維及灰分等組分含量見表2。青麥仁和小麥的總蛋白含量分別為11.21%和11.70%,基本無(wú)差別,這說(shuō)明乳熟后期、蠟熟期的青麥仁蛋白表達(dá)基本完成;青麥仁和小麥的淀粉含量分別為55.86%和59.25%,這說(shuō)明青麥仁后期脫水過(guò)程中淀粉含量會(huì)繼續(xù)增加;青麥仁和小麥的脂肪含量分別為1.15%和1.43%,這說(shuō)明小麥胚的形成及脂肪的富集都在小麥成熟的后期完成;青麥仁和小麥的膳食纖維含量分別為11.79%和11.24%,說(shuō)明乳熟后期的青麥仁的膳食纖維還沒有完全木質(zhì)化;青麥仁和小麥的灰分含量分別為1.30%和1.48%,說(shuō)明在小麥脫水過(guò)程中仍然會(huì)有礦物質(zhì)的富集。通過(guò)和成熟小麥組成的對(duì)比分析,青麥仁可以作為一種新型優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)資源進(jìn)行開發(fā)。

表2 青麥仁和小麥的基本成分Table 2 Basic components of greenwheat kernel and wheat table

2.4 青麥仁分離蛋白SDS-PAGE電泳分析

SDS-PAGE電泳采用12%分離膠、5%濃縮膠對(duì)青麥仁分離蛋白進(jìn)行分析,用Alphalmager HP凝膠成像系統(tǒng)拍照得到的電泳圖譜如圖2所示。

圖2 青麥仁分離蛋白的電泳圖Fig.2 Electrophoretogram of protein isolatefrom green wheat kernel注:1:蛋白Marker;2:青麥仁分離蛋白。

青麥仁分離蛋白共呈現(xiàn)12條譜帶。由蛋白Marker分子量對(duì)數(shù)與相對(duì)遷移率(此處相對(duì)遷移率指電泳譜帶到電泳前沿的距離,清蛋白譜帶相對(duì)遷移率與之相同)作標(biāo)準(zhǔn)曲線,蛋白Marker分子量對(duì)數(shù)與相對(duì)遷移率關(guān)系式y(tǒng)=-0.0048x3+0.0717x2-0.4235x+5.4152,R2=0.9985。將青麥仁分離蛋白條帶相對(duì)遷移率帶入公式,得到青麥仁分離蛋白分子量對(duì)數(shù),進(jìn)而得到青麥仁分離蛋白分子量見表3。青麥仁分離蛋白12條譜帶分子量由小到大排列分別為14.40、24.70、26.22、34.53、36.41、44.50、48.55、53.65、65.55、71.98、79.71、100.45 kDa。

表3 SDS-PAGE青麥仁分離蛋白分子量表Table 3 SDS-PAGE protein isolate molecular weight of green wheat kernel table

2.5 青麥仁分離蛋白的氨基酸分析

由于本實(shí)驗(yàn)采用酸水解法,因此色氨基酸含量無(wú)法進(jìn)行分析檢測(cè),其它種類的氨基酸含量測(cè)定結(jié)果如表4所示。青麥仁分離蛋白中氨基酸含量豐富,種類齊全,其中谷氨酸的含量最高,達(dá)38.3%。谷氨酸不僅屬于鮮味氨基酸,在醫(yī)學(xué)上谷氨酸還用于治療肝性昏迷,改善兒童智力發(fā)育。亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸統(tǒng)稱支鏈氨基酸(BCAA),一起合作修復(fù)肌肉,控制血糖,并給身體組織提供能量,是最重要和最有效的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)劑。青麥仁分離蛋白必須氨基酸中亮氨酸含量最高，占總氨基酸的8.3%,異亮氨酸為3.4%,蛋氨酸最少為1%,纈氨酸未檢出。青麥仁分離蛋白中必需氨基酸占總氨基酸的比例為24.2%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為29∶83。

表4 青麥仁分離蛋白的氨基酸組成和含量Table 4 Amino acid composition andcontent of isolated protein table

表5結(jié)果顯示,青麥仁分離蛋白氨基酸含量豐富。從評(píng)分來(lái)看,根據(jù)氨基酸評(píng)分,青麥仁分離蛋白中第一限制性氨基酸為纈氨酸,第二限制性氨基酸為賴氨酸。蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸含量較高,其它接近FAO/WHO計(jì)分模式,說(shuō)明青麥仁分離蛋白中必需氨基酸含量基本符合FAO/WHO模式。從化學(xué)評(píng)分看,第一限制性氨基酸為纈氨酸,第二限制性氨基酸為賴氨酸。

表5 分離蛋白中必須氨基酸含量及評(píng)分Table 5 Essential amino acid composition and scoring of isolated protein table

2.6 青麥仁分離蛋白的等電點(diǎn)

蛋白質(zhì)是兩性物質(zhì),在等電點(diǎn)時(shí),蛋白質(zhì)聚集、沉淀,因此常選取蛋白質(zhì)等電點(diǎn)處pH來(lái)進(jìn)行蛋白質(zhì)沉淀[18]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示,青麥仁分離蛋白沉淀質(zhì)量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì),在pH4.8～5.4之間,沉淀質(zhì)量并無(wú)顯著差異(P>0.05)。在pH5.0左右沉淀質(zhì)量最大,為0.381 g,此時(shí)蛋白質(zhì)的靜電斥力最小,有盡可能多的蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚而沉淀,有此可以推斷青麥仁分離蛋白的最佳沉淀點(diǎn)在5.0左右,這與小麥分離蛋白等電點(diǎn)(pH5.2)具有一定的差異性[20]。等電點(diǎn)的差異性也可以解釋它們各自組分的差異性,并在實(shí)驗(yàn)中也證實(shí)了青麥仁分離蛋白中沒有面筋蛋白,這說(shuō)明青麥仁分離蛋白是具有一定特殊性的優(yōu)質(zhì)蛋白來(lái)源。

圖3 分離蛋白的等電點(diǎn)Fig.3 Isoelectric point of the isolated protein

2.7 青麥仁分離蛋白的功能特性

2.7.1 青麥仁分離蛋白的溶解度 溶解度是考察蛋白質(zhì)溶解性的一個(gè)重要的功能性指標(biāo),受pH、離子強(qiáng)度、有機(jī)溶劑等因素的影響[27]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示,青麥仁分離蛋白溶解性先降低后升高,在pH6溶解度最低,與其它pH的溶解度存在顯著差異(P<0.05),這與它們的等電點(diǎn)比較接近有很大關(guān)系;在蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)處,正負(fù)電荷數(shù)相等,靜電斥力降低,蛋白質(zhì)發(fā)生凝聚而沉淀,溶解度最小;離開等電點(diǎn),蛋白的溶解度都明顯增加,當(dāng)pH小于2或者大于8時(shí),大部分蛋白成溶解狀態(tài)。

圖4 分離蛋白在不同pH下的溶解度Fig.4 Solubility of isolated protein at different pH

2.7.2 青麥仁分離蛋白的持水性和持油性 蛋白的持水性是指蛋白與水分子的結(jié)合能力,在蛋白食品的加工過(guò)程當(dāng)中起著非常重要的作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示,青麥仁分離蛋白的持水性為2.02 g·g-1,持油性為7.18 g·g-1;通過(guò)和小麥分離蛋白的持水性和持油性進(jìn)行對(duì)比分析能夠看出,青麥仁分離蛋白持油性較好,持水性稍差。據(jù)此可將其應(yīng)用到肉制品、烘焙制品、油炸食品等食品的生產(chǎn)中。

表6 分離蛋白的持水性和持油性Table 6 Water holding capacity andoil holding capacity of the isolated protein

2.7.3 起泡性與泡沫穩(wěn)定性 蛋白濃度對(duì)青麥仁分離蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響見圖5所示。青麥仁分離蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性隨蛋白液濃度(0.2%～0.6%)的增大而增強(qiáng),存在顯著差異(P<0.05);當(dāng)?shù)鞍诐舛冗_(dá)到0.6%時(shí),蛋白的起泡性最大,穩(wěn)定性最佳,隨后差異不顯著(P>0.05);這是由于蛋白液濃度增大,溶解的蛋白質(zhì)增多,蛋白發(fā)泡力呈現(xiàn)增加的趨勢(shì),起泡性也就隨之增強(qiáng),維持泡沫穩(wěn)定的蛋白量增多,泡沫穩(wěn)定性增強(qiáng)。

圖5 蛋白濃度對(duì)起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of protein concentrationon foaming properties and foam stability

pH對(duì)蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響如圖6所示。隨pH增大,青麥仁分離蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性先減小后增大,在pH為6時(shí)起泡性最低,和其他pH時(shí)存在顯著差異(P<0.05);而起泡穩(wěn)定性在pH4、6、8無(wú)顯著差異(P>0.05)。蛋白的起泡性與其溶解度有關(guān),溶解度在pH為6時(shí)較小,可溶性蛋白量最小,不溶性蛋白較多,起泡性就差,蛋白維持泡沫穩(wěn)定的能力也就差一些。在遠(yuǎn)離pH6的酸性和堿性范圍內(nèi),起泡性都較好,主要是因?yàn)閜H高于或低于等電點(diǎn),蛋白質(zhì)在溶液中是處于伸展?fàn)顟B(tài),有利于其快速分散到空氣與水界面包埋空氣顆粒,從而改變蛋白質(zhì)的起泡性。

圖6 pH對(duì)蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of pH on foaming propertiesand foam stability of protein

2.7.4 乳化性與乳化穩(wěn)定性 分離蛋白液濃度對(duì)蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響結(jié)果如圖7所示。青麥仁分離蛋白的乳化性隨蛋白濃度增加而增加,主要因?yàn)殡S著蛋白液濃度增大會(huì)使界面膜的厚度增大,膜的強(qiáng)度也因此提高,乳化性也就越來(lái)越大;青麥仁分離蛋白的乳化性隨蛋白濃度增大而增加,達(dá)到0.8%后,蛋白乳化性變化不大,蛋白濃度在0.2%～0.6%和0.6%～1.4%時(shí)均沒有顯著差異(P>0.05)。青麥仁分離蛋白的乳化穩(wěn)定性隨著蛋白濃度增大而增強(qiáng),達(dá)到0.8%之后,蛋白的乳化性穩(wěn)定性變化不大,無(wú)顯著差異性(P>0.05);這說(shuō)明在一定范圍內(nèi),蛋白液濃度越大,蛋白的乳化穩(wěn)定性就越大。

圖7 蛋白濃度對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of concentration on emulsifyingand emulsifying stability of protein

不同pH對(duì)蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響結(jié)果如圖8所示。青麥仁分離蛋白的乳化性先下降后上升趨勢(shì),在pH4、6、8時(shí)乳化性差異不顯著(P>0.05);在pH6時(shí)乳化性最差,在pH12時(shí)的乳化性較好,說(shuō)明堿性條件下蛋白的乳化性較好。這與蛋白的溶解性有密切關(guān)系,許多蛋白均有“等電點(diǎn)附近乳化性差,偏離等電點(diǎn)乳化性增強(qiáng)”的規(guī)律。這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在它的表面性質(zhì)起作用之前必須先溶解和移動(dòng)到表面,不溶性的蛋白對(duì)乳化作用的貢獻(xiàn)很小,因此蛋白質(zhì)的乳化性質(zhì)和溶解度之間通常呈正相關(guān)。青麥仁分離蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增大先下降后上升,在pH為6時(shí)最差,與pH2、10、12存在顯著差異(P<0.05);pH低于6時(shí),蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增加而減少;pH高于6時(shí),蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增加而增加;這是因?yàn)閜H首先影響了蛋白的溶解性,而溶解的蛋白的乳化性質(zhì)又依賴于乳化液中的親油-親水基的動(dòng)態(tài)平衡[28]。

圖8 pH對(duì)蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of pH on emulsifyingand emulsifying stability of protein

3 結(jié)論

青麥仁中清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白、麥谷蛋白及其它蛋白的含量分別為60.1%、3.7%、2.9%、3.2%、30.1%,其中麥醇溶蛋白和麥谷蛋白遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于成熟小麥,導(dǎo)致后期加工過(guò)程中無(wú)法形成面筋網(wǎng)絡(luò)。掃描電鏡分析表明:清蛋白呈山脊?fàn)?表面細(xì)致多層,局部有小孔;球蛋白表面疏松,構(gòu)象無(wú)規(guī)則;麥醇溶蛋白表面凸起,由結(jié)構(gòu)緊密的多層片狀構(gòu)成;麥谷蛋白表面光滑,為多孔片狀結(jié)構(gòu)。通過(guò)青麥仁的蛋白、淀粉、脂肪、膳食纖維及灰分等組分分析,說(shuō)明小麥在乳熟后期、蠟熟期基本上是灌漿完成,此時(shí)青麥仁分離蛋白中有分子量為14.40、24.70、26.22、34.53、36.41、44.50、48.55、53.65、65.55、71.98、79.71、100.45 kDa的12種蛋白和蛋白亞基。青麥仁中谷氨酸含量為38.3%,必需氨基酸占總氨基酸的比為24.2%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為29∶83。

青麥仁蛋白的等電點(diǎn)為5.0,pH6時(shí)溶解度最低,持水性為2.02 g·g-1,持油性為7.18 g·g-1,說(shuō)明青麥仁分離蛋白持油性較好,持水性稍差,可以將其應(yīng)用到肉制品、烘焙制品、油炸食品等食品的生產(chǎn)中。青麥仁分離蛋白濃度0.6%時(shí),起泡性最大,泡沫穩(wěn)定性最佳;濃度達(dá)到0.8%之后,蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性變化不大,無(wú)顯著差異性(P>0.05);pH6時(shí),起泡性最小,泡沫穩(wěn)定性最差;pH為6時(shí)乳化性和乳化穩(wěn)定性均最差;這些結(jié)果可以為下一步青麥仁分離蛋白的應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

綜合分析,青麥仁分離蛋白是一種優(yōu)良的植物蛋白資源,和其它谷物混合食用可以起到營(yíng)養(yǎng)互補(bǔ)作用,提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值;具有優(yōu)良的持油性、乳化性、起泡性、穩(wěn)定性等特殊的功能特性,為其進(jìn)一步應(yīng)用開發(fā)提供廣闊的市場(chǎng)前景。