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        杏鮑菇谷蛋白理化性質(zhì)及功能特性研究

        2020-08-24 01:01:54耿正瑋樊林娟張?jiān)伱?/span>程艷芬馮翠萍
        食品研究與開發(fā) 2020年14期
        關(guān)鍵詞:谷蛋白等電點(diǎn)巰基

        耿正瑋,樊林娟,張?jiān)伱?,程艷芬,馮翠萍,*

        (1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,山西晉中030801;2.臨汾市國有企業(yè)監(jiān)事會(huì),山西臨汾041000)

        杏鮑菇又名刺芹側(cè)耳,是歐洲南部、非洲北部以及中亞地區(qū)高山、草原、沙漠地帶的一種品質(zhì)優(yōu)良的大型肉質(zhì)傘菌,其味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富,對(duì)人體具有抗衰老[1]、抗氧化[2]、抗病毒[3]、抗腫瘤[4]等生理功效。杏鮑菇中的蛋白質(zhì)含量約12.4%~35%,8種必需氨基酸齊全,是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的食用菌[5]。魏君慧等[6]采用Osborne法分離杏鮑菇中的主要蛋白組分,并研究其理化性質(zhì)和功能特性。陳雪洋等[7]通過干燥、粉碎、堿提、酸沉、回調(diào)、凍干等工藝提取杏鮑菇蛋白質(zhì),并對(duì)其功能特性進(jìn)行了分析。本課題組前期試驗(yàn)結(jié)果表明:杏鮑菇中谷蛋白含量占總蛋白含量的30.71%,關(guān)于谷蛋白的理化性質(zhì)和功能特性鮮見報(bào)道。因此,本試驗(yàn)以杏鮑菇粉為原料,采用Osborne法分離出杏鮑菇谷蛋白,對(duì)其分子量、二級(jí)結(jié)構(gòu)、巰基含量、變性溫度及氨基酸組成進(jìn)行測(cè)定,并研究離子強(qiáng)度、溫度、pH值、蔗糖濃度對(duì)其功能特性的影響,為杏鮑菇谷蛋白質(zhì)在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        杏鮑菇粉:山西農(nóng)業(yè)大學(xué)食用菌中心提供;考馬斯亮藍(lán)G-250染料試劑:上海源葉生物科技有限公司;5,5,-二硫雙(2-硝基苯甲酸)[5,5'-dithiobis(2-nitrobenzoic acid),DTNB]、乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulfate,SDS):美國 sigma 公司;色拉油:市售;其它試劑均為國產(chǎn)分析純。

        1.2 主要儀器與設(shè)備

        HH-2型電子恒溫水浴鍋:天津市賽得利斯有限公司;ST3100型酸度計(jì)、AR224型電子分析天平:奧豪斯儀器(常州)有限公司;LD5-2B型高速離心機(jī):北京雷勃爾醫(yī)療器械有限公司;UV-120型紫外-可見分光光度計(jì):上海美譜達(dá)儀器有限公司;GZX-G型漩渦振動(dòng)儀器:上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司;Tensor傅里葉紅外變換光譜儀:Bruker;Lab Sys同步熱分析儀:法國SE TARAM;Biochro氨基酸自動(dòng)分析儀:英國百康。

        1.3 試驗(yàn)方法

        1.3.1 杏鮑菇谷蛋白的提取

        稱取一定量的杏鮑菇粉,以蒸餾水為提取劑,先提取清蛋白,將提取清蛋白后的沉淀用3%NaCl浸提球蛋白,將提取球蛋白后的沉淀用70%乙醇浸提醇溶蛋白,將提取醇溶蛋白后的沉淀用1%NaOH浸提得到谷蛋白。

        1.3.2 杏鮑菇谷蛋白理化性質(zhì)研究

        1.3.2.1 等電點(diǎn)的測(cè)定

        將提取醇溶蛋白后的沉淀按一定的料液比加入0.01 mol/L NaOH溶液,調(diào)節(jié)pH值提取谷蛋白,離心后分別吸取10.0 mL上清液于9個(gè)離心管中,調(diào)節(jié)各上清液的pH值,以pH4.1開始按照0.1的梯度進(jìn)行調(diào)節(jié)最終至5.0,在4500r/min離心20min,取上清液1.0mL,用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定上清液中蛋白質(zhì)含量,蛋白質(zhì)含量最低時(shí)的pH值即為等電點(diǎn)。

        1.3.2.2 巰基含量的測(cè)定

        1)二硫鍵的測(cè)定:

        式中:A412為412 nm條件的吸光值;ε為分子吸光度13 900[(mol×cm)/L];D為稀釋倍數(shù)。

        2)自由巰基的測(cè)定:

        式中:A412為412 nm條件的吸光值;ε為分子吸光度13 900[(mol×cm)/L];D為稀釋倍數(shù)。

        3)總巰基的測(cè)定:

        式中:A412為412 nm條件的吸光值;ε為分子吸光度13 900[(mol×cm)/L];D為稀釋倍數(shù)。

        1.3.2.3 二級(jí)結(jié)構(gòu)的測(cè)定

        取谷蛋白固體樣品2.0mg、光譜醇KBr約200.0mg,在瑪瑙研缽中研磨至細(xì)膩的粉末狀,取適量樣品分散系置于壓片模具中,將壓片模具置于壓片機(jī)上,在一定的壓力下壓制成薄片,在光譜儀中做全波長(zhǎng)掃描。

        1.3.2.4 變性溫度的測(cè)定

        采用示差量熱掃描(differential scanning calorimetry,DSC)儀測(cè)定杏鮑菇谷蛋白變性溫度,稱取谷蛋白固體樣品10.0 mg于樣品皿中,用壓樣機(jī)封樣,進(jìn)行掃描。

        1.3.2.5 氨基酸組成的測(cè)定

        參照GB/T 5009.124-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測(cè)定》方法,準(zhǔn)確稱取杏鮑菇谷蛋白凍干粉,將蛋白質(zhì)經(jīng)鹽酸水解成游離氨基酸,利用氨基酸分析儀對(duì)杏鮑菇谷蛋白氨基酸進(jìn)行測(cè)定。

        1.3.3 杏鮑菇谷蛋白功能特性研究

        1.3.3.1 離子強(qiáng)度對(duì)蛋白質(zhì)功能特性的影響因素

        配制濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的NaCl溶液,分別測(cè)定不同濃度的NaCl溶液對(duì)谷蛋白的溶解性(solubility,S),持水性(water holding capacity,WA),持油性(oil holding capacity,F(xiàn)A),起泡性(foam capability,F(xiàn)C)及起泡穩(wěn)定性(foam stability,F(xiàn)S),乳化性(emulsion capability,EC)及其乳化穩(wěn)定性(emulsification stability,ES)的影響。

        1.3.3.2 溫度對(duì)蛋白質(zhì)功能特性的影響因素

        將處理好蛋白液置于溫度分別置于以30℃開始按照10℃梯度遞增到70℃的水浴鍋中,加熱10 min后取出,待其冷卻至25℃后,分別測(cè)定不同溫度對(duì)杏鮑菇谷蛋白S、WA、FA、FC及FS、EC及其ES的影響。

        1.3.3.3 pH值對(duì)蛋白質(zhì)功能特性的影響因素

        將處理好的蛋白液,用0.01 mol/L的HCl或者NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值,以pH 3.0開始按照0.5梯度遞增到5.0,分別測(cè)定不同pH值對(duì)杏鮑菇谷蛋白S、WA、FA、FC及FS、EC及其ES的影響。

        1.3.3.4 蔗糖濃度對(duì)蛋白質(zhì)功能特性的影響因素

        分別配制濃度為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1%的蔗糖溶液,測(cè)定不同濃度的蔗糖溶液對(duì)杏鮑菇谷蛋白S、WA、FA、FC及FS、EC及其ES的影響。

        1.3.3.5 功能特性指標(biāo)測(cè)定

        1)蛋白含量的測(cè)定:采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定蛋白質(zhì)含量,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算待測(cè)樣品中蛋白含量(g)。

        2)溶解性:參照馮笑笑[8]的方法,用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定上清液中蛋白含量,按下式計(jì)算溶解性(S)。

        3)持水性:參照龐庭才等[9]的方法,按下式計(jì)算蛋白質(zhì)持水性(WA)。

        式中:m為蛋白樣品質(zhì)量,g;m1為離心管和蛋白樣品的質(zhì)量,g;m2為離心管和沉淀物的質(zhì)量,g。

        4)持油性:參照張艷榮等[10]的方法,按下式計(jì)算蛋白質(zhì)持油性(FA)。

        式中:m為蛋白質(zhì)樣品的質(zhì)量,g;m1為離心管和蛋白質(zhì)樣品的質(zhì)量,g;m2為離心管和沉淀物的質(zhì)量,g。

        5)起泡性及起泡穩(wěn)定性:照楊華連等[11]的方法,按下式計(jì)算其起泡性(FA)及起泡穩(wěn)定性(FS)。

        式中:V初始溶液體積,mL;V0為剪切后0 min的泡沫體積,mL;V30為剪切后30 min的泡沫體積,mL。

        6)乳化性:參照林洋[12]方法,按下式計(jì)算蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性(ES)及乳化穩(wěn)定性(ES)。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        每份樣品重復(fù)測(cè)定3次,取平均值,使用OriginPro8.5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 杏鮑菇谷蛋白理化性質(zhì)

        2.1.1 等電點(diǎn)

        杏鮑菇谷蛋白等電點(diǎn)見圖1。

        圖1 杏鮑菇谷蛋白等電點(diǎn)Fig.1 The protein isoelectric point of Pleurotus eryngii gluten

        由圖1可知,隨著蛋白液pH值的增加,溶液中蛋白含量先迅速減小,在pH值為4.3時(shí)蛋白含量達(dá)到最小,隨著pH值的增加,溶液中蛋白質(zhì)含量趨于穩(wěn)步的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

        2.1.2 分子量

        杏鮑菇谷蛋白分子量見圖2。

        圖2 杏鮑菇谷蛋白SDS-PAGE圖Fig.2 SDS-PAGE diagram of Pleurotus eryngii albumin and glutelin

        由圖2可知,谷蛋白分布在30.28、25.39 kDa附近。

        2.1.3 巰基含量

        蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)是通過巰基和二硫鍵維持的,二硫鍵和巰基可通過氧化還原進(jìn)行相互的轉(zhuǎn)化,杏鮑菇谷蛋白巰基和二硫鍵含量見表1。

        表1 谷蛋白的巰基和二硫鍵含量Table 1 Sulfhydryl and disulfide bond contents of glutenin

        由表1可知,杏鮑菇谷蛋白總巰基含量為67.06 μmol/g,易與水結(jié)合。二硫鍵是一種共價(jià)鍵,它的形成使蛋白質(zhì)肽鏈的空間結(jié)構(gòu)更加緊密,其可通過還原反應(yīng)轉(zhuǎn)化形成巰基,二硫鍵的減少使蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)松散。杏鮑菇谷蛋白二硫鍵含量相對(duì)較高,說明谷蛋白具有很好的熱穩(wěn)定性,在加工過程中熱穩(wěn)定性高。

        2.1.4 二級(jí)結(jié)構(gòu)含量

        杏鮑菇谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量見圖3、表2。

        圖3 杏鮑菇谷蛋白紅外光譜圖Fig.3 DSC scans of the Pleurotus eryngii glutenin

        表2 杏鮑菇谷蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量Table 2 Secondary structure contents of glutenin in Pleurotus eryngii

        由圖3可見,2 000 cm-1~1 500 cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū),1 659、1 661 cm-1附近的峰說明杏鮑菇谷蛋白在酰胺Ⅰ帶有α螺旋;在1631cm-1附近出現(xiàn)的峰說明杏鮑菇谷蛋白在酰胺Ⅰ帶存在β折疊;在1 668、1 674 cm-1的峰證明杏鮑菇谷蛋白在酰胺Ⅰ帶存在β轉(zhuǎn)角,由表2可知,α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量分別為31.41%、55.15%、13.45%。

        2.1.5 熱變性溫度

        杏鮑菇谷蛋白熱變性溫度見圖4。

        圖4 杏鮑菇谷蛋白DSC掃描圖Fig.4 DSC scan of glutenin in Pleurotus eryngii

        由圖4可知,谷蛋白的變性溫度為73.59℃。不同結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)對(duì)溫度的敏感性不同,在加工過程中,溫度的控制及其重要。

        2.1.6 氨基酸分析

        杏鮑菇谷蛋白氨基酸組成成分見表3。

        表3 杏鮑菇谷蛋白氨基酸組成成分Table 3 Amino acid composition list of Pleurotus eryngii glutenin

        由表3可知,杏鮑菇谷蛋白中含人體所需的必需氨基酸有纈氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、蘇氨酸,總含量為40.77%,屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。杏鮑菇谷蛋白中酸性氨基酸的含量占總氨基酸含量的21.07%,分別為:天門冬氨酸、谷氨酸。堿性氨基酸含量占總氨基酸含量的13.75%,分別為:精氨酸、賴氨酸、組氨酸。在中性溶液中,酸性氨基酸帶負(fù)電,呈酸性,堿性氨基酸帶正電,呈堿性。由此可知,谷蛋白中性溶液呈酸性。支鏈氨基酸是理想的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充劑,它通過特殊的方式促進(jìn)代謝,其中谷蛋白支鏈氨基酸占總氨基酸組分的23.44%,是較好的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)充劑。芳香族氨基酸能促進(jìn)多肽鏈中蛋白質(zhì)分子間的相互作用[13],杏鮑菇清蛋白所測(cè)得的芳香氨基酸占總氨基酸組分的18.56%。

        2.2 杏鮑菇谷蛋白功能特性研究

        2.2.1 離子強(qiáng)度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響

        離子強(qiáng)度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響見圖5。

        圖5 離子強(qiáng)度對(duì)谷蛋白功能性質(zhì)的影響Fig.5 Effects of ionic strength on the functional properties of Pleurotus eryngii glutenin

        由圖5中可見,隨著離子強(qiáng)度的增大,持水性呈下降趨勢(shì);持油性、起泡性、起泡穩(wěn)定性及乳化性呈先降低后增加的趨勢(shì),在離子強(qiáng)度為0.8 g/100 mL時(shí)持油性最差,在離子濃度為0.4 g/100 mL時(shí)起泡性、起泡穩(wěn)定性及乳化性最差;溶解性及乳化穩(wěn)定性呈先上升后下降的趨勢(shì),離子強(qiáng)度為0.6 g/100 mL時(shí)溶解性和乳化穩(wěn)定性最好。

        2.2.2 溫度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響

        溫度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響見圖6。

        圖6 溫度對(duì)谷蛋白功能性質(zhì)的影響Fig.6 Effects of temperture on the functional properties of Pleurotus eryngii glutenin

        由圖6中可知,在測(cè)定溫度的范圍內(nèi),除持油性外,溶解性、持水性、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性和乳化穩(wěn)定性均先增大后減小,在40℃時(shí)起泡性和乳化穩(wěn)定性最好,在50℃時(shí)溶解度、持水性及乳化性最好,持油性呈先減小后增大的趨勢(shì),在60℃時(shí)最差。

        2.2.3 pH值對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響

        pH值對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響見圖7。

        圖7 pH值對(duì)谷蛋白功能性質(zhì)的影響Fig.7 Effects of pH on the functional properties of Pleurotus eryngii glutenin

        圖7可見,pH值在4.5時(shí),杏鮑菇谷蛋白的溶解性、持水性、持油性、起泡性和乳化性均為最小值。在等電點(diǎn)兩側(cè)呈上升趨勢(shì),可溶性蛋白才會(huì)有泡沫的形成。當(dāng)pH值大于或小于等電點(diǎn)時(shí),蛋白質(zhì)溶液中的帶電離子電荷量不同,增加了其在水中的溶解度,同時(shí)提高了起泡性。當(dāng)pH值為4.5時(shí),蛋白液中帶電荷離子相等,使得乳化能力處于最低水平。當(dāng)溶液的pH值不在等電點(diǎn)時(shí),使得蛋白質(zhì)更容易溶于溶劑,增加了溶解度,這時(shí)更有利于蛋白質(zhì)分子參與乳化作用[14]。乳化作用的增強(qiáng)使得油與水之間更易形成帶有電荷的薄膜,這樣可以抑制蛋白質(zhì)形成顆?;驂K狀物質(zhì),乳化性隨之提高[15]。泡沫穩(wěn)定性在等電點(diǎn)附近時(shí)升高,可能是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)缺乏靜電排斥作用,從而使得泡沫穩(wěn)定性得以升高[16-18]。

        2.2.4 蔗糖濃度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響

        蔗糖濃度對(duì)杏鮑菇谷蛋白功能性質(zhì)的影響見圖8。

        圖8 蔗糖對(duì)谷蛋白功能性質(zhì)的影響Fig.8 Effects of sugar on the functional properties of Pleurotus eryngii glutenin

        由圖8可見,隨著蔗糖濃度的增大,杏鮑菇谷蛋白的溶解性、持水性、持油性、起泡性和乳化性呈先增大后減少的趨勢(shì),當(dāng)蔗糖濃度為0.4%、0.6%、0.2%、0.6%、0.6%時(shí)分別達(dá)到最大值,起泡穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性的變化趨勢(shì)則與之相反;在蔗糖濃度為0.6%時(shí),穩(wěn)定性都最差。這可能是由于蔗糖濃度的增大導(dǎo)致溶液體系的粘稠度增加,此時(shí)減小了蛋白質(zhì)分子的運(yùn)動(dòng),不易于蛋白質(zhì)在界面的展開[19],因此在高速攪拌時(shí)減小了蛋白質(zhì)產(chǎn)生泡沫的能力,使蛋白質(zhì)的起泡性下降。

        3 結(jié)論

        杏鮑菇粉中的谷蛋白的等電點(diǎn)為4.3,其亞基分子量分布在小分子范圍內(nèi),易于被人體吸收,在蛋白質(zhì)中巰基與二硫鍵可以通過氧化還原進(jìn)行互相轉(zhuǎn)化,總巰基、游離巰基、二硫鍵含量分別為67.06、28.90、14.35 μmol/g,二級(jí)結(jié)構(gòu)占比為 α-螺旋 31.41%、β-折疊55.15%、β-轉(zhuǎn)角13.45%,變性溫度為73.59℃,含有人體所必需的氨基酸,屬于優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。離子強(qiáng)度、溫度、pH值和蔗糖濃度對(duì)杏鮑菇谷蛋白的功能特性均有一定的影響。本研究結(jié)果可以為杏鮑菇谷蛋白在食品加工中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

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