【word】 蛋白酶改性处理对小麦面筋蛋白溶解度和起泡性的影响

【word】 蛋白酶改性处理对小麦面筋蛋白溶解度和起泡性的影响 蛋白酶改性处理对小麦面筋蛋白溶解度和 起泡性的影响 第1期(总第160期) 2009年1月 农产品加1?学刊 AcademicPericMicalofFarmPloduetsProcessing No.1 Jan. 文章编号:1671—9646(2009)O1—0032—03 蛋白酶改性处理 对小麦面筋蛋白溶解度和起泡性的影响 费国源,刊,培龙 (浙江工业大学生物与环境T程学院,浙江杭州310014) 摘要:对小麦面筋蛋门进行蛋白酶改性,可以提高其溶解性及其他功能性质.研究了中性蛋白酶和碱性蛋白酶改性 处理方式对面筋蛋自溶解性的影响.结果明,相对于中性蛋白酶,碱性蛋白酶的水解速率更高.蛋白酶改性面筋 蛋白的溶解度随着水解度的增大而增大,达到7.0mg/mL,均大于原谷朊粉,起泡性和起泡稳定性随水解度增加而降 低,在水解度DH为4%时达到最大. 关键词:面筋蛋白;蛋白酶;溶解度;起泡性 中图分类号:Q55文献标志码:A TheInfluencesProteaseModificationonWheatGlutenProteinSolubility andFoamingCapacity FeiGuoyuan,SunPeilong (CollegeofBiologicalandEnvironmentalEngineering,ZhejiangUniversityofTechnology,Hangzhou,Zhejiang310014,China) Abstract:Thesolubilityandfoamingcapacityofwheatglutenprotein(WGP)couldbeimprovedbyproteasemodification. TheinfluenceofneutralpmteaseandalcalasemodificationonWGPwasinvestigatedinthispaper.Theresultsshowedthat alcalasecapacitywashigherthanneutralprotease’S.ThesolubilityofproteasemodifiedWGPincreasedwiththeincreaseof DH,higherthanoriginalWGPandobtained7.0mg/mL.Thefoamingpropertiesincreasedatfirstandthendecreased.The bestfoamingpropertieswereobtainedwithDH4%. Keywords:wheatglutenprotein;protease;solubility;foamingcapacity 0引言 小麦面筋蛋白是一种传统的食品添加剂和品质 改良剂,其水不溶性限制了它在食品中的应用I1.. 我国是个农业大国,小麦产量位居世界第一.通过 改性修饰来提高面筋蛋白溶解度和相应的功能特性, 是一项重要的应用基础研究工作.通过化学,酶法 或复合改性法,可改善谷朊粉的溶解性及其他功能 特性. 溶解度是谷朊粉应用于食品生产中最先需要考虑 的问.蛋白质的其他各种功能特性,如起泡性,乳 化性,凝胶形成性,润湿性,水合性和分散性等的发 挥,都与溶解度密切相关131.溶解度对面筋蛋白的提 取,纯化,分离及加工条件的确定至关重要,为面筋 蛋白的可应用性提供了一个很重要的指标. 面筋蛋白改性方法的研究主要集中在物理方法, 团,如通过琥珀酰化改性面筋蛋白溶解性,直接影响 着其起泡和乳化特性l4,,以提高面筋蛋白的溶解度, 进而影响起泡性和起泡稳定性;采用酶法改性,使酶 促反应速度快,专一性强,条件温和,.能耗很低,反 应效率较高,在低酶浓度下也能产生显着效果,而且 蛋白质的异构化和氨基酸损失大为减少.因此,蛋白 质的酶法改性受到食品科学家的普遍重视,在食品加 工中得到广泛的应用. 周惠明分别采用胰蛋白酶,胃酶,胰酶和碱性 蛋白酶对小麦面筋蛋白进行酶解,并对其蛋白质回 收率和水解进程进行比较研究,选出效果较好的 酶1. s.R.Drago等人通过酶对经热处理的面筋蛋白进 行水解,在一定的水解度范围,有效改善了面筋蛋白 的起泡性和起泡稳定性I7I. 化学方法和酶法改性3个方面.通过添加亲水性基解, 齐军茹等人用性蛋白酶对小麦面筋蛋白进行酶 得到水解度为1.74%的酶解液781. 收稿日期:2008—10—14 作者简介:费国源(1975一),男,在读硕士,浙江人,研究方向:食品化学与资源利用.E-mail:feiguoyuan@163.non. 为通讯作者:孙培龙,博士,教授,研究方向:食品资源的高效利用. 2009年第1期费国源,等:蛋白酶改性处理对小麦面筋蛋白溶解度和起泡性的影响-33? 目前,对于小麦面筋蛋白酶法改性的研究,集中 于多种功能性质,很少重点针对溶解度展开研究.为 此,本研究分别采用中性蛋白酶和碱性蛋白酶水解面 筋蛋白,将酶法改性后的面筋蛋白酶解物与原面筋蛋 白进行比较分析,以期为面筋蛋白的进一步开发提供 理论依据. 1与方法 1.1材料 小麦面筋蛋白(蛋白质含量为70%),河南省温 县永大实业有限公司提供;琥珀酸酐(分析纯),由 上海化学试剂研究所产品;中性蛋白酶 (16×104U/g),碱性蛋白酶(17×10U/g),广西南 宁庞博生物工程有限公司制品.其他试剂均为分析 纯. 1.2方法 按一定的固液比准确称取谷朊粉,在磁力搅拌下 使底物均匀溶解于蒸馏水中,加热到所需温度,同时 用浓度为1mol/L的NaOH溶液调节所需pH值.在 磁力搅拌下加入适量蛋白酶,置于恒温水浴锅中进行 水解,以浓度为0.1mol/L的NaOH溶液滴定,使其 pH值稳定不变.根据制得的蛋白酶水解进程曲线, 待反应到预定时间,迅速在沸水浴中加热钝化蛋白酶 3,5rain,即制得所需水解度的谷朊粉酶解物,经冷 冻干燥后过筛备用. 谷朊粉的中性蛋白酶酶解物的制备:在谷朊粉与 水的比例为6%,水浴温度为50,酶与底物的比 例(E/S)为1.5%,将溶液pH值调为7.0. 谷朊粉碱性蛋白酶酶解物的制备:谷朊粉与水的 比例为6%,水浴温度为60.【=,酶与底物的比例 (E/S)为1.5%,将溶液pH值调为8.5. 1_3测定 1.3.1溶解度的测定 用双缩脲法测定面筋蛋白的溶解度.配制1%蛋 白溶液,平衡30rain,在转速3000r/min下离心 10rain.取上清液1mL置于试管中,加人4mL双缩 脲试剂,剧烈振荡10miH,放置30rain.再取一个 试管,先加入lmL蒸馏水,再加入4mL双缩脲作 为空白液,于波长540nm处进行比色测定,以牛血 清蛋白的溶解度作曲线. 蛋白质溶解度标准曲线方程为: Y=0.3336+0.0025.R=0.9991. 1.3.2起泡性和起泡稳定性测定 检测方法见参考文献【9]. 1.3.3水解度的测定 采用pH—Statr】法测定试样水解度.水解开始时, 调节反应体系到蛋白酶最适pH值,反应过程中用浓 度为0.1mol/L的NaOH调节pH值并使其保持恒定, 记录所使用的碱液量,计算水解度DH: DH=B(Mh)(1/cOO/Mp)(1/h×100%. 式中:——Na0H的体积,mL; _一Na0H的浓度,mol/L; —— 水解系数,表示仅氨基的平均解离度; 厂蛋白质的质量,g; 广一每1g原料蛋白质中肽键的毫摩尔数 (肽键mnol/g蛋白),对于面筋蛋白, h取值为8.38. 本实验中,=0.0990mol/L;pKa=7;Mp=5g. 2结果与分析 2.1蛋白酶水解进程曲线 蛋白酶改性的面筋蛋白水解进程见图1. 墨 0 难 O50l00l5O200250300 水解时间t/min +一【f】性蛋白酶水解原而筋蛋门; — ?卜一碱性蛋白酶水解原而筋蛋一 图1蛋白酶改性的面筋蛋白水解进程 从图1可看出,随着酶解时间的延长,蛋白酶水 解度不断增大,尤其是在最初50min,水解速率很 大,之后变得比较平缓.这是因为随着反应的进行, 酶渐渐失活,且面筋蛋白浓度下降,减少了酶分子与 底物分子碰撞的概率.在水解300rain内,碱性蛋白 酶水解原面筋蛋白的水解度可达到21.2%,中性蛋白 酶水解原面筋蛋白的水解度可达到13.3%.这说明碱 性蛋白酶的水解效率要比中性蛋白酶高. 2.2蛋白酶酶解物的性质研究 中性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉的溶解度曲线见 图2. 从图2中可以看出,在pH值为3,11时,复合 改性后面筋蛋白的溶解度要远比原面筋蛋白高,且溶 解度随着水解度的增大而增大.复合改性面筋蛋白的 溶解度约8.5mg/mL,而原面筋蛋白的溶解度在pH 值7时最小,不到2rag/mE,在pH为11时最大,也 只有7.2mg/mL.这是由于复合改性在原面筋蛋白的 蛋白上接人了亲水性基团——琥珀酰基 (HOOCCHCHCO一),使得其分子表面形成了水化 层,从而增强了其溶解性,当再加入碱性蛋白酶酶解 后,蛋白质二级结构遭到破坏,疏水区域暴露,肽链 加m86420 农产品加T?学刊2009年第1期 2468l0l2 pH值 —一 原谷朊粉;_I-一水解度为4%的中性蛋白酶酶解符朊粉; _.卜一水解度为8%的中性蛋白酶酶解谷朊粉; 一 水解度为12%的中性蛋白酶酶解谷朊粉 图2中性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉的溶解度曲线 长度减小,使得其溶解性进一步增强,并且经水解成 短肽后,其等电点也逐渐消失. 碱性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉的溶解度曲线见 图3 昌 堪 她 2468l0l2 pH值 卜一原谷朊粉;+一水解度为4%的中性蛋白酶酶解嵛朊粉 -.卜一水解度为8%的中性蛋白酶酶解谷朊粉; _1.r一水解度为12%的中性蛋白酶酶解谷朊粉 图3碱性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉的溶解度曲线 图3与图2相比较,溶解度随pH值和DH值的 变化趋势相近,碱性蛋白酶与中性蛋白酶的水解位点 不同,暴露的疏水区域不同,形成的肽链长短也不 同,但在相同水解度下对溶解度的影响差别不大. 中性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉起泡特性的比 较见图4. 从图4中可以看出,中性蛋白酶水解度为4%, 8%和12%时的起泡性和起泡稳定性都远远大于原谷 朊粉.尤其在水解度为4%时,酶解物的Fc要比原 谷朊粉高好几倍,这是由于酶法改性产生的肽链,使 得产生较多酶解物增加了起泡性.随着水解度的增 加,两者的起泡性和起泡稳定性下降,这是由于水解 度越大,形成的肽链越小,越不足以稳定液膜,导致 起泡稳定性的迅速下降.碱性蛋白酶水解改性曲线与 中性蛋白酶类似. 1.4 l-2 1.0 蓦0. O_4 O-2 O.0 — 4【J48l2 水解度DH/% 囹一Fc(起泡性);鞠一Fs(起泡稳定性) 图4中性蛋白酶酶法改性与原谷朊粉起泡特性的比较 3结论 (1)研究了中性蛋白酶和碱性蛋白酶改性处理对 小麦蛋白溶解性和起泡性能的影响. (2)相对于中性蛋白酶,碱性蛋白酶的水解速率 史尚. (3)蛋白酶改性面筋蛋白的溶解度随着水解度的 增大而增大,达到7.0mg/mL,均大于原谷朊粉. (4)起泡性和起泡稳定性随着水解度增加而降 低,在水解度DH为4%时达到最大. 参考文献: [1】严忠军,卞科,司建中.谷朊粉应用概述『J].中国粮油 ,2005,20(5):l6一l9. [2】PopineauHuchetB,LarreC,BerotS.Foamingand emulsifyingpropertiesoffractionsofglutenpeptides obtainedbylimitedenzymatichydrolysisandultrafihration IJ】.JournalofCerealScience,2002,35:327—335. 【3】FranzenkayL,KinsellaJohnE.Functionalpropertiesof succinylatedproteinIJI.AgricFoodChem,1976,24(4): 788-795. [4]张红印,朱加进,郑晓冬,等.小麦面筋蛋白琥珀酰化 改性研究fJ1.中国农业科学,2003,36(3):313—317. 【5]姜绍通,唐文婷,潘丽军.小麦面筋蛋白琥珀酰化修饰 研究『J1.食品科学,2005(12):4O一44. [6】孔祥珍,周惠明,钱海峰.小麦面筋蛋白酶解物的制备 及其功能性质研究lJI.中国农业科学,2006,39(3): 593—598. [7]DragoSR,Gonz61ezRJ.Foamingpropertiesof enzymaticallyhydrolysedwheatgluten[J】.InnovativeFood ScienceandEmergingTechnologies,2001,1:269—273. 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