酶法水解對薏米粉溶解與吸濕特性的影響

王 辰 鄒小華 嚴(yán)奉偉

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,荊州 434025)

酶法水解對薏米粉溶解與吸濕特性的影響

王 辰 鄒小華 嚴(yán)奉偉

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,荊州 434025)

通過酶法水解提高薏米粉的溶解性。應(yīng)用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和風(fēng)味蛋白酶對薏米蛋白進(jìn)行水解,測定水解度,結(jié)果表明:按木瓜蛋白酶 50%,風(fēng)味蛋白酶 50%的比例,最適加酶量為 4.0%([E]/[S]),采用雙酶水解薏米粉,其固形物溶解度指數(shù) (DSI)提高了 32.5%,但當(dāng)相對濕度大于 43.16%時,水解薏米粉的吸濕性也增強(qiáng)。根據(jù)薏米粉在 25℃,相對濕度范圍 32.78%～97.30%的吸濕量及等溫吸濕曲線,Henderson方程能較好的擬合試驗結(jié)果。

薏米粉 酶法水解 溶解性 吸濕性

薏米 (Coix Lacrym a-jobiL.)又叫苡米、苡仁,含粗蛋白 13%～14%,脂類 2%～8%及薏仁酯、薏仁油、谷甾醇、生物堿等營養(yǎng)成分[1-2]。《本草綱目》中記載:薏米能“健脾益胃,補(bǔ)肺清熱,去風(fēng)勝濕”。在高溫作用下,蛋白質(zhì)發(fā)生變性、重組,蛋白質(zhì)水溶性和生物學(xué)效價下降[3-4],酸法水解和堿法水解的條件比較激烈,會破壞部分 L-型氨基酸,產(chǎn)生 D-型氨基酸,同時也可能產(chǎn)生一些有毒物質(zhì),而采用酶法水解則具有不會降低營養(yǎng)價值、反應(yīng)條件溫和、效率高、反應(yīng)具有獨(dú)特專一性、反應(yīng)進(jìn)程容易控制、無不良副反應(yīng)和不會造成不安全因素等優(yōu)點(diǎn)。

本試驗通過在薏米粉生產(chǎn)過程中添加蛋白酶水解薏米蛋白,提高薏米粉的溶解性,比較木瓜蛋白酶、胰蛋白酶及風(fēng)味蛋白酶的使用與蛋白質(zhì)水解度的關(guān)系,并對酶解薏米粉的吸濕特性進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

薏米:荊州市兩湖平原農(nóng)產(chǎn)品交易市場。木瓜蛋白酶 (≥5.0×105U/g):北京奧博星生物技術(shù)責(zé)任有限公司;胰蛋白酶 (≥2.5×105U/g)、風(fēng)味蛋白酶(≥2×104U/g):中國醫(yī)藥 (集團(tuán))上海化學(xué)有限公司。試劑 MgCl2、K2CO3、KI、NaCl、KCl、KNO3飽和溶液在 25℃對應(yīng)的相對濕度分別為 32.78%、43.16%、68.86%、75.50%、84.34%、97.30%。

PL303電子分析天平:梅特勒 -托利多儀器 (上海)有限公司生產(chǎn);UV755B-分光光度計:上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗方法

1.2.1 完全水解液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取薏米粉 1.023 g,放入培養(yǎng)瓶中,加入100 mL 6 mol/L的鹽酸,在 130℃的烘箱中水解12 h后,添加100 mL 6 mol/L的鹽酸繼續(xù)水解 12 h后,冷卻,過濾,濾液減壓濃縮至 0.5 mL左右,加蒸餾水 90 mL,用 1 mol/L NaOH中和至 pH 6.0得完全水解液[5-6]。

取完全水解液 0.2～2.0 mL于 25 mL比色管中,蒸餾水稀釋至 4.0 mL,加 pH 8.0緩沖溶液1.0 mL,茚三酮溶液 1.0 mL,混勻,沸水浴加熱15 min,冷卻,蒸餾水稀釋至 25 mL。570 nm測光密度值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖 1 水解液標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.2.2 水解度的測定

將一定量薏米粉溶解,加入不同的酶制劑,在40、50、60 ℃下水浴 2 h,在 80 ℃下滅酶 15 min,過濾,將濾液定容到 100 mL,取 2 mL濾液測光密度值。

其中:A為查得的蛋白質(zhì)含量/mg/L;W為稱樣質(zhì)量/g;V1為水解液體積/mL;V2為所用稀釋液的體積/mL。

1.2.3 薏米粉固形物溶解度指數(shù) (DSI)測定

分別取 3.0 g木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶溶于100 mL的容量瓶中,定容。薏米粉經(jīng) 0.1 MPa蒸煮20 min,攤涼后根據(jù)薏米粉用量按比例添加木瓜蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶液,拌勻,于 50℃協(xié)同作用 2 h,然后在 80℃下滅酶,烘干至含水量為 (7.0% ±0.5)%[5],按文獻(xiàn)[7]方法進(jìn)行測定。

1.2.4 薏米粉的吸濕性研究

將薏米粉放入康維皿內(nèi)室,利用外室的飽和鹽溶液設(shè)定穩(wěn)定的相對濕度,在 25℃恒溫條件下,每隔 0.5 h測定一次樣品的質(zhì)量,以薏米粉吸濕增重質(zhì)量與薏米粉質(zhì)量比表示吸濕率。待樣品質(zhì)量達(dá)到或接近恒重,則認(rèn)為達(dá)到平衡,測其含水率,以干基含水量表示,每次試驗重復(fù) 3次,測得的平均值為薏米在設(shè)定溫度和相對濕度條件下的平衡含水率(Me)[8]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用 SAS(V8.0)軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 薏米的酶法水解

2.1.1 蛋白酶作用與水解度的關(guān)系

選擇木瓜蛋白酶與胰蛋白酶為薏米蛋白的內(nèi)切酶,風(fēng)味蛋白酶為薏米蛋白的外切酶對薏米蛋白進(jìn)行水解,對酶的單一及聯(lián)合使用效果作比較。按[E]/[S]用量 0.3%添加 ,分別在 40、50、60 ℃作用2 h后測水解度值。

對表 1中不同蛋白酶水解的 7組 DH值進(jìn)行單因素方差分析,顯著性檢驗 F=32.47>F0.01(6,12)=4.82,表明組間差異達(dá)到極顯著水平。以第 5組 (木瓜蛋白酶與底物濃度比 0.15%,風(fēng)味蛋白酶與底物濃度比 0.15%組合使用)的水解效果最好。木瓜蛋白酶具有較寬的底物特異性,能作用于蛋白質(zhì)中 L-精氨酸、L-賴氨酸、甘氨酸和 L-瓜氨酸殘基羧基參與形成的肽鍵,而胰蛋白酶對底物的選擇性強(qiáng),風(fēng)味蛋白酶能從肽鏈的 C端和 N端水解多肽為氨基酸,木瓜蛋白酶與風(fēng)味蛋白酶組合作用即內(nèi)切酶與外切酶雙酶水解,有利于提高薏米粉的蛋白質(zhì)水解度。因此,選擇第 5組用酶及比例在 50℃作用 2 h進(jìn)行后續(xù)試驗。

表 1 蛋白酶作用與薏米蛋白水解度的關(guān)系

2.1.2 組合蛋白酶用量對薏米粉的影響

薏米蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)比較緊密,在酶用量 0.1%以下時,酶與薏米蛋白接觸位點(diǎn)少,對酶的水解有限,在低水解度情況下,部分肽鍵被切斷,原先包埋在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來,薏米粉的溶解性降低。當(dāng)酶添加量逐漸增大時,水解度也逐漸增大,蛋白質(zhì)與其他組分之間的結(jié)合減少[4],薏米的蛋白質(zhì)肽鏈展開后又被切斷,形成長度比較短的肽鏈,使溶解性增強(qiáng)。當(dāng)酶用量為 0.4%時,薏米粉的溶解性指數(shù)增加了 32.5%,繼續(xù)增大酶用量,水解度與溶解性指數(shù)增加不明顯。因而,選木瓜蛋白酶 0.2%,風(fēng)味蛋白酶 0.2%組合進(jìn)行水解作用。

圖 2 酶用量對水解度和溶解性指數(shù)的影響

2.2 薏米粉的吸濕特性

2.2.1 薏米粉的吸濕性

由圖 3可知,在溫度 25℃,空氣相對濕度為32.78%時,水解薏米粉與未水解薏米粉相比,吸濕量增加不明顯。在此相對濕度下,約 2 h達(dá)到吸濕平衡,薏米粉的吸濕率不再增加。當(dāng)空氣相對濕度大于 43.16%,薏米蛋白水解后吸濕能力增強(qiáng)。因為蛋白質(zhì)水解后形成的多肽與水分子結(jié)合的位點(diǎn)增加,薏米粉的顆粒減小也增加了與水分結(jié)合的表面積。在 25℃,空氣相對濕度 43.16%～75.50%的范圍保藏,薏米粉在前 6 h吸濕性增加明顯,在相對濕度為97.30%時,3.5 h之前就表現(xiàn)出很強(qiáng)的吸濕性能,由于在此階段空氣中的水蒸氣分壓與薏米粉表面水蒸氣分壓的差較大,水分子的外擴(kuò)散能力較大,3.5 h后隨著薏米粉含水量增加,逐漸達(dá)到吸濕平衡。薏米粉在 97.30%的相對濕度下保藏 7.5 h后吸濕量明顯增大,可能與淀粉溶脹有關(guān),淀粉溶脹吸收水分的同時也使水分在薏米粉內(nèi)的擴(kuò)散速率增加。在空氣相對濕度 43.16%與 75.50%之間水解后的薏米粉存放相同時間,其吸濕量差別不大,可能與物料結(jié)合水分的能力有關(guān),主要表現(xiàn)對多分子層水分的結(jié)合較弱[8],兩種未水解薏米粉表現(xiàn)了相同的特點(diǎn)。

圖 3 水解與未水解薏米粉的吸濕曲線

2.2.2 薏米粉的平衡吸濕曲線

圖 4 薏米粉的等溫吸濕線 (25℃)

從圖 4看出,在 25℃條件下保藏,加酶水解后的薏米粉吸濕性增加明顯,吸濕平衡含水率隨相對濕度的增大而升高,在不同的相對濕度區(qū)間,平衡含水率的變化不同。如吸濕平衡含水率在 43%以前的相對濕度區(qū)間變化較大,在 43%～70%區(qū)間變化較小,而當(dāng)相對濕度超過 70%以后,則平衡含水率隨相對濕度的增大上升較快。

Henderson平衡含水率模型常由于植物顆粒物料的吸濕特性的研究[8-10],對圖 4曲線擬合,由表 2可知,Henderson模型擬合精度高 (P<0.01),未水解薏米粉吸濕性小,但與水解薏米粉表現(xiàn)出相同的趨勢,因而,除薏米蛋白的吸濕性外,淀粉及其它成分的吸濕性對薏米粉的平衡含水量也有重要影響。

表 2 薏米粉等溫吸濕模型的擬和結(jié)果

3 結(jié)論

木瓜蛋白酶與風(fēng)味蛋白酶組合作用有利于提高薏米蛋白質(zhì)水解程度,在 50℃條件下,采用 [E]/[S]為 0.4%,以木瓜蛋白酶為 0.2%,風(fēng)味蛋白酶為0.2%組合水解 2 h,薏米蛋白的水解使薏米粉的溶解性能提高 32.5%。

薏米蛋白水解后增大了薏米粉的吸濕能力,在25℃條件下保藏,當(dāng)空氣相對濕度大于43.16%時,薏米粉在前 6 h吸濕性最強(qiáng),薏米粉的等溫吸濕平衡含水率與相對濕度的關(guān)系適合 Henderson模型。

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Effects of Enzymatic Hydrolysis on Solubility and Moisture Absorption Characteristics ofAdlay Powder

Wang Chen Zou Xiaohua Yan Fengwei
(College ofLife Sciece,Yangtze University,Jingzhou 434025)

To improve the solubility of adlay powder,the hydrolysis degree of protein in adlay powder by papa2 in,trypsin and flavorzymewere investigated.Results:At enzyme proportion of papain 50%and flavorzyme 50%,the optimum enzyme dose is 0.4%([E]/[S]).The dried matter solubility index(DSI)of adlay powder hydrolyzed with the double enzymatic hydrolysis increases by 32.5%comparedwith the control sample,but the moisture absorp2 tion of the hydrolyzed adlay power increases in relative humidity(RH)above 43.16%.Based on the equilibrium moisture contents for absorption of adlay power determined at 25℃and RH range of 32.78%～97.30%and the moisture absorption isothermal curves,Henderson equation fits experi mental resultswell.

adlay powder,enzymatic hydrolysis,solubility,moisture absorption

TS210.1

A

1003-0174(2010)01-0033-04

湖北省教育廳 (A類)重點(diǎn)項目 (D200712007)

2009-03-01

王辰,男,1965年出生,副教授,農(nóng)產(chǎn)品加工與儲藏技術(shù)