堿性蛋白酶水解小麥蛋白產物乳化活性研究

趙豪斌++闕斐++馮文婕

摘要 堿性蛋白酶水解小麥蛋白產物乳化活性研究結果表明：3個因素對小麥蛋白粉乳化性的影響由強到弱的順序為pH值>堿性蛋白酶/小麥蛋白粉質量>溫度，最佳酶解條件為pH值7.5、底物濃度2.5%、溫度60 ℃，此時的乳化活力指數達到最高，EAI為15.48 m2/g。研究結果可為利用小麥蛋白粉開發天然乳化劑提供參考。

關鍵詞 小麥蛋白粉；堿性蛋白酶；正交試驗；乳化活力指數

中圖分類號 TS201.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2015）17-0314-03

Study on Emulsifying Properties of Wheat Gluten by Alkali Protease Treatment

ZHAO Hao-bin QUE Fei * FENG Wen-jie

（Department of Applied Engineering，Zhejiang Economic and Trade Polytechnic，Hangzhou Zhejiang 310018）

Abstract Through the study on the emulsifying properties of wheat gluten by alkali protease，results showed that the order on the effect of 3 factors on the emulsifying properties of wheat protein from strong to weak was pH value>alkaline protease/wheat flour quality>temperature，the optimal conditions were pH value of 7.5，temperature of 60 ℃，the ratio of proteases and substrate of 2.5%. Under above conditions，emulsifying property index reached 15.48 m2/g. This study could provide reference for the development of natural emulsifier using wheat protein powder.

Key words wheat gluten；alkali protease；orthogonal test；emulsifying property index

小麥蛋白粉為小麥淀粉生產過程中產生的副產品，其為植物蛋白源，營養豐富，含有人體必需的15種氨基酸，但含有較多的疏水性和不帶電的氨基酸含量，難以與加工需求相適應，在應用上受到了一定的限制[1]。對小麥蛋白進行改性，改變其溶解度，可以提高其功能特性，研究比較多的是乳化性。

目前，提高小麥蛋白乳化性的方法主要有以下4種，分別包括化學法、物理法、酶解法和基因工程法。目前，由于酶解法反應條件溫和、能耗低，安全天然，逐漸成為研究熱點，Kong X Z等[2]、張銳昌等[3]、齊軍茹等[4]在小麥蛋白改性方面的研究選擇了胰酶、胰蛋白酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶等，經過效果比較，對小麥蛋白進行改性后，則其分子結構發生了明顯變化，其酶解產物的一些功能性質發生了明顯的變化，如乳化性、水溶性、起泡性等，因此可在食品及飼料開發中得到應用。其中，堿性酶、胰酶等在條件為堿性的條件下對小麥蛋白的水解程度較大，產生的改性效果也較為明顯，因此成為相關學者研究的重點。

本文選擇乳化活力作為試驗的指標設計正交試驗，對堿性酶水解小麥蛋白的工藝條件進行了較為系統的研究，現將試驗情況總結如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料包括濟寧和美生物工程有限公司生產的堿性蛋白酶、徐州澳凱小麥淀粉有限公司生產的小麥蛋白粉、廣東天地食品貿易有限公司生產的純正花生油等。藥劑包括十二烷基硫酸鈉（SDS）、三氯乙酸（TCA）、福林試劑等，其中甲醛、鹽酸、氫氧化鈉等為分析純，水為蒸餾水。儀器包括上海精密科學儀器有限公司生產的分光光度計（752N）、上海大中分析儀器廠生產的酸度計（pHS-25B）、國華電器有限公司生產的水浴鍋（HH-4）、上海滬西分析儀器廠生產的恒溫磁力攪拌器（90-1型）。

1.2 試驗方法

1.2.1 蛋白酶活性測定。采用福林-酚試劑法[5]測定蛋白酶活力。

1.2.2 小麥蛋白粉粗蛋白含量測定。采用凱氏定氮法（2010年標準）測定小麥蛋白粉粗蛋白含量。

1.2.3 小麥蛋白粉乳化性測定。測定小麥蛋白粉乳化性的方法為取0.1%蛋白溶液45 mL，加入純正花生油15 mL中，在離心速度為10 000 r/min、室溫下進行攪拌，時間控制為1 min即可，取樣的時間分別在攪拌后的0、5、10 min，取樣的部位為底部[6]。以0.1%（w/v）的SDS稀釋100倍，對500 nm處的吸光值A500進行測定，空白溶液選擇SDS。乳化活力指數EAI可用零時刻的吸光值表示，計算公式如下：

EAI=■（1）

式（1）中，EAI表明蛋白質的乳化面積，單位為m2/g；N表示稀釋倍數；Ф表示油相所占的分數，本試驗中油相占1/4；C表示蛋白質的濃度，單位為g/mL；L表示比色池光徑，單位為1 cm。

以5、10 min時刻的吸光值表示乳化穩定指數（ESI）：

ESI=■=■（2）

式（2）中，A0表示零時刻的吸光值；At表示t時刻時的吸光值；ΔT表示時間差；ΔA表示ΔT內的吸光值差。endprint

1.2.4 小麥蛋白粉乳化性影響的單因素考查。

（1）溫度對小麥蛋白粉乳化性的影響。取5份小麥蛋白粉5 g溶解在蒸餾水95 mL中，并將pH值調到8.5，加入堿性蛋白酶0.05 g，分別在40、45、50、55、60 ℃的水浴鍋中進行反應，滴定的試劑選擇1 mol/L NaOH，pH值控制為8.5，反應時間達到2 h后，將5份反應樣均放在溫度為95 ℃下進行滅酶，時間為10 min，然后按照1.2.3中的方法，對乳化活力指數進行測定。

（2）pH值對小麥蛋白粉乳化性的影響。準備5份小麥蛋白粉5g溶解于95 mL的蒸餾水中，加入適量的堿性蛋白酶（0.05 g），將pH值分別調節為7.5、8.0、8.5、9.0、9.5，然后將5份樣品均放在溫度為50 ℃的水浴鍋中反應，滴定的試劑為1 mol/L NaOH，pH值應保持恒定，反應的時間達到2 h后，在溫度為95 ℃下進行滅酶，時間控制為10 min，然后按照1.2.3中的方法，進行乳化活力指數的計算。

（3）E/S（堿性蛋白酶/小麥蛋白粉質量比）對小麥蛋白粉乳化性的影響。準備5份小麥蛋白粉5 g溶解于95 mL的蒸餾水中，并將pH值統一調至8.5，分別加入堿性蛋白酶0.025、0.050、0.075、0.100、0.125 g，然后放在溫度為50 ℃的水浴鍋中進行反應，滴定的試劑選擇1 mol/L NaOH，pH值維持在8.5，反應時間達到2 h后，5份樣品均放置在溫度為95 ℃的條件下進行滅酶處理，時間控制在10 min，然后按照1.2.3中的方法，對乳化活力指數進行測定。

1.2.5 正交試驗設計。根據單因素試驗結果，以乳化活力指數為指標，確定了三因素三水平L9（34）的正交試驗，各因素水平設計見表1。

2 結果與分析

2.1 樣品蛋白酶活力

經過試驗，樣品蛋白酶活力測得為133.05 U/g。

2.2 小麥蛋白粉粗蛋白含量

經過試驗，小麥蛋白粉粗蛋白含量測得為75%。

2.3 溫度對小麥蛋白粉乳化性的影響

由圖1可知，隨著反應溫度的增加，小麥蛋白粉的乳化活性逐漸降低。可知，反應溫度為40℃時的小麥蛋白粉乳化活性最好。溫度在45～50 ℃之間，乳化活力指數趨于平穩；而在50～60 ℃乳化活力指數呈下降趨勢。由圖2可知，在溫度為45 ℃時，乳化穩定性（ESI）達到最好，說明此時的小麥蛋白粉乳化穩定性活性比較穩定。

2.4 pH值對小麥蛋白粉乳化性的影響

由圖3可知，隨著pH值的升高，產物的乳化活性呈先上升后下降，在堿性條件中，氨基酸為陰離子，氨基反應性較強，因此pH值增加會加速Maillard反應[7]，進而促進小麥蛋白酶解。因此，乳化活性的pH值為7.5～8.0之間較好，其他pH值范圍內較差。由圖4可知，在5 min時刻，pH值為8時，小麥蛋白粉的乳化穩定性達到最好；在10 min時刻，pH值為9時，小麥蛋白乳化穩定性達到最好。

2.5 E/S（堿性蛋白酶/小麥蛋白粉質量）對小麥蛋白粉乳化性的影響

由圖5可知，E/S為2.5%時乳化活性最好，EAI為12.16 m2/g；E/S為0.5%～2.5%乳化穩定性變化趨勢呈波動型。在選定范圍內，乳化活性變化為下降后上升，下降后再上升的趨勢。由圖6可知，在E/S為1.50%時，小麥蛋白粉的乳化穩定性最好。

2.6 正交試驗結果分析

表2、表3是堿性蛋白酶水解小麥蛋白粉的正交試驗結果、極差以及方差分析。

由表2可知，通過正交試驗結果和極差分析可以得到最佳改性條件為pH值7.5、E/S為2.5%、溫度為60 ℃。各因素對提高小麥蛋白粉乳化性的重要性按大小次序為pH值>E/S>溫度。根據分析，最佳條件下的EAI為15.48 m2/g。由表2可看出，3個因素對小麥蛋白粉乳化活力指數均無顯著影響[8]。

3 結論

以乳化活力指數為指標，采用單因素和正交實驗研究了堿性蛋白酶對小麥蛋白水解最適條件。結果表明：3個因素對小麥蛋白粉乳化性的影響由強到弱的順序為pH值>堿性蛋白酶/小麥蛋白粉質量>溫度，最佳酶解條件為pH值7.5、底物濃度2.5%、溫度60 ℃，此時的乳化性達到最高，EAI為15.48 m2/g。各因素對小麥蛋白粉乳化性的影響都不顯著。酶法改性小麥蛋白粉生產乳化劑不僅成本低廉，而且天然健康，若能工業化生產天然食品添加劑，具有巨大的市場潛力。

4 參考文獻

[1] 闕斐，趙粼，陳錫威.胰酶提升小麥蛋白酶解產物乳化活性工藝及其功能特性研究[J]. 食品工業科技，2014（10）：303-307.

[2] KONG X Z，ZHOU H，QIAN H F. Enzymatic preparation and functional properties of wheat gluten hydrolysates[J].Food Chemistry，2007，101：615-620.

[3] 張銳昌，徐志宏.小麥蛋白酶解物功能性質的研究[J].糧食與飼料工業，2011（7）：27-30.

[4] 齊軍茹，王蘭，李瑜. 中性蛋白酶對小麥面筋蛋白的水解改性研究[J].鄭州工程學院學報，2001，22（4）：46-49.

[5] 李偉格，李美同，蘇曉鷗，等.飼料分析及飼料質量檢測技術[M].北京：中國農業科技出版社，1998：5.

[6] 王亞平，王金水，張偉紅，等.乳糖改性提高谷阮粉乳化性研究[J].食品工業科技，2005，26（4）：77-80.

[7] 程輝，黃河龍，謝小勇.水溶性小麥蛋白制備工藝研究[J].糧食與油脂，2008，11（8）：23-24.

[8] 王歲樓，張國超.超高壓對小麥蛋白乳化性和乳化穩定性的影響[J].食品與機械，2008（2）：14-16.endprint