擠壓大米蛋白-葡聚糖接枝復合物的功能性質及結構表征

張煥麗，肖志剛，2，*，馬慧，聶文文（.沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽0034；2.東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱50030）

擠壓大米蛋白-葡聚糖接枝復合物的功能性質及結構表征

張煥麗1，肖志剛1，2，*，馬慧1，聶文文1
（1.沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034；2.東北農業大學食品學院，黑龍江哈爾濱150030）

為了研究擠壓和糖接枝改性的方法對大米蛋白功能性及結構的變化的影響，本文研究了不同擠壓條件下擠壓的大米蛋白與葡聚糖的糖接枝反應，分析了不同擠壓改性的大米蛋白對糖接枝反應接枝度的影響，根據單因素試驗優化反應條件，在擠壓溫度90℃、大米蛋白水分含量35%，螺桿轉速200 r/min的條件下擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝得到的復合物，接枝度最大為（17.6±0.3）%，試驗測定接枝度為（17.6±0.3）%共聚物的溶解性和乳化性及表面疏水性。結果表明，與天然大米蛋白相比，擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的溶解性在較寬的范圍內顯著增加，增加了8.4%～76.6%，乳化性和乳化穩定性分別增加了62.2%和73.9%，表面疏水性降低了69.5%。同時，試驗通過傅里葉紅外光譜、SDS-PAGE電泳、掃描電鏡等方法和手段分析了大米蛋白亞基結構及表面結構特征。結果表明，擠壓糖接枝反應顯著改變了蛋白亞基結構，α-螺旋、β-轉角和無規卷曲結構含量分別增加了24.4%、26.0%和19.9%，而β-折疊結構含量減少了15.0%，SDS電泳分析結果顯示擠壓后大米蛋白與葡聚糖接枝反應物的條帶51.0 ku和80 ku～82 ku亞基帶變得模糊，并且在分離膠和濃縮膠分理處出現大分子量分子，說明有共價連接大分量聚集物生成，掃描電鏡分析了表觀結構變化，表明擠壓和糖接枝對蛋白結構改變顯著。

大米蛋白；葡聚糖；糖接枝反應；擠壓；功能性質；結構表征

大米蛋白是一種具有低致敏性和高生物效價等特性的優質蛋白，但由于大米蛋白含有75%～90%的疏水性谷蛋白，使大米蛋白的應用受到限制［1-4］，因此，如何改變以谷蛋白為主的大米蛋白的溶解性和乳化性，已成為提高其在食品工業應用生產價值的關鍵。

目前有研究報導，經過脫氨基、美拉德反應及磷酸化反應改性可顯著降低大米蛋白的疏水性并改善其溶解性與乳化性［5-11］，其中美拉德反應改性法因其天然無污染等優點受到研究者青睞。但濕法糖接枝反應只適用于單糖，而干熱法反應時間長、反應慢、工作效率低，因此為了改善美拉德反應進程，管軍軍［12］等利用微波法促進大豆蛋白與糖的接枝反應，提高了大豆蛋白的溶解性和乳化性，王中江等［13］借助超聲法加速綠豆蛋白與糖接枝反應，提高產物的功能性，趙新淮［14］等研究了轉谷氨酰胺酶促進酪蛋白與氨基葡萄糖化學交聯反應改善其功能性質，但是以上方法不易于控制，且不適用于工業連續化生產，因此，尋求一種快速便捷適用于工業化連續生產的方法至關重要。

擠壓技術因其具有高效率、用時短、操作簡單且經濟環保的特點，被廣泛應用于工業生產中。同時，擠壓也被應用于蛋白的物理改性方面，蛋白在擠壓機內的高溫、高壓、高剪切力及高能量水分子的協同作用下，其高級結構去折疊、線性化和再交聯，蛋白空間構象改變，并且適度的擠壓能夠改善蛋白的吸水性、乳化性等物理性質［15-17］，但擠壓后蛋白分子聚集溶解性嚴重降低，因此本文旨在研究擠壓法與糖接枝復合改性條件對大米蛋白功能性和結構的影響，并采用傅里葉紅外光譜法、聚丙烯酰胺凝膠電泳及掃描電子顯微鏡等技術手段對擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的結構特性進行研究，同時從分子水平了解結構變化與功能性質間的關系，為改善大米蛋白的功能性質及擴大大米蛋白的應用提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

大米蛋白（蛋白含量82.5%）：江西金農生物科技有限公司；OPA：Sigma公司；8-苯胺基-1-萘磺酸（ANS-NH4）；葡聚糖2萬、賴氨酸、十二烷基硫酸鈉（SDS）、硼砂、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等均為分析純。

1.2儀器設備

DS56-Ⅲ型雙螺桿擠壓膨化機（螺桿直徑為25mm，長徑比為16∶1機筒加溫區段為三段，圓形摸頭內徑為4 mm）：濟南賽信膨化機械有限公司；F-4500熒光分光光度計：日本HITACHI公司；SDS-PAGE電泳儀：美國Bio-rad公司；Hitachi S-3400掃描電子顯微鏡：日立高新技術公司；MAGNA-IR560傅立葉變換紅外光譜系統：美國尼高力公司；FD5-3型冷凍干燥機：美國SIM公司等。

1.3方法

1.3.1擠壓大米蛋白制備

根據試驗要求將原料進行調質過夜，固定喂料速度為10 kg/h，進行不同條件的擠壓試驗。擠壓溫度試驗：將擠壓機螺桿轉速調到200 r/min，將調質成水分含量為35%大米蛋白送入喂料器，分別在擠壓機滾筒溫度為80、90、100、110、120℃條件下擠壓制備擠壓大米蛋白；擠壓物料水分含量試驗：將擠壓機螺桿轉速設置為200 r/min，擠壓機中間區域的滾筒溫度90℃，在此條件下將調質成水分含量為15%、25%、35%、45%、55%的樣品送入喂料器進行擠壓制備擠壓大米蛋白；擠壓螺桿轉速試驗：將調質成水分含量為35%大米蛋白送入喂料器在機螺桿轉速為160、200、240、280、320 r/min條件下擠壓制備擠壓大米蛋白。擠壓后的樣品：對擠壓處理的樣品，常溫干燥后，用粉碎機粉粹后過篩100目，備用。

1.3.2大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的制備

通過前期試驗及參考文獻，確定配制蛋白質濃度為10 g/L的大米蛋白與葡聚糖溶液，用0.2 mol/L NaOH調節pH至10.5，葡聚糖按照與蛋白配比為1∶1（質量比）添加，反應體系充分混勻后，100℃水浴反應1 h，反應結束后立即冰浴終止反應，將反應液調到中性，透析24 h，冷凍干燥得到產物。

1.3.3接枝度的測定

采用Church等（1983）的鄰苯二甲醛（OPA）法測定游離氨基含量［18］。測定時，量取OPA試劑4 mL于試管中，注入200 μL樣品液，混勻后于35℃反應2 min，在340 nm下測其吸光值A340。以賴氨酸作標準曲線，根據ΔA計算樣品中自由氨基含量，接枝度（DG）計算公式：

式中：C0為接枝反應前溶液中自由氨基含量，mol/L；Ct為接枝反應后溶液中自由氨基的含量，mol/L。

1.3.4溶解性的測定

按照Bradford法［19］測定，利用牛血清蛋白（BSA）做標準曲線，測定595 nm處吸光值，根據樣品中蛋白含量和溶液中蛋白含量計算溶解性，以氮溶解指數表示（NSI%）。

1.3.5乳化性及乳化穩定性的測定

參考Pearce濁度法［20］，并略有改動：配制0.1%的樣品溶液25 mL于pH 7.0，0.1 mol/L的磷酸鹽緩沖液中。取25 mL樣品溶液加入8 mL大豆油，室溫下于高速勻漿機中10 000 r/min均質1 min，形成乳濁液。均質結束后，分別在0 min與10 min從底部吸取100μL樣品，加入10mL0.1%SDS稀釋，于500nm處測定吸光度值（測定3次），乳化活性指數（Emulsification Activity Index，EAI）按下式計算：式中：EAI為乳化活性指數，m2/g；N為稀釋倍數；φ為體系中油相所占分數；C為蛋白濃度，g/mL；L為是比色池光徑（1 cm）。

乳化穩定性（Emulsification Stability Index，ESI）按下式計算：

式中：ESI為乳化穩定性指數，min；A0為0 min時的吸光度值；ΔT為測定乳化性的兩次時間間隔，本試驗取10 min；A10為10 min時的吸光度值。

1.3.6表面疏水性的測定

采用8-苯胺基-1-萘磺酸（ANS）熒光探針法進行測定［21］，激發波長和吸收波長分別是390 nm和470 nm，以蛋白質濃度對熒光強度作圖，以線性回歸斜率作為表面疏水性指標（H0）。

1.3.7傅里葉紅外光譜儀

用P2O5充分干燥凍干后的樣品，稱取樣品1 mg與100 mg KBr研磨、再混勻、最后進行壓片，進行傅里葉變換紅外光譜（FTIR）測定。檢測波數范圍4 000 cm-1～400 cm-1吸收光譜，分辨率為4 cm-1，波數精度為0.01 cm-1，環境溫度25℃，掃描次數64次。

1.3.8聚丙烯酰胺凝膠（SDS-PAGE）電泳

采用SDS-PAGE非連續凝膠電泳對樣品進行分析，濃縮膠和分離膠的質量分數分別為4.0%和12%，考馬斯亮藍R-250染色蛋白質Laemml的方法［22］。

1.3.9掃描電鏡（微觀結構分析）

用導電雙面膠將樣品固定在樣品臺上，將少許樣品撒在雙面膠上，吹去多余的粉末，在真空下噴金后置于掃描電子顯微鏡中觀察并拍攝樣品形貌照片。

1.4數據處理分析

本研究中采用IBM SPSS Statistics 22軟件對數據進行處理，用OriginPro.8.5軟件繪圖。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1擠壓溫度對大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度的影響

在擠壓溫度80℃～120℃，大米蛋白水分含量35%，螺桿轉速200 r/min條件下擠壓大米蛋白，然后將擠壓大米蛋白與葡聚糖按比例為1∶1（質量比），pH 10.5，水浴溫度90℃條件下反應60 min，制備的擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝物，擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝物的接枝度測定結果見表1。

由表1可見，隨著擠壓溫度的升高，擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝物的接枝度先增加后減小，在擠壓溫度為90℃條件下擠壓的大米蛋白與葡聚糖的接枝物，接枝度有最大值（17.5±0.3）%，這可能是由于大米蛋白在擠壓機內，受到擠壓、剪切、高壓等作用，蛋白變性，蛋白分子部分聚集和展開，使游離氨基部分暴露，在與葡聚糖接枝反應時，利于糖接枝反應進行，而當擠壓溫度過高時，蛋白變性程度變大，蛋白聚集程度變大，蛋白與蛋白之間發生交聯，因此與葡聚糖接枝反應時，不利于接枝反應的進行［16-17］，所以選擇最適宜的擠壓溫度為90℃。

表1　擠壓溫度對大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度的影響Table 1　Effect of barrel temperature on the degree of substitution of extruded rice protein-dextran conjugates

2.1.2擠壓大米蛋白水分含量對大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度的影響

不同水分含量擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度測定結果見表2。

表2　擠壓物料水分含量對大米蛋白和葡聚糖接枝復合物接枝度的影響Table 2　Effect of moisture on the degree of substitution of extruded rice protein-dextran conjugates

由表2結果可知，隨著大米蛋白水分含量的升高，擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝物接枝度先增加后減小，在大米蛋白水分含量為35%時，擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝物接枝度有最大值（17.0±0.3）%，可能是因為水分較低時，大米蛋白的粘滯性較大，在擠壓機中停留時間長，受高溫高壓作用變性程度大，蛋白發生部分分解，內部的基團暴露，利于與葡聚糖接觸反應，而當水分過大，水分子潤滑作用使物料粘度下降，流動阻力減少，使物料在擠壓機內部停留時間較少，變性程度小［31］，不利于與糖接枝反應，因此擠壓蛋白水分含量對蛋白變性程度影響很大，因此選擇擠壓蛋白水分含量為35%的擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝反應。

2.1.3擠壓螺桿轉速對大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度的影響

不同螺桿轉速條件下擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度測定結果見表3。

由表3可知，隨著擠壓螺桿轉速的升高，擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度先增加后減小，在擠壓螺桿轉速為200 r/min條件下擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度有最大值（17.3±0.3）%，可能是因為轉速低時，蛋白受到擠壓作用，能量聚集，蛋白分子部分聚集和降解程度小，而增大轉速，物料停留時間短，高螺桿轉速，蛋白擠壓受到更強的壓力，因此蛋白變性嚴重，蛋白分子聚集程度過大［15］，不利于后來與葡聚糖接枝反應進行，所以選擇擠壓螺桿轉速為200 r/min的擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝反應。

表3　擠壓螺桿轉速對大米蛋白和葡聚糖接枝復合物接枝度的影響Table 3　Effect of screw speed on the degree of substitution of extruded rice protein-dextran conjugates

2.1.4擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的制備

根據上述研究，在擠壓溫度90℃，螺桿轉速200 r/ min，擠壓水分含量35%條件下制備擠壓大米蛋白，按照1.3.2的方法，擠壓大米蛋白與葡聚糖配比為1∶1（質量比），pH為10.5，溫度為90℃，反應時間60 min進行糖接枝反應制備擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物，接枝度為（17.6±0.3）%，相同的反應條件下比與天然大米蛋白與葡聚糖接枝復合物接枝度提高了50%，可能是由于擠壓的剪切、碰撞、高壓等作用力使大米蛋白結構發生改變，蛋白質發生聚集和部分降解，使一部分氨基暴露，因此在與葡聚糖接枝反應，加速了蛋白與糖接枝反應的進行［16-17］。通過對該條件制備的擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物與天然大米蛋白和擠壓大米蛋白進行對比，分析擠壓大米蛋白接枝復合物的功能特性及結構變化。

2.2產物的功能性質

2.2.1溶解性的測定結果

天然大米蛋白、擠壓大米蛋白、擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的溶解性見圖1。

由圖1可知，與天然大米蛋白相比，擠壓大米蛋白的溶解性在較寬pH值范圍內顯著降低，而擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物在較寬pH范圍內，溶解性顯著提高8.4%～76.6%。可能是由于大米蛋白在擠壓的高壓、高剪切力條件下使大米蛋白分子分子結構改變，蛋白質分子部分地展開或聚集，使內部部分疏水基團暴露，大米蛋白質分子通過非共價相互作用形成大分子聚集體，蛋白溶解性表現降低趨勢［23］，但擠壓后的大米蛋白，由于蛋白結構發生變化，暴露了利于與葡聚糖進行接枝反應的氨基基團，使接枝反應順利進行，多糖多羥基的引入，能夠使蛋白親水性增加，改變蛋白的溶解性［24］，因此適當的擠壓條件改性大米蛋白與葡聚糖接枝反應，能夠一定程度改變原有大米蛋白蛋白的溶解性。

圖1　 不同處理樣品的溶解性Fig.1　Plots of solubility of samples obtained at different modified methods

2.2.2擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的乳化性

天然大米蛋白、擠壓大米蛋白、擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的乳化性及乳化穩定性結果見圖2。

圖2　不同處理樣品的乳化性和乳化穩定性Fig.2　Plots of EAI and ESI of samples obtained at different modified methods

由圖2可知，與天然大米蛋白相比，擠壓大米蛋白的乳化活性及乳化穩定性提高，而擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的乳化活性大幅提高，提高了62.2%，擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物乳化穩定性增高了73.9%。大米蛋白分子中因含有大量的疏水性氨基酸，高含量的疏水性氨基酸之間通過疏水作用相互靠近，生成大量的二硫鍵，導致蛋白分子聚集沉淀，從而影響的大米蛋白乳化性，但是蛋白經過擠壓機的碰撞及高壓作用可能使蛋白發生部分降解或二硫鍵斷裂，大米蛋白的結構受到一定程度的破壞，其間可能發生二硫鍵存在狀態的變化以及蛋白質顆粒的聚集、解聚現象，其次級鍵被打開，使蛋白分子進一步伸展，極性，原先包埋在分子內部的疏水性基團暴露，增強了親油性，從而增加了乳化性，糖接枝反應，引入多羥基，分子表面形成水化層，增加了蛋白結構中的親水性羥基基團數量，蛋白質部分可有效地吸附在油/水界面上，從而增加了接枝物的乳化活性，而葡聚糖具有大分子的空間穩定作用，使得蛋白分子受到阻礙，不易靠近而聚集沉淀［11］，降低界面的張力起到穩定乳狀液的作用［24-25］，因此經過擠壓改性后的大米蛋白進行糖接枝反應能夠更好的改善疏水性大米蛋白乳化性和乳化穩定性。

2.3接枝復合物的結構表征

2.3.1擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的表面疏水性

利用熒光探針ANS法檢測擠壓的大米蛋白與葡聚糖的接枝復合物在pH 7.0時的表面疏水指數，如圖3所示。

圖3　 不同處理樣品的表面疏水性Fig.3　Plots of surface hydrophobicity（H0）of samples obtained at different modified methods

由圖3可知，與天然大米蛋白相比，擠壓大米蛋白的疏水性降低39.6%，而擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的疏水性降低69.5%；可能是因為原蛋白表面帶有較多的電荷，蛋白質-水相互作用較大，而蛋白經擠壓后，蛋白質分子部分聚集和降解，使疏水基團向分子內部引入，表面疏水性變小，而當葡聚糖接枝到擠壓大米蛋白上，多羥基的引入使親水性基團的數量增多，蛋白質-水靜電相互作用降低而蛋白質內疏水相互作用占優勢地位，表面疏水基團進一步向分子內聚集，從而形成更加有序的蛋白結構，致使蛋白質表面疏水性指數大幅降低［26-27］，從而影響了蛋白的溶解及乳化性能。

2.3.2擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的紅外分析

本試驗利用傅里葉紅外光譜法，對天然大米蛋白、擠壓大米蛋白和擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物FT-IR光譜進行分析，見圖4。

圖4　不同處理樣品的傅里葉紅外光譜分析圖譜Fig.4　Plots of Fourier transform infrared spectroscopy of samples obtained at different modified methods

由圖4可以看出，與葡聚糖接枝后的大米蛋白的紅外光譜既具有蛋白的酞胺化合物的吸收帶特征峰，又具有糖的特征吸收峰［25］，復合產物在在3 350 cm-1附近存在由O-H和N-H形成的較寬的吸收帶，這是由于新物質共價交聯反應出現了新的N-H鍵，在1651 cm-1（酰胺I）處有強烈的C=O的伸縮振動，說明此處基團發生了反應，此振動可形成β-轉角，1 539（酰胺Ⅱ）N-H鍵伸縮振動增強存在N-H的變角振動，其屬于β-折疊，是由伸展的多肽鏈組成的，在1 153 cm-1（酰胺Ⅲ）處峰屬于N-H變角振動和C-N伸縮振動所形成的α-螺旋和無規則卷曲；同時在1020 cm-1出現了較強的吸收，這可能是由于羥基的接入而出現的O-H彎曲振動［28］，在2 926 cm-1范圍內出現的通常為-CH2和-CH3的飽和C-H反射峰［29］，通過對產物紅外圖譜的分析，可以推斷出，擠壓的大米蛋白與葡聚糖發生了接枝反應，通過共價結合生成共聚物。

為了進一步定量分析樣品的結構變化，本試驗利用多峰分析peakfitv4.12軟件對蛋白質的FT-IR光譜進行二階導數IR去卷積光譜擬合分析得到了蛋白質二級結構的定性定量信息結果見表4。

由表4可知，與天然大米蛋白相比，擠壓的大米蛋白α-螺旋、β-轉角和無規卷曲結構分別增加了14.5%、14.6%、30.5%，β-折疊結構含量減少了14.6%，擠壓糖接枝α-螺旋、β-轉角和無規卷曲結構含量分別增加了24.4%、26.0%和19.9%，而β-折疊結構含量減少了15.0%，這可能是由于擠壓處理產生的剪切、碰撞等物理作用，使一部分蛋白分子發生聚集，造成二級結構含量發生變化，這種變化與蛋白質的重聚集有關，研究表明由于氫鍵作用，β-折疊結構易存在于蛋白質聚集體內部，擠壓大米蛋白的β-折疊結構含量的降低，也表明了蛋白發生了部分降解［15-16］，從而證實了這種變化，而糖接枝反應增加了α-螺旋、β-轉角等有序二級結構，同時β-折疊向無規則卷曲轉化。

2.3.3擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的電泳分析

表4　不同處理樣品的二級結構含量分析Table 4　The content of second research of samples obtained at different modified methods

為了進一步研究擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物亞基結構的變化，對天然大米蛋白、擠壓大米蛋白、擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物樣品進行SDS-PAGE分析（圖5）。

圖5　不同處理樣品的電泳圖Fig.5　Plots of SDS-PAGE of samples obtained at different modified methods

由圖5可以看出，天然大米蛋白的SDS-PAGE電泳圖很清晰地顯示出大米蛋白（圖5，帶1）各亞基的條帶大概分布在22.0、37.0、51.0 ku和80 ku～82 ku，擠壓大米蛋白（圖5，帶2）則沒有表現出明顯不同，仍具有典型的條帶，擠壓后的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物（圖5，帶3）的條帶51.0 ku和80 ku～82 ku亞基帶變得模糊，并且在分離膠和濃縮膠分理處出現大分子量分子，表明擠壓的大米蛋白與糖接枝反應作用改變了蛋白的亞基結構［30］，而大米蛋白疏水性的減弱，這表明擠壓造成的蛋白分子聚集可能由共價鍵連接，可能擠壓作用，蛋白分子聚集，使疏水性基團向分子內部引入［31］，而糖接枝反應則改變了蛋白的亞基結構，大分子量接枝物出現，也從側面說明了擠壓后的大米蛋白，能夠促進接枝反應的進行，蛋白結構改變有利于蛋白分子和多糖的結合，從而改變了接枝產物的溶解性和乳化性能。

2.3.4擠壓改性的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物電鏡分析

通過SEM觀察蛋白表面結構從而對其結構進行分析，本試驗對天然大米蛋白、擠壓大米蛋白、擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物SEM觀察結果見圖6。

圖6　不同處理樣品的SEM圖Fig.6　Plots of Size exclusion chromatography of of samples obtained at different modified methods

圖6顯示：天然大米蛋白表面呈塊狀的顆粒狀（圖6，a），擠壓的大米蛋白會呈現出整片的片層結構及多孔結構（圖6，b），這可能是因為大米蛋白在溫度、轉速、剪切力的綜合作用下，內部結構發生了一定的變化［32］，維持蛋白質分子高級結構的非共價鍵可能被破壞，蛋白質分子之間發生各種化學作用，形成聚合體結構，同時也說明大米蛋白在擠壓過程中發生不同程度的降解及聚合，其天然有序結構被打破，蛋白質分子間相互降解及聚合，形成纖維片狀結構［12］，而擠壓大米蛋白與葡聚糖接枝復合物（圖6，c）展現出更無序和不規則的的碎片結構，擠壓糖接枝改變了大米蛋白的表面結構，多糖分子的引入，使大米蛋白原有的剛性結構消失，肽鏈伸展，分子擴散開來，改變結構［14］，因此高疏水性的大米蛋白在經過擠壓后，更有利于與葡聚糖接枝反應，并且擠壓后進行糖接枝反應的接枝復合物的功能性提高，也說明了擠壓對大米蛋白改性有一定的作用。因此擠壓糖接枝改善大米蛋白的溶解性和乳化性可能與擠壓后蛋白結構變化有很大關系。

3　結論

在擠壓溫度90℃、大米蛋白水分含量35%，螺桿轉速200 r/min條件下擠壓的的大米蛋白與葡聚糖接枝反應得到的接枝復合物，接枝度最大為（17.6±0.3）%，同時，該接枝復合物與天然大米蛋白相比，在較寬pH范圍內，溶解性顯著提高8.4%～76.6%，乳化性和乳化穩定性分別增加了62.2%和73.9%，表面疏水性降低了69.5%，表明了，擠壓糖接枝反應能夠提高大米蛋白的溶解性和乳化性。通過傅里葉紅外光譜結果分析表明，擠壓糖接枝反應顯著的改變了蛋白亞基結構，α-螺旋、β-轉角和無規卷曲結構含量分別增加了24.4%、26.0%和19.9%，而β-折疊結構含量減少了15.0%；SDS電泳結果分析顯示，擠壓的大米蛋白與葡聚糖接枝復合物的分子量為51.0 ku與80 ku～82 ku亞基帶變得模糊，并且在分離膠和濃縮膠分理處出現大分子量分子，說明大米蛋白與葡聚糖發生了共價結合；掃描電鏡分析了蛋白的表觀結構變化，表明擠壓和糖接枝對蛋白結構改性顯著。因此，適當的擠壓條件擠壓改性大米蛋白與葡聚糖進行接枝反應得到的接枝產物具有良好的乳化性能，能夠為大米蛋白應用與工業化生產提供理論基礎，因此擠壓糖接枝改性對提高大米蛋白的應用價值有一定的意義。

［1］Shih F F，Daigle K W.Preparation and characterization of rice protein isolates［J］.Journal of Oil&Fat Industries，2000，77（8）：885-889

［2］Juliano B O，Antonio A A，Esmama B V.Effects of protein content on the distribution and properties of rice protein［J］.Nutrition Reviews，1973，24（3）：295-306

［3］郭興鳳，張娟娟.大米蛋白功能性研究進展［J］.糧食與油脂，2008 （3）：1-3

［4］肖蓮榮，任國譜.大米蛋白改性研究進展［J］.食品與發酵工業，2012，38（2）：151-156

［5］布冠好，朱婷偉，陳復生，等.大豆蛋白-乳糖復合物的結構及功能特性研究［J］.中國糧油學報，2014，29（7）：40-44

［6］董建云，鐘昔陽，羅水忠，等，谷氨酰胺轉氨酶對小麥蛋白凝膠性的影響研究［J］.中國糧油學報，2014，29（12）：5-10

［7］Liu Y，Zhao G，Zhao M，et al.Improvement of functional properties of peanut protein isolate by conjugation with dextran through Maillard reaction［J］.Food Chemistry，2012，131（3）：901-906

［8］Mu L，Zhao M，Yang B.Effect of ultrasonic treatment on the graft reaction between soy protein isolate and gum acacia and on the physicochemical properties of conjugates［J］.Journal of Agricultural &Food Chemistry，2010，58：4494-4499

［9］Li Y，Zhong F，Ji W，et al.Functional properties of Maillard reaction products of rice protein hydrolysates with mono-，oligo-and polysaccharides［J］.Food Hydrocolloids，2013，30（1）：53-60

［10］Paraman I，Hettiarachchy N S.Hydrophobicity，solubility，and emulsifying properties of enzyme-modified rice endosperm protein［J］. Cereal Chemistry，2007，84（4）：343-349

［11］Spotti M J，Martinez M J，Pilosof A M R，et al.Influence of Maillard conjugation on structural characteristics and rheological properties of whey protein/dextran systems［J］.Food Hydrocolloids，2014，39：223-230

［12］Guan J J，Zhang T B，Hui M，et al.Mechanism of microwave-accelerated soy protein isolate-saccharide graft reactions［J］.Food Research International，2011，44（9）：2647-2654

［13］Wang Z J，Han F F，Sui X N，et al.Effect of ultrasound treatment on the wet heating Maillard reaction between mung bean［Vigna radiate （L.）］protein isolates and glucose and on structural and physicochemical properties of conjugates［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，2015，96（5）：1532-1540

［14］Jiang S j，Zhao X H.Transglutaminase-induced cross-linking and glucosamine conjugation of casein and some functional properties of the modified product［J］.International Dairy Journal，2011，21（4）：198-205

［15］Selling G W，Utt K D.Effect of multiple extrusion passes on zein［J］. Polymer Degradation and Stability，2013，98（1）：184-189

［16］趙學偉，魏益民，張波.擠壓對小米蛋白溶解性和分子量的影響［J］.中國糧油學報，2006，21（2）：39-43

［17］房巖強，魏益民，張波.蛋白質結構在擠壓過程中的變化［J］.中國糧油學報，2013，20（5）：100-104

［18］Church F C，Swaisgood H E，Porter D H，et al.Spectrophotometric Assay Using o-Phthaldialdehyde for Determination of Proteolysis in Milk and Isolated Milk Proteins［J］.Journal of Dairy Science，1983，66（6）：1219-1227

［19］Compton S J，Jones C G.Mechanism of dye response and interference in the Bradford protein assay［J］.Analytical Biochemistry，1985，151（2）：369-374

［20］Pearce K N，Kinsella J E.Emulsifying properties of proteins：evaluation of a turbidimetric technique［J］.Journal of Agricultural&Food Chemistry，1978，26（3）：716-723

［21］Pasdar N A，Chan E C L.Comparison of protein surface hydrophobicity measured at various pH values using three different fluoresent probes［J］.Journal of Agricultural&Food Chemistry，2000，48（48）：328-334

［22］Laemmli U K.Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4［J］.Nature，1970，227（5259）：680-685

［23］鄭喜群，馬艷秋，劉曉蘭，等.擠壓膨化對玉米醇溶蛋白結構特性的影響［J］.華南理工大學學報（自然科學版），2014，42（3）：131-136

［24］Zhao J，Tian Z，Chen L.Effects of deamidation on aggregation and emulsifying properties of barley glutelin［J］.Food Chemistry，2011，128：1029-1036

［25］紀崴.酶法及美拉德反應改進大米蛋白功能性質的研究［D］.無錫：江南大學，2009

［26］許晶，齊寶坤，趙青山，等.大豆分離蛋白結構特性與表面疏水性的關系［J］.中國糧油學報，2015，30（8）：32-41

［27］Afizah M N，Rizvi S S H.Functional properties of whey protein concentrate texturized at acidic pH：Effect of extrusion temperature［J］. LWT-Food Science and Technology，2014，57（1）：290-298

［28］Chang Y H，Cui S W，Roberts K T，et al.Evaluation of extrusionmodified fenugreek gum［J］.Food Hydrocolloids，2011，25（5）：1296-1301

［29］盧雁，張瑋瑋，王公軻.FTIR用于變性蛋白質二級結構的研究進展［J］.光譜學與光譜分析，2008，28（1）：88-93

［30］Buckow R，Wendorff J，Hemar Y.Conjugation of bovine serum albumin and glucose under combined high pressure and heat［J］.Journal of Agricultural&Food Chemistry，2011，59（8）：3915-3923

［31］Osen R，Toelstede S，Wild F，et al.High moisture extrusion cooking of pea protein isolates：Raw material characteristics，extruder responses，andtextureproperties［J］.Journal of Food Engineering，2014，127：67-74

［32］Chen F L，Wei Y M，Zhang B.Chemical cross-linking and molecular aggregation of soybean protein during extrusion cooking at low and high moisture content［J］.LWT-Food Science and Technology，2011，44（4）：957-962

The Function Properties and Structural Characterization of Extruded Rice Protein-Dextran Conjugates

ZHANG Huan-li1，XIAO Zhi-gang1，2，*，MA Hui1，NIE Wen-wen1
（1.College of Grain Science and Technology，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，Liaoning，China；2.College of Food Science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，Heilongjiang，China）

molecular weight changes and apparent characterization of rice protein by the methods and means of Fourier infrared spectrum and SDS-PAEG electrophoresis and SEM，the results analysis showed that extrusion and grafting reaction changed the structure of protein subunits significantly，the content of α-helix and β-turn and random coil increased by 24.4%，26.0%and 19.9%，respectively，and β-sheet structure content decreased by 15.0%，significantly，SDS electrophoresis analysis results showed that the extruded rice protein and dextran conjugates the line of 51.0 ku and 80 ku-82 ku become blurred，a high molecular weight appeared in the region between acrylamide separating gel with acrylamide stacking gel，indicated molecular weight have happened a big weight aggregates of covalent connection，the SEM analysis of the apparent structure，indicated the graft reaction and s extrusion modified protein structure significantly.

riceprotein；dextran；graftingreaction；extrusion；functionalproperties；structuralcharacterization

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.15.029Abstract：In order to prepare a high solubilizing and emulsibity rice protein，the method wet-heating grafting reaction of extruded rice protein and dextran was ultilized to study the influence of barrel temperature，the material moisture content and screw speed on the degree of substitution.The optimal process conditions were determined through single factor experiment analysis：barrel temperature 90℃，35%moisture content of material，screw speed 200 r/min，Under this condition，the degree of substitution reached at（17.6±0.3）%.The solubility and emulsification，surface hydrophobicity of extruded rice protein-dextran conjugates on the degree of substitution of（17.6±0.3）%was investigated，the results showed that compared with the native rice protein，the solubility of extruded rice protein and dextran conjugates increased significantly in a wide range，increased by 8.4%-76.6%，the emulsification activity and emulsification stability increased by 62.2%and 73.9%，respectively，the surface hydrophobicity decreased by 69.5%.Meanwile，experiment analyzed subunit structure and

國家星火重點項目（2015GA650007）；遼寧省高等學校優秀科技人才支持計劃（第一層次）資助專項（LR2015062）；遼寧省組織部“百千萬人才工程”百層次人選資助專項（2013B028）

張煥麗（1992—），女（漢），在讀碩士研究生，研究方向：生物化工。

2016-03-01