核桃分離蛋白溶解性、乳化性影響因素研究

易建華， 曹 燦， 朱振寶

(1.陜西科技大學 食品與生物工程學院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學 陜西省食品加工工程技術研究中心， 陜西 西安 710021)

核桃分離蛋白溶解性、乳化性影響因素研究

易建華1,2， 曹 燦1， 朱振寶1,2

(1.陜西科技大學 食品與生物工程學院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學 陜西省食品加工工程技術研究中心， 陜西 西安 710021)

通過酸沉堿溶法提取核桃分離蛋白，研究了不同因素(pH、離子強度、阿拉伯膠)對核桃分離蛋白溶解性、乳化性及乳化穩定性的影響，結果表明：pH 5.0附近，蛋白的溶解性、乳化性及乳化穩定性都較低.pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl、CaCl2、阿拉伯膠的加入均降低蛋白質的溶解性，其中在堿性條件下，NaCl、CaCl2對蛋白質溶解度影響較大，酸性條件下，阿拉伯膠對蛋白質溶解度影響較大，與NaCl相比，CaCl2對溶解度的影響更大.另外，pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl的引入同時降低蛋白質乳化性和乳化穩定性，阿拉伯膠的引入提高乳化性，但乳化穩定性呈現先下降后提升的趨勢.

核桃分離蛋白； 溶解性； 乳化性； 乳化穩定性

Abstract:In this study,walnut protein isolates were prepared by alkali extraction and acid precipitation.The effects of different factors(pH,ionic strength,gum arabic)on the solubility,emulsification activity and emulsification stability of walnut protein were studied.The results showed that the solubility,emulsification activity and emulsification stability were the lowest around isoelectric point (pH 5.0).At pH 3.0 and pH 8.0,the addition of NaCl,CaCl2and gum arabic decreased the solubility of the proteins.Arabia gum had greater effect on the solubility of the proteins in acidic condition,whereas,NaCl and CaCl2had greater effect on the solubility of proteins in alkali condition.In addition,the solubility of proteins was more greatly affected by CaCl2than by NaCl.At different pH,NaCl decreased the emulsifying activity and emulsifying stability of the proteins,meanwhile gum arabic increased the proteins′ emulsifying activity however,their emulsifying stability first drop and then increased.

Keywords:walnut protein isolates; solubility; emulsifying activity; emulsifying stability

0 引言

核桃位列世界四大堅果之首，素來享有“萬歲子”、“長壽果”、“益智果”、“美容果”、“紅棗加核桃，賽過靈芝草”等美譽[1].我國核桃品種繁多，云南的漾滇核桃、山西香玲核桃、新疆紙皮核桃等，且產量居世界首位[2].核桃的出仁率高達50%，核桃仁中蛋白質和脂質含量豐富，分別約占16.6%、65.5%.除此以外，核桃仁中含有豐富的維生素，如生育酚、維生素C、維生素B，人體所必須的微量礦質元素鐵、鋅、硒占有比例高[3].

核桃蛋白是一種優質的植物蛋白，主要由四種蛋白質組成，分別是谷蛋白、球蛋白、清蛋白、醇蛋白，其中谷蛋白含量高達70%.核桃蛋白中含有18種氨基酸，其中有8種人體必需氨基酸、精氨酸和谷氨酸含量很高[4].近年來，關于核桃分離蛋白特性的研究較多，研究發現核桃分離蛋白的溶解性較差，核桃分離蛋白可以作為一種表面活性劑，它能提高乳狀液穩定性，其乳化性和乳化穩定性受pH、離子濃度、溫度、蛋白質濃度等影響[5].

核桃產品的加工多以核桃仁的加工為主，產品類型相對比較簡單，如核桃粉、核桃奶、核桃發酵乳、核桃醬等[6]，本文希望通過對核桃分離蛋白的溶解性、乳化性及乳化穩定性進行研究，為提高核桃產品的附加值，擴大核桃分離蛋白在食品行業的應用提供一定的理論依據.

1 材料和方法

1.1 實驗材料與儀器

1.1.1 主要材料與試劑

核桃：市售；石油醚、氫氧化鈉、無水氯化鈣、氯化鈉、磷酸、乙醇、阿拉伯樹膠粉：分析純，天津市天力化學試劑有限公司；磷酸氫二鈉、 磷酸二氫鈉、十二烷基磺酸鈉：分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；考馬斯亮藍G250：北京愛普華美生物科技有限公司；牛血清蛋白：上海源葉生物科技有限公司.

1.1.2 主要儀器

精密pH計：PB-10型，賽多利斯科學儀器北京有限公司；電子天平：JA5003B型，上海精科天美科學儀器有限公司；磁力攪拌器：84-1型，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；超細勻漿器：F6/10-G型，上海弗魯克流體機械制造有限公司；

離心機：H1850型，湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司；分光光度計：UV759S型，上海荊和分析儀器有限公司；渦旋振蕩器：QL901型，海南市其林貝爾儀器制造有限公司；電熱鼓風恒溫干燥箱：GZX-GF101-1-BS型，上海躍進醫療器械有限公司；循環水真空泵：SHZ-Ⅲ型，上海亞榮生化儀器廠；料理機：JYL-C020型，九陽股份有限公司.

1.2 實驗方法

1.2.1 核桃分離蛋白的制備

參照參考文獻[7]，并稍做修改.核桃去殼，核桃仁水中浸泡去皮，核桃仁于40 ℃干燥并粉碎，核桃粉末經石油醚脫脂處理(料液比1∶6 g/mL，脫脂2次)，抽濾，溶劑揮發后過40目篩.核桃脫脂粉末與水以1∶15 g/mL料液比混合，0.5 mol/L NaOH調節溶液pH 9.0，磁力攪拌器勻速攪拌1 h，5 000 r/min 離心10 min，收集上清液，沉淀再用1∶5 g/mL的料液比提取2次；將上述收集得到的所有上清液用0.5 mol/L HCl調節溶液至核桃分離蛋白等電點pI 5.0，5 000 r/min 離心10 min，收集得到沉淀并水洗5次，冷凍干燥備用.

1.2.2 核桃分離蛋白溶解性測定

參照參考文獻[8]的方法，并稍做修改.準確稱取0.2 g蛋白質溶解于40 mL磷酸緩沖溶液或一定濃度NaCl、CaCl2、阿拉伯膠的磷酸緩沖溶液，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl調節pH，磁力攪拌1 h，5 000 r/min 離心10 min后備用，取樣品溶液20μL，補水至100μL，加入5 mL考馬斯亮藍，渦旋振蕩器上混勻，于595 nm處測定吸光度.蛋白溶解性計算公式：

(1)

1.2.3 核桃分離蛋白乳化性及乳化穩定性的測定

參照參考文獻[9,10]的方法，并稍做修改.準確稱取0.09 g蛋白質溶解于45 mL磷酸緩沖溶液或一定濃度NaCl、阿拉伯膠的磷酸緩沖溶液(pH 7.0 10 mmol/L)，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl調節pH，磁力攪拌1 h，加入10 mL大豆油，手持超細勻漿機35 000 r/min均質2 min，從乳化液底部快速抽取50μL液體，加入10 mL 0.1%SDS溶液，迅速搖晃使其分布均勻，于波長500 nm 處測定吸光值，此吸光值為0 min 時樣品的乳化活性指數，用A0表示；靜置10 min后再吸取1次乳化液進行如上操作，此時吸光值作為10 min時樣品的乳化活性指數，用A10表示.

(2)

式(2)中：T=2.303；C為蛋白質溶液的濃度；Φ為油相的體積比；A0為0 min時在500 nm處的吸光值.

(3)

式(3)中：A10為10 min后在500 nm處的吸光值.

2 結果與討論

2.1 不同因素對核桃分離蛋白溶解性影響

2.1.1 pH影響

pH對溶解度的影響如圖1所示，核桃分離蛋白的溶解性整體呈現出一個U形曲線與其它蛋白質溶解性曲線相似[11].由圖1還可以看出，其等電點pI在5.0左右，當pH在等電點附近，蛋白質溶解性較低，偏離等電點越遠，核桃分離蛋白的溶解性越好.當核桃分離蛋白處于等電點時，其自身的靜電荷為零，蛋白之間的靜電排斥力較低，導致蛋白相互聚集而產生沉淀，從而降低了溶解度[12]. 堿性條件中核桃分離蛋白的溶解性略微高于酸性條件.這可能是因為在偏離等電點的酸性和堿性條件下，蛋白帶正電或負電，與水分子之間的相互作用增強，溶解度增加.

圖1 pH對溶解度的影響

2.1.2 NaCl影響

圖2是NaCl對溶解度的影響.由圖2(a)、2(b)可以看出，NaCl的加入降低了溶解性.不同pH條件下，核桃分離蛋白的溶解性隨NaCl濃度的增加而減小，這是由于NaCl的加入中和蛋白質所帶電荷，破壞了蛋白質表面的水膜，從而降低了蛋白質的溶解度[13].堿性條件下NaCl對核桃分離蛋白溶解性的影響較酸性條件更大.這可能是因為pH 3.0和pH 8.0時，蛋白質分別帶正負兩種不同的電荷，引入NaCl使蛋白質溶解性表現出兩種不同的變化趨勢.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖2 NaCl對溶解度的影響

2.1.3 CaCl2影響

圖3所示為CaCl2對溶解度的影響.由圖3(a)、3(b)可以看出，CaCl2的引入降低了蛋白質溶解性.當pH 3.0和pH 8.0時，在0～60 mmol/L的濃度范圍內，溶解度隨CaCl2濃度的增加而減小.這是因為CaCl2的引入中和蛋白所帶電荷，破壞了蛋白表面的水化層，使體系變得不穩定，蛋白更容易絮凝沉淀.從圖3(a)、3(b)還可以看出，酸性條件下CaCl2對核桃分離蛋白溶解性的影響較堿性條件更小.這可能是因為不同pH條件，蛋白質所帶電荷性質和數量不同，CaCl2的加入會產生不同的影響.圖2(a)、2(b)與圖3(a)、3(b)比較可以得出，CaCl2較NaCl對蛋白質溶解性的影響更加明顯.根據陽離子降低溶解度能力規律，Ca2+降低溶解度的能力大于Na+.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖3 CaCl2對溶解度的影響

2.1.4 阿拉伯膠影響

阿拉伯膠對溶解度的影響如圖4所示.由圖4(a)、4(b)可知，加入阿拉伯膠會降低蛋白質的溶解性.pH 3.0和pH 8.0下，在0.00%～0.20%的濃度范圍內，蛋白質的溶解度隨阿拉伯膠濃度的增加而減小，這可能是因為阿拉伯膠本身是一種親水性的膠體，會與蛋白質競爭性的與水結合，導致蛋白溶解性降低.從圖4中還可以得出，pH 3.0時蛋白溶解度下降趨勢更明顯.pH 3.0時蛋白質帶正電，阿拉伯膠是一種弱酸性大分子多糖，帶負電，與蛋白表面電荷中和，導致蛋白質發生沉淀，從而使溶解度降低[14].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖4 阿拉伯膠對溶解度的影響

2.2 不同因素對核桃分離蛋白乳化性和乳化穩定性的影響

2.2.1 pH影響

圖5是pH對乳化性和乳化穩定性的影響.由圖5可以看出，乳化性和乳化穩定性整體表現出先降低后上升的趨勢.pH 5.0左右，蛋白質乳化性和乳化穩定性都較差，pH<5.0時，乳化性和乳化穩定性隨pH增加而減小，pH>5.0時，乳化性和乳化穩定性隨pH的增加而增加.原因是核桃分離蛋白的等電點在pH 5.0左右，此時蛋白質自身靜電荷為零，蛋白質之間的靜電排斥相互作用較弱，蛋白質容易絮凝聚集，溶解性最小，蛋白質向油水界面的吸附量少，吸附能力弱，乳化性和乳化穩定性較低，偏離等電點的環境下，蛋白質的溶解性提高，有助于提高蛋白界面載量和高黏彈膜的形成，提高了乳化性和乳化穩定性[15].

圖5 pH對乳化性和乳化穩定性的影響

2.2.2 NaCl的影響

NaCl對乳化性和乳化穩定性的影響如圖6所示.由圖6(a)、6(b)可以看出，加入NaCl后核桃分離蛋白的乳化性和乳化穩定性整體呈下降趨勢.pH 3.0和pH 8.0條件下，在0～100 mmol/L濃度范圍內，隨NaCl濃度增加，核桃分離蛋白的乳化性和乳化穩定性降低.可能是由于NaCl的引入中和了蛋白質表面所帶電荷，蛋白質水化層遭到破壞，蛋白質溶解性下降，因此，吸附在油水界面的蛋白質的量減少，導致乳化性和乳化穩定性降低[16].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖6 NaCl對乳化性和乳化穩定性的影響

2.2.3 阿拉伯膠的影響

圖7所示為阿拉伯膠對乳化性和乳化穩定性的影響.由圖7(a)、7(b)可以看出，不論是pH 3.0或pH 8.0，加入阿拉伯膠均會使核桃分離蛋白的乳化性增加，且pH 3.0比pH 8.0乳化性更好，由于阿拉伯膠結構上帶有部分蛋白物質及結構外表的鼠李糖，使得阿拉伯膠具有優良的親水親油性，能在油滴周圍形成一層厚的、具有空間穩定性的大分子層[17]，是非常好的天然水包油型乳化劑，所以阿拉伯膠的引入會明顯增加蛋白質的乳化性.從圖7(a)、7(b)還可以得出，在0.00%～0.20%的濃度范圍內，阿拉伯膠濃度使蛋白質乳化穩定性呈先減少后增加的趨勢.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖7 阿拉伯膠對乳化性和乳化穩定性的影響

3 結論

(1)核桃分離蛋白等電點在5.0左右，等電點附近蛋白的溶解性最低，偏離等電點溶解度提高，pH 3.0和pH 8.0時，NaCl、CaCl2和阿拉伯膠的加入均會使蛋白質的溶解性降低，堿性條件下NaCl、CaCl2蛋白質溶解性影響更大，兩種鹽相比較，CaCl2影響更大，酸性條件下阿拉伯膠對蛋白質溶解性影響更大.

(2)等電點附近，核桃分離蛋白乳化性和乳化穩定性最低，堿性條件下乳化性和乳化穩定性優于酸性條件.不同pH條件下，加入NaCl降低蛋白的乳化性和乳化穩定性，加入阿拉伯膠提高乳化性，乳化穩定性先下降后上升.

[1] 陸 俊,趙安琪,成 策,等.核桃營養成分與生理活性及開發利用[J].食品與機械,2014,30(6):238-242.

[2] 楊金枝,陳錦屏.核桃資源的綜合開發利用[J]. 食品與藥品,2007,9(4):71-73.

[3] 馮春艷,榮瑞芬,劉雪崢.核桃仁及內種皮營養與功能成分分析研究進展[J].食品工業科技,2011,32(2):408-412.

[4] 陳 鵬,張仕林.云南核桃資源現狀及其加工利用前景分析[J].安徽農學通報,2009,15(1):59-61.

[5] 毛曉英,華欲飛,盧 偉.核桃分離蛋白質的研究進展[J].食品工業科技,2009,30(6):328-331.

[6] 王 帥,戴漣漪,庫雪晶,等.核桃營養組成與保健功能研究進展[J].中國釀造,2016,35(6):30-34.

[7] 李靜娟,易建華,朱振寶,等.桃仁蛋白與大豆分離蛋白功能特性比較[J].食品與發酵工業,2016,36(12):100-104.

[8] 柳 蔭,吳鳳智,陳 龍,等.考馬斯亮藍法測定核桃水溶性蛋白含量的研究[J].中國釀造,2013,32(12):131-133.

[9] Chen Li,Haoran Xue,Zhiyan Chen,et al.Comparative studies on the physicochemical properties of peanut protein isolate-polysaccharide conjugates prepared by ultrasonic treatment or classical heating[J].Food Research International,2014,57:1-7.

[10] 鄧芝串,張 超,張 暉.黑籽瓜種子蛋白質的功能特性[J].食品工業科技,2014,35(10):115-120.

[11] 趙小龍,劉大川.棉籽分離蛋白的功能特性研究[J].中國油脂,2015,40(1):27-30.

[12] Lamlam C.,Janitha W.,Michael T.N.Effect of pH and NaCl on the emulsifying properties of a napin protein isolate[J].Food Biophysics,2015,10(1):30-38.

[13] Xiao Ying Mao,Yu Fei Hua.Chemical composition,molecular weight distribution,secondary structure and effect of NaCl on functional properties of walnut (Juglans regia L) protein isolates and concentrates[J]. Journal of Food Science and Technology,2014,51(8):1 473-1 482.

[14] 王衛平.阿拉伯膠的種類及性質與功能的研究[J].中國食品添加劑,2002(2):22-28.

[15] 薛 蕾,李大文,尉 芹,等.苦杏仁蛋白的功能特性[J].食品科學,2013,34(7):70-75.

[16] 羅勤貴,李春娟,歐陽韶暉,等.核桃分離蛋白乳化性質及其影響因素效應的研究[J]. 安徽農業科學,2007,35(2):359-360.

[17] 楊 雷,仇 丹,周逸奎.阿拉伯膠的結構特征和乳化性能研究進展[J].食品工業科技,2013,34(12):353-357.

【責任編輯：陳佳】

Studyontheinfluencingfactorsofsolubilityandemulsificationofwalnutproteinisolates

YI Jian-hua1,2， CAO Can1， ZHU Zhen-bao1,2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shannxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Province Research Center of Food Process Engineering and Technology, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

2017-05-01

國家自然科學基金項目(31671888)； 陜西科技大學博士科研啟動基金項目(2017BJ-21)

易建華(1971-)，女，河南信陽人，教授，博士，研究方向：蛋白與油脂工程

2096-398X(2017)05-0128-05

TS201.2

A