微胚乳超高油玉米粕蛋白特性及氨基酸組成研究

湯星月，吳建文，李秋庭，*

（1.廣西大學輕工與食品工程學院，廣西南寧530004；2.廣西壯族自治區林業科學研究院，廣西南寧530006）

“華建1 號”微胚乳超高油玉米（以下簡稱油玉米）于2011年通過廣西品種審定委員會審定，是迄今世界唯一的油用玉米新品種，其含油率高達27%[1-3]、蛋白質含量達24%[4]、淀粉含量達30%[5]。為了得到營養豐富、高品質的玉米油，企業對油玉米一般采用壓榨法制取玉米油。由于油玉米胚乳部位較小且含油率高，壓榨制油時可省去傳統提胚工藝直接整粒進行壓榨。提取玉米油后的玉米粕含有大量的蛋白質，是良好的食品或者飼料原料。本研究中對熱榨法和冷榨法制得的油玉米粕中蛋白質的特性及氨基酸組成進行了研究，探討不同的壓榨工藝對油玉米粕蛋白質特性及氨基酸組成的影響，為得到高品質油玉米粕蛋白提供理論數據支撐，為充分開發油玉米營養價值和經濟價值奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本試驗所用油玉米、油玉米冷榨粕、油玉米熱榨粕均由南寧桂福園公司提供。其中，油玉米冷榨粕為原料干燥至一定水分含量，在室溫（25 ℃）下整顆投入壓榨機制油后得到的餅粕；油玉米熱榨粕為原料干燥至一定水分含量在120 ℃下整顆投入壓榨機制油后得到的餅粕。

1.2 儀器與設備

UV-1800 紫外分光光度計：日本島津公司；L-8900高速全自動氨基酸分析儀：日本日立公司；F16502 掃描電鏡（表面微觀測試儀）：荷蘭PHENOM 公司。

1.3 方法

1.3.1 油玉米蛋白樣品分離

油玉米蛋白樣品分離方法參照文獻[6-7]，并根據實際情況稍作修改。稱取一定量的原料，以原料∶水為1 ∶10（g/mL）加入水，用 1 mol/L NaOH 調節 pH 值至12，在45 ℃下提取2 h，提取過程不斷攪拌，使料液充分接觸。提取結束后于4 500 r/min 離心15 min 分離上清液，沉淀重復上述操作2 次，合并3 次提取所得上清液，并用 1 mol/L HCl 調節 pH 值至 4.5，4 500 r/min 離心15 min，沉淀在4 ℃下透析48 h，凍干 48 h 即得微胚乳超高油玉米分離蛋白（micro-endosperm ultrahigh-oil corn isolated protein，MIP）、微胚乳超高油玉米冷榨粕分離蛋白（cold-press micro-endosperm ultrahigh-oil corn isolated meal protein，CIP）、微胚乳超高油玉米熱榨粕分離蛋白（heat-press micro-endosperm ultra-high-oil corn isolated meal protein，HIP）。其中，MIP中蛋白質含量為（71.455±0.19）g/100 g，CIP 中蛋白質含量為（73.535±0.39）g/100 g，HIP 中蛋白質含量為（74.226±0.8）g/100 g。

1.3.2 油玉米分離蛋白持水性、持油性測定

油玉米分離蛋白持水性及持油性的測定參照Abugoch Lilian E 等[8]的方法，稍作修改。準確稱取0.1 g 分離蛋白（記為m）于10 mL 離心管（樣品質量和離心管質量記為m1）中，加水或精制茶籽油至10 mL，在室溫（25 ℃）下低速振蕩2 h 使蛋白質與水或茶籽油充分混合，振蕩結束后于4 500 r/min 離心10 min，棄去上層水或茶籽油，用濾紙吸干多余的水分或茶籽油，稱重記為m2，計算方法如公式（1）：

1.3.3 油玉米分離蛋白溶解性測定

油玉米分離蛋白溶解性測定方法參照崔淼等[9]的方法稍作改動。配置質量濃度分別為0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL 的 NaCl 溶液，稱取一定量的分離蛋白制成3 g/100 mL 的蛋白溶液，在室溫（25 ℃）下低速振蕩5 h 使蛋白質充分溶解。于4 500 r/min 下離心5 min，取1 mL 上清液使用考馬斯亮藍法在595 nm下測定蛋白質含量。

1.3.4 油玉米分離蛋白乳化性及乳化穩定性測定

油玉米分離蛋白乳化性測定采用濁度法[10]，配置質量濃度分別為 0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL的NaCl 溶液，稱取一定量的分離蛋白制成3 g/100 mL的蛋白溶液，在室溫（25 ℃）下低速振蕩5 h 使蛋白質充分溶解。振蕩后取2.5 mL 蛋白溶液，加入2.5 mL 茶籽油，中速均質2 min，吸取50 μL 乳化層溶液，加入5 mL 0.1 %十二烷基磺酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 溶液在 500 nm 下測定其吸光值（A0），0.1%SDS溶液為空白對照，于室溫（25 ℃）下放置30min 后再測一次（A30）。乳化性及乳化穩定性的計算如公式（2、3）：

式中：T 為 2.303；C 為乳化前蛋白液濃度，g/100 mL；φ 為乳化液中油脂的體積，mL。

1.3.5 油玉米分離蛋白起泡性及泡沫穩定性測定

油玉米分離蛋白起泡性及泡沫穩定性檢測方法參照Dabbour Mokhtar 等[11]的方法稍作改動。配置質量濃度分別為 0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL的NaCl 溶液，稱取一定量的分離蛋白制成0.5 g/100 mL的蛋白溶液20 mL，在室溫（25 ℃）下低速振蕩5 h 使蛋白質充分溶解。振蕩后中速均質2 min，讀出總體積V1，室溫（25℃）下放置 30 min 后再次讀出總體積 V2。起泡性和泡沫穩定性計算見公式（4）和（5）：

1.3.6 油玉米分離蛋白表面微觀形態

涂抹少量油玉米分離蛋白凍干粉末于貼有雙面制膠的制樣臺上，噴涂導電金，置于掃面電鏡樣品倉中進行放大掃描。

1.3.7 油玉米分離蛋白氨基酸含量測定

油玉米分離蛋白氨基酸測定方法參照Chambal等[12]的方法稍作改動。準確稱取0.1 g 分離蛋白，加入8 mL 6 mol/L 優級純 HCl 于 110 ℃下水解 22 h。待冷卻至室溫（25 ℃）后過濾，濾液定容至50 mL。取1 mL 定容后的水解液于100 mL 小燒杯中，于60 ℃下水浴趕酸，中途補加1 mL 超純水。趕酸完成后，用超純水分數次沖洗燒杯，洗液并入10 mL 容量瓶中，并用0.02 mol/L優級純HCl 定容。0.22 μm 濾膜過濾至棕色進樣小瓶，4 ℃放置待測。

1.3.8 數據處理

以上試驗操作均重復測定3 次，試驗結果為平均值±標準差。數據處理使用SPSS19.0 軟件，圖繪制使用OriginPro 9.1 軟件。

2 結果與分析

2.1 持水性、持油性結果

3 種分離蛋白持水性、持油性測定結果如表1所示。

由表1 可知，3 種分離蛋白的持油性均高于持水性；兩種經過壓榨的分離蛋白較沒有壓榨過的分離蛋白表現出更優越的持水和持油性質。蛋白質是雙親物質，表面帶有不同數目的極性和非極性基團，壓榨時的機械壓力對蛋白質的擠壓以及摩擦熱都會使蛋白質分子旋轉或延伸，或者降解為多個較小分子[13]，更多的基團暴露出來，使得兩種壓榨過的分離蛋白表現出更加優越的持水性和持油性。熱榨粕蛋白比冷榨粕蛋白表現出更好的持水性，原因是在壓榨之前經過高溫烘炒使蛋白質長鏈解折疊，使得更多的親水性基團暴露出來。

表1 3 種分離蛋白持水性持油性測定結果Table 1 The measurement results of water-holding properties and oil-holding properties of three isolated proteins

2.2 NaCl濃度對溶解性的影響

NaCl 濃度對3 種分離蛋白溶解性影響測定結果如圖1 所示。

圖1 NaCl 濃度對3 種分離蛋白溶解性的影響Fig.1 Effect of NaCl concentration on the solubility of three isolated proteins

3 種分離蛋白的溶解度走勢都呈倒“V”形，即隨著NaCl 溶液濃度的升高，溶解性呈現先增大后降低的趨勢，且3 種分離蛋白取得最大溶解度的NaCl 濃度不同。如圖1 中所觀察到的，當NaCl 濃度濃度為0.1 g/100 mL時，玉米分離蛋白溶解度達到最大；當NaCl 濃度濃度為1 g/100 mL 時，冷榨粕分離蛋白溶解度達到最大；當NaCl 濃度濃度為2 g/100 mL 時，熱榨粕分離蛋白溶解度達到最大。從上述結果來看，壓榨后的兩種粕蛋白均有更高的耐鹽能力。壓榨使得蛋白質表面帶有更多的電荷，少量的中性鹽可增強蛋白質表面的電荷，增強蛋白質與水分子的作用，在高濃度的中性鹽溶液中表現出了更好的溶解性。但過量的中性鹽會競爭與蛋白質結合的水分子，破壞蛋白質表面的水化膜，并中和蛋白質表面電荷，使蛋白質聚集沉降[14]。

2.3 NaCl濃度對乳化性及乳化穩定性的影響

NaCl 濃度對3 種分離蛋白乳化性及乳化穩定性影響測定結果如圖2 所示。

圖2 NaCl 濃度對3 種分離蛋白乳化性和乳化穩定性的影響Fig.2 Effect of NaCl concentration on the emulsification and emulsion stability of three isolated proteins

蛋白質是天然的雙親物質，在油/水體系中能自發遷移到油-水界面，形成蛋白質吸附層[15]。在不同的鹽濃度下表現出不同的乳化性及乳化穩定性。3 種分離蛋白的乳化性均呈現先升高后降低的趨勢，且在不同的鹽濃度下取得最佳的乳化性。由圖2 可知，當NaCl濃度濃度為0.1 g/100 mL 時，玉米分離蛋白乳化性達到最大；當NaCl 濃度濃度為1 g/100 mL 時，冷榨粕分離蛋白乳化性達到最大；當NaCl 濃度濃度為2 g/100 mL 時，熱榨粕分離蛋白乳化性達到最大。乳化穩定性呈現一定的波動性，當NaCl 濃度濃度為1.5 g/100 mL 時，玉米分離蛋白和冷榨粕分離蛋白乳化穩定性最好；當NaCl 濃度濃度為1 g/100 mL 時，熱榨粕分離蛋白乳化穩定性最好。

從上述結果來看，壓榨后的兩種粕蛋白在高鹽濃度下都表現出了良好的乳化性，且是在溶解度最佳條件下獲得最好乳化性。多肽鏈在適當的壓力和溫度共同作用下解折疊，蛋白質具有更大的表面積[16]，表面電荷斥力使蛋白質更容易遷移到兩相界面形成乳化層，當鹽濃度繼續升高時，鹽離子中和蛋白質表面電荷，蛋白質變性沉降，乳化層被破壞。

2.4 NaCl濃度對起泡性及泡沫穩定性的影響

NaCl 濃度對3 種分離蛋白起泡性及泡沫穩定性影響測定結果如圖3 所示。

圖3 NaCl 濃度對3 種分離蛋白起泡性和泡沫穩定性的影響Fig.3 Effect of NaCl concentration on the foaming and foam stability of three isolated proteins

3 種分離蛋白的起泡性和泡沫穩定性都呈現先升高后降低的趨勢。由圖3 可知，當NaCl 濃度濃度為2 g/100 mL 時，玉米分離蛋白起泡性最佳，當NaCl 濃度濃度為2 g/100 mL 時，形成的泡沫最穩定；當NaCl濃度濃度為1.5 g/100 mL 時，冷榨粕分離蛋白起泡性最佳，當NaCl 濃度濃度為1 g/100 mL 時，形成的泡沫最穩定；當NaCl 濃度濃度為2.5 g/100 mL 時，熱榨粕分離蛋白起泡性最佳，當NaCl 濃度濃度為2 g/100 mL時，形成的泡沫最穩定。蛋白質在氣液界面吸附從而降低液面表面張力，均質過程中高速剪切變性，在氣液接觸面形成有一定剛性和彈性的薄膜，使得泡沫穩定[17]。從上述結果來看，在設定的鹽濃度范圍內熱榨粕分離蛋白的起泡性優于其它兩種分離蛋白，冷榨粕蛋白的起泡性相對較差。在NaCl 濃度＜1 g/100 mL 時，冷榨粕分離蛋白表現出最優越的泡沫穩定性，而當NaCl濃度＞1 g/100 mL 時，兩種壓榨過的分離蛋白的泡沫穩定性都明顯低于玉米分離蛋白。原因在于溫度和壓力共同作用使蛋白質鏈延伸，甚至變性，也會使蛋白質織構化[18]，表面的基團也會重排，因此冷榨粕和熱榨粕的分離蛋白表現出不同的起泡性和泡沫穩定性。

2.5 3種分離蛋白的表面微觀形態

3 種分離蛋白表面微觀形態如圖4 所示。

圖4 3 種分離蛋白的表面微觀形態Fig.4 Surface micromorphology of three isolated proteins

使用掃描電鏡在放大1 200 倍下觀察到3 種分離蛋白的表面都有不同程度的蜂窩狀，還有很多的不規則的顆粒聚集物分布在其表面。這可能也是導致3 種分離蛋白在鹽溶液中表現出較差的溶解性的原因之一。在兩種壓榨過的分離蛋白表面，有觀察蜂窩狀的斷層，是壓榨過程中，機械擠壓力和溫度的共同作用使得原本的聚集體破碎，形成若干小聚集體或重組成新的聚集體，暴露更多基團[19]，使得壓榨過的兩種粕分離蛋白表現出不同的性質。熱榨粕的分離蛋白表面破碎程度相較冷榨粕的分離蛋白更勝一籌，因為在烘烤過程中蛋白質長鏈充分伸展[20]，基團釋放，在外力擠壓過程中更大程度的伸展斷裂。

2.6 3種分離蛋白的氨基酸含量

3 種分離蛋白氨基酸含量檢測結果如表2 所示。

表2 3 種分離蛋白的氨基酸含量Table 2 The content of amino acids of three isolated proteins

續表2 3 種分離蛋白的氨基酸含量Continue table 2 The content of amino acids of three isolated proteins

兩種經過壓榨的餅粕因油脂的部分脫除使得分離蛋白中氨基酸含量較沒有壓榨過的分離蛋白均有所增加。冷榨粕分離蛋白中必需氨基酸的含量高于熱榨粕分離蛋白和油玉米分離蛋白，其中冷榨粕分離蛋白中蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、精氨酸、組氨酸的含量均為三者中最高，熱榨粕分離蛋白中亮氨酸、苯丙氨酸的含量均為三者中最高，油玉米分離蛋白中蛋氨酸的含量均為三者中最高。壓榨過程中因擠壓升溫使得蛋白質分子發生一定的變化[21]，產生一定的風味，但油玉米熱榨前于高溫下烘炒一定時間會使氨基酸特別是芳香族氨基酸和雜環氨基酸被氧化而發生含量的變化[22]。

3 結論

對微胚乳超高油玉米而言，壓榨可以改變原本的蛋白質分子的聚集狀態，使蛋白質解聚或者重新聚集，微胚乳超高油玉米冷榨粕分離蛋白和熱榨粕分離蛋白在持水性、持油性、溶解性、乳化性及乳化穩定性、起泡性和泡沫穩定性都得到改善。壓榨使微胚乳超高油玉米分離粕蛋白中必需氨基酸含量升高，冷榨粕分離蛋白中必需氨基酸含量為三者中最高。冷榨既可以改善微胚乳超高油玉米分離蛋白的特性，又能提高必需氨基酸的含量。