青麥仁分離蛋白理化性質及功能特性的研究

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(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南省全谷物小麥制品加工國際聯(lián)合實驗室,河南省全谷物鮮食加工工程技術研究中心,河南鄭州 450002; 2.鄭州大學化學與分子工程學院,河南鄭州 450001; 3.淮陽縣金農(nóng)實業(yè)有限公司,河南淮陽 466700; 4.民權縣科農(nóng)食品貿易有限公司,河南民權 476800; 5.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院，江蘇南京 210014；6.江蘇徐淮地區(qū)連云港農(nóng)業(yè)科學研究所，江蘇連云港 222000)

隨著全球人口劇增,人們對蛋白質的需求量不斷增加。苜蓿葉可溶性蛋白、核桃分離蛋白、馬鈴薯分離蛋白等許多新型蛋白資源已被人們開發(fā)利用[1-3],新型植物蛋白資源開發(fā)、提高優(yōu)質植物蛋白質的利用率已經(jīng)成為全球性的發(fā)展方向。

青麥仁是已長飽滿、還處于乳熟期的小麥粒,色澤碧綠,口感獨特,富含蛋白質,是一種深受大眾喜愛、營養(yǎng)價值較高的全谷物食品[4]。鮮食青麥仁蛋白的能量和營養(yǎng)價值明顯優(yōu)于大多數(shù)植物蛋白質,是優(yōu)質價廉的天然氮源,具有廣闊的發(fā)展前景[5]。我國小麥資源豐富,2019年產(chǎn)量約13106萬噸,居世界前列。目前對小麥的研究主要集中于面粉的開發(fā)利用及面制品品質的改良方面[6-8],而對鮮食青麥仁的研究還鮮有報道。青麥仁通常作為全谷物鮮食菜肴在餐桌上食用,對其功能性營養(yǎng)因子的綜合性開發(fā)及利用研究相對較少。目前,主要集中在加工工藝的開發(fā)上[9-11],通過對青麥仁分離蛋白理化特性及加工特性的研究,將其作為一種新型優(yōu)質植物蛋白質資源的開發(fā),對于提高其附加值、發(fā)展可循環(huán)經(jīng)濟具有十分重要的意義。

本論文以青麥仁為原料制備優(yōu)質分離蛋白,提取分離清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白,對4種蛋白表面微觀結構及青麥仁組分進行分析,并研究分離蛋白的分子量分布及氨基酸組成、理化性質、持水性、持油性、乳化性、起泡性,為青麥仁分離蛋白質的進一步開發(fā)及應用提供基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

青麥仁(百農(nóng)201) 河南省農(nóng)科院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所提供;石油醚(30～60 ℃)、濃硫酸、濃鹽酸(鹽酸濃度36%～38%)、甲醇、冰醋酸、無水乙醇、氯仿、硼酸、甲基紅指示劑、溴甲酚綠指示劑、氫氧化鈉、消化片、無水亞硫酸鈉、氯化鈉、磷酸二氫鉀、十二烷基硫酸鈉、三羥甲基氨基甲烷等 均為國產(chǎn)分析純。

DHG-9240A鼓風干燥箱 上海精宏實驗設備有限公司;SOX500脂肪測定儀 山東海能科學儀器有限公司;TC-4-10陶瓷纖維爐 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;JW1042低速離心機 安徽嘉文儀器裝備有限公司;K110全自動凱氏定氮儀 山東海能科學儀器有限公司;A300全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾;Quanta250FEG掃描電子顯微鏡 美國FEI;DYCZ-24DN電泳儀、DYY-6C型電泳儀電源、WD-9413B型凝膠成像分析系統(tǒng) 北京六一生物科技有限公司;SK-R330-Pro數(shù)顯型翹板搖床 北京大龍興創(chuàng)實驗儀器有限公司;800Y多功能粉碎機 永康市鉑歐五金制品有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品脫脂處理 參照MacRitchie等[12]的方法,略有改動。青麥仁冷凍干燥后,用多功能粉碎機粉碎成粉末,過60目篩。稱取一定量青麥仁粉和氯仿在室溫下按照1∶2混合,電子攪拌器攪拌5 min,懸浮液用布氏漏斗抽濾,殘余青麥仁粉重復此程序3次。脫脂青麥仁粉放置通風櫥中,室溫自然晾干,直至無氯仿氣味。

1.2.2 青麥仁分離蛋白的制備 參考Hettiarachchy等[13]、朱科學等[14]和葛毅強等[15]的方法,略有改動。脫脂后的100 g青麥仁粉與0.5 mol/L氯化鈉溶液按1∶10的料液比混合,室溫攪拌1 h,待粉末充分潤濕后用1 mol/L氫氧化鈉溶液調pH至9,繼續(xù)攪拌30 min并保持溶液pH不變。而后在4000 r/min轉速下離心30 min,收集上清液,對殘渣進行再次提取后與第一次收集的上清液合并,余下殘渣棄去。上清液用1.0 mol/L鹽酸調pH至蛋白的等電點,室溫攪拌30 min,靜置20 min,在4000 r/min轉速下離心30 min,棄去上清液收集沉淀,冷凍干燥后得到分離蛋白。

1.2.3 青麥仁分離蛋白中四種蛋白測定 根據(jù)Osborne[16]的分類法,青麥仁中所含的蛋白質可分為清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白及麥谷蛋白。結合王艷玲[17]和楊帆[18]的方法,四種蛋白的含量測定方法如下:

清蛋白含量的測定:稱取1 g青麥仁蛋白置于燒杯中加入20 mL蒸餾水攪拌均勻,45 ℃攪拌2 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質含量。沉淀物蒸餾水洗滌后作為后續(xù)實驗的原料。

球蛋白含量的測定:清蛋白提取后的沉淀物加入10 mL 5%亞硫酸鈉溶液,45 ℃攪拌1.5 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質含量。沉淀物用蒸餾水洗滌后作為后續(xù)實驗的原料。

麥醇溶蛋白含量的測定:在球蛋白提取后的沉淀物中加入8 mL的70%乙醇溶液,50 ℃攪拌20 min,在4000 r/min條件下離心20 min,殘渣進行再次提取,合并兩次離心獲得的上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質含量。沉淀物作為后續(xù)實驗的原料。

麥谷蛋白含量的測定:向麥醇溶蛋白提取后的沉淀物中加入8 mL 0.04%氫氧化鈉溶液,50 ℃攪拌1.5 h,在4000 r/min條件下離心20 min,收集上清液,于25 mL容量瓶定容后分析蛋白質含量。

1.2.4 分離蛋白的純度測定 以脫脂后的青麥仁粉為原料,利用等電點離心沉淀法進行制備,通過蛋白純度計算公式進行計算。計算公式如下:

式(1)

式中:m為得到的蛋白的質量,g;W1為得到的蛋白含蛋白量,%;M為提取蛋白消耗的樣品粉質量,g;W2為提取蛋白消耗的樣品粉含蛋白量,%。

1.2.5 青麥仁分離蛋白微觀結構的觀察 剪取適量靜電雙面膠帶貼在掃描電鏡載物臺上,取過100目篩的樣品適量,均勻平鋪較薄一層于已貼好靜雙面膠上,放入鍍金器中真空鍍金。在電壓20 kV、15 Pa低真空模式下,用掃描電子顯微鏡觀察分離蛋白在10000倍下的表面形態(tài)特征。

1.2.6 青麥仁基本成分的測定 蛋白質的測定方法參照GB/T 5009.5-2016;淀粉的測定方法參照GB/T 5009.9-2016;脂肪的測定方法參照GB/T 5009.6-2016;膳食纖維的測定方法參照GB/T 5009.88-2014;灰分的測定方法參照GB/T 5009.4-2016。

1.2.7 青麥仁分離蛋白十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠(SDS-PAGE)電泳 采用12%分離膠、5%濃縮膠對青麥仁分離蛋白進行SDS-PAGE電泳分析;1 mg樣品溶于1 mL 1(上樣緩沖液中,沸水煮8 min,冷卻后上樣。恒定電流15 mA,電泳約40 min;待溴酚藍進入分離膠后,恒定電流調至25 mA,電泳約80 min,待溴酚藍距凝膠邊緣約5 mm時,停止電泳;用考馬斯亮藍R250對膠體進行染色2 h后,放到翹班搖床進行均勻脫色,多次更換脫色液,直至蛋白條帶清晰,用凝膠成像系統(tǒng)進行電泳圖譜拍攝[19]。

1.2.8 青麥仁分離蛋白的氨基酸分析 參考溫青玉等[20]方法進行測定。準確稱取一定量的樣品(100 mg)置安瓿瓶中并加入6 mol/L HCl 10 mL。氮吹儀吹氮5 min左右。手持式噴燈封口,確認密封后置110 ℃烘箱水解24 h。冷卻至室溫后開封,將水解液轉移至50 mL燒杯,超純水沖洗水解管3次,LiOH調節(jié)濾液至pH=2.2后轉移至50 mL容量瓶,超純水沖洗燒杯3次合并濾液,用超純水定容至50 mL。取容量瓶中溶液用樣品稀釋液(稀釋比例1∶1),后經(jīng)0.22 μm有機系針頭濾膜過濾后,放置A300全自動氨基酸分析儀自動進樣器上進樣分析。

1.2.9 分離蛋白等電點的測定 結合董銀卯等[21]和郭娜等[22]的方法,準確稱取青麥仁分離蛋白9份,用去離子水配制1%(m/V)蛋白溶液20 mL,用1.0 mol/L HCl和NaOH調溶液pH為4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0、5.2、5.4、5.6、5.8的序列,然后磁力攪拌1 h,4000 r/min轉速下離心20 min,稱量沉淀的質量,以pH為橫坐標,沉淀質量為縱坐標,繪出沉淀質量-pH的關系圖。沉淀質量最大pH即為蛋白質的等電點。

1.2.10 青麥仁分離蛋白溶解度的測定 參考樸金苗等[23]測定方法,將1～2 g青麥仁分離蛋白溶于100 mL蒸餾水中,而后用0.5 mol/L氫氧化鈉溶液和0.5 mol/L鹽酸分別調節(jié)pH至2、3、4、5、6、7、8、9、10,室溫振蕩1 h,4000 r/min離心20 min,取上清液,使用凱氏定氮法測定上清液中氮含量。溶解度表示為上清液中氮含量與樣品中總的氮含量的百分比。

式(2)

1.2.11 青麥仁分離蛋白持水性、持油性的測定 參考王振斌等[24]和孫媛[25]測定方法。稱取0.25 g青麥仁分離蛋白于離心管中,加入25 mL蒸餾水(食用油),充分振蕩、混勻后,置于恒溫培養(yǎng)振蕩器中,設置溫度40 ℃,時間30 min,轉速120 r/min。結束后在4000 r/min的離心機離心15 min,倒掉上層未吸附的水(食用油),稱重,計算每克蛋白質樣品的持水性(持油性)。以小麥蛋白為實驗材料進行對照試驗,操作方法同上。

式(3)

式中:W0為蛋白樣品的質量,g;W1為離心管加樣品的總質量,g;W2為離心后離心管加沉淀的總質量,g。

1.2.12 青麥仁分離蛋白起泡性與泡沫穩(wěn)定性的測定 蛋白液濃度對蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響:用pH為7的磷酸鹽緩沖液配制濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的蛋白液,測其起泡性及泡沫穩(wěn)定性。pH對蛋白起泡性及泡沫穩(wěn)定性的影響:將濃度為0.2%的蛋白液調pH至2、4、6、8、10、12,然后測起泡性及泡沫穩(wěn)定性。

參考李濤[26]的方法。用青麥仁分離蛋白配制一定濃度的蛋白液100 mL,用迷你輔食料理機攪打1 min后馬上倒入250 mL量筒,讀取泡沫體積V0后計算起泡性,靜置60 min后讀取體積V60后計算泡沫穩(wěn)定性。

式(4)

式(5)

式中:V0為0 min的泡沫體積,mL;V60為60 min的泡沫體積,mL。

1.2.13 青麥仁分離蛋白乳化性與乳化穩(wěn)定性的測定 蛋白液濃度對蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響:用pH為7的磷酸鹽緩沖液配制濃度分別為0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%、1.4%的蛋白液,測其乳化性及乳化穩(wěn)定性。pH對蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響:將濃度為0.2%的蛋白液調pH至2、4、6、8、10,12,然后測乳化性及乳化穩(wěn)定性。

參考Pearce等[27]的方法,用青麥仁分離蛋白配制一定濃度的蛋白液20 mL,與25 mL食用油在迷你輔食料理機中乳化1 min。制備好的乳化液迅速倒入小燒杯中,立即從燒杯底部取100 μL乳化液于試管中,加入 4.9 mL 0.1%(w/v)SDS稀釋,混勻后測量500 nm的吸光值(A0)。靜置10 min重新取樣測定吸光值(A10)。

乳化性(EC)=A0

式(6)

式(7)

式中:A0為0 min的吸光度值;A10為10 min的吸光度值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所得試驗數(shù)據(jù)均為3次實驗的平均值,實驗數(shù)據(jù)采用SPSS statistics 16.0進行統(tǒng)計處理,顯著性比較采用單因素方差分析,當P<0.05時表示數(shù)據(jù)間具有顯著性差異。采用Origin 8.0進行繪圖處理。

2 結果與分析

2.1 青麥仁分離蛋白基本成分分析

小麥蛋白分為清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白及麥谷蛋白,由表1可以看出,青麥仁和小麥分離蛋白的純度分別為純度82.87%和83.24%,各組分含量分別為清蛋白60.1%和16.0%、球蛋白3.7%和11.2%、麥醇溶蛋白2.9%和27.4%、麥谷蛋白3.2%和36.8%、其它蛋白30.1%和8.6%。通過對比分析,青麥仁分離蛋白和小麥分離蛋白在四種蛋白組成上存在不同,這說明其理化性質和功能特性具有一定的差異性。

表1 青麥仁分離蛋白的組成(%)Table 1 Composition of protein isolatedfrom green wheat kernel(%)

2.2 青麥仁分離蛋白電鏡分析

青麥仁分離蛋白中的清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的顆粒表面形態(tài)存在較大差異,利用掃描電子顯微鏡在10000倍數(shù)下觀察,結果顯示見圖1。清蛋白呈山脊狀,表面細致多層,局部有小孔;球蛋白表面疏松,構象無規(guī)則;麥醇溶蛋白表面凸起,由結構緊密的多層片狀構成;麥谷蛋白表面光滑,表現(xiàn)為多孔的片狀結構。

圖1 青麥仁分離蛋白的環(huán)境掃描電鏡圖(10000×)Fig.1 ESEM images of protein isolatefrom green wheat kernel(10000×)

2.3 青麥仁基本成分分析

青麥仁和小麥中蛋白、淀粉、脂肪、膳食纖維及灰分等組分含量見表2。青麥仁和小麥的總蛋白含量分別為11.21%和11.70%,基本無差別,這說明乳熟后期、蠟熟期的青麥仁蛋白表達基本完成;青麥仁和小麥的淀粉含量分別為55.86%和59.25%,這說明青麥仁后期脫水過程中淀粉含量會繼續(xù)增加;青麥仁和小麥的脂肪含量分別為1.15%和1.43%,這說明小麥胚的形成及脂肪的富集都在小麥成熟的后期完成;青麥仁和小麥的膳食纖維含量分別為11.79%和11.24%,說明乳熟后期的青麥仁的膳食纖維還沒有完全木質化;青麥仁和小麥的灰分含量分別為1.30%和1.48%,說明在小麥脫水過程中仍然會有礦物質的富集。通過和成熟小麥組成的對比分析,青麥仁可以作為一種新型優(yōu)質蛋白質資源進行開發(fā)。

表2 青麥仁和小麥的基本成分Table 2 Basic components of greenwheat kernel and wheat table

2.4 青麥仁分離蛋白SDS-PAGE電泳分析

SDS-PAGE電泳采用12%分離膠、5%濃縮膠對青麥仁分離蛋白進行分析,用Alphalmager HP凝膠成像系統(tǒng)拍照得到的電泳圖譜如圖2所示。

圖2 青麥仁分離蛋白的電泳圖Fig.2 Electrophoretogram of protein isolatefrom green wheat kernel注:1:蛋白Marker;2:青麥仁分離蛋白。

青麥仁分離蛋白共呈現(xiàn)12條譜帶。由蛋白Marker分子量對數(shù)與相對遷移率(此處相對遷移率指電泳譜帶到電泳前沿的距離,清蛋白譜帶相對遷移率與之相同)作標準曲線,蛋白Marker分子量對數(shù)與相對遷移率關系式y(tǒng)=-0.0048x3+0.0717x2-0.4235x+5.4152,R2=0.9985。將青麥仁分離蛋白條帶相對遷移率帶入公式,得到青麥仁分離蛋白分子量對數(shù),進而得到青麥仁分離蛋白分子量見表3。青麥仁分離蛋白12條譜帶分子量由小到大排列分別為14.40、24.70、26.22、34.53、36.41、44.50、48.55、53.65、65.55、71.98、79.71、100.45 kDa。

表3 SDS-PAGE青麥仁分離蛋白分子量表Table 3 SDS-PAGE protein isolate molecular weight of green wheat kernel table

2.5 青麥仁分離蛋白的氨基酸分析

由于本實驗采用酸水解法,因此色氨基酸含量無法進行分析檢測,其它種類的氨基酸含量測定結果如表4所示。青麥仁分離蛋白中氨基酸含量豐富,種類齊全,其中谷氨酸的含量最高,達38.3%。谷氨酸不僅屬于鮮味氨基酸,在醫(yī)學上谷氨酸還用于治療肝性昏迷,改善兒童智力發(fā)育。亮氨酸、纈氨酸和異亮氨酸統(tǒng)稱支鏈氨基酸(BCAA),一起合作修復肌肉,控制血糖,并給身體組織提供能量,是最重要和最有效的營養(yǎng)補劑。青麥仁分離蛋白必須氨基酸中亮氨酸含量最高，占總氨基酸的8.3%,異亮氨酸為3.4%,蛋氨酸最少為1%,纈氨酸未檢出。青麥仁分離蛋白中必需氨基酸占總氨基酸的比例為24.2%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為29∶83。

表4 青麥仁分離蛋白的氨基酸組成和含量Table 4 Amino acid composition andcontent of isolated protein table

表5結果顯示,青麥仁分離蛋白氨基酸含量豐富。從評分來看,根據(jù)氨基酸評分,青麥仁分離蛋白中第一限制性氨基酸為纈氨酸,第二限制性氨基酸為賴氨酸。蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸含量較高,其它接近FAO/WHO計分模式,說明青麥仁分離蛋白中必需氨基酸含量基本符合FAO/WHO模式。從化學評分看,第一限制性氨基酸為纈氨酸,第二限制性氨基酸為賴氨酸。

表5 分離蛋白中必須氨基酸含量及評分Table 5 Essential amino acid composition and scoring of isolated protein table

2.6 青麥仁分離蛋白的等電點

蛋白質是兩性物質,在等電點時,蛋白質聚集、沉淀,因此常選取蛋白質等電點處pH來進行蛋白質沉淀[18]。實驗結果如圖3所示,青麥仁分離蛋白沉淀質量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢,在pH4.8～5.4之間,沉淀質量并無顯著差異(P>0.05)。在pH5.0左右沉淀質量最大,為0.381 g,此時蛋白質的靜電斥力最小,有盡可能多的蛋白質發(fā)生凝聚而沉淀,有此可以推斷青麥仁分離蛋白的最佳沉淀點在5.0左右,這與小麥分離蛋白等電點(pH5.2)具有一定的差異性[20]。等電點的差異性也可以解釋它們各自組分的差異性,并在實驗中也證實了青麥仁分離蛋白中沒有面筋蛋白,這說明青麥仁分離蛋白是具有一定特殊性的優(yōu)質蛋白來源。

圖3 分離蛋白的等電點Fig.3 Isoelectric point of the isolated protein

2.7 青麥仁分離蛋白的功能特性

2.7.1 青麥仁分離蛋白的溶解度 溶解度是考察蛋白質溶解性的一個重要的功能性指標,受pH、離子強度、有機溶劑等因素的影響[27]。實驗結果如圖4所示,青麥仁分離蛋白溶解性先降低后升高,在pH6溶解度最低,與其它pH的溶解度存在顯著差異(P<0.05),這與它們的等電點比較接近有很大關系;在蛋白質的等電點處,正負電荷數(shù)相等,靜電斥力降低,蛋白質發(fā)生凝聚而沉淀,溶解度最小;離開等電點,蛋白的溶解度都明顯增加,當pH小于2或者大于8時,大部分蛋白成溶解狀態(tài)。

圖4 分離蛋白在不同pH下的溶解度Fig.4 Solubility of isolated protein at different pH

2.7.2 青麥仁分離蛋白的持水性和持油性 蛋白的持水性是指蛋白與水分子的結合能力,在蛋白食品的加工過程當中起著非常重要的作用。實驗結果如表6所示,青麥仁分離蛋白的持水性為2.02 g·g-1,持油性為7.18 g·g-1;通過和小麥分離蛋白的持水性和持油性進行對比分析能夠看出,青麥仁分離蛋白持油性較好,持水性稍差。據(jù)此可將其應用到肉制品、烘焙制品、油炸食品等食品的生產(chǎn)中。

表6 分離蛋白的持水性和持油性Table 6 Water holding capacity andoil holding capacity of the isolated protein

2.7.3 起泡性與泡沫穩(wěn)定性 蛋白濃度對青麥仁分離蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響見圖5所示。青麥仁分離蛋白的起泡性和起泡穩(wěn)定性隨蛋白液濃度(0.2%～0.6%)的增大而增強,存在顯著差異(P<0.05);當?shù)鞍诐舛冗_到0.6%時,蛋白的起泡性最大,穩(wěn)定性最佳,隨后差異不顯著(P>0.05);這是由于蛋白液濃度增大,溶解的蛋白質增多,蛋白發(fā)泡力呈現(xiàn)增加的趨勢,起泡性也就隨之增強,維持泡沫穩(wěn)定的蛋白量增多,泡沫穩(wěn)定性增強。

圖5 蛋白濃度對起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.5 Effect of protein concentrationon foaming properties and foam stability

pH對蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響如圖6所示。隨pH增大,青麥仁分離蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性先減小后增大,在pH為6時起泡性最低,和其他pH時存在顯著差異(P<0.05);而起泡穩(wěn)定性在pH4、6、8無顯著差異(P>0.05)。蛋白的起泡性與其溶解度有關,溶解度在pH為6時較小,可溶性蛋白量最小,不溶性蛋白較多,起泡性就差,蛋白維持泡沫穩(wěn)定的能力也就差一些。在遠離pH6的酸性和堿性范圍內,起泡性都較好,主要是因為pH高于或低于等電點,蛋白質在溶液中是處于伸展狀態(tài),有利于其快速分散到空氣與水界面包埋空氣顆粒,從而改變蛋白質的起泡性。

圖6 pH對蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of pH on foaming propertiesand foam stability of protein

2.7.4 乳化性與乳化穩(wěn)定性 分離蛋白液濃度對蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響結果如圖7所示。青麥仁分離蛋白的乳化性隨蛋白濃度增加而增加,主要因為隨著蛋白液濃度增大會使界面膜的厚度增大,膜的強度也因此提高,乳化性也就越來越大;青麥仁分離蛋白的乳化性隨蛋白濃度增大而增加,達到0.8%后,蛋白乳化性變化不大,蛋白濃度在0.2%～0.6%和0.6%～1.4%時均沒有顯著差異(P>0.05)。青麥仁分離蛋白的乳化穩(wěn)定性隨著蛋白濃度增大而增強,達到0.8%之后,蛋白的乳化性穩(wěn)定性變化不大,無顯著差異性(P>0.05);這說明在一定范圍內,蛋白液濃度越大,蛋白的乳化穩(wěn)定性就越大。

圖7 蛋白濃度對乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of concentration on emulsifyingand emulsifying stability of protein

不同pH對蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響結果如圖8所示。青麥仁分離蛋白的乳化性先下降后上升趨勢,在pH4、6、8時乳化性差異不顯著(P>0.05);在pH6時乳化性最差,在pH12時的乳化性較好,說明堿性條件下蛋白的乳化性較好。這與蛋白的溶解性有密切關系,許多蛋白均有“等電點附近乳化性差,偏離等電點乳化性增強”的規(guī)律。這是因為蛋白質在它的表面性質起作用之前必須先溶解和移動到表面,不溶性的蛋白對乳化作用的貢獻很小,因此蛋白質的乳化性質和溶解度之間通常呈正相關。青麥仁分離蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增大先下降后上升,在pH為6時最差,與pH2、10、12存在顯著差異(P<0.05);pH低于6時,蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增加而減少;pH高于6時,蛋白的乳化穩(wěn)定性隨pH的增加而增加;這是因為pH首先影響了蛋白的溶解性,而溶解的蛋白的乳化性質又依賴于乳化液中的親油-親水基的動態(tài)平衡[28]。

圖8 pH對蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of pH on emulsifyingand emulsifying stability of protein

3 結論

青麥仁中清蛋白、球蛋白、麥醇溶蛋白、麥谷蛋白及其它蛋白的含量分別為60.1%、3.7%、2.9%、3.2%、30.1%,其中麥醇溶蛋白和麥谷蛋白遠遠低于成熟小麥,導致后期加工過程中無法形成面筋網(wǎng)絡。掃描電鏡分析表明:清蛋白呈山脊狀,表面細致多層,局部有小孔;球蛋白表面疏松,構象無規(guī)則;麥醇溶蛋白表面凸起,由結構緊密的多層片狀構成;麥谷蛋白表面光滑,為多孔片狀結構。通過青麥仁的蛋白、淀粉、脂肪、膳食纖維及灰分等組分分析,說明小麥在乳熟后期、蠟熟期基本上是灌漿完成,此時青麥仁分離蛋白中有分子量為14.40、24.70、26.22、34.53、36.41、44.50、48.55、53.65、65.55、71.98、79.71、100.45 kDa的12種蛋白和蛋白亞基。青麥仁中谷氨酸含量為38.3%,必需氨基酸占總氨基酸的比為24.2%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比值為29∶83。

青麥仁蛋白的等電點為5.0,pH6時溶解度最低,持水性為2.02 g·g-1,持油性為7.18 g·g-1,說明青麥仁分離蛋白持油性較好,持水性稍差,可以將其應用到肉制品、烘焙制品、油炸食品等食品的生產(chǎn)中。青麥仁分離蛋白濃度0.6%時,起泡性最大,泡沫穩(wěn)定性最佳;濃度達到0.8%之后,蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性變化不大,無顯著差異性(P>0.05);pH6時,起泡性最小,泡沫穩(wěn)定性最差;pH為6時乳化性和乳化穩(wěn)定性均最差;這些結果可以為下一步青麥仁分離蛋白的應用提供基礎數(shù)據(jù)支撐。

綜合分析,青麥仁分離蛋白是一種優(yōu)良的植物蛋白資源,和其它谷物混合食用可以起到營養(yǎng)互補作用,提高營養(yǎng)價值;具有優(yōu)良的持油性、乳化性、起泡性、穩(wěn)定性等特殊的功能特性,為其進一步應用開發(fā)提供廣闊的市場前景。