羅望子種仁球蛋白-EGCG共價復合物的制備及其在乳化香腸中的應用

楊 楊，王夢桔，王 悅，邊 鑫，范 婧，馬春敏，石彥國，李笑梅，張 娜

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

羅望子（Tamarindus indicaL.）又名酸角、酸梅，屬豆科，原產于非洲，目前在我國四川、海南、云南、廣東、廣西、福建、臺灣等省均有引種和栽培[1]。羅望子種仁是羅望子果肉加工副產物，主要由多糖和蛋白質組成。目前已有大量研究者從羅望子種仁中提取多糖，并將其作為穩定劑、增稠劑、增黏劑、乳化劑、凝膠劑等應用于食品和醫藥工業[2]。羅望子種仁球蛋白（tamarind seed globulin，TSG）是從羅望子種仁中提取的一種蛋白質，TSG中含有18 種氨基酸，其蛋氨酸和賴氨酸的含量高于豆科類植物，被認為是一種待開發利用的優質蛋白質[3]。研究發現TSG在pH 4.0～10.0條件下的溶解性優于大豆分離蛋白，但其乳化性及凝膠性均低于大豆分離蛋白[4]。盡管TSG具有一定的溶解性、乳化性、凝膠性及起泡性等功能性質，但是其乳化和膠凝性能仍然不能滿足現代食品生產和加工特性的要求，這將限制其在食品工業中的廣泛應用。因此需要對TSG進行改性處理，以期獲得更加優良的乳化性及凝膠性。常用的蛋白質改性方法有物理改性、酶法改性和化學改性[5]，其中化學改性的效果較為明顯，操作簡單，應用廣泛[6]。

蛋白質與植物多酚的結合是常見的化學改性方法，其特點是反應過程簡單，能有效提升蛋白質的溶解性、乳化性、凝膠性及起泡性[7]。表沒食子兒茶素沒食子酸酯（(-)-epigallocatechin-3-gallate，EGCG）是茶多酚的主要組成成分，含有8 個酚羥基，EGCG在堿性條件下易氧化生成醌，從而與蛋白質等生物大分子發生共價復合反應[8]。蛋白質與多酚發生相互作用后，理論上蛋白質分子結構中引入了酚羥基，水合作用增強更能促進網絡結構的形成，從而使蛋白質的功能性質得以改善[9]。多酚與蛋白質之間主要包含共價結合和非共價結合形式，趙思明等[10]研究了不同質量比的蛋白與EGCG復合物在熱處理條件下復合體系相互作用的改變，發現蛋白與EGCG通過非共價疏水相互作用結合，EGCG的加入增加了蛋白質的穩定性。Kanakis等[11]研究發現β-乳球蛋白與EGCG和表兒茶素沒食子酸酯之間的結合力較強且對其構象改變明顯，且多酚與蛋白共價相互作用有利于提高蛋白質的乳化性、凝膠性等功能性質，但關于不同結合率下由蛋白質結構改變所引起的功能性變化還不夠明確。

本研究以提取TSG為原料，利用EGCG與TSG發生共價復合，控制堿法處理的反應條件，考察共價復合反應條件及因素對TSG與EGCG結合率的影響。通過復合物在乳化香腸中的應用驗證改性后TSG功能性發生的良好變化，為蛋白質-多酚共價復合物在功能食品領域的應用提供科學依據和重要理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

羅望子種仁廢料 云南貓哆哩集團食品有限責任公司；腸衣（長14 m，直徑16～17 mm） 廣西梧州神冠蛋白腸衣有限公司；EGCG 北京北實縱橫科技發展有限公司；鹽酸、硼酸、濃硫酸、硫酸銅、氫氧化鈉 天津市大陸化學試劑廠；鄰苯二甲醛（o-phthalaldehyde，OPA）北京新光化工試劑廠；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 天津市天力化學試劑有限公司；巰基乙醇 天津市致遠化學試劑有限公司；甘氨酸、乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA） 美國Sigma-Aldrich公司；尿素 天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

pHS-2F pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；KQ-250E超聲清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；TDL-4A離心機 上海菲恰爾分析儀器有限公司；722分光光度計、722紫外分光光度計 上海光譜儀器有限公司；KDY-9820凱氏定氮儀 北京通潤源機電技術有限公司；SCIENTZ-12N冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司；TA.new plus質構儀 上海瑞玢國際貿易有限公司；NR200色差儀 深圳市業冠儀器設備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 TSG的提取

將羅望子種仁廢料粉末按照1∶40（g/mL）的比例溶于Tris-HCl緩沖液中，調節溶液pH 12.5，在65 ℃下磁力攪拌90 min，取出堿提液超聲1 h，4000×g離心15 min，保留上清液備用。重復兩遍上述操作，合并上清液。調節上清液pH值至4.6靜置30 min，8000×g離心10 min，所得沉淀即為TSG。

1.3.2 TSG-EGCG共價復合物的制備

在Tao Fei等[12]研究方法的基礎上進行適當修改。將1 g TSG粉末溶解于100 mL超純水中，調節溶液pH值分別至8.0、8.5、9.0、9.5、10.0，磁力攪拌3 h后，分別加入適量EGCG使TSG與EGCG質量比為1∶0.0167、1∶0.025、1∶0.05、1∶0.1、1∶1，混合均勻，分別在20、25、30、35、40 ℃下磁力攪拌24 h，調節pH值至7.0。為了消除以上反應體系中的游離酚類化合物，將復合物在室溫下透析24 h（截止分子質量5.0 kDa）。最后，對透析袋中的蛋白質樣品進行冷凍干燥，得到TSG-EGCG共價復合物粉末。同時，相同堿性條件下培養的不添加EGCG的TSG為對照樣品。

1.3.3 結合率的測定

參考Yang Chen等[13]的方法稍作修改，利用福林-酚法測定復合物中TSG結合的EGCG含量。將1 mL不同濃度的EGCG標準溶液與5 mL 0.2 mol/L福林-酚試劑均勻混合后于室溫下避光反應5 min，加入4 mL Na2CO3溶液（7.5 g/100 mL），振蕩30 s混勻后，在室溫下避光反應2 h。空白對照為相同處理后的水溶液，利用紫外分光光度計檢測其在760 nm處的吸光度，根據吸光度繪制標準曲線。采用式（1）計算TSG與EGCG共價結合率：

1.3.4 自由氨基含量的測定

通過鄰苯二甲醛法進行測定[14]。將200 μL樣品溶液混合于4 mL OPA試劑，35 ℃下振蕩30 s靜置2 min，在340 nm波長處測定吸光度，根據標準曲線計算樣品的自由氨基含量。

1.3.5 巰基含量的測定

通過Ellman試劑法測定[15]。稱取10 mg樣品溶于5 mL Tris-Gly緩沖溶液中，加入50 μL Ellman試劑振蕩30 s后靜置1 h，在412 nm波長處測定吸光度（A412nm），以不加Ellman試劑的樣品作為對照，采用式（2）計算巰基含量：

式中：n為稀釋系數；C為樣品的蛋白終濃度。

1.3.6 乳化香腸的制備

參照周杰[16]和施帥[17]等的方法略作修改。以下所有百分比均按總肉質量計。將豬后腿剔除表面可見筋膜，與豬背脂按質量比8∶2混合，用絞肉機分別絞碎。在豬后腿肉加入0.01%亞硝酸鹽、0.05%異抗壞血酸鈉、0.4%復合磷酸鈉、1.5%糖、3%鹽。肥肉中只加3%的鹽，攪拌均勻，覆蓋保鮮膜，置于冰箱0～4 ℃冷藏，腌制12 h以上。將豬后腿肉、30%冰水、10%木薯淀粉、不同添加量的TSG及TSG-EGCG共價復合物（0%、1%、2%、4%、6%、8%）、0.6%卡拉膠和0.3%味精在斬拌機上斬拌1 min后，加入豬肥膘和冰水繼續斬拌5 min，進行灌腸后蒸煮30 min，冷卻至室溫備用。

1.3.7 乳化香腸品質測定

1.3.7.1 乳化香腸蒸煮損失率測定

參考Pietrasik[18]的方法略加修改。將乳化香腸煮熟后，擦去表面水分后進行測定。采用式（3）計算蒸煮損失率：

式中：m1為樣品經蒸煮損失過程減少的質量/g；m2為蒸煮之前樣品的質量/g。

1.3.7.2 乳化香腸保水性測定

參照封小龍[19]的方法進行測定。將乳化香腸切成大約3 mm厚的切片，稱質量，放入恒溫干燥箱中（60 ℃），熱烘2 h，計算總單位質量的失水量。采用式（4）計算保水率：

式中：m1為樣品放入恒溫干燥箱前的質量/g；m2為樣品放入恒溫干燥箱熱烘1 h的質量/g。

1.3.7.3 乳化香腸色澤測定

將乳化香腸切成3 cm的圓柱體，測定其色度，結果用亮度（L*）、紅度（a*）、黃度（b*）表示。每根乳化香腸樣品在不同部位測定3 個平行樣，取3 次測定的平均值。

1.3.7.4 乳化香腸質構測定

根據劉迪迪[20]的方法進行質地剖面分析（texture profile analysis，TPA）。將乳化香腸剝去腸衣，切成約為20 mm×20 mm×20 mm的正方體。選用P/50 探頭，測試前速率2 mm/s，測試速率1 mm/s，測試后速率1 mm/s，壓縮比為50%，感應力5 g，每個樣品分別測定5 次。

1.3.7.5 掃描電子顯微鏡觀察乳化香腸樣品

選取乳化香腸中無氣泡階段，切成2 mm×1 mm塊狀后用0.2 mol/L磷酸鹽緩沖液沖洗，加入戊二醛溶液固定10 h。繼續用磷酸鹽溶液反復沖洗3 次，分別用50%、70%、80%、90%乙醇溶液梯度脫水各15 min，100%乙醇脫水3 次，每次30 min；用叔丁醇置換3 次，每次30 min。用冷凍干燥儀干燥樣品5 h以上；用離子濺射儀給樣品鍍10 nm金膜，觀察乳化香腸的組織微觀結構。

1.4 數據處理與分析

所有實驗進行3 次平行。采用SPSS 17.0軟件進行數據分析，P＜0.05，差異顯著，采用Origin 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 TSG與EGCG共價結合優化

由圖1A可知，隨著EGCG添加量的增多，TSG與EGCG 的結合率顯著增高（P＜0.05）；當達到質量比1∶0.1 時，結合率達到最大值，其最大值為（63.56±0.61）%；繼續添加EGCG至質量比1∶1，結合率無顯著變化。這可能是由于TSG與EGCG質量比達到1∶0.1時，TSG上的結合位點均被EGCG所占據，已達到飽和狀態，因此再增加EGCG，結合率幾乎不變。Rodriguez等[21]發現隨著茶多酚質量的增加，乳清分離蛋白與茶多酚的結合率也出現了先增加后不變的現象，這與本實驗趨勢相似。在蛋白質與多酚的共價相互作用中，蛋白質上結合位點與多酚結合位點（酚羥基氧化生成的醌）的數目一定，只有兩者質量比合適，即兩者結合位點的總數大體相等時，結合率才能達到最大[22]。

由1B可知，TSG與EGCG的結合率隨著反應pH值增大而增大；直到反應pH值為9.5時，結合率達到最大值，其最大值為（69.63±1.19）%；當繼續增大pH值至10.0時，結合率則呈顯著降低趨勢（P＜0.05）。蛋白質與多酚的共價相互作用中，pH值會對蛋白質構象或多酚結構產生影響；隨著反應pH值增大，蛋白質結構更加松散，暴露了更多自由氨基及巰基，同時多酚的酚羥基更易于氧化生成醌，而堿性過強時會導致蛋白質一級結構可能遭到破壞，基團改變、肽鍵斷裂，從而不利于蛋白質與多酚共價結合[23]。因此，反應pH值進一步增加會導致TSG與EGCG結合率的下降。

由1C可知，TSG與EGCG的結合率隨著反應溫度增大而增高；直到反應溫度為30 ℃時，結合率達到了最大值，最大值為（78.69±1.21）%；溫度繼續升高時，結合率則出現顯著下降趨勢（P＜0.05）。蛋白與多酚共價相互作用中，到達一定反應溫度之前，隨著溫度升高蛋白質結構變得更加松散，使其更易與多酚發生共價復合；而超過特定溫度可能會造成多酚水解或降解[24]，使多酚結合位點數小于蛋白結合位點數，因而溫度繼續升高TSG與EGCG共價結合率反而下降。Tao Fei等[12]發現溫度對大豆分離蛋白與EGCG共價復合影響顯著，當溫度為30 ℃時，大豆分離蛋白與EGCG結合程度最大，溫度繼續升高會降低復合物的結合程度。這與本研究溫度對共價復合的影響趨勢一致。

2.2 TSG與EGCG的結合率差異顯著性分析

將2.1節中測得的不同反應條件下制備的TSG-EGCG共價復合物的結合率進行差異顯著性分析，當結合率為48.20%、56.41%、59.71%、63.56%、67.58%、73.79%、78.69%時具有顯著差異（P＜0.05）（圖2），進而選取具有顯著差異的結合率進行自由氨基、巰基的測定。

圖2 不同反應條件下TSG與EGCG結合率Fig.2 Binding rates between TSG and EGCG under different reaction conditions

2.3 不同結合率下TSG自由氨基及巰基含量分析

由表1可知，隨著結合率增加，TSG自由氨基及游離巰基含量呈顯著降低趨勢（P＜0.05）；結合率為78.69%時，自由氨基含量及巰基含量分別降至最低。尿素和SDS的加入破壞了蛋白質與多酚之間的非共價復合。研究發現，EGCG被氧化后會先生成醌[25]。因此，推斷本實驗中TSG與EGCG的結合是由于EGCG先氧化生成醌，生成的醌進一步與蛋白質的氨基及巰基發生共價結合。結合程度越大證明有越多的自由氨基及巰基參與了反應，因此自由氨基及巰基的含量隨結合率的增大而降低。劉英杰等[26]在對大豆分離蛋白與花青素的共價結合中發現，隨著花青素添加量增加，其結合率不斷上升，自由氨基及巰基呈顯著降低趨勢，當其含量降至最低時，共價結合程度最大。

表1 不同結合率下TSG巰基和自由氨基含量變化Table 1 Changes in the contents of sulfhydryl and free amino groups in TSG under different binding rates

2.4 TSG-EGCG共價復合物添加對乳化香腸品質的影響

為了考察TSG與EGCG共價復合在實際產品中應用的效果，將結合率為78.69%的TSG-EGCG共價復合物加入到乳化香腸中，并以TSG為對照，研究TSG-EGCG共價復合物和TSG添加量對乳化香腸蒸煮損失、保水性的影響，采用色差計和質構分析儀對其色澤和質構特性進行測評。

2.4.1 TSG-EGCG共價復合物添加對乳化香腸蒸煮損失率的影響

由圖3可知，與未添加TSG組相比，添加了復合物的乳化香腸蒸煮損失率降低。當兩組添加量分別達到8%時，蒸煮損失率達到組內最低，復合物組顯著低于TSG組（P＜0.05）。這是由于TSG與EGCG共價復合后，在TSG表面引入了親水的酚羥基，增強了TSG凝膠的水合能力，其在溶解過程中會吸收大量水分，可以將多余的部分游離水吸收形成穩定凝膠網狀結構，同時利用該凝膠網狀結構吸收脂肪并將其包裹[27]。由于復合物具有更好的乳化性，能夠在脂肪微粒表面形成均勻、穩定的蛋白分子膜，防止脂肪微粒間的聚集。因此，復合物更有助于維持乳化香腸體系中的水分和脂肪，從而將低了其蒸煮損失。Jailson等[28]發現在乳化香腸中添加2%、4%和6%的米粉蛋白可使其形成穩定的乳化體系，顯著降低蒸煮損失，這與本實驗結論相似。

圖3 不同添加量TSG與復合物乳化香腸蒸煮損失率Fig.3 Cooking loss of emulsified sausages added with different amounts of TSG and TSG-EGCG complex

2.4.2 TSG-EGCG共價復合物添加對乳化香腸保水性的影響

由圖4可知，添加復合物組乳化香腸的保水率明顯高于TSG組。當添加量為2%和4%時，乳化香腸的保水率達到最高，較不添加TSG的乳化香腸相比分別提高了2.89%、5.33%。這是由于TSG與EGCG共價復合后，在TSG表面引入了親水的羥基，增強了TSG親水性，從而結合了更多水[29]；另一方面，TSG與EGCG共價復合后，乳化性提高，使脂肪和復合物充分乳化形成結構緊密的分子結構，使其結構變得更致密、空隙變少，從而阻止水分子析出[30]。因此，添加復合物組乳化香腸的保水率明顯高于TSG組。

圖4 不同添加量TSG與復合物乳化香腸保水率Fig.4 Water-holding capacity of emulsified sausages added with different amounts of TSG and TSG-EGCG complex

2.4.3 TSG-EGCG共價復合物添加對乳化香腸色澤的影響

如圖5所示，TSG及復合物的添加使乳化香腸的色澤發生了一定程度變化。由表2可知，隨著TSG組與復合物組添加量增加，L*和a*均呈逐漸下降趨勢，添加量對其L*和a*影響較大。復合物組添加量在1%～2%之間時，乳化香腸的L*值并無顯著差異（P＞0.05），但隨著添加量繼續增大，L*值顯著減小（P＜0.05）；在此過程中a*值并沒有發生顯著變化（P＞0.05），直到復合物組添加量增加至8%。TSG組添加量大于4%時，與未添加相比，乳化香腸的L*、a*和b*發生顯著變化（P＜0.05）。Gnanasambandam等[31]的研究表明，在法蘭克福乳化香腸中添加5%和7%的大豆分離蛋白，其a*明顯降低，而b*出現上升趨勢[31]。這是可能是由于肌肉蛋白和NaNO2發生化學反應形成亞硝基肌紅蛋白和亞硝基血紅蛋白，經過蒸煮變成穩定的粉紅色，使肉呈現鮮艷的色澤。隨著蛋白添加量增加，瘦肉和NaNO2相對含量減少，導致乳化香腸a*降低，b*增加。同時復合物本身顏色發褐黃，導致復合物組與TSG組乳化香腸相比，其a*較低，b*較高。

表2 不同添加量的TSG與復合物乳化香腸色澤Table 2 Color parameters of emulsified sausages added with different amounts TSG and TSG-EGCG complex

圖5 不同添加量的TSG與復合物乳化香腸切面圖Fig.5 Cross-sectional view of emulsified sausages added with different amounts TSG and TSG-EGCG complex

2.4.4 TSG-EGCG共價復合物添加對乳化香腸TPA的影響

如圖6所示，隨著TSG與復合物添加量的增加，乳化香腸的硬度、彈性、黏聚性及咀嚼性都呈先增大后減小趨勢。當TSG添加量達到2%時，乳化香腸的硬度、彈性及咀嚼性達到了峰值，分別為5683.33 g、0.86、3376.14 g；當添加量達到4%時，其黏聚性達到了峰值，為0.64。當復合物添加量達到2%時，乳化香腸的硬度、彈性及咀嚼性達到了峰值，分別為6137.33 g、0.90、3880.62 g；當復合物添加量達到4%時，黏聚性達到了峰值，為0.66。復合物組乳化香腸硬度、彈性、咀嚼性及黏聚性的峰值均顯著高于TSG組和未添加TSG的乳化香腸組（P＜0.05）。研究表明，適當添加植物蛋白能夠與肉糜中的水分、脂肪、肌原纖維蛋白等形成穩定的凝膠網狀結構，從而改善乳化香腸的品質[32]；但過量添加可能造成復合物與肌原纖維蛋白交聯程度更加密集，從而使乳化香腸的質構變差[33]。因此，添加量為6%～8%時，質構特性有降低趨勢。

圖6 不同添加量的TSG與復合物乳化香腸的TPAFig.6 TPA properties of emulsified sausages added with different amounts of TSG and TSG-EGCG complex

2.4.5 TSG-EGCG共價復合物對乳化香腸微觀結構的影響

當TSG及復合物添加量為2%時，乳化香腸具有良好保水性、色澤及質構，因此選取該添加量下的樣品進行微觀結構分析，并以未添加TSG的樣品作為對照。由圖5、7可知，添加TSG及復合物的樣品較未添加TSG的切面更加緊密、空隙減少。其中，添加復合物的樣品切面最為細膩，凝膠立體網狀結構更均勻清晰。這可能是由于TSG與EGCG共價復合后，在TSG的表面引入了親水的酚羥基—OH，并使得TSG二級結構和三級結構發生改變，增強了TSG凝膠性及乳化性，因此使得乳化香腸結構變得更致密、空隙變少。這與乳化香腸質構結果一致。簡華君等[34]研究發現，在乳化香腸中加入具有良好乳化性及凝膠性的大豆分離蛋白可溶性聚集體可以使乳化香腸微觀結構更加均勻致密，減少了空隙，這與本實驗結果一致。

圖7 未添加TSG（A）、添加2%TSG（B）及添加2%復合物（C）乳化香腸的掃描電鏡圖Fig.7 Scanning electron micrographs of emulsified sausages without TSG (A),2% of TSG (B) and 2% of TSG-EGCG complex (C)

3 結論

以實驗室自制的TSG與EGCG為研究原料，通過堿處理法制備TSG-EGCG復合體系，TSG與EGCG的結合率最高為78.69%，自由氨基及巰基含量的變化分析顯示，TSG與EGCG之間主要通過EGCG側鏈酚羥基的氧化與TSG的自由氨基及巰基反應發生共價復合。以TSG組作對照，探究結合率為78.69%的復合物添加量對乳化香腸品質的影響：當TSG組和復合物組添加量達到2%和4%時，兩組保水率分別達到最高值，為73.76%、71.32%，較未添加TSG組分別提高了2.89%、5.33%，其硬度、彈性、咀嚼性達到了最佳。掃描電子顯微鏡結果表明，加入TSG及復合物后會使乳化香腸的微觀結構變得更加緊密，且添加復合物的乳化香腸立體凝膠網絡更加均勻清晰。整體而言，TSG及復合物的添加量為2%時，乳化香腸的品質得到明顯提高，添加復合物乳化香腸的各項指標明顯高于添加TSG組。