玉米胚芽分離蛋白溶解性和乳化性質(zhì)的研究

1、玉米胚芽分離蛋白溶解性和乳化性質(zhì)的研究萬倩（環(huán)境工程學(xué)院生物工程11001班）【摘要】以濕法脫胚的玉米胚芽為原料，采用堿溶酸沉法制備了玉米胚芽分離蛋白。探討了不同實驗條件如溫度、pH、鹽濃度等對玉米胚芽分離蛋白的溶解性和乳化性的影響，并解釋了乳化性和溶解性在實驗條件下的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，玉米胚芽分離蛋白在堿性條件下溶解度較好，55時溶解度最大；在pH 7085范圍內(nèi)乳化活性明顯增加，提高溫度可以增加蛋白質(zhì)的乳化活性。【關(guān)鍵詞】玉米胚芽分離蛋白；溶解性；乳化性玉米胚芽是玉米淀粉工業(yè)和酒精工業(yè)的副產(chǎn)品，除含有營養(yǎng)價值極高的油脂外，還含有18 22的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)。玉米胚芽蛋白的生物價高于大米和精

2、制面粉，蛋白質(zhì)功效比值(PER)與大豆蛋白、酪蛋白相當；玉米胚芽蛋白的氨基酸評分(AAS)在常用谷物中最高，氨基酸組成和雞蛋白非常相似，與FAOWHO推薦的人類蛋白質(zhì)標準具有較好的一致性，是一種優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源 。國外利用玉米胚芽蛋白作為蛋白質(zhì)添加劑，廣泛應(yīng)用于糕點、肉制品中 。目前，國內(nèi)對玉米胚芽主要偏重于油脂方面的研究，對玉米胚芽蛋白的研究報道較少，尤其對玉米胚芽蛋白功能性質(zhì)的研究報道更為少見，國外也僅僅對脫脂玉米胚芽蛋白粉的功能性質(zhì)進行了初步研究。我國是玉米種植大國，有豐富的玉米胚芽資源，為了很好地開發(fā)這一資源，對玉米胚芽蛋白功能性質(zhì)的研究極為重要。本文為開發(fā)利用玉米胚芽蛋白提供了實驗基

3、礎(chǔ)，特別是對開發(fā)玉米胚芽蛋白飲料提供了充分的理論依據(jù)。1 材料與方法11 實驗材料玉米胚芽，購于吉林省黃龍玉米淀粉有限公司；色拉油，深圳南海油脂有限公司生產(chǎn)的金龍魚牌色拉油；其他試劑均為化學(xué)純或分析純。12 實驗設(shè)備PHS一2C型精密酸度計；812型恒溫磁力攪拌器；LXJI1型離心沉淀機；CS501超級恒溫水浴器；ALPHAl一424型冷凍干燥機；FA25型高速剪切分散乳化機；UV一2100型紫外可見分光光度計；XA一1型微型高速粉碎機。13 玉米胚芽蛋白的提取采用分離蛋白提取工藝，將玉米胚芽粉碎，石油醚脫脂，稱取脫脂玉米胚芽，置于浸提器中，調(diào)節(jié)料水比為1：10、pH 90、溫度45 ，以50

4、 rmin攪拌提取90 min。提取液于3 000 rmin條件下離心30min，上清液用1 moLL NaOH調(diào)pH至47，在3 000rmin下離一tL,30 min，沉淀用去離子水洗1次，調(diào)pH至70，冷凍干燥。1、4 實驗方法141 玉米胚芽分離蛋白的成分測定水分測定，105恒重法；灰分測定，550灼燒法；蛋白質(zhì)含量測定，半微量凱氏定氮法；脂肪含量測定，索氏抽提法；淀粉測定，苯酚一硫酸法。142 玉米胚芽分離蛋白溶解性的測定 參照Messinger等 人的方法稍加改進，將025 g玉米胚芽分離蛋白溶于10 mL去離子水中，攪拌1 h，分散液以3 000 rmin轉(zhuǎn)速離心10 min，用

5、凱氏定氮法測定上清液中的蛋白質(zhì)含量，蛋白質(zhì)的溶解度定義為上清液中的蛋白質(zhì)含量占該溶液中蛋白質(zhì)總量的百分數(shù)。143 玉米胚芽分離蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定參照Pearce等 人的方法，向待測的24 mL蛋白質(zhì)溶液中加入8 mL大豆色拉油，用剪切乳化儀在10 000 rmin下高速均質(zhì)1 min制成乳狀液，立即用分光光度計在500 nm處測定吸光值(A)；放置20min后，再次取樣測定。乳化活力(EA)以剛開始的吸光值A(chǔ)。表示，乳化穩(wěn)定指數(shù)(ESI)用下式計算：ESI(min)=A0 X ，式中：A 初始乳化液的吸光值；20 min；A -20 min后的吸光度與A 之差。2 結(jié)果與分析21 玉

6、米胚芽分離蛋白的化學(xué)成分堿溶酸沉法提取的玉米胚芽分離蛋白各組成成分的含量。本實驗所得蛋白質(zhì)含量(7636)比Nielsen等 人同法制得的蛋白質(zhì)含量(733)略高。22 玉米胚芽分離蛋白的溶解性221 pH對玉米胚芽分離蛋白溶解性的影響 玉米胚芽分離蛋白在不同pH條件下溶解度不同，是一條u形曲線。玉米胚芽蛋白在pH 47左右溶解度最小，由此可知，玉米胚芽蛋白的等電點在47左右。Messinger 報道玉米胚芽蛋白在pH 8時的溶解度可達956 ，本研究測定pH 8時的溶解度為782，兩者結(jié)果相差較大可能是所用的原料不同，玉米胚芽分離蛋白在等電點附近乳化活力最差，這與其他植物蛋白(大豆蛋白、花生

7、蛋白等)相似，這是因為在蛋白質(zhì)的等電點表面靜電荷為零，蛋白質(zhì)的溶解性最差。pH對玉米胚芽分離蛋白溶解度的影響Messinger用的是干磨法脫胚的玉米胚芽提取的蛋白，而本實驗用的原料是濕磨法脫胚的玉米胚芽，在亞硫酸水浸泡脫胚的過程中，由于較高的酸度(pH 1421)和長時間浸泡(3652 h)，造成了蛋白質(zhì)的部分變性，所以本實驗測定的溶解度偏低。，在給定的蛋白質(zhì)濃度范圍內(nèi)，玉米胚芽分離蛋白的乳化活力隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而增大。這是因為在乳化過程中，蛋白質(zhì)從水相向界面擴散和被油滴吸附時，水相中的蛋白質(zhì)濃度降低。222 溫度對玉米胚芽分離蛋白溶解性的影響 玉米胚芽分離蛋白在低于55 °c的

8、條件下，隨著溫度的升高溶解度增加；溫度超過55時，溶解度隨溫度升高而降低，這與Zayas等 人的研究結(jié)果一致。溫度適當增加，蛋白質(zhì)分子構(gòu)象輕微改變，立體結(jié)構(gòu)伸展，有利于蛋白質(zhì)分子和水分子的運動及相互作用，起到增溶作用；，玉米胚芽分離蛋白在等電點附近乳化活力最差，這與其他植物蛋白(大豆蛋白、花生蛋白等)相似，這是因為在蛋白質(zhì)的等電點表面靜電荷為零，蛋白質(zhì)的溶解性最差溫度高于55°c時，蛋白質(zhì)部分變性，其空間結(jié)構(gòu)破壞，分子內(nèi)部的疏水基團暴露，分子間相互凝結(jié)沉淀，從而使溶解度降低。223 各種鹽對溶解度的影響玉米胚芽分離蛋白的溶解度隨著氯化鈉溶液濃度的增加而增大；當氯化鎂和氯化鈣溶液濃度為

9、02molL時，溶解度達到最大，之后降低；相同的溶液濃度，玉米胚芽分離蛋白質(zhì)溶液中溶解度最大。，在給定的蛋白質(zhì)濃度范圍內(nèi)，玉米胚芽分離蛋白的乳化活力隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而增大。這是因為在乳化過程中，蛋白質(zhì)從水相向界面擴散和被油滴吸附時，水相中的蛋白質(zhì)濃度降低，因此蛋白質(zhì)必須具備一定的起始濃度才能形成厚度適宜分析其原因：當離子強度小于1時，各種鹽對溶解度的影響基本相同，由于蛋白質(zhì)的鹽溶作用，溶解度都隨離子強度的增大而提高；當離子強度大于1時，鹽對蛋白質(zhì)的溶解度具有特殊的離子效應(yīng)，各種鹽對蛋白質(zhì)的相對影響遵循感膠離子序(Hofmeister序列)。在相同的離子強度下，蛋白質(zhì)在氯化鎂溶液中的溶解度大

10、于在氯化鈣中的溶解度，是因為鈣離子的鹽析效應(yīng)大于鎂離子；蛋白質(zhì)在Na HPO 鹽溶液中溶解度最大，說明陰離子的結(jié)構(gòu)對蛋白質(zhì)的溶解度起著十分重要的作用。23 玉米胚芽分離蛋白的乳化性質(zhì)231 蛋白質(zhì)濃度對乳化性質(zhì)的影響 在給定的蛋白質(zhì)濃度范圍內(nèi)，玉米胚芽分離蛋白的乳化活力隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而增大。這是因為在乳化過程中，蛋白質(zhì)從水相向界面擴散和被油滴吸附時，水相中的蛋白質(zhì)濃度降低，因此蛋白質(zhì)必須具備一定的起始濃度才能形成厚度適宜和流變學(xué)性質(zhì)良好的蛋白質(zhì)膜。研究表明，在乳化液滴的形成過程中，界面的蛋白質(zhì)濃度相當高，當用05 5 的蛋白質(zhì)濃度乳化油時，界面蛋白質(zhì)的濃度可達0520 mgm 2。乳化穩(wěn)

11、定性也隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而增加，與乳化活力的變化趨勢基本相同。因為蛋白質(zhì)在界面上的吸附特點為分級吸附，隨著蛋白質(zhì)濃度的增加，單分子層變?yōu)槎喾肿訉?，形成了排列更加緊密、有一定強度的界面膜，使得蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性增加；同時，增加蛋白質(zhì)的濃度，能使乳化液中的液滴平均尺寸(d )變小，并趨于穩(wěn)定值，而液滴平均尺寸越小，乳化液越穩(wěn)定 。232 pH對乳化性質(zhì)的影響玉米胚芽分離蛋白在等電點附近乳化活力最差，這與其他植物蛋白(大豆蛋白、花生蛋白等)相似，這是因為在蛋白質(zhì)的等電點表面靜電荷為零，蛋白質(zhì)的溶解性最差，吸附在油水界面的蛋白質(zhì)最少，形成的乳狀液界面積最小，因而乳化活力最低；玉米胚芽分離蛋白在堿性條

12、件下的乳化活力很好，當pH大于7時，乳化活力有明顯提高，說明乳化活力和溶解度密切相關(guān)。Lin等 人報道，脫脂玉米胚芽粉在pH 7085時乳化活力較高，這與本研究的結(jié)果一致，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)分子受到適宜的熱變性，其高級結(jié)構(gòu)適當展開，鏈節(jié)變得更加柔順，且暴露更多的憎水基團，使蛋白質(zhì)分子呈有序排列，更易吸附在界面上，從而提高了蛋白質(zhì)的乳化性質(zhì)；當溫度繼續(xù)升高時，分子運動使蛋白質(zhì)穩(wěn)定的二級和三級結(jié)構(gòu)的鍵斷裂，蛋白質(zhì)發(fā)生聚集，溶解度降低，降低了蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)。在pH 45即該蛋白質(zhì)的等電點附近時，乳化穩(wěn)定性最高，這是因為在等電點不存在靜電排斥作用，蛋白質(zhì)進一步在油水界面重排乳化，同時在油水界面堆積

13、促進了高彈性膜的形成，阻止油滴聚集上浮從而提高乳狀液的穩(wěn)定性。233 溫度對乳化性質(zhì)的影響在低于55°c 時，蛋白質(zhì)的乳化活性隨溫度的升高而增加，但溫度繼續(xù)升高，乳化活性下降。這是因為在低于蛋白質(zhì)的變性溫度時，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)分子受到適宜的熱變性，其高級結(jié)構(gòu)適當展開，鏈節(jié)變得更加柔順，且暴露更多的憎水基團，玉米胚芽分離蛋白在等電點附近乳化活力最差這是因為在蛋白質(zhì)的等電點表面靜電荷為零，蛋白質(zhì)的溶解性最差，使蛋白質(zhì)分子呈有序排列，更易吸附在界面上，從而提高了蛋白質(zhì)的性質(zhì)、有一定強度的界面膜，使得蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性增加；同時，增加蛋白質(zhì)的濃度，能使液中的液滴平均尺寸變小，并趨于穩(wěn)定

14、值，而液滴平均尺寸越小，乳化液越穩(wěn)；當溫度繼續(xù)升高時，分子運動使蛋白質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)的鍵斷裂，蛋白質(zhì)發(fā)生聚集，溶解度降低，降低了蛋白質(zhì)乳化性質(zhì)。隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性先是略有升高，然后降低，這是因為溫度過高降低了被界面吸附的蛋白質(zhì)膜的黏度和剛性，從而使乳化穩(wěn)定性降低。234 NaC1濃度對乳化性質(zhì)的影響 在較低濃度(小于05 molL)范圍內(nèi)，玉米胚芽蛋白的乳化活力隨NaC1濃度的增加而增大，隨后降低。分析其原因：低濃度NaC1的加入，增加了玉米胚芽蛋白的溶解度(鹽溶)，所以促進了它的乳化活力；高濃度NaC1溶液，一方面改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生變化，有序結(jié)構(gòu)含量增加而無序結(jié)

15、構(gòu)含量降低，造成乳化活力；另一方面，由于蛋白質(zhì)和鹽離子之間為各自溶劑化爭奪水分子產(chǎn)生了沉淀(鹽析)，也造成乳化活力降低。玉米胚芽分離蛋白乳化穩(wěn)定性在05molL時達到最大，之后降低。這是因為在高濃度NaC1溶液存在時，由于鹽離子另一方面，由于蛋白質(zhì)和鹽離子之間為各自溶劑化爭奪水分子產(chǎn)生了沉(鹽析)，也造成乳化活力降低。玉米胚芽分離蛋白乳化穩(wěn)定性在05molL時達到最大，之后降低。3.結(jié)論(1)玉米胚芽分離蛋白在不同pH條件下的溶解度不同，在堿性條件下的溶解度較好，溫度提高能增加溶解度，55°c時溶解度最大；在離子強度為1的濃度范圍內(nèi)，各種鹽均能提高蛋白質(zhì)的溶解度，比較而言，陰離子對蛋

16、白質(zhì)的溶解度影響較大。（2）玉米胚芽分離蛋白在pH 7085的乳化活性明顯增加；提高蛋白質(zhì)濃度可以增加乳化活性；適當提高溫度可以增加蛋白質(zhì)的乳化活性；低濃度NaC1溶液(小于05 molL)提高乳化活性，高濃度NaC1溶液(大于05 moLE)降低乳化活性。(3)玉米胚芽分離蛋白的乳化穩(wěn)定性與乳化活性的變化趨勢基本相同，說日月孚L化性質(zhì)與溶解度密切相關(guān)。參考文獻1 Kulakova E V，Vainerlnan E S，Rogoshin S V·Contribu tion to the inVestigation of co131 germ·I·Corn germ

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