胡振瀛,史 卿,熊 華,*,胡居吾,趙 強(qiáng),范 婷,雷 莉,朱小燕(.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌330047;2.浙江海洋學(xué)院東??茖W(xué)技術(shù)學(xué)院,浙江舟山36000)
富硒菜籽粕蛋白與普通菜籽粕蛋白功能性質(zhì)的比較
胡振瀛1,史卿2,+,熊華1,*,胡居吾1,趙強(qiáng)1,范婷1,雷莉1,朱小燕1
(1.南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌330047;
2.浙江海洋學(xué)院東海科學(xué)技術(shù)學(xué)院,浙江舟山316000)
對(duì)富硒菜籽粕蛋白與普通菜籽粕蛋白的功能性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比,探究硒含量不同是否會(huì)對(duì)蛋白的功能性質(zhì)有影響。結(jié)果顯示:兩種蛋白質(zhì)的溶解性曲線均呈現(xiàn)V字形,隨著pH的升高,溶解性先下降后上升。并且當(dāng)溶液pH為4.0時(shí),蛋白質(zhì)溶解度最低。兩種蛋白質(zhì)的起泡性和乳化性隨pH的變化與蛋白質(zhì)的溶解性曲線呈現(xiàn)高度的相關(guān)性。
富硒,菜籽粕蛋白,蛋白功能性質(zhì),比較
全世界的眾多國(guó)家和地區(qū)中有40多個(gè)存在硒的缺乏問(wèn)題,盡管缺硒程度不盡相同,但不難發(fā)現(xiàn)缺硒是世界上普遍存在的問(wèn)題。油菜籽作為一種重要的油料作物,也是一種重要的植物蛋白質(zhì)資源。油菜籽經(jīng)過(guò)榨油后產(chǎn)生大量的菜籽粕,并且這些菜籽粕中的蛋白含量和脫脂大豆粕中的蛋白含量不相上下,其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用率甚至高于脫脂大豆粕[1]。因此菜籽粕蛋白可作為潛在的富硒產(chǎn)品進(jìn)行加工利用,具有一定的商業(yè)價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)提取的蛋白質(zhì)進(jìn)行了表征,包括蛋白質(zhì)的氨基酸組成,同時(shí)也對(duì)蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)進(jìn)行了研究,包括蛋白質(zhì)的溶解性、起泡性和起泡穩(wěn)定性以及乳化性和乳化穩(wěn)定性。以期比較系統(tǒng)、全面地了解菜籽粕分離蛋白這一蛋白質(zhì)資源。
1.1材料與設(shè)備
富硒菜籽粕江西省豐城,經(jīng)高溫脫脂所得;普通菜籽粕江西省新建縣,經(jīng)高溫脫脂所得;一級(jí)大豆油嘉里糧油(中國(guó))有限公司;考馬斯亮藍(lán)R-250
上海索萊寶生物科技有限公司;丙烯酰胺、甲叉-雙丙烯酸胺、三羥甲基胺基甲烷(Tris) Sigma分裝;氫氧化鈉、鹽酸、磷酸氫二鈉、磷酸一氫鈉、無(wú)水硫酸鈉、硫酸銅、過(guò)硫酸銨、溴酚藍(lán)、甘氨酸、十二烷基硫酸鈉分析純。
L8800氨基酸自動(dòng)分析儀日本日立公司;KDY-9820凱氏定氮儀廈門精藝興業(yè)科技有限公司;FD-1冷凍干燥機(jī)北京德天佑科技發(fā)展有限公司;UV-9100紫外可見光分光光度計(jì)北京普析通用儀器有限責(zé)任公司;高速分散勻漿機(jī)、RH basic 1磁力攪拌器德國(guó)IKA公司;PB-10 pH計(jì)賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;SPX-250電泳儀美國(guó)伯樂(lè)公司;TDL-5-A離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠。
1.2實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1菜籽粕蛋白的提取實(shí)驗(yàn)中所用的富硒菜籽粕蛋白及普通菜籽粕蛋白均通過(guò)脫脂、除去纖維素、經(jīng)過(guò)65%乙醇脫毒后,用堿提酸沉法對(duì)菜籽粕蛋白進(jìn)行分離提取所得。料液比1∶14,pH11.0,水浴溫度40℃,提取時(shí)間3h,調(diào)pH4.5,凍干。
1.2.2硒含量的測(cè)定
1.2.2.1總硒的測(cè)定準(zhǔn)確稱取富硒菜籽粕、普通菜籽粕、富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白樣品0.2~2.0g,分別置于50mL消化管中,加入10mL HNO3-HClO4(9∶1,V/V)的混酸及幾粒玻璃珠,冷消化放置過(guò)夜,后置于電熱板上加熱,并適時(shí)補(bǔ)加混酸。當(dāng)溶液澄清透明且有白煙產(chǎn)生時(shí),繼續(xù)加熱,到消化管中溶液體積為2mL左右時(shí)為止。待冷卻后,再加5mL 6mol/L鹽酸溶液,在電熱板上加熱到約2mL為止(此步驟的目的是趕酸),后將消化液移入15mL容量瓶中,加純水定容至15mL,加入1mL 100g/L K3[Fe(CN)6],2mL濃HCl搖勻,備測(cè)。每種樣品平行測(cè)試3次,同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。
1.2.2.2無(wú)機(jī)硒與有機(jī)硒的測(cè)定準(zhǔn)確稱取富硒菜籽粕、普通菜籽粕、富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白樣品0.2~2.0g,分別加入10mL的雙蒸水,沸水浴30min,然后離心(5000r/min,10min)。所得殘?jiān)匆陨喜襟E進(jìn)行二次提取,合并上清液并濃縮,后按1.2.2.1步驟消解,測(cè)定消解液中的硒,此結(jié)果即為樣品中無(wú)機(jī)硒的含量。
有機(jī)硒含量=總硒含量-無(wú)機(jī)硒含量式(1)1.2.3氨基酸組成分析稱取普通菜籽粕(ORM)、普通菜籽粕蛋白(ORPI)、富硒菜籽粕(SRM)與富硒菜籽粕蛋白(SRPI)各0.25g,分別置于水解管中,加入含有10mmol/L多酚的6mol/L鹽酸溶液,真空封口。在110℃下水解24h,冷卻后定容、過(guò)濾并蒸干,采用日立L-8800型氨基酸自動(dòng)分析儀上樣測(cè)定蛋白質(zhì)的氨基酸含量[2],并與FAO/WHO[3]推薦模式作對(duì)比。氨基酸含量以g/100g蛋白表示。用必需氨基酸與總氨基酸的比值(E/T)對(duì)樣品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。
1.2.4SDS-PAGE分析Laemmli[4]采用不連續(xù)緩沖液系統(tǒng),濃縮膠和分離膠質(zhì)量濃度分別為3%和12%。蛋白質(zhì)樣品溶解于含質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%SDS,1%β-巰基乙醇,40%蔗糖和0.02%溴酚藍(lán)的0.05mol/L Tris-HCl緩沖溶液中配制成質(zhì)量濃度為1mg/mL的蛋白質(zhì)溶液。上樣前在沸水中加熱5min,離心(10000×g,10min)。取上清液10μL進(jìn)樣,電泳在室溫條件下,濃縮膠中電流恒定為15mA,當(dāng)樣品前沿到達(dá)分離膠時(shí)電流變?yōu)?5mA。電泳結(jié)束后,用0.05%的考馬斯亮藍(lán)R-250溶液(染料溶解于體積比為18∶91∶91的冰乙酸、甲醇和水混合溶液中)染色2h,然后用體積比為50∶75∶875的甲醇、乙酸和水的混合溶液對(duì)凝膠脫色6h。蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品的分子量范圍是10~170ku。
1.2.5溶解性的測(cè)定稱取富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白樣品各0.20g,溶解于20mL蒸餾水中,用0.5mol/L鹽酸或0.5mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至3.0~10.0,25℃水浴振蕩溶解30min后3000r/min離心20min。用考馬斯亮藍(lán)法[5]測(cè)定上清液中蛋白質(zhì)的含量?!?00式(2)
1.2.6起泡性和起泡穩(wěn)定性的測(cè)定Sze-Tao K W C等[6]使用50mL 1%的樣品懸浮液(樣品用0.05mol/L不同pH的NaH2PO4-Na2HPO4緩沖液溶解)于高速分散均質(zhì)機(jī)上混合3min后,快速移至100mL量筒中記錄泡沫和溶液的總體積V0;靜置30min后記錄泡沫的殘留體積V1。起泡能力和起泡穩(wěn)定性計(jì)算如下:
式中,A0—0min時(shí)取樣測(cè)定的吸光值;D—稀釋倍數(shù);C:乳化液形成前蛋白濃度(g/mL);φ:光學(xué)路程(cm);θ:乳化液中油的體積分?jǐn)?shù)(L/L)。
靜置10min后重新取樣測(cè)定的吸光值(A10),乳化穩(wěn)定性用乳化穩(wěn)定指數(shù)(Emulsifying Stability Index,ESI)表示:
1.2.7乳化性和乳化穩(wěn)定性Zhao G L等[7]采用濁度法測(cè)定樣品的乳化活性,稱取蛋白樣品溶解于蒸餾水中,配成蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的溶液。用0.5mol/L鹽酸或0.5mol/L氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至3.0~10.0。常溫下磁力攪拌30min后,取9mL不同pH條件下蛋白溶液與3mL大豆油混合,放入50mL離心管中。在高速勻漿機(jī)作用下乳化60s(15000r/min),迅速取50μL的乳化液與5mL 0.1%的SDS混合,在500nm處測(cè)定吸光值,用0.1%的SDS做空白對(duì)照。以乳化活力指數(shù)(Emulsification Activity Index,EAI)表示蛋白乳化活性:
式中,Δt=10min;ΔA=A0-A10。
2.1硒元素的分析結(jié)果
原料及其分離蛋白中的硒含量如表1所示。富硒菜籽粕中總硒、無(wú)機(jī)硒及有機(jī)硒含量都是普通菜籽粕的兩倍左右。而對(duì)于富硒菜籽粕蛋白與普通菜籽粕蛋白中硒的組成來(lái)說(shuō),他們之間存在明顯差異。富硒菜籽粕蛋白中總硒的含量(0.527mg/kg)是普通菜籽粕蛋白(0.226mg/kg)的2.3倍,且其中有機(jī)硒的含量(0.137mg/kg)是普通菜籽粕蛋白(0.009mg/kg)的15.2倍。
表1 原料及其分離蛋白中的硒含量Table 1 Selenium concentrations of raw materials and protein isolates
2.2氨基酸組成分析
表2為普通菜籽粕、富硒菜籽粕及其蛋白質(zhì)組分的氨基酸含量分析結(jié)果,并以FAO/WHO推薦模式作對(duì)照。數(shù)據(jù)顯示,四種樣品的氨基酸組成模式十分相似,均含有較高的天門冬氨酸和谷氨酸,這是大部分儲(chǔ)藏蛋白質(zhì)具有的性質(zhì)[8]。必需氨基酸中,與FAO/ WHO 2~5歲小孩的推薦模式相比,富硒菜籽粕及其蛋白質(zhì)和普通菜籽粕蛋白中含有較高的蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和組氨酸,賴氨酸的含量較低。而且,此8種必需氨基酸含量均高于FAO/WHO成人推薦模式。
表2 四種樣品的氨基酸組成(g/100g蛋白)Table 2 Amino acids composition of four protein samples(g/100g protein)
2.3溶解度分析結(jié)果
圖1 富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白溶解度隨pH變化情況Fig.1 Solubility of Se-enriched rapeseed and ordinary rapeseed protein as influenced by pH
蛋白質(zhì)的溶解性是蛋白質(zhì)其他功能性質(zhì)的基礎(chǔ),是蛋白質(zhì)與水之間相互作用產(chǎn)生的性質(zhì),是蛋白質(zhì)應(yīng)用性的一個(gè)重要指標(biāo)。富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白的氮溶解指數(shù)與pH的關(guān)系曲線如圖1所示,兩者的溶解性曲線均呈現(xiàn)V字形,隨著pH的升高,溶解性先下降后上升,這一現(xiàn)象與其他植物蛋白質(zhì)相符合[9-10]。當(dāng)溶液pH小于4.0時(shí),蛋白質(zhì)分子主要以正離子的形態(tài)存在,互相排斥,隨著pH的降低,所帶電荷逐漸增多,排斥作用增強(qiáng),因此NSI逐漸升高;當(dāng)溶液pH大于4.0時(shí),蛋白質(zhì)分子主要以負(fù)離子的形態(tài)存在,互相排斥,隨著pH的升高,所帶電荷逐漸增多,排斥作用增強(qiáng),因此NSI逐漸升高;當(dāng)溶液pH為4.0時(shí),蛋白質(zhì)溶解度最低,此時(shí)蛋白質(zhì)分子以兩性離子狀態(tài)存在,電荷斥力消失,總電荷為零[11]。
2.4起泡性和起泡穩(wěn)定性分析結(jié)果
pH對(duì)富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白起泡性的影響如圖2所示。從圖2中可以看出,兩種蛋白質(zhì)的起泡性曲線隨著不同pH變化趨勢(shì)相似,且起泡性曲線與蛋白質(zhì)的溶解性曲線呈現(xiàn)高度的相關(guān)性。在等電點(diǎn)(pH=4.5)附近,兩種蛋白質(zhì)的起泡性均較低,在25%左右;當(dāng)pH小于4.0時(shí),蛋白質(zhì)的起泡性隨著pH的升高而降低;當(dāng)pH大于5.0時(shí),蛋白質(zhì)的起泡性隨著pH的增加而升高。這種起泡性隨著pH由5.0增加到10.0上升的現(xiàn)象是由蛋白質(zhì)的柔性增強(qiáng)引起的[12]。蛋白質(zhì)伸展開來(lái)使其快速分散到空氣與水的界面包埋空氣顆粒,從而使其起泡能力增強(qiáng)。
圖2 富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白起泡性隨pH變化情況Fig.2 Foaming capacity of Se-enriched rapeseed and ordinary rapeseed protein as influenced by pH
pH對(duì)富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白起泡穩(wěn)定性的影響如圖3所示。從圖3中可以看出,兩種蛋白質(zhì)的起泡穩(wěn)定性曲線隨著不同pH變化趨勢(shì)也是相似的。起泡穩(wěn)定性的最高值和最低值分別出現(xiàn)在pH10.0和4.0處,富硒菜籽粕蛋白的起泡穩(wěn)定性最高為78%,最低為30%;普通菜籽粕蛋白的起泡穩(wěn)定性在這兩點(diǎn)分別為77%和32%。蛋白質(zhì)適當(dāng)?shù)娜芙饽軌蛟鰪?qiáng)表面吸附作用,有利于泡沫的形成。許多蛋白質(zhì)在其等電點(diǎn)附近容易凝聚,從而降低蛋白質(zhì)成膜的穩(wěn)定性[13]。在強(qiáng)酸或強(qiáng)堿環(huán)境中,蛋白質(zhì)表面的電荷狀態(tài)發(fā)生改變,進(jìn)而改變了其溶解性、相互作用力及持水性,也就使蛋白質(zhì)的起泡性和起泡穩(wěn)定性發(fā)生改變[14-15]。
2.5乳化性和乳化穩(wěn)定性分析結(jié)果
乳化性在食品的應(yīng)用中有重要作用,乳化性強(qiáng)的食品具有良好的口感,有助于結(jié)合水溶性和油溶性的配料。許多傳統(tǒng)食品,如牛乳、冰激凌、奶油等都是乳狀液[13]。圖4顯示了pH對(duì)富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白乳化性的影響。從圖4中可以看出,兩種蛋白質(zhì)的乳化性曲線隨著不同pH變化趨勢(shì)相似,且乳化性曲線與蛋白質(zhì)的溶解性曲線呈現(xiàn)高度的正相關(guān)性。當(dāng)pH在等電點(diǎn)附近時(shí),富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白的乳化性都達(dá)到了最小值,分別為0.70m2/g和1.04m2/g;而隨著pH遠(yuǎn)離等電點(diǎn),兩種蛋白質(zhì)的乳化性逐漸升高,在pH為9.0時(shí)達(dá)到最大值,分別為27.4m2/g和29.2m2/g。乳化活性指數(shù)隨pH的變化類似于氮溶解指數(shù)隨pH的變化,表明了高溶解性的蛋白質(zhì)將會(huì)具有較高的乳化性。
圖3 富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白起泡穩(wěn)定性隨pH變化情況Fig.3 Foaming stability of Se-enriched rapeseed and ordinary rapeseed protein as influenced by pH
圖4 富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白乳化性指數(shù)隨pH變化情況Fig.4 Emulsifying activity index of Se-enriched rapeseed and ordinary rapeseed protein as influenced by pH
圖5 富硒菜籽粕和普通菜籽粕蛋白乳化穩(wěn)定性指數(shù)隨pH變化情況Fig.5 Emulsifying stability index of Se-enriched rapeseed and ordinary rapeseed protein as influenced by pH
圖5顯示了pH對(duì)富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白乳化穩(wěn)定性的影響。從圖5中可以看出,兩種蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性曲線隨著不同pH變化趨勢(shì)相似,且乳化性曲線也與蛋白質(zhì)的溶解性曲線呈現(xiàn)高度的正相關(guān)性。當(dāng)pH在等電點(diǎn)附近時(shí),富硒菜籽粕蛋白和普通菜籽粕蛋白的乳化穩(wěn)定性都達(dá)到了最小值,分別為2.44min和3.92min;而隨著pH遠(yuǎn)離等電點(diǎn),兩種蛋白質(zhì)的乳化穩(wěn)定性逐漸升高,在pH為9.0時(shí)達(dá)到最大值,分別為15.41min和16.29min。這是由于在油與水界面上蛋白質(zhì)膜的穩(wěn)定性既取決于蛋白質(zhì)-油相,又取決于蛋白質(zhì)-水相的相互作用,所以蛋白質(zhì)需要具有一定的溶解性[16]。
3.1氨基酸組成分析表明,普通菜籽粕、富硒菜籽粕及其蛋白質(zhì)組分的氨基酸組成模式十分相似,均含有較高的天門冬氨酸和谷氨酸。四種樣品中均含有纈氨酸和蘇氨酸,且在本實(shí)驗(yàn)中,半胱氨酸和酪氨酸未被檢測(cè)到。富硒菜籽粕及其蛋白質(zhì)和普通菜籽粕蛋白中含有較高的蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和組氨酸,賴氨酸的含量較低。
3.2兩種蛋白質(zhì)的溶解性曲線均呈現(xiàn)V字形,隨著pH的升高,溶解性先下降后上升。并且當(dāng)溶液pH為4.0時(shí),蛋白質(zhì)溶解度最低。
3.3兩種蛋白質(zhì)的起泡性和乳化性隨pH的變化與蛋白質(zhì)的溶解性曲線呈現(xiàn)高度的相關(guān)性。一般而言,蛋白質(zhì)的高溶解性是其擁有良好的起泡性和乳化性的先決條件。
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Comparison of protein from selenium-enriched rapeseed meal with protein from normal rapeseed meal in functional properties
HU Zhen-ying1,SHI Qing2,+,XIONG Hua1,*,HU Ju-wu1,ZHAO Qiang1,F(xiàn)AN Ting1,LEI Li1,ZHU Xiao-yan1
(1.State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China;2.East Ocean Institute of Science and Technology,Zhejiang Ocean University,Zhoushan 316000,China)
Protein from selenium-enriched rapeseed meal with protein from normal rapeseed meal in functional properties were compared to find out the effect of selenium on the functional properties of protein.The results showed that the curves of solubility presented in V-shape.Solubility rose first,then fell with increasing of pH. When the pH value was 4.0,the solubility appeared to be the lowest.The foamability and emulsibility of two proteins presented a high degree of correlation with protein solubility curve in pH.
selenium-enriched;rapeseed meal protein;functional properties of proteins;comparison
TS201.1
A
1002-0306(2014)14-0157-05
10.13386/j.issn1002-0306.2014.14.026
2013-10-10*通訊聯(lián)系人+為并列第一作者
胡振瀛(1991-),男,在校研究生,主要從事專業(yè)植物蛋白工程方面的研究。史卿(1987-),女,碩士研究生,主要從事植物蛋白加工方面的研究。
十二五規(guī)劃農(nóng)村項(xiàng)目(2013AA102203-05);國(guó)家自然科學(xué)基金(31301436);重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(sklf-zza-201305)。