酸水解麥麩蛋白質(zhì)及氨基酸分析

胡 燃， 張 慜*， 陳世豪

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122；2.廣東嘉豪食品股份有限公司，廣東 中山528447）

酸水解麥麩蛋白質(zhì)及氨基酸分析

胡 燃1， 張 慜*1， 陳世豪2

（1.江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122；2.廣東嘉豪食品股份有限公司，廣東 中山528447）

探討小麥麩蛋白的酸水解工藝。研究了鹽酸濃度、料液質(zhì)量體積比、水解時(shí)間對(duì)小麥麩蛋白水解度的影響，并對(duì)麥麩蛋白水解液的氨基酸組成進(jìn)行了分析。在100℃，鹽酸濃度4 mol/L，料液質(zhì)量體積比1∶6，水解時(shí)間18 h的條件下麥麩蛋白的水解度為59.22%。氨基酸分析結(jié)果表明，呈甜味和鮮味的氨基酸總和達(dá)到53.77%。通過酸水解麥麩蛋白，可獲得呈鮮味和甜味氨基酸含量較高的蛋白水解液，為麥麩蛋白水解液的生產(chǎn)提供理論參數(shù)。

麥麩；蛋白質(zhì)；酸水解

人類對(duì)食品的本質(zhì)要求包括4個(gè)方面：安全、營(yíng)養(yǎng)、美味和保健，其中食品的美味占有重要的地位。食品的基本滋味由原料自身以及加工過程中產(chǎn)生，最后的美味還需要調(diào)味品的參與。谷氨酸鈉是氨基酸類鮮味調(diào)味品，在食品中應(yīng)用廣泛，但鮮味成分和營(yíng)養(yǎng)成分單一，不夠自然、可口。

水解植物蛋白主要用于食品調(diào)味料，或作為生產(chǎn)咸味香精的基料[1]。酸水解植物蛋白主要以大豆、小麥、玉米等為原料，通過酸水解，然后精制而成，該技術(shù)最先由瑞士Julius Maggi在1866年開發(fā)。酸水解法的特點(diǎn)是水解迅速徹底，產(chǎn)物為L(zhǎng)型氨基酸，不會(huì)發(fā)生消旋作用。酸水解蛋白成本低、投資小，是一種被廣泛使用的生產(chǎn)方法[2]。植物蛋白質(zhì)酸水解后得到的氨基酸中，含鮮味的有：谷氨酸、天門冬氨酸、谷氨酰胺等。含甜味的有：甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、絲氨酸等，它們給予酸水解蛋白液強(qiáng)烈的鮮甜味。

麥麩蛋白是從麥麩中提取的蛋白質(zhì)，麥麩蛋白質(zhì)通過水解，使蛋白質(zhì)水解為多肽或氨基酸，纖維素水解為二糖或單糖，供人體吸收利用。麥麩蛋白質(zhì)的水解可以用酶水解法[3]，也可以用酸水解法，但考慮到成本問題，酶制劑一般比較昂貴，因此作者采用酸水解方法，對(duì)酸水解條件進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 原料

麥麩蛋白為作者所在實(shí)驗(yàn)室自制，其它試劑均為分析純。

1.2 常規(guī)測(cè)定

小麥麩皮中蛋白質(zhì)：GB50095-2010食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定；小麥麩皮中脂肪：GB/T5512-2008糧食中粗脂肪含量測(cè)定；小麥麩皮水分：GB5009.3-2010食品中水分的測(cè)定；小麥麩皮中灰分：GB50094-2010食品中灰分的測(cè)定。

1.3 氨基態(tài)氮的測(cè)定

用鄰苯二甲酸氫鉀標(biāo)定氫氧化鈉溶液。吸取樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%稀釋液10 mL，放入200 mL燒杯中，加蒸餾水60 mL，開動(dòng)磁力攪拌器，用0.05 mol/ L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH 8.2。記下耗用體積。pH達(dá)到8.2后加入甲醛溶液10 mL，磁力攪拌器攪拌，然后用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至pH 9.2為終點(diǎn)，記下加入甲醛后耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)[4]。

氨基態(tài)氮 （以N計(jì)，g/dL）=（V-V0）×M×0.014/（V1×10/100）×100

式中：V為樣品加入甲醛后耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；Vo為試劑空白加入甲醛后耗用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積，mL；V1為吸取稀釋液數(shù)，mL；M為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的摩爾濃度，mol/L。

1.4 水解度的測(cè)定

水解度以水解液中氨基氮與小麥麩蛋白中總氮的百分比表示。

1.5 氨基酸組成分析

通過氨基酸自動(dòng)分析儀分析測(cè)定麥麩蛋白水解液中的氨基酸組成：量取5 mL酸水解蛋白液于水解管內(nèi)．加入6 mol／L鹽酸5 mL，水循環(huán)真空泵抽真空，酒精噴燈灼燒水解管封口，在110℃恒溫干燥箱內(nèi)水解24 h后取出冷卻后將水解液過濾后轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶定容。取濾液l mL于5 mL容量瓶?jī)?nèi)，用真空干燥器在40~50℃干燥，最后蒸干，用1 mL pH 2.2的緩沖液溶解后用氨基酸自動(dòng)分析儀分析測(cè)定[5]。

1.6 麥麩蛋白酸水解實(shí)驗(yàn)

分別以鹽酸濃度、料液質(zhì)量體積比、水解時(shí)間為考察因素，以小麥麩皮蛋白水解度為指標(biāo)進(jìn)行分析。

1.6.1 鹽酸濃度對(duì)水解度的影響稱取一定質(zhì)量的小麥麩蛋白質(zhì)至具塞錐形瓶中，加入一定量的鹽酸配制成料液質(zhì)量體積比為1 g∶10 mL的懸浮液，在100℃的水浴鍋中水解10 h，所用鹽酸濃度分別為3、4、5、6 mol/L。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用氫氧化鈉中和至pH 7.0左右，抽濾后取清液檢測(cè)?？疾禧}酸濃度對(duì)水解度的影響。

1.6.2 料液質(zhì)量體積比對(duì)水解度的影響稱取一定質(zhì)量的小麥麩蛋白質(zhì)至具塞錐形瓶中，加入一定量的4 mol/L鹽酸配制成一定濃度的的懸浮液，在100℃的水浴鍋中水解10 h，液料質(zhì)量體積比分別為4、6、8、10 mol/L。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用氫氧化鈉中和至pH 7.0左右，抽濾后取清液檢測(cè)?？疾煲毫腺|(zhì)量體積比對(duì)水解度的影響。

1.6.3 水解時(shí)間對(duì)水解度的影響稱取一定質(zhì)量的小麥麩蛋白質(zhì)至具塞錐形瓶中，加入一定量的4 mol/L鹽酸配制成液料質(zhì)量體積比為6 mL/g的懸浮液，在100℃的水浴鍋中水解一定時(shí)間，水解時(shí)間分別為6、10、14、18 h。反應(yīng)結(jié)束后冷卻至室溫，用氫氧化鈉中和至pH 7.0左右，抽濾后取清液檢測(cè)?？疾焖鈺r(shí)間對(duì)水解度的影響。

1.7 小麥麩蛋白水解液的處理

小麥麩蛋白質(zhì)酸水解液反應(yīng)完畢后，用離心機(jī)將殘?jiān)凸腆w物質(zhì)除掉，堿處理中和，加入活性炭保溫脫色脫臭[6]，在65℃、0.090~0.100 MPa、51~54 r/min下用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進(jìn)行減壓濃縮，使溶液中的水分迅速蒸發(fā)，殘留的游離酸和氯丙醇得到揮發(fā)。將濃縮物置于真空冷凍干燥機(jī)中干燥成粉[7]。

2 結(jié)果與討論

2.1 基本成分檢測(cè)結(jié)果

麥麩蛋白質(zhì)基本成分見表1。

表1 麥麩蛋白質(zhì)基本成分Table 1 Wheat bran protein's mainly composition

2.2 鹽酸濃度對(duì)麥麩蛋白質(zhì)水解度的影響

在HCl溶液添加量與原料體積質(zhì)量比值為10 mL/g、水解時(shí)間為10 h時(shí)將麥麩蛋白在100℃下分別用濃度為3、4、5、6 mol/L的鹽酸水解，測(cè)定麥麩蛋白質(zhì)的水解度。

圖1 鹽酸濃度對(duì)麥麩蛋白質(zhì)水解度的影響Fig.1 Effect of hydrochloric acid concentration on hydrolysis degree of wheat bran protein

從圖1可以看出，小麥麩蛋白質(zhì)水解度隨鹽酸濃度的增加而上升，說明高濃度的鹽酸有利于小麥麩蛋白質(zhì)的水解。從4 mol/L增加到6 mol/L，水解度增加趨于平緩。繼續(xù)加大酸的濃度對(duì)水解度增加不是很明顯，因此不再考慮增加酸的濃度。鹽酸水解麥麩蛋白質(zhì)時(shí)，蛋白水解度隨著鹽酸濃度的增加而呈上升趨勢(shì)，體系中氫離子濃度越高，則蛋白肽鍵被切斷的可能性越大，酸量的增加必然提高了酸對(duì)小麥麩蛋白質(zhì)的作用能力，但鹽酸濃度越高，對(duì)水解液的色澤等會(huì)產(chǎn)生一些不利[8]。由于小麥麩蛋白中有殘留脂肪的存在，使得小麥麩蛋白質(zhì)在較高濃度的鹽酸水解的條件下，易生成氯丙醇。氯丙醇沸點(diǎn)大多較高不具有揮發(fā)性，在后續(xù)加工過程中采減壓蒸餾法、堿處理法、凝膠滲透色譜法、瑞士蒸汽蒸餾法等處理可以除去，但出于安全考慮，應(yīng)盡可能減少氯丙醇的產(chǎn)生[9]。并且鹽酸濃度過高，可能會(huì)將小麥麩蛋白中殘留 的非蛋白氮水解為氨類、醛類等一些對(duì)風(fēng)味影響不利的成分，使水解液的風(fēng)味變差。考慮到食用安全性及生產(chǎn)成本、水解液色澤等，選取鹽酸濃度為4 mol/L較合適。

2.3 液料體積質(zhì)量比對(duì)麥麩蛋白質(zhì)水解度的影響

對(duì)麥麩蛋白分別用HCl溶液添加量與原料體積質(zhì)量比值為4、6、8、10 mL/g，鹽酸濃度為4 mol/L的HCl溶液在100℃條件下水解10 h，測(cè)定麥麩蛋白的水解度。

圖2 液料體積質(zhì)量比對(duì)麥麩蛋白質(zhì)水解度的影響Fig.2 Effect of material-liquid ratio on hydrolysis degree of wheat bran protein

由圖2可看出，麥麩蛋白水解度隨HCl溶液添加量與原料體積質(zhì)量比值的增加呈上升趨勢(shì)，隨著液液體積質(zhì)量比的增加，鹽酸分散更均勻，可以更好的作用于蛋白質(zhì)，提高了蛋白質(zhì)的水解效果。當(dāng)HCl溶液添加量與原料比值為6的時(shí)候，水解度幾乎達(dá)到最大值。此后再增加HCl溶液添加量與原料比值，水解度增加不顯著。但是添加的鹽酸的量越多也就是料液體積質(zhì)量比越大，消耗的鹽酸和氫氧化鈉的量也就越多，且后面處理污水的量也就越大，不利于生產(chǎn)。因此，HCl溶液添加量與原料體積質(zhì)量比值取6 mL/g。

2.4 水解時(shí)間對(duì)麥麩蛋白質(zhì)水解度的影響

麥麩蛋白質(zhì)水解度隨水解時(shí)間的延長(zhǎng)而上升，在18 h水解度達(dá)到59.22%。繼續(xù)增加水解的時(shí)間，水解度也會(huì)隨之增大，但是增加的水解度畢竟有限，且59%的水解度已經(jīng)能達(dá)到水解的要求。綜合考慮其能耗與成本及水解液色澤問題，建議選取水解時(shí)間18 h。

2.5 氨基酸分析

水解蛋白的氨基酸組成見表2。

從氨基酸分析可以看出：麥麩蛋白酸水解液中呈鮮味的氨基酸谷氨酸和天冬氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為18.57和6.47，呈甜味的氨基酸絲氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、脯氨酸總和為28.72%。呈甜味和鮮味的氨基酸總和達(dá)到53.77%，在呈味上有一定的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)語

經(jīng)過試驗(yàn)，最終選定鹽酸水解麥麩蛋白的水解條件為水解溫度100℃，鹽酸濃度4 mol/L，料液質(zhì)量體積比1 g∶6 mL，水解時(shí)間18 h。水解度可達(dá)59.22%。氨基酸分析結(jié)果表明，麥麩蛋白酸水解液中呈鮮味的氨基酸和呈甜味的氨基酸之和高達(dá)53.77%。在呈味上有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

表2 水解蛋白的氨基酸組成Table 2 Amino acid composition of wheat bran protein hydrolyzate

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Hydrolysis of Wheat Bran Protein by Acid and Amino Acid Analysis of Hydrolyzate

HU Ran1， ZHANG Min*1， CHEN Shihao2
（1.School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China；2.Guangdong Jiahao Food Co.Ltd.，Zhongshan 528447，China）

The aim of the research was to discuss the parameters for hydrochloric acid hydrolysis of wheat bran protein.This paper studies the hydrolysis process of wheat bran protein by acid，analyzed the impact of the concentration of hydrochloric acid，liquid ratio and hydrolysis time on the hydrolysis degree of hydrolysis of wheat protein extracted from wheat bran，and also analyzed amino acid composition of the protein hydrolyzate.The hydrolytic conditions for wheat bran protein were as follows：hydrolysis temperature of 100℃，hydrochloric acid density of 4 mol/L，solid-liquid ratio of l∶6，time of 18 h，the hydrolysis degree could reach 59.22%.The result of amino acid analysis of the hydrolyzate showed that the sum of the sweet and umami amino acids reached 53.77%.High levels content of sweet and umami amino acids of protein hydrolyzate could be obtained by hydrochloric acid hydrolysis，which provided the theoretical basis for the production of wheat bran protein hydrolysis.

wheat bran，protein，hydrolysis by acid

TS 254

A

1673—1689（2015）01—0090—04

2014-03-21

教育部產(chǎn)學(xué)研結(jié)合項(xiàng)目（2012B091000125）。

*通信作者：張 慜（1962—），男，浙江平湖人，工學(xué)博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工與貯藏研究。

E-mail：min@jiangnan.edu.cn