食品蛋白質(zhì)的琥珀?；揎椦芯窟M(jìn)展

楊 敏，楊繼濤，楊 晰，張 媛

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

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食品蛋白質(zhì)的琥珀?；揎椦芯窟M(jìn)展

楊 敏，楊繼濤，楊 晰，張 媛

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,甘肅蘭州 730070)

琥珀酰化修飾是一種常用的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)修飾手段,其通過增加蛋白質(zhì)分子凈負(fù)電荷含量而改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),從而使蛋白質(zhì)性質(zhì)顯著改善。本文綜述了蛋白質(zhì)的琥珀酰化修飾條件以及修飾后蛋白質(zhì)主要功能性質(zhì)的變化程度,為蛋白質(zhì)改性研究提供參考依據(jù)。

蛋白質(zhì),琥珀酸酐,琥珀?；揎?功能性質(zhì)

蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾技術(shù)主要是蛋白質(zhì)的氨基酸殘基修飾技術(shù),是通過化學(xué)試劑對(duì)蛋白質(zhì)肽鏈上的特定活性基團(tuán)衍生化,使部分肽鍵斷裂或引入各種功能基團(tuán),包括對(duì)氨基酸殘基的?；?、去酰胺、磷酸化、糖基化、共價(jià)交聯(lián)、水解以及氧化等。蛋白質(zhì)肽鏈上的活性基團(tuán)主要有氨基、羥基、巰基等。化學(xué)修飾的本質(zhì)是通過新基團(tuán)的引入而改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)象以及凈電荷、疏水性等,從而改善其功能性質(zhì),如溶解性、表面性質(zhì)、吸水性、凝膠性以及熱穩(wěn)定性等[1]。目前,關(guān)于食品蛋白質(zhì)的化學(xué)修飾研究報(bào)道主要有?；?、磷酸化、脫酰胺、糖基化、烷基化等方面[1],其中,?；揎椧蚱滹@著的修飾效果而備受關(guān)注。

在蛋白質(zhì)的側(cè)鏈引入羧酸基即為蛋白質(zhì)的?；揎?該修飾技術(shù)反應(yīng)條件溫和,修飾程度高,部分?；噭┛娠@著改善蛋白質(zhì)凈電荷,從而使其部分功能性質(zhì)發(fā)生較大變化,是目前研究較多的一種化學(xué)修飾技術(shù)。?；揎棾Ｓ迷噭┯幸宜狒㈢晁狒?丁二酸酐)、丁二酸等,其中琥珀酸酐為最常用試劑,其反應(yīng)活性高,反應(yīng)條件溫和,易于控制,反應(yīng)程度高,改性效果顯著。由于琥珀?；揎椇?琥珀酸以酰胺鍵與蛋白質(zhì)相連,使得其凈負(fù)電荷增加顯著,從而相關(guān)性質(zhì)發(fā)生顯著改變[2]。

1 琥珀?；瘜?duì)蛋白質(zhì)的修飾機(jī)理

蛋白質(zhì)的琥珀酰化反應(yīng)主要是肽鏈中的親核基團(tuán)攻擊琥珀酸酐的羰基碳原子,從而誘發(fā)的一類親核取代反應(yīng)。琥珀酸酐與蛋白質(zhì)氨基反應(yīng)原理如下:

圖1 蛋白質(zhì)的琥珀酰化修飾機(jī)理Fig.1 The mechanism of succinylation on proteins

賴氨酸(Lys)ε-氨基具有較低的pK值和較弱的空間位阻,表現(xiàn)出較強(qiáng)的親核能力。脂肪族羥基(蘇氨酸,絲氨酸)和巰基(半胱氨酸)也有一定的親和能力,但不如氨基反應(yīng)活性高。其他側(cè)鏈基團(tuán),如酪氨酸(Tyr)的酚羥基及組氨酸的咪唑基均可以參與琥珀?；磻?yīng),但?；a(chǎn)物不穩(wěn)定[3]。由于琥珀?；鶐в胸?fù)電荷,酰化修飾后蛋白質(zhì)側(cè)鏈凈負(fù)電荷增加,分子間靜電斥力增大,位阻效應(yīng)增強(qiáng),蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)伸展,構(gòu)象發(fā)生變化,因此性質(zhì)顯著改變。

2 蛋白質(zhì)琥珀?；揎椀挠绊懸蛩?/h2>

琥珀酰化修飾程度影響著修飾后蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。目前,琥珀?；潭瘸Ｓ玫臏y(cè)定方法有茚三酮比色法和鄰苯二甲醛法[2]。琥珀?；瘜?duì)蛋白質(zhì)的修飾程度與琥珀酸酐用量密切相關(guān)。隨著琥珀酸酐用量的增加,蛋白質(zhì)酰化程度迅速增大;當(dāng)酸酐用量達(dá)到一定程度以后,?；潭仍黾泳徛踔敛辉僮兓?。當(dāng)琥珀酸酐用量未過量時(shí),酰化反應(yīng)主要發(fā)生在ε-氨基上,當(dāng)絕大多數(shù)氨基被?；?羥基和巰基才會(huì)被?；?/p>

由于不同類型蛋白質(zhì)琥珀?；幕钚曰鶊F(tuán)含量不同,蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)柔韌性不同,即使在酸酐相同用量的情況下酰化程度也會(huì)不同。幾種蛋白質(zhì)的琥珀酰化程度見表1。

表1 不同蛋白質(zhì)的琥珀酰化程度[4-8]Table 1 Degree of succinylation on different proteins[4-8]

也有研究指出,琥珀酸酐和蛋白質(zhì)質(zhì)量配比的對(duì)數(shù)值與?；潭缺憩F(xiàn)為近似線性關(guān)系,牛血清白蛋白、酪蛋白和兩種魚蛋白均表現(xiàn)出這樣的特性[9]。

當(dāng)琥珀酸酐嚴(yán)重過量時(shí),琥珀?；揎棾潭瓤筛哌_(dá)95%以上。例如,當(dāng)琥珀酸酐用量是氨基含量的100倍時(shí),溶菌酶?；潭瓤蛇_(dá)到99%[10];β-乳球蛋白(β-lg)在琥珀酸酐用量為2.5∶1g/g蛋白質(zhì)時(shí),?；潭葹?3%[11]。由此可見,琥珀?；揎棾潭容^高,不同程度修飾產(chǎn)物可通過調(diào)節(jié)琥珀酸酐用量而獲得。

蛋白質(zhì)琥珀?；揎椷^程溫度多為室溫或30～50℃,pH為8～9,反應(yīng)至pH穩(wěn)定即可,反應(yīng)條件溫和,易于實(shí)現(xiàn)和控制[4,11-12]。

3 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的影響

琥珀?；揎椇?蛋白質(zhì)多表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)伸展,吲哚基發(fā)色團(tuán)暴露,三級(jí)結(jié)構(gòu)改變,二級(jí)結(jié)構(gòu)也會(huì)因此受到影響,不同蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化程度具有差異。研究指出,溶菌酶酰化99%時(shí),結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,Stokes半徑增大,構(gòu)象穩(wěn)定性顯著降低,鹽酸胍對(duì)其變性程度增加;由于負(fù)電荷的增加,其自由能降低[10]。然而,也有人指出,溶菌酶琥珀?；蠖?jí)結(jié)構(gòu)變化與溫度有關(guān),室溫下其二級(jí)結(jié)構(gòu)與未酰化相似[13]。β-乳球蛋白(β-lg) 經(jīng)過琥珀?；揎椇笊彼釤晒鈴?qiáng)度下降,最大發(fā)射波長(zhǎng)發(fā)生紅移,鹽酸胍和尿素實(shí)驗(yàn)顯示其構(gòu)象穩(wěn)定性降低,三級(jí)結(jié)構(gòu)變化;圓二色光譜(CD)實(shí)驗(yàn)顯示,β-lg琥珀酰化后α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角3種有序結(jié)構(gòu)含量降低,無規(guī)結(jié)構(gòu)增加,二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[11]。

琥珀?；揎椇?酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)被破壞,膠束解離程度隨著?；潭鹊脑黾佣黾?粒徑逐漸減小[3]。?；揎椇?酪蛋白和牛血清蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)變化不顯著,但三級(jí)結(jié)構(gòu)變化,乳清蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)由規(guī)則結(jié)構(gòu)向無規(guī)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化[14]。大豆水解蛋白?；揎椇髢?nèi)源熒光值降低,最大發(fā)射波長(zhǎng)紅移,CD測(cè)定結(jié)果顯示折疊結(jié)構(gòu)減少,轉(zhuǎn)角和無規(guī)結(jié)構(gòu)增加[6]?？ㄗ训鞍诅牾；揎椇髢?nèi)源熒光值降低,最大發(fā)射波長(zhǎng)紅移,三級(jí)結(jié)構(gòu)改變[15]。

β-lg經(jīng)過琥珀?；揎椇笸ㄟ^ANS熒光實(shí)驗(yàn)測(cè)得其疏水性降低[11]。?；揎椇?酪蛋白、牛血清白蛋白、乳清蛋白表面疏水性增加[14]。也有研究指出,表面疏水性與?；潭扔嘘P(guān),當(dāng)酰化程度為30%～40%時(shí),琥珀?；Q豆蛋白表面疏水性幾乎不變;當(dāng)?；潭葹?0%～80%時(shí),表面疏水性降低[16]。大豆水解蛋白在?；潭鹊陀?6.2%時(shí),表面疏水性降低,之后升高,這與電荷密度的增加和蛋白質(zhì)構(gòu)象變化有關(guān)[6]。隨著?；潭鹊脑黾?油菜籽12S球蛋白的表面疏水性顯著降低[8]。

綜上所述,蛋白質(zhì)琥珀?；鬅晒鈴?qiáng)度降低,最大發(fā)射波長(zhǎng)紅移,三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,二級(jí)結(jié)構(gòu)具有由有序轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序的趨勢(shì),結(jié)構(gòu)變化程度與蛋白質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)及?；潭扔嘘P(guān)。

4 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)功能特性的影響

經(jīng)過琥珀酰化修飾后,由于琥珀?；囊?蛋白質(zhì)電荷、結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而引起性質(zhì)改變。

4.1 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)溶解性的影響

琥珀?；沟鞍踪|(zhì)負(fù)電荷增加,修飾肽段與水的相互作用增強(qiáng),蛋白質(zhì)的溶解性得以改善。然而,蛋白質(zhì)的溶解性與pH密切相關(guān)。琥珀酰化修飾使蛋白質(zhì)等電點(diǎn)以上溶解性增強(qiáng),等電點(diǎn)以下有所降低,如扁豆蛋白[4]、黎豆蛋白[17]和巴西堅(jiān)果核球蛋白[5]。琥珀?；揎椇?在pH4～11范圍內(nèi)大豆水解蛋白的溶解性顯著增加[7]。燕麥蛋白經(jīng)過琥珀?；?0.2∶1g/g蛋白質(zhì))修飾后,溶解性在pH為7時(shí)增加3.79倍[10]。琥珀酰化修飾使酪蛋白在pH 5和7時(shí)溶解性增加,而在pH9時(shí)基本不變[18]。

4.2 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)乳化性的影響

在油-水界面,蛋白質(zhì)親脂性基團(tuán)在油相中定向排列,親水性基團(tuán)在水相中定向排列,從而降低界面張力,表現(xiàn)出乳化性[19]。蛋白質(zhì)經(jīng)過琥珀?；揎椇?溶解性得到改善,促進(jìn)了蛋白質(zhì)在油滴表面形成蛋白層,可以更好地與水相作用以發(fā)揮乳化性[20]。另一方面,琥珀?；沟鞍踪|(zhì)構(gòu)象變化,包埋于內(nèi)部的疏水性基團(tuán)暴露,增強(qiáng)了蛋白質(zhì)與油相的相互作用。然而,由于琥珀酰化修飾增加了蛋白質(zhì)的負(fù)電荷,使蛋白質(zhì)之間的斥力增加,阻礙了蛋白質(zhì)之間的相互作用,因而不易在油水相界面形成穩(wěn)定性較高的蛋白質(zhì)膜,從而影響乳化穩(wěn)定性[21],例如,燕麥蛋白經(jīng)過琥珀?；?0.2∶1g/g蛋白質(zhì))修飾后,乳化性提高了3.85倍,乳化穩(wěn)定性僅為?；暗?5%;蠶豆蛋白琥珀酰化后乳化活性顯著提高[22]。

也有研究指出,琥珀?；鞍踪|(zhì)的乳化性變化與蛋白質(zhì)濃度及體系pH有關(guān)。扁豆蛋白在濃度為4%～6%時(shí),琥珀?；笕榛钚栽黾?而當(dāng)濃度超出6%時(shí)乳化活性反而有所下降[4]。在pH為2時(shí),扁豆蛋白乳化穩(wěn)定性降低,在pH4～10時(shí),由于蛋白質(zhì)的溶解性顯著增強(qiáng),乳化穩(wěn)定性增加[4]。巴西堅(jiān)果核球蛋白的乳化活性和乳化穩(wěn)定性經(jīng)過琥珀酰化修飾后在pH 3時(shí)有所降低,在pH>3時(shí)均得到改善[5]。黎豆蛋白經(jīng)琥珀?；揎椇笕榛钚院腿榛€(wěn)定性在pH 4以上均得到改善[17]。

蛋白質(zhì)經(jīng)過琥珀?；揎椇笕榛宰兓€與?；潭扔嘘P(guān)。例如,?；潭容^低時(shí),大豆水解蛋白的乳化活性降低,之后隨著?；潭鹊脑黾佣龃?酰化后乳化穩(wěn)定性顯著增大[7]。

4.3 琥珀酰化修飾對(duì)蛋白質(zhì)發(fā)泡性的影響

蛋白質(zhì)發(fā)泡性受到諸多因素的影響,如溶解性、表面疏水性、電荷等。Mirmoghtadaie(等)指出,琥珀?；揎楇m然增加了蛋白質(zhì)的溶解性,有利于發(fā)泡性的改善,但是,由于蛋白質(zhì)之間靜電斥力的增加,又使發(fā)泡性得以降低,因此琥珀?；揎棇?duì)發(fā)泡性影響不顯著[21]。扁豆蛋白琥珀?；笈菽€(wěn)定性降低,除了pH 2以外,其他pH條件下發(fā)泡性均增強(qiáng)[4]。豆薯蛋白琥珀?；笤诓煌琾H下發(fā)泡性和泡沫穩(wěn)定性均降低[23]。由于琥珀?；揎椇蟊砻媸杷栽鰪?qiáng),大豆水解蛋白的發(fā)泡性顯著增加,且隨著酰化程度增大而增強(qiáng),但泡沫穩(wěn)定性極差[7]。

4.4 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)吸水性和吸油性的影響

琥珀酰化修飾使蛋白質(zhì)連接了帶有負(fù)電荷的琥珀?；?琥珀酰基與羧基間靜電斥力增加,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,使其與水的相互作用增強(qiáng),吸水性增加[24-26]。蛋白質(zhì)的吸油性受到蛋白質(zhì)含量、表面積、疏水性、電荷、形貌等諸多因素的影響,一般歸結(jié)為物理誘捕。由于琥珀酰基占有一定空間體積,因而會(huì)使蛋白質(zhì)體積增大,空隙增大,比表面積增大,因此吸油性增強(qiáng)[17,24,26-29]。燕麥蛋白經(jīng)琥珀酰化(99%)修飾后吸水性和吸油性分別增加了3.46和1.29倍[21]。巴西堅(jiān)果核球蛋白琥珀?；揎棾潭葹?5.8%時(shí)吸水性提高了2.04倍,吸油性提高了1.89倍;酰化程度為72%時(shí)吸水性提高了2.15倍,吸油性提高了2.04倍[5]?？梢?琥珀?；蟮鞍踪|(zhì)的吸水性和吸油性增強(qiáng)。

蛋白質(zhì)琥珀?；笪耘c吸油性的變化還與?；潭扔嘘P(guān)。隨著?；潭鹊脑黾?蛋白質(zhì)的吸水性增強(qiáng)[5,30]。然而,El-Adawy研究綠豆蛋白時(shí)指出,吸水性隨?；潭瘸尸F(xiàn)降低趨勢(shì)[26]。Bora研究扁豆蛋白發(fā)現(xiàn),?；潭葘?duì)吸水性不產(chǎn)生影響[25]。堅(jiān)果核球蛋白[5]、煙草蛋白[28]吸油性隨酰化程度的增大而增加,而油菜籽蛋白[27]、大豆水解蛋白[7]吸油性隨著?；潭鹊脑黾佣档?。

由此可見,由于不同蛋白質(zhì)具有不同結(jié)構(gòu),琥珀?；揎椇笃湮院臀托愿淖兂潭炔煌?。

4.5 琥珀?；揎棇?duì)蛋白質(zhì)凝膠性的影響

由于琥珀?；揎椩黾恿说鞍踪|(zhì)的凈負(fù)電荷,因而對(duì)其凝膠性影響顯著。研究指出,琥珀?；揎検估业鞍椎哪z性遭到破壞[31],延長(zhǎng)了酪蛋白的凝膠時(shí)間,降低了凝膠強(qiáng)度[2]。

5 展望

綜上所述,琥珀?；揎椏墒沟鞍踪|(zhì)負(fù)電荷增加,結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,從而使其功能性質(zhì)顯著改善,其變化程度與琥珀?；潭扔嘘P(guān)。眾多研究一致認(rèn)為,蛋白質(zhì)琥珀?；揎椇蟮入婞c(diǎn)以上溶解性增強(qiáng),有利于蛋白質(zhì)功能性質(zhì)在水溶液中的充分發(fā)揮。食品蛋白質(zhì)通常是食品中的主要成分,在食品加工過程中經(jīng)受高溫處理、酸度變化、高壓均質(zhì)等加工過程。然而,迄今為止,琥珀?；揎椇蟮牡鞍踪|(zhì)在加工過程中的穩(wěn)定性,如熱穩(wěn)定性、高壓穩(wěn)定性,及其與加工體系中的其他物質(zhì)之間的相互作用尚不明確,有待進(jìn)一步研究。

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Review on succinylated modification of food proteins

YANG Min，YANG Ji-tao，YAN Xi，ZHANG Yuan

(College of Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Succinylation is one of the modification method of protein,which increase the net charge of protein and change its structure,resulting in improvement of its functional properties. In this paper,the reaction condition,level of succinylation and change of functional properties of protein were reviewed. It would provide the references for protein modification.

protein;succinic anhydride;succinylated modification;functional properties

2014-06-10

楊敏(1981-)，女，在讀博士，講師，研究方向：乳品科學(xué)與技術(shù)。

TS201.2

A

1002-0306(2015)05-0396-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.076