超聲波輔助提取對麥胚蛋白性質(zhì)的影響研究

孫艷平，任宇鵬

（河南化工職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450042）

超聲波輔助提取對麥胚蛋白性質(zhì)的影響研究

孫艷平，任宇鵬

（河南化工職業(yè)學(xué)院，河南鄭州450042）

研究超聲波預(yù)處理對麥胚蛋白提取率、純度、結(jié)構(gòu)和功能特性的影響。結(jié)果表明超聲波對分離蛋白提取率有一定影響，超聲功率為80 W時，提取率最高達(dá)到了75.88%。超聲功率為140 W時，麥胚蛋白的純度最高為94.12%。超聲波改變了蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)，超聲140 W處理時蛋白表面疏水性最強(qiáng)。超聲波處理降低了蛋白起泡性，增強(qiáng)了起泡穩(wěn)定性；蛋白質(zhì)乳化性隨超聲波功率增加先降低后升高，乳化穩(wěn)定性都有所下降。

超聲波；麥胚蛋白；純度；乳化性

小麥胚蛋白是從小麥加工的副產(chǎn)品——小麥胚中提取出來的一種新型蛋白質(zhì)資源。小麥胚的蛋白質(zhì)含量為30%左右，僅次于大豆，分別是大米、小麥粉的4.9倍和3.2倍，是瘦牛肉、瘦豬肉及雞蛋的1.5倍、1.8倍和2.1倍。麥胚蛋白氨基酸的構(gòu)成比例與FAO/WHO頒布的模式值以及大豆、牛肉、雞蛋的氨基酸構(gòu)成比例基本接近，其必需氨基酸構(gòu)成種類齊全，比例合適，數(shù)量充足，是一種完全蛋白質(zhì)，被營養(yǎng)學(xué)家譽(yù)為“人類天然的營養(yǎng)寶庫”［1］。

關(guān)于麥胚蛋白的提取工藝已有相關(guān)報(bào)道。楊立樹［2］利用正交試驗(yàn)確定麥胚蛋白堿性提取的最佳工藝條件，其蛋白質(zhì)得率為66.7%。辛志紅等［3］采用堿溶酸沉與淀粉酶復(fù)合法，用淀粉酶水解麥胚蛋白提取液中的淀粉，使麥胚蛋白含量和得率均較堿溶酸沉法明顯提高，分別達(dá)到94.5%和81.36%。吳素萍［4］應(yīng)用微波加熱輔助堿提取麥胚蛋白質(zhì)，在最優(yōu)條件下得到麥胚蛋白的提取率為71.1%。從文獻(xiàn)報(bào)道可知不同研究得出的結(jié)果均有所差異。本文擬通過超聲波輔助堿提酸沉法提取麥胚蛋白，并對麥胚蛋白的部分結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了研究。

1材料和方法

1.1材料與儀器

小麥胚芽［水分：（12.80±0.03）%，粗脂肪：（9.07± 0.03）%，粗蛋白：（24.83±1.80）%］：市售；其他試劑均為分析純。

722型可見光分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FA2104N分析天平：上海菁海儀器有限公司；TG-16型高速離心機(jī)：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；FJ200-S高速分散均質(zhì)機(jī)：上海恒磁電子科技有限公司；970CRT熒光分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；T650CTZ多功能恒溫超聲提取機(jī)：上海比郎儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1堿溶酸沉法制備麥胚分離蛋白工藝路線

麥胚→篩選→脫脂→粉碎→加水→調(diào)節(jié)pH→超聲波處理→振蕩堿提→離心→調(diào)節(jié)pH→靜置→離心→真空冷凍干燥

1.2.2不同的超聲波功率對分離蛋白提取率和純度的影響

稱取預(yù)處理過的脫脂麥胚粉50 g，放入1 000 mL的燒杯中，加水750 mL，用玻璃棒攪拌均勻，調(diào)節(jié)pH至9.5，放入超聲波清洗器中，分別用0、80、140、200 W，處理20 min。搖勻轉(zhuǎn)入錐形瓶中，用保鮮膜密封，放入50℃的恒溫水浴振蕩器中振蕩1 h。冷卻至室溫后，以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10 min。將上清液轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH至4.0，靜置30 min，以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10 min。將上述沉淀物轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中，然后用組織搗碎機(jī)粉碎，用量筒量取蛋白液體積，均勻取40 mL于三角瓶中密封冷藏（取10 mL蛋白液用凱氏定氮法測定得率，每份樣品做兩個平行樣，取平均值。）剩余蛋白液，以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10 min。將沉淀物轉(zhuǎn)移至真空冷凍干燥盤中干燥。

1.2.3堿溶pH對蛋白提取率、分離蛋白提取率和純度的影響

稱取預(yù)處理過的脫脂麥胚粉50 g，放入1 000 mL的燒杯中，加水750 mL，用玻璃棒攪拌均勻，分別將pH調(diào)節(jié)至9.5、10.0、10.5和11.0，使用超聲波處理。搖勻轉(zhuǎn)入錐形瓶中，用保鮮膜密封，放入50℃的恒溫水浴振蕩器中振蕩1 h。冷卻至室溫后，以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10 min。將上清液轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中，調(diào)節(jié)pH至4.0，靜置30 min，以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心分離10 min。將沉淀物轉(zhuǎn)移至1 000 mL燒杯中，然后用組織搗碎機(jī)粉碎，用量筒量取蛋白液體積，用小量筒均勻取40 mL，測水分，每份樣品做兩個平行樣，取平均值。均勻取上述干燥物0.12g，用凱氏定氮法測定得率和純度，每份樣品做兩個平行樣，取平均值。

2.2.4蛋白質(zhì)熒光光譜測定

參考趙冠里［5］測定內(nèi)源熒光光譜的方法，有所改動。先配制pH9.0的硼酸-硼砂緩沖液，通過加NaOH，pH調(diào)至9.5，用pH計(jì)測定。準(zhǔn)確稱取原料0.10 g，溶解于pH9.5緩沖溶液中，用pH9.5緩沖溶液定容到100 mL，配制成1 mg/mL溶液。用熒光分光光度計(jì)，測激發(fā)光285 nm，發(fā)射波長范圍285 nm～900 nm光譜。

1.2.5蛋白質(zhì)表面疏水性測定

參考王辰［6］測定表面疏水性的方法，有所改動。先配制pH9.0的硼酸-硼砂緩沖液，通過加NaOH，pH調(diào)至9.5，用pH計(jì)測定。稱取0.120 g ANS，用pH9.5緩沖溶液定容為50 mL。準(zhǔn)確稱取原料0.10g，溶解于pH9.5緩沖溶液中，用pH9.5緩沖溶液定容到100 mL，配制成1 mg/mL溶液。然后每個樣分別配成0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL溶液。吸取溶液5 mL于比色皿中，在激發(fā)波長390 nm，發(fā)射波長470 nm條件下，測強(qiáng)度。然后每個樣加入50 μL ANS混勻，再測熒光強(qiáng)度。

1.2.6起泡性及泡沫穩(wěn)定性

在室溫條件下，準(zhǔn)確稱量0.5 g干燥的蛋白樣品溶于100 mL，pH9.0硼砂—硼酸緩沖液中，配制成0.5%的蛋白溶液。靜置30 min使蛋白樣品充分浸潤。取20 mL用FJ200-S數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)以18 000 r/min攪拌2 min，轉(zhuǎn)移到量筒測定泡沫體積，按下式計(jì)算：

式中：V0為蛋白溶液攪拌前的體積，mL；Vt為攪拌停止時泡沫及液體的體積，mL。

泡沫穩(wěn)定性的測定：將上述發(fā)泡性測定后的泡沫靜置，經(jīng)過10 min靜置后的泡沫總體積Vt。泡沫穩(wěn)定性是通過測定攪打停止后，不同時刻的泡沫體積占剛攪打結(jié)束時泡沫體積的百分?jǐn)?shù)來進(jìn)行反映（將0時刻的泡沫體積記為100%）。

1.2.7乳化活性及乳化穩(wěn)定性

參考Chelulei［7］測定蛋白質(zhì)乳化活性的方法，有所改動。稱取一定量的蛋白樣品溶于pH為9.0的硼砂-硼酸緩沖液中，配置濃度為0.2%的蛋白質(zhì)溶液。取30 mL該溶液加入10 mL大豆色拉油，室溫條件下，用FJ200-S數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)以18 000 r/min下均質(zhì)1 min，用微量注射器迅速從底部吸取乳化液50 μL稀釋于裝有5 mL的0.1%SDS溶液的比色管中，以0.1% SDS溶液為空白參比，立即用分光光度計(jì)在500 nm下測定吸光值（A0），10 min后再取樣測吸光值（A10）。乳化活性（EA）用吸光值表示。乳化穩(wěn)定性按照下式計(jì)算：

式中：A0為攪打后立即測定的吸光值；A10為10 min后測定的吸光值。

1.2.8數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)結(jié)果最少測2次，試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2結(jié)果與討論

2.1不同超聲波功率對麥胚蛋白提取率的影響

超聲波功率對酸沉蛋白提取率的影響見表1。

表1　不同超聲波功率對酸沉蛋白提取率的影響Table 1Effect of different ultrasonic power for protein extraction rate of acid precipitation

由表1可知，超聲波對蛋白質(zhì)提取率有一定影響，在80 W時提取率達(dá)到了75.88%。隨著功率的增加，蛋白提取率有所下降。這有可能是超聲功率的增加改變了蛋白質(zhì)的溶解性所致。

2.2不同超聲波功率對分離蛋白純度的影響

超聲波功率對分離蛋白純度的影響見圖1。

圖1　不同超聲波功率對分離蛋白純度的影響Fig.1Effect of ultrasonic power on the purity of isolated proteins

由圖1可知，超聲波功率140 W時，分離蛋白的純度最高，達(dá)到了94.12%。說明使用一定功率的超聲波處理可使麥胚中非蛋白成分的溶解性降低，相應(yīng)提高麥胚蛋白純度，但同時麥胚蛋白的提取率也較低（見表1）。

2.3不同超聲波功率對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)影響

2.3.1超聲波預(yù)處理提取的分離蛋白熒光光譜

超聲對分離蛋白熒光光譜的影響見表2和圖2。

表2　不同超聲波功率對分離蛋白質(zhì)熒光發(fā)射光譜最大發(fā)射峰峰位置影響Table 2Ultrasonic power emission maximum peak position of influence on the separation of protein fluorescence emission spectra

圖2　超聲波功率對分離蛋白主峰強(qiáng)度影響Fig.2Effect of ultrasonic power protein isolate peak intensity

由表2和圖2可以看出，超聲波處理基本沒有改變蛋白溶液的熒光最大發(fā)射峰峰位，但強(qiáng)度發(fā)生了較大變化。在80 W時，熒光強(qiáng)度上升，原因是蛋白分子經(jīng)過一定強(qiáng)度和時間的超聲處理后，其分子伸展，暴露出不同的生色基團(tuán)，從而熒光強(qiáng)度增強(qiáng)。在140 W時，熒光強(qiáng)度降低，是因?yàn)槌暡ㄌ幚韽?qiáng)度過大或時間過長，蛋白質(zhì)發(fā)生熒光猝滅現(xiàn)象。在200 W時，熒光強(qiáng)度增強(qiáng)，可能是由于蛋白分子伸展，生色基團(tuán)暴露。

2.3.2不同超聲功率提取蛋白質(zhì)的表面疏水性

超聲功率對提取蛋白的表面疏水性影響見圖3。

圖3　不同超聲波功率對分離蛋白質(zhì)表面疏水性影響Fig.3Different ultrasonic power on the separation of protein surface hydrophobicity

由圖3可以看出，在超聲波作用下，蛋白質(zhì)表面疏水性發(fā)生了改變，蛋白質(zhì)表面疏水性提高，表明其分子伸展，暴露出疏水基，然而超聲強(qiáng)度過大或時間過長，則蛋白會發(fā)生卷曲、折疊，又會使原本已經(jīng)外露的疏水基團(tuán)內(nèi)包于蛋白分子內(nèi)部，疏水性降低。

2.4不同超聲波功率對麥胚蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響

超聲波功率對麥胚蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響見圖4。

由圖4可以看出，超聲波處理后的分離蛋白的起泡性都有所下降，起泡穩(wěn)定性都有所上升。這可能與超聲波改變了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)溶解性、黏度和分子間相互作用發(fā)生了變化。

2.5不同超聲波功率對分離蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

超聲波功率對分離蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響見圖5。

圖4　不同超聲波功率對分離蛋白起泡性和起泡穩(wěn)定性的影響Fig.4Ultrasonic power influence on the separation of different protein foaming and foaming stability

圖5　不同超聲波功率對分離蛋白乳化穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性的影響Fig.5Influence of ultrasonic power on the separation of different protein emulsion stability and emulsion stability

由圖5可以看出，乳化性在超聲波作用下先降低后升高，乳化穩(wěn)定性都有所下降，在140 W時最低。這可能與超聲波作用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，不同功率下使蛋白質(zhì)親水基團(tuán)或疏水基團(tuán)發(fā)生暴露、卷曲或折疊所致。而在140 W時，表面疏水性最高（圖3），表明蛋白質(zhì)乳化性與疏水性并不是正相關(guān)。

3結(jié)論

超聲波處理對麥胚蛋白提取率有一定影響，超聲功率為80 W時，提取率最高達(dá)到了75.88%。超聲功率為140 W時，麥胚蛋白的純度最高為94.12%。超聲140 W處理時得到蛋白表面疏水性最強(qiáng)。超聲波處理降低了蛋白起泡性，增強(qiáng)了起泡穩(wěn)定性；蛋白質(zhì)乳化性隨超聲波功率增加先降低后升高，乳化穩(wěn)定性都有所下降。

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［2］朱建華，鐘瑞敏，鄒秀容.超聲波輔助酶法提取碎米中蛋白的研究［J］.食品研究與開發(fā)，2014，35（11）:15-19

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［6］王辰，江連洲，魏冬旭等.不同品種大豆分離蛋白結(jié)構(gòu)與表面疏水性的關(guān)系［J］.食品科學(xué)，2012，33（9）:54-57

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Study on the Effect of Ultrasound-assisted Extraction on the Properties of Wheat Germ Protein

SUN Yan-ping，REN Yu-peng
（Henan Vocational College of Chemical Technology，Zhengzhou 450042，Henan，China）

The ultrasonic-assist extraction of wheat germ protein was studied，including the protein yield，purity，structural and functional properties.The results showed that ultrasonic had certain influence to the extraction yield of protein.When ultrasonic power was 80 W，extraction rate reached 75.88%.When the ultrasonic power was 140 W，the purity of wheat germ protein was as high as 94.12%.Ultrasound changed protein secondary structure.When the ultrasonic power was 140 W the protein surface hydrophobicity was the strongest.Ultrasonic treatment reduced the protein foaming ability，but enhanced the foam stability.Protein emulsifying activity rised with the increase of ultrasonic power but emulsifying stability was reduced.

ultrasonic；wheat germ protein；purity；emulsifying activity

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.16.016

2014-11-13

孫艷平（1977—），女（漢），講師，碩士，主要從事化工工藝研究與產(chǎn)品開發(fā)。