噴射蒸煮技術(shù)在制備易消化玉米濃縮蛋白中的應(yīng)用

王超躍，王永輝，楊曉泉，王金梅，郭　健

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心，廣州 510640）

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噴射蒸煮技術(shù)在制備易消化玉米濃縮蛋白中的應(yīng)用

王超躍，王永輝，楊曉泉※，王金梅，郭健

（華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心，廣州 510640）

摘要：為了提供一種具有良好消化性的玉米蛋白，該研究以玉米黃粉（corn gluten meal，CGM）為原料，利用亞臨界脫脂及酶解超濾技術(shù)制備了一種蛋白純度較高的玉米濃縮蛋白（corn protein concentrates，CPC），并重點考察了制備過程中噴射蒸煮對玉米濃縮蛋白功能性質(zhì)及消化性的影響。研究結(jié)果表明，經(jīng)噴射蒸煮處理后的玉米濃縮蛋白（jet cooking corn protein concentrates，JC-CPC），普通高溫處理的玉米濃縮蛋白（heat treatment corn protein concentrates，HT-CPC）以及未經(jīng)高溫處理的玉米濃縮蛋白（CPC），三者在蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)及氨基酸組成上無明顯差異（P>0.05）。但JC-CPC的溶解性及功能性質(zhì)（持水性、起泡性及泡沫穩(wěn)定性）均顯著高于CPC和HT-CPC（P<0.05）。體外模擬消化試驗結(jié)果表明，JC-CPC的水解度（24.02%±0.49%）明顯高于CPC和HT-CPC（分別為9.23%±0.45%和14.52%±1.26%）（P<0.05），其可溶性氮釋放量（62.05%±0.75%）亦高于HT-CPC（40.25%±0.19%）、JC-CPC（21.02%±0.72%）（P<0.05）。同時，JC-CPC消化產(chǎn)物的抗氧化試驗結(jié)果表明，其消化產(chǎn)物具有較高的還原力及1,1-二苯基-2-苦基肼（1,1-Diphenyl-2- picrylhydrazyl，DPPH）自由基的清除能力。因此，利用噴射蒸煮技術(shù)，結(jié)合亞臨界及超濾除雜技術(shù)能夠為食品工業(yè)提供一種具有良好消化性的玉米濃縮蛋白，有望為玉米黃粉的利用提供一條有效途徑。

關(guān)鍵詞：蛋白；酶；溶解性；噴射蒸煮；脫酰胺；消化性；抗氧化活性

王超躍，王永輝，楊曉泉，王金梅，郭健. 噴射蒸煮技術(shù)在制備易消化玉米濃縮蛋白中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（3）：301－308.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.043http://www.tcsae.org

Wang Chaoyue, Wang YongHui, Yang Xiaoquan, Wang Jinmei, Guo Jian. Application of jet-cooking in preparation of digestible corn protein concentrates[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 301－308. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.043http://www.tcsae.org

Email：swwangcy@163.com

0　引　言

玉米黃粉（corn gluten meal，CGM）是工業(yè)濕磨法生產(chǎn)玉米淀粉過程中的副產(chǎn)物，通常其中含有50%～65%的蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)成分主要組成是醇溶蛋白和谷蛋白，另有少量的球蛋白和白蛋白，且具有水溶性差、生物利用率低、營養(yǎng)價值比較低等特點[1]。此外，由于CGM油脂及色素含量較高，極易被氧化，從而導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)變差。以上2個原因大大限制了CGM在食品工業(yè)中的應(yīng)用。但近年來的大量研究表明，玉米蛋白的水解物或玉米蛋白肽具有很多生理活性，如玉米肽藥物具有抗氧化、抗衰老、醒酒等功能[2]，亦可制成血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）抑制肽[3]。同樣能夠利用玉米蛋白制備功能性納米顆粒[4]。但由于玉米蛋白溶解性差，在人體胃腸道內(nèi)難以被消化，通常直接食用玉米蛋白無法發(fā)揮其功能特性。因而，如何改善玉米蛋白的功能性質(zhì)及消化性，一直是蛋白質(zhì)深加工領(lǐng)域研究的熱點。

脫酰胺作用（deamidation）即在酶、酸、堿等的作用下，脫去蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈的氨基，產(chǎn)生負電荷羧基，以達到增加靜電排斥、伸展和解聚蛋白的目的。有研究[5-7]表明，食物蛋白的功能特性與食物蛋白的結(jié)構(gòu)特征緊密相關(guān)，脫酰胺過程中的熱處理和pH值等都會對蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而改變蛋白質(zhì)的功能特性。經(jīng)過脫酰胺后，小麥面筋蛋白的功能特性和風(fēng)味會有所改善，可被高效利用。相對于無機酸等脫酰胺方法，有機酸脫酰胺不會產(chǎn)生致癌物質(zhì)并具有生物安全性[8]，所以采用有機酸脫酰胺是該領(lǐng)域的研究熱點之一，其主要應(yīng)用于改變食物蛋白的風(fēng)味和制備功能性蛋白肽，較少應(yīng)用于改善蛋白質(zhì)的消化性。

噴射蒸煮（jet cooking）是一種水熱處理技術(shù)，主要應(yīng)用在淀粉和蛋白質(zhì)加工工業(yè)中。噴射蒸煮發(fā)生器中的高壓水蒸氣與物料劇烈對撞能夠產(chǎn)生高溫和高剪切力的作用，分散不溶于水的淀粉顆?；蛏煺勾蠓肿拥鞍踪|(zhì)鏈。該技術(shù)主要運用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改性，提高蛋白質(zhì)的提取率。不僅如此，噴射蒸煮處理本身具有脫酰胺的作用。有研究[9-11]發(fā)現(xiàn)，利用噴射蒸煮技術(shù)對擠出-壓榨法制備的低變性豆粕進行處理，能夠使變性粕的得率從40%增加至82%。此外，噴射蒸煮技術(shù)也被應(yīng)用于濕熱接枝，進行糖基化反應(yīng)，但關(guān)于噴射蒸煮改善蛋白質(zhì)的消化性的研究卻鮮有報道。

因此，本研究首先應(yīng)用亞臨界萃取、酶解和超濾技術(shù)對玉米黃粉進行脫脂及脫淀粉的濃縮處理，然后利用噴射蒸煮技術(shù)對濃縮液進行處理后制備玉米濃縮蛋白，重點討論噴射蒸煮結(jié)合檸檬酸的處理對玉米蛋白的功能性質(zhì)、可消化性的的影響，并考查了消化產(chǎn)物的抗氧化活性。本文結(jié)合了檸檬酸脫酰胺和噴射蒸煮改性技術(shù)，旨在為食品工業(yè)提供一種具備良好消化性的玉米濃縮蛋白，并為開發(fā)一種連續(xù)化的生產(chǎn)工藝提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗材料

玉米黃粉（CGM）購于山東御馨生物科技有限公司；α-淀粉酶（酶活力為3.5 AU/g）、Alcalase 2.4 L堿性蛋白酶（酶活力為2.4 AU/g）購于丹麥諾維信公司；胰蛋白酶（效價1∶3 000)、胃蛋白酶（效價1∶250）購于美國Sigma公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl, DPPH）購于阿拉丁公司；其他試劑購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司，均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

Genesys 10s型紫外分光光度計，美國Thermo公司；CR22G型離心機，日本Hitachi公司；高效液相色譜，美國Waters公司；噴射蒸煮發(fā)生器：廣州南聯(lián)食品機械公司；UT-788型亞臨界萃取釜：河南安陽儀器公司；UF4040(B)型不銹鋼超濾膜，上海凱發(fā)儀器公司；B-290型噴霧干燥塔，瑞士Buchi儀器公司；KDN-102C型定氮儀，上海纖檢儀器公司。

1.3試驗方法

1.3.1樣品的制備工藝流程

圖1為由玉米黃粉（corn gluten meal，CGM）制備玉米濃縮蛋白（corn protein concentrates，CPC)、普通高溫處理玉米濃縮蛋白（heat treatment corn protein concentrates，HT-CPC）和噴射蒸煮處理玉米濃縮蛋白（jet cooking corn protein concentrates，JC-CPC）的工業(yè)化制備流程。具體過程如下：

1）亞臨界萃取技術(shù)是將物料與有機溶劑在亞臨界萃取釜內(nèi)混合，再經(jīng)過浸提、蒸發(fā)等步驟，實現(xiàn)從物料中分離目標(biāo)組分或除去多余雜質(zhì)的一種技術(shù)[12-13]。本步驟利用亞臨界萃取的原理，旨在利用亞臨界技術(shù)脫去玉米黃粉中的粗脂肪，其過程的條件參考前期試驗結(jié)果：萃取溶劑為丁烷，料液比1∶10 g/mL，壓力0.75 MPa，溫度為50℃，提取時間30 min，循環(huán)2次，后烘干去除有機溶劑；

2）α-淀粉酶酶解過程：參照前期試驗，將上述萃取后的原料溶于水中，料液比1∶15 g/mL，調(diào)節(jié)pH值6.0，溫度為90℃，酶的質(zhì)量分數(shù)為5%，酶解時間1 h，酶解結(jié)束后調(diào)節(jié)pH值7.0；

3）不銹鋼膜超濾技術(shù)可以用于分離、濃縮、純化和精制等工藝，具有選擇性好、高效、循環(huán)利用等特點[14-15]。本步驟系利用不銹鋼膜超濾技術(shù)除去酶解過程中產(chǎn)生的可溶性雜質(zhì)，即可溶性的雜質(zhì)透過不銹鋼膜而被除去，達到純化蛋白的目的。膜超濾濃縮條件參考前期試驗結(jié)果：溫度100℃，進口壓力0.5 MPa，出口壓力0.3 MPa，流速2.0 L/min，循環(huán)2次，收集蛋白濃縮液。

4）收集蛋白濃縮液后分別經(jīng)過以下不同處理過程：①直接將收集的蛋白濃縮液進行噴霧干燥后得到CPC，噴霧干燥參數(shù)參照前期試驗結(jié)果：進口溫度150℃，進料速度0.2 L/h；②參照前期試驗，向蛋白濃縮液加入2 mol/L的檸檬酸溶液，料液比1∶15 g/mL，充分攪拌后過噴射蒸煮發(fā)生器，溫度為140℃，時間為90 s。完畢后，調(diào)節(jié)pH值7.0，脫鹽后噴霧干燥，噴霧干燥參數(shù)參照前期試驗：進口溫度150℃，進料速度0.2 L/h。得到JC-CPC；③參照前期試驗，向蛋白濃縮液加入2 mol/L的檸檬酸溶液，料液比1∶15 g/mL，充分攪拌后高壓鍋滅菌鍋處理，溫度121℃，時間10 min。完畢后，調(diào)節(jié)pH值7.0，脫鹽后噴霧干燥，得到HT-CPC；噴霧干燥參數(shù)參照前期試驗：進口溫度150℃，進料速度0.2 L/h。

圖1　樣品制備工藝流程Fig.1　Technological process of preparation of samples

1.3.2玉米濃縮蛋白成分分析

1）蛋白質(zhì)含量和得率的測定：蛋白質(zhì)含量的測定采用微量凱氏定氮法[16]。樣品中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與回收率計算公式如下

式中m1為樣品中的蛋白質(zhì)量，mg；m2為樣品的總質(zhì)量，mg。

式中m3為經(jīng)過不同處理過程后得到的樣品的蛋白質(zhì)量，mg；m4為原料中的蛋白質(zhì)量，mg。

2）樣品中碳水化合物測定采用3,5-二硝基水楊酸法[17]。取適量的樣品于試管中，加入1.5 mL3,5-二硝基水楊酸試劑后搖勻，在沸水浴中加熱5 min，取出后立即放入盛有冷水的燒杯中冷卻至25℃，再以蒸餾水定容至25 mL刻度處，混勻后在540 nm波長下測定吸光值。以葡萄糖作標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線：Y=0.00472X+0.01453，R2=0.9992，X為樣品質(zhì)量濃度，mg/mL；Y為吸光值，nm。

3）粗脂肪的測定：采用索氏抽提法[18]。稱取適量的樣品包裹于濾紙中，于索氏抽提器中用乙醚反復(fù)抽提5 h，將樣品烘干后稱量，按以下公式計算粗脂肪質(zhì)量分數(shù)

粗脂肪質(zhì)量分數(shù)=[(M1?M2)/(M1?M3)]×100。（3）式中M1為濾紙與樣品的總質(zhì)量，g；M2為抽提5 h后濾紙與樣品的總質(zhì)量，g；M3為濾紙的質(zhì)量，g。

1.3.3脫酰胺度測定

采用微量彌散皿法[19]測定JC-CPC和HT-CPC的脫酰胺程度。脫酰胺產(chǎn)生的氨含量測定：在彌散皿中央加入20 g/L的硼酸3 mL，取1 mL處理后的樣品于彌散皿周圍，加入適量飽和氫氧化鈉溶液后密封吸收，25℃下放置24 h后測定氨含量；完全脫酰胺樣品制備：準(zhǔn)確稱取0.5 g蛋白質(zhì)樣品置于安培管，加入2 mol/L的鹽酸5 mL后抽真空密封，置于115℃烘箱中水解3 h，完全脫酰胺樣品氨含量測定方法同上。脫酰胺度計算公式如下

1.3.4溶解度測定

取1.0 g蛋白加入100 mL去離子水，攪拌30 min后用2 mol/L的NaOH液將蛋白液調(diào)成pH值2-10共9個梯度，8 000×g離心30 min，分別測定各個pH值下可溶性蛋白質(zhì)量[20]。溶解度計算公式如下

1.3.5氨基酸組成分析

分別取CPC、HT-CPC和JC-CPC 3種蛋白樣品各200 mg置于安培瓶中，加入6 mol/L的鹽酸后密封，置于110℃烘箱中完全水解24 h后待測。水解結(jié)束后采用高效液相色譜和PICO.TAG氨基酸分析柱測定氨基酸，測定條件為：檢測波長254 nm，溫度38℃，樣品流速1 mL/min。

1.3.6蛋白功能性質(zhì)測定

1）持水性(water-holding capacity, WHC)：配制適量1% 3種樣品的蛋白液各15 mL，于磁力攪拌器中攪拌30 min，后8000×g離心30 min處理，小心地棄去上清液后稱量此時離心管的質(zhì)量。持水性計算公式如下

式中m6為離心管的質(zhì)量，g；m0為去除上清液后離管與蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g；m5為離心管中蛋白質(zhì)的質(zhì)量，g。

2）持油性(oil-holding capacity, OHC)：準(zhǔn)確稱取 3種蛋白樣品各1 g置于離心管中，分別加入10 m L食用調(diào)和油，用渦旋攪拌器混勻10 min，讓樣品與油充分混合，再經(jīng)8 000×g，30 min離心后，小心地棄去上層油，稱量此時離心管的質(zhì)量。持油性計算公式如下

式中m7為空離心管的質(zhì)量，g；m8為去除上層油后離心管與蛋白質(zhì)的總質(zhì)量，g。

3）起泡性(foaming capacity, FC)、泡沫穩(wěn)定性(foaming stability, FS)：配制適量1%不同種樣品的蛋白液，利用均質(zhì)機5 000 r/min均質(zhì)起泡，迅速地移至100 mL的量筒，記錄氣泡所占體積V0；后將量筒放在30℃下水浴鍋內(nèi)，靜置30 min后，記錄剩余氣泡體積Vx (mL)。起泡性、泡沫穩(wěn)定性計算公式如下

式中V0為泡沫所占的體積，mL；Vr為泡沫的殘留體積，mL；量筒的體積取V為100 mL。

1.3.7體外模擬消化

體外模擬消化試驗采用Nunes等[21-22]報道的模型，并作適當(dāng)修改。配制1%的蛋白液，加入胃蛋白酶進行酶解。酶解條件為：酶的質(zhì)量分數(shù)為1%，溫度為37℃，pH 值1.5。在0、1、5、10、30、60和120 min時分別取樣。120 min（即胃蛋白酶消化階段結(jié)束）后，加入胰蛋白酶再消化120 min，pH值6.7，其他條件同上。在121、125、130、150、180和240 min時分別取樣。測定以下指標(biāo)：

1）氮釋放量測定：蛋白消化過程中可溶性氮釋放量采用TCA-NSI法[23-24]測定。取5 mL不同消化時間的樣品溶液加入5 mL 10%三氯乙酸(trichloroacetic acid, TCA)終止消化，反應(yīng)30 min后8 000×g離心15 min，取沉淀部分（TCA不溶性氮組分）待測。樣品蛋白質(zhì)總氮和TCA不溶性氮含量均采用微量凱氏定氮法測定。氮釋放量計算公式如下

式中Nx為消化x min時的不溶性氮量，mg；N0為消化初始的不溶性氮量，mg；N為蛋白樣品中的總氮量，mg。

2）水解度測定：采用茚三酮比色法[25]測定消化液水解度。分別對不同消化階段的水解液進行稀釋，取稀釋后的水解液4.0 mL，加入緩沖溶液（pH值8.0）1.5mL，茚三酮溶液1.5 mL，置于沸水浴中，反應(yīng)20 min后用冰水迅速冷卻至25 ℃，去離子水稀釋至相同倍數(shù)，測定其吸光度（570 nm）。水解度計算公式如下

1.3.8抗氧化活性

抗氧化活性主要測定DPPH 自由基的清除能力和對比還原力的大小，設(shè)計以下2組試驗。第1組（JC-CPC消化產(chǎn)物）：經(jīng)過胃蛋白酶和胰蛋白酶后，8 000×g離心20 min，棄沉淀，冷凍干燥（?40℃，0.1 kPa）后待測。第2組（對照組）：利用Alcalase 2.4 L堿性蛋白酶對JC-CPC進行酶解，酶解條件：酶的質(zhì)量濃度和酶解時間與第一組一致，溫度為50℃，pH值為8.0，酶解結(jié)束后，8 000×g離心20 min，棄沉淀，冷凍干燥后待測。

1）還原力測定：配制一定濃度的酶解產(chǎn)物溶液，加入0.2 mol/L PBS緩沖液（pH值6.6）及1% K3[Fe(CN)6]溶液1.0 mL，50℃水浴加熱20 min，加入10%TCA溶液1.0 mL，充分混勻，4℃下5000×g離心20 min，取上清液1.5 mL，加入去離子水1.5 mL和0.1% FeCl3溶液0.3 mL，充分震蕩后室溫下反應(yīng)20 min，測定吸光值（700 nm處）。

2）1,1-二苯基-2-苦基肼（1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率測定：將消化產(chǎn)物凍干粉配制成2 mL不同濃度樣品液，加入1 mmol/L的DPPH乙醇溶液2.0 mL。充分震蕩后避光30 min，測定其吸光值（517 nm處）?？瞻讟又惶砑右掖迹瑢φ战M用蒸餾水代替消化產(chǎn)物。DPPH自由基清除率計算方式如下式中A樣品為樣品組吸光值；A空白為空白組吸光值；A對照為對照組吸光值。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行方差分析、相關(guān)性分析，用Duncan多重比較進行顯著性分析，顯著性水平為P<0.05。所有試驗數(shù)據(jù)均采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（Mean±SD）表示。

2　結(jié)果與分析

2.1玉米濃縮蛋白成分分析

由表1可以看出，CGM中粗脂肪質(zhì)量分數(shù)約6.02%±1.01%，經(jīng)過亞臨界脫脂后，粗脂肪被完全脫去，CPC、HT-CPC和JC-CPC中已經(jīng)檢測不到粗脂肪的存在；CGM中的碳水化合物主要是以淀粉形式存在，質(zhì)量分數(shù)為29.11%±0.40%，經(jīng)過α-耐溫淀粉酶酶解后，CGM中的淀粉被α-淀粉酶解為可溶性糖，再經(jīng)過超濾后被除去，CPC、HT-CPC中JC-CPC的碳水化合物含量大幅降低（P<0.05）；CGM中的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)為58.90%±1.21%，經(jīng)過亞臨界脫脂和淀粉酶酶解脫淀粉后，制得的CPC蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)可達到81.31%±0.31%。這是因為亞臨界脫脂使得脂肪被完全除去，淀粉酶酶解使得淀粉被酶解為可溶性糖而降低含量，蛋白質(zhì)含量則相應(yīng)地提高，但是亞臨界和酶解過程不會對蛋白質(zhì)產(chǎn)生影響。在工業(yè)化生產(chǎn)中，除了不銹鋼膜超濾除雜、濃縮技術(shù)外，也可以用傳統(tǒng)的離心技術(shù)等代替。故CPC、HT-CPC和JC-CPC的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)、回收率等并沒有明顯差異（P>0.05），同時也說明普通高溫處理和噴射蒸煮處理均不會對樣品的蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)和回收率產(chǎn)生影響。

表1　玉米黃粉及3種玉米濃縮蛋白的組成百分比及回收率Table 1　Component and yield of CGM, CPC, HT-CPC and JC-CPC

2.2HT-CPC和JC-CPC的脫酰胺度

脫酰胺處理是對蛋白質(zhì)修飾改性的手段之一，蛋白質(zhì)通過脫酰胺處理后，谷氨酰胺及天冬酰胺可分別轉(zhuǎn)變?yōu)橛H水性谷氨酸和天冬氨酸，這通?？梢蕴嵘鞍踪|(zhì)的溶解性及功能性。經(jīng)過脫酰胺處理后，HT-CPC的脫酰胺度為15.15%±1.21%，JC-CPC的脫酰胺度為28.73%± 0.87%；造成JC-CPC的脫酰胺度高于HT-CPC可能有以下兩方面原因：通常情況下，在脫酰胺處理過程中，溫度越高，脫酰胺度也越高[8]。JC-CPC經(jīng)過噴射蒸煮處理時，溫度可以達140℃，高于普通高溫處理的溫度（121℃）；另一方面，雖然噴射蒸煮處理過程只有90 s，少于普通高溫處理的時間（10 min），參照前人的研究[9]，可以認為噴射蒸煮處理過程中水蒸氣與物料的劇烈對撞產(chǎn)生高溫高剪切力作用，這使得檸檬酸和蛋白質(zhì)反應(yīng)脫去酰胺集團的反應(yīng)速率增加，從而在短時間內(nèi)提高JC-CPC的脫酰胺程度。

2.3溶解度

溶解度影響蛋白質(zhì)的提取、純化、分離與功能特性等，與蛋白質(zhì)本身的空間結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，此外也受到溫度、pH值等環(huán)境因素的影響，是蛋白質(zhì)的一個重要性質(zhì)。通過圖2可以看出，在25℃條件下，CPC、HT-CPC 和JC-CPC的溶解度均呈現(xiàn)U型趨勢，等電點附近pH值5-6蛋白質(zhì)的溶解度最低；研究[1]表明，CGM含有醇溶蛋白、谷蛋白、白蛋白等蛋白，谷蛋白、白蛋白等在酸堿性條件下呈現(xiàn)出一定的溶解性，故CPC、HT-CPC和JC-CPC在酸性和堿性條件下同樣具備一定的溶解性。在堿性條件下，JC-CPC的溶解度高于HT-CPC和CPC （P<0.05）；在酸性條件下3種樣品溶解度的變化與堿性條件下類似。結(jié)合脫酰胺度的數(shù)據(jù)可知，脫酰胺度越高，溶解性越高。有研究[5]表明，樣品制備過程中酸性條件下的脫酰胺作用使得蛋白質(zhì)脫去難溶于水的酰胺基團，生成可溶于水的羧基基團，增加整個體系的負電子含量，削弱了蛋白質(zhì)之間的相互作用，增強了蛋白質(zhì)與水的作用，這能夠極大地提高蛋白質(zhì)的溶解性；另一方面，噴射蒸煮處理的過程中能夠產(chǎn)生高溫高剪切力作用，使玉米蛋白中致密的結(jié)構(gòu)進一步解離和伸展，從而導(dǎo)致原來掩蔽在內(nèi)部的肽鏈和一些極性基團轉(zhuǎn)向表面[8]。但單獨使用普通高溫處理的HT-CPC的溶解性低于經(jīng)過噴射蒸煮處理的JC-CPC溶解性（P<0.05），說明是上述兩方面的綜合作用使得JC-CPC的溶解度得到了提高。

圖2　3種玉米濃縮蛋白在不同pH值下的溶解度Fig.2　Solubility profile of three kinds of corn protein concentrates at different pH values

2.4氨基酸分析

通過表2可以看出，CPC中含有大量的谷氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸等疏水性氨基酸，缺乏賴氨酸、組氨酸等親水性氨基酸，這造成了其溶解性比較差，也影響著玉米蛋白的應(yīng)用，這與前人的研究一致[2]。這也說明，CGM經(jīng)過脫脂脫淀粉的過程后，蛋白質(zhì)中氨基酸的成分并沒有改變。CPC經(jīng)過普通高溫處理和噴射蒸煮處理后，HT-CPC和JC-CPC的主要的氨基酸組成（如亮氨酸、丙氨酸等）也沒有發(fā)生改變。

表2　3種玉米濃縮蛋白的氨基酸組成分析Table 2　Amino acid composition of three kinds of corn protein concentrates %

2.53種玉米濃縮蛋白的功能性質(zhì)

通過表3可以看出，經(jīng)過噴射蒸煮處理后，JC-CPC的持水性為6.4 mL/g±1.01 mL/g高于HT-CPC、CPC(P<0.05)；相對于CPC，HT-CPC和JC-CPC的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均顯著增加（P<0.05）。其中，JC-CPC的起泡能力最高、泡沫穩(wěn)定性最好，分別達到35.87 mL±1.58 mL和45.33%±0.27%；有研究[10,26]表明，高溫高濕處理會使蛋白質(zhì)的持水性增加，這使得HT-CPC與JC-CPC 2種樣品經(jīng)過高溫處理的樣品的持水性高于未經(jīng)過任何高溫處理的樣品。而且噴射蒸煮處理過程中產(chǎn)生的高溫高剪切作用會使蛋白質(zhì)中原本結(jié)構(gòu)致密的蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生去折疊，導(dǎo)致掩蔽在內(nèi)部的肽鏈和極性基團得到展開，這就使得蛋白質(zhì)更加容易吸附在氣-水界面上，持水性也相應(yīng)地增加；另一方面，檸檬酸脫酰胺作用使得蛋白質(zhì)的溶解性增加，其起泡能力也會隨之增強。而且檸檬酸脫酰胺作用使得蛋白質(zhì)親水基團和疏水基團趨近于平衡，這有利于泡沫體系中氣泡的穩(wěn)定性。

表3　3種玉米濃縮蛋白的功能性質(zhì)Table 3　Functional properties of three kinds of corn protein concentrates

2.6體外模擬消化結(jié)果

由圖3a可以看出，經(jīng)過胃蛋白酶消化后，JC-CPC的水解度達到12.98%±0.45%，高于CPC和HT-CPC （P<0.05）；經(jīng)過胰蛋白酶消化后，3種樣品的水解度均不同程度地增加。JC-CPC的水解度達到24.02%±0.49%，高于CPC（9.23%±0.45%）和HT-CPC（14.52%±1.26%）（P<0.05）；消化過程中可溶性氮釋放量可以作為水解度的補充，反映蛋白質(zhì)被消化過程的情況。

圖3　3種玉米玉米濃縮蛋白體外模擬消化試驗結(jié)果Fig.3　Results of in vitro digestion of CPC, HT-CPC and JC-CPC

由圖3b可以看出，在模擬胃腸道消化中，CPC、HT-CPC和JC-CPC的可溶性氮釋放量隨著消化時間的增加而增加。在胃蛋白酶消化階段（0～120 min），CPC、HT-CPC和JC-CPC的可溶性氮釋放量增加趨勢相似，都是在消化的開始階段（0～60 min）急劇地增加，然后增速逐漸趨緩，直到胃蛋白酶消化階段結(jié)束（120 min時）而到達最大值。當(dāng)胃蛋白酶消化120 min時，JC-CPC的可溶性氮釋放量達到41.22%±0.60%，高于CPC和HT-CPC（P<0.05），分別為12.55%±1.59%和17.71%± 0.49%。在加入胰蛋白酶后，氮溶系數(shù)呈現(xiàn)出與胃蛋白酶消化階段相似的變化趨勢。在消化結(jié)束后，JC-CPC的可溶性氮釋放量為62.05%±0.75%，高于CPC和HT-CPC （P<0.05）。本研究的結(jié)果和前人的研究[15]都表明：一方面，檸檬酸的脫酰胺作用和噴射蒸煮處理增加了蛋白質(zhì)的溶解度，這使得蛋白質(zhì)與酶結(jié)合的速率更快，從而提高了蛋白質(zhì)的消化性。另一方面，噴射蒸煮處理過程中產(chǎn)生的高溫高剪切作用使蛋白質(zhì)聚集體中的肽鏈進一步展開，部分極性基團轉(zhuǎn)向表面，從而暴露出了更多蛋白酶結(jié)合位點，有利于蛋白質(zhì)和酶結(jié)合，同樣提高了蛋白質(zhì)的消化性。CPC主要是以聚集態(tài)形式存在，結(jié)構(gòu)致密，溶解性較低，消化性差；HT-CPC的制備過程中雖然存在檸檬酸脫酰胺作用，溶解度有了一定程度地提高，但并沒有高溫高剪切作用，蛋白酶的作用位點的暴露程度不如JC-CPC，故消化性不如JC-CPC。

2.7抗氧化活性

有研究[2,27]表明，利用堿性蛋白酶對玉米蛋白進行酶解后得到的酶解產(chǎn)物具有良好的生理活性，故本試驗選取堿性蛋白酶在相同條件下酶解得到的酶解產(chǎn)物作為對照，比較其與JC-CPC消化產(chǎn)物的抗氧化性。

圖4　噴射蒸煮處理玉米濃縮蛋白消化產(chǎn)物的抗氧化性Fig.4　Antioxidant activity of JC-CPC after in vitro digestion

通過圖4a可以發(fā)現(xiàn)，隨著酶解產(chǎn)物濃度質(zhì)量的升高，其吸光值逐漸升高，且由JC-CPC的酶解產(chǎn)物的吸光值高于對照樣的吸光值。吸光值越高，表示樣品的還原能力越強，即抗氧化活性越好，這就說明JC-CPC消化產(chǎn)物的還原力大于堿性蛋白酶酶解產(chǎn)物的還原力（P<0.05）；通過圖4b可以發(fā)現(xiàn)，隨著酶解產(chǎn)物濃度的升高，DPPH自由基清除率逐漸升高，當(dāng)消化產(chǎn)物的濃度質(zhì)量達到15 mg/mL時，DPPH自由基清除率達到91.21%±0.18%。DPPH自由基清除率越高，表明其抗氧化性越好[28-29]。不同濃度下，JC-CPC的消化產(chǎn)物與堿性蛋白酶酶解的產(chǎn)物的DPPH自由基清除率相似。綜合上述試驗結(jié)果可以說明：經(jīng)過消化后JC-CPC消化產(chǎn)物具備了與堿性蛋白酶酶解產(chǎn)物相當(dāng)?shù)目寡趸钚?，可以在人體胃腸道內(nèi)被直接吸收利用。

3　結(jié)　論

相對于普通高溫處理的玉米濃縮蛋白（heat treatment corn protein concentrates，HT-CPC）以及未經(jīng)高溫處理的玉米濃縮蛋白（corn protein concentrates，CPC），經(jīng)過噴射蒸煮處理后的玉米濃縮蛋白（jet cooking corn protein concentrates，JC-CPC），其起泡性及泡沫穩(wěn)定性得到顯著地提高（P<0.05）。CPC、HT-CPC和JC-CPC隨著pH值變化，溶解曲線均呈現(xiàn)典型的U型，等電點均在pH 值5.0～6.0之間，此時溶解性均較差，而在pH值>7.0和pH值<4.0時，JC-CPC的溶解性則明顯高于CPC和HT-CPC（P<0.05）。體外模擬消化試驗結(jié)果表明，JC-CPC的水解度（24.02%±0.49%）明顯高于CPC和HT-CPC （P<0.05），其可溶性氮釋放量（62.05%±0.75%）亦高于HT-CPC和JC-CPC（P<0.05）。另外，消化產(chǎn)物抗氧化活性結(jié)果表明，JC-CPC消化產(chǎn)物的還原力高于堿性蛋白酶制備的酶解產(chǎn)物（P<0.05），其DPPH自由清除率則與堿性蛋白酶制備的酶解產(chǎn)物相當(dāng)（P>0.05）。這說明JC-CPC的消化產(chǎn)物同樣具備了良好的抗氧化活性。綜上結(jié)果表明，利用亞臨界萃取、酶解和超濾工藝對玉米黃粉進行脫脂和脫淀粉處理，再通過噴射蒸煮結(jié)合檸檬酸進行脫酰胺處理后，玉米濃縮蛋白的功能性質(zhì)得到了明顯提高。更重要的是，玉米濃縮蛋白的消化性明顯的改善，更易被人體消化吸收，并且消化產(chǎn)物具備良好的生理活性。但在今后的工作中需對前處理的超濾工藝進行進一步地研究，尋求更好的工業(yè)化路線。

[參考文獻]

[1] 林松毅，王可，劉勁波. 電子束輻照技術(shù)提高玉米蛋白粉酶解效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(22)：300－308. Lin Songyi, Wang Ke,Liu Jingbo. Improving effect of enzyme hydrolysis of corn gluten meal by assistant of electron beam irradiation[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(22): 300－308. (in Chinese with English abstract)

[2] 隋玉杰，何慧，石燕玲，等. 玉米肽的醒酒活性體外試驗及其醒酒機理研究[J]. 中國糧油學(xué)報，2008，23(5)：54－58.Sui Yujie, He Hui, Shi Yanling, et al. A study on mechanism and tests in vitro for corn peptides facilitating alcohol metabolism[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2008, 23(5): 54－58. (in Chinese with English abstract)

[3] Ren X, Ma H, Mao S, et al. Effects of sweeping frequency ultrasound treatment on enzymatic preparations of ACE-inhibitory peptides from zein[J]. European Food Research and Technology, 2014, 238(3): 435－442.

[4] Kangkang Li, Shouwei Yin, Yechong Yin, et al. Preparation of water-soluble antimicrobial zein nanoparticles by a modified antisolvent approach and their characterization[J]. Journal of Food engineering. 2013, 119(2): 343－352.

[5] Chaoying Qiu, Weizheng, Sun Chuncui, et al. Effect of citric acid deamidation on in vitro digestibility and antioxidant properties of wheat gluten[J]. Food Chemistry, 2013, 141(3): 2772－2778.

[6] Suda ASakurai H, Kumagai H, Arai S, et al. Improvement of digestibility, reduction in allergenicity, and induction of oral tolrance of wheat gliadin[J]. Bioscience, Biotechnology and Biochemistry, 2007, 71(4): 977－985.

[7] Zhongqing Jiang, Tuula Sontag Strohm, Hannu Salovaara. Oat protein solubility and emulsion properties improved by enzymatic deamidation[J]. Journal of Cereal Science, 2015, 64(6): 126－132.

[8] Liao L, Liu T X, Zhao M M, et al. Functional, nutritional and conformational changes from deamidation of wheat gluten with succinic acid and citric acid[J]. Food Chemistry, 2010, 123(1): 123－130.

[9] Ning Xia, Jinmei Wang, Xiaoquan Yang, et al.Preparation and characterization of protein from heat-stabilized rice bran using hydrothermal cooking combined with amylase pre-treatment[J]. Journal of Food Engineering, 2012, 110(1): 95－101.

[10] Fantaa G F, Kenarb J A, Byarsb J A, et al. Properties of aqueous dispersions of amylase-sodium palmitate complexes prepared by steam jet cooking[J]. Carbohydrate Polymers, 2010, 81(3): 645－651.

[11] Jinmei Wang, Xiaoquan Yang, Shouwei Yin. Structural rearrangement of ethanol-denatured soy proteins by high hydrostatic pressure treatment[J]. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2011, 59(13): 7324－7332.

[12] Edgar Uquiche, Natalia Cirano, Sonia Millao. Supercritical fluid extraction of essential oil from Leptocarpha rivularis using CO2[J]. Journal of Chemical Education. 2015, 77(23): 307－314.

[13] 盛國華. 亞臨界水技術(shù)在有效提取食品副產(chǎn)物中的應(yīng)用[J].中國食品添加劑，2009(2)：127－129. Sheng Guohua. Application of Subcritical water technology in the effective extraction food by-products[J]. China food Additives, 2009(2): 127－129. (in Chinese with English abstract)

[14] Rao L, Hayat K, Lü Y, et al. Effect of ultrafiltration and fining adsorbents on the clarification of green tea[J]. Journal of Food Engineering, 2011, 102(4): 321－326.

[15] Evans P J, Bird M R. The role of black tea feed conditions upon ultrafiltration performance during membrane fouling and cleaning[J].Journal of Food Process Engineering, 2010, 33(2): 309－332.

[16] GB/T5009.5-1985，微量凱氏定氮法[S].

[17] GB/T5009.7-2008，3，5-二硝基水楊酸法[S].

[18] GB/T5009.6-2003，索氏抽提法[S].

[19] Flores I, Cabra V, Quirasco M C, et al. Emulsifying Properties of chemically deamidated corn (Zea Mays) gluten meal[J]. Food science and technology international, 2010, 16(3): 241－250.

[20] Wang Jinmei, Yang Xiaoquan, Yin Shouwei, et al. Growth kinetics of amyloid-like fibrils derived from individual subunits of soy β-conglycinin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 59(20): 11270－11277.

[21] Nunes A, Correia I, Barros A, et al. Sequential in vitro pepsin digestion of uncooked and cooked sorghum and maize samples[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2004, 52(7): 2052－2058.

[22] Sun Jin Hur, Beong Ou Lim, Eric A Decker, et al. In vitro human digestion models for food applications[J]. Food Chemistry, 2011, 121(1): 1－12.

[23] Shi Jun Gea, Hong Bai, Hong-Shen Yuan, et al. Continuous production of high degree casein hydrolysates by immobilized proteases in column reactor[J]. Journal of Biotechnology, 1996, 50(2/3): 161－170.

[24] Walter J Wolf, Mardell L Schaer, Tomas P Abbott. Nonprotein nitrogen content of defatted jojoba meals[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 1994, 65(3): 277－288.

[25] 劉麗紅，雷清華. 茚三酮比色法與甲醛滴定法測定棉籽粕蛋白水解度的比較[J]. 化學(xué)工程與裝備，2012(11)：160－163. Liu Lihong, Lei QingHua. Ninhydrin colorimetry and formaldehyde titration method to determine the comparison of cottonseed meal protein hydrolysis[J]. Chemical Engineering and Equipment, 2012(11): 160－163. (in Chinese with English abstract)

[26] 夏寧. 噴射蒸煮制備米糠、碎米蛋白及其功能性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012. Xia Ning. Preparation and function of protein from rice bran and broken rice using hydrothermal cooking[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2012. (in Chinese with English abstract)

[27] 陳楠楠，任嬌艷，趙謀民. 琥珀酸脫酰胺對小麥面筋蛋白抗氧化性的影響[J]. 食品工業(yè)科技，2011，33(11)：49－52. Chen Nannan, Ren Jiaoyan, Zhao Moumin. Effect of deamidation with succinic acid on the antioxidant of enzymatic hydrolysates of wheat gluten[J]. Food Tecnology, 2012, 33(11): 49－52. (in Chinese with English abstract)

[28] Shahidi F, Liyana-Pathirana C M, Wall D S. Antioxidant activity of white and black sesame seeds and their hull fractions[J]. Food Chemistry, 2006, 99(3): 478－483.

[29] Klompong V, Benjakul S, Kantachote D, et al. Anti-oxidative activity and functional properties of protein hydrolysate of yellow stripe trevally (Selaroides leptolepis) as influenced by the degree of hydrolysis and enzyme type[J]. Food Chemistry, 2007, 102(4): 1317－1327.

Application of jet-cooking in preparation of digestible corn protein concentrates

Wang Chaoyue, Wang Yonghui, Yang Xiaoquan※, Wang Jinmei, Guo Jian
(Protein Research and Development Center, College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Abstract:Corn protein concentrates (CPC) were prepared continuously from corn gluten meal (CGM). Firstly, sub-critical fluid and α-amylase were used to remove crude fat and degrade starch. Then, the resultant protein suspension was concentrated and separated by ultra-filtration membrane. The ultra-filtration membrane process was used to remove the impurities produced by the first process such as soluble carbohydrate. The concentrated protein suspension was incubated with 0.2 M citric acid and treated by jet cooking device at 140℃ for 90 s. Finally, 3 samples could be acquired by spray-drying process. In order to study the effect of jet cooking on the functional properties of CPC, solubility profile, deamidation degree, and amino acid composition were investigated. Moreover, the digestibility in vitro and the antioxidant activity of digestive product were investigated. We expected to provide an effective and continuous process technology for the application of CGM, and prepared a kind of CGM which exhibited excellent functional properties and digestibility in vitro. The results showed that protein content of CGM was improved after the removing of crude fat and starch. However, there was no difference among CPC, JC-CPC (jet cooking CPC) and HT-CPC (heat treatment CPC) in the amino acid composition, protein content and recovery rate (P>0.05). The results of solubility suggested that CPC, HT-CPC and JC-CPC exhibited a typical U-shaped solubility curve, with the minimum at the pH value of 5.0-6.0 and gradually increasing at the pH value below 4.0 and above 7.0. When the pH value was below 4.0 and above 7.0, the solubility of JC-CPC was superior to CPC and HT-CPC. These results may be ascribed to the effect of deamidation that led to translate insoluble amino acid (Asn or Gln) to soluble amino acid (Asp or Glu), and the high temperature and high shear force during the treatment of jet cooking process which made the protein unfold and disaggregate. And owing to the effect of high temperature and high shear force during the jet cooking process, the foaming capacity and the foaming stability of JC-CPC were improved significantly (P<0.05) compared to CPC and HT-CPC. In the process of digestion in vitro, the nitrogen release of 3 samples increased rapidly at the beginning, and then gradually slowed down. After digestion, the nitrogen release of JC-CPC cloud reached up to 62.05%±0.75%, higher than the CPC (21.02%±0.19%) and HT-CPC (40.25%±0.72%) (P<0.05), and the degree of hydrolysis cloud reached up to 24.02%±0.49%, higher than the CPC (9.23%±0.45%) and HT-CPC (14.52%±1.26%) (P<0.05). These results were mainly due to the improvement of protein’s solubility and the protein unfolding which may expose more protease binding sites and hence led to enzymatic hydrolysis more efficient during the jet cooking process. In addition, the reducing capacity of digestive product of JC-CPC was better than that treated by alcalase alkaline protease (P<0.05), while the 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) inhibition of JC-CPC after pepsin and trypsin treatment was similar to that treated by alcalase alkaline protease. We can draw a conclusion that the product of JC-CPC after digestion in vitro possesses good antioxidant activity and physiological activity which may be beneficial to human beings, as well as the product treated by alcalase alkaline protease. It also means that the digestive product of JC-CPC cloud can be directly absorbed by human beings in the gastrointestinal tract. JC-CPC exhibits excellent functional properties, and digestibility property in vitro is attributed to the effect of jet cooking. The outcomes of the above research may prove a valid way to the application of CGM in further processing of plant proteins.

Keywords:protein; enzymes; solubility; jet cooking; deamidation; digestion; antioxidant activity

通信作者：※楊曉泉，男，教授，博士生導(dǎo)師，從事糧食、油脂與植物蛋白工程研究工作，華南理工大學(xué)植物蛋白中心主任。廣州華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心，510640。Email：fexqyang@scut.edu.cn

作者簡介：王超躍，男，從事糧食、油脂與植物蛋白工程研究工作。廣州華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院食物蛋白工程研究中心，510640。

基金項目：公益性行業(yè)科技（201303071-05）；廣東省教育廳產(chǎn)學(xué)研基地滾動項目（2013CXZDC003）；國家高新技術(shù)研究發(fā)展計劃（863 計劃）項目（2013AA102208-3）。

收稿日期：2015-08-23

修訂日期：2015-11-10

中圖分類號：TS201.1

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-6819(2016)-03-0301-08

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.043