冷榨雙低菜子粕中蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的研究

張燕鵬　陳全求　曹楊

摘要：對(duì)冷榨雙低菜子粕中蛋白質(zhì)的溶解性、持水性、持油性、起泡性等功能性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，當(dāng)熱處理溫度高于50 ℃時(shí)，菜子蛋白質(zhì)的溶解性會(huì)有所增加；在pH為3和5下，菜子蛋白質(zhì)的溶解度較低，這說明菜子蛋白具有兩個(gè)等電點(diǎn)；當(dāng)鹽溶液濃度增加時(shí)，在pH為8和10的堿性環(huán)境下菜子蛋白質(zhì)的溶解性不斷降低，而在低pH下溶解性變化不顯著；與大豆分離蛋白質(zhì)相比，菜子蛋白質(zhì)的持水性較差，而泡沫的穩(wěn)定性和持油性較好，這與蛋白質(zhì)表面疏水性的大小相關(guān)。通過對(duì)菜子蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的分析有利于其在食品加工中進(jìn)一步的開發(fā)利用。

關(guān)鍵詞：冷榨；雙低菜子粕；菜子蛋白質(zhì)；功能性質(zhì)

中圖分類號(hào)：TQ645.9+9；Q51 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）08-2089-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.043

Abstract： The functional properties of protein in cold-pressed double low rapeseed meal was studied. The experiment result indicated that when the heat-treatment temperature was above 50 ℃， the solubility of rapeseed protein increased； under the pH 3.0 and 5.0， the solubility of rapeseed protein was the lowest， therefore，it concluded that there were two isoelectric point in rapeseed protein solution； When the salt concentration was increased， the solubility of rapeseed protein was decreased under pH 3.0 and 5.0， but increased under acidic pH value； compared with the soy isolate protein （SPI）， the water-holding capacity of rapeseed protein was lower than SPI， but the fat-binding capacity and foaming stability of rapeseed protein were higher than SPI. The difference in functional properties between rapeseed protein and SPI is depended on the surface hydrophobicity. By analyzing the functional properties of rapeseed protein， it is conducive to the further development and utilization of rapeseed protein in food processing.

Key words： cold-pressing；double low rapeseed meal；rapeseed protein；functional properties

菜子蛋白質(zhì)為完全蛋白質(zhì)，具有較好的必需氨基酸平衡性，符合WHO/FAO推薦模式，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的蛋白質(zhì)，為一種潛在的優(yōu)良植物蛋白質(zhì)來源[1-4]。菜子中因含有硫代葡萄糖苷、植酸和多酚等抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，使得菜子蛋白質(zhì)在食品加工業(yè)中的應(yīng)用受到限制，而主要作為一種動(dòng)物飼料來源[5]。近幾年，雙低油菜品種在國(guó)內(nèi)得到了廣泛的培育和種植，雙低菜子中的硫苷、芥酸等抗?fàn)I養(yǎng)成分大大降低，并且低溫冷榨技術(shù)的不斷進(jìn)步有效降低了菜子蛋白質(zhì)在加工過程中的變性程度和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的損失，這些均為菜子蛋白質(zhì)的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了更為廣闊的基礎(chǔ)。

目前國(guó)內(nèi)外主要關(guān)注菜子蛋白質(zhì)的提取分離和酶解制備菜子肽[6，7]，而鮮有對(duì)冷榨菜子粕中蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的研究，因此本研究以冷榨處理后的雙低菜子粕為研究對(duì)象，采用堿溶酸沉法提取制備菜子蛋白質(zhì)，研究所得蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)以大豆分離蛋白質(zhì)為對(duì)照，以期為菜子蛋白質(zhì)的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

冷榨雙低菜子粕：實(shí)驗(yàn)室中自制冷榨雙低菜子粕；濃硫酸：分析純，廣東光華化學(xué)廠有限公司；鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

冷凍離心機(jī)：J6HC型（美國(guó)Beckman Coulter公司）；紫外可見分光光度計(jì)：T6-1650F型（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；電熱恒溫水浴鍋：HHS型（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱：GZX-9070MBE型（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠）；電子天平：MP-200A型（上海儀器廠）；pH計(jì)：DELTA320型（梅特勒-托利多儀器有限公司）；真空冷凍干燥機(jī)：LGJ-12A型（北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司）；集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：DF-101S型（鞏義市英峪予華儀器廠）；定氮儀：KDN-2C型（上海纖檢儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 菜子蛋白質(zhì)的提取制備 稱取40 g過80目的菜子粕粉于500 mL燒杯中，按1∶10的比例加入去離子水，在60 ℃下攪拌提取2 h， 并保持pH為9.0，然后將浸提液在8 000 r/min離心20 min，取上清液轉(zhuǎn)移至燒杯中，用2 mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié)上清液pH為6.0，在轉(zhuǎn)速8 000 r/min離心20 min后可得到蛋白質(zhì)沉淀，再將所得上清液轉(zhuǎn)移至燒杯中，用2 mol/L的鹽酸溶液調(diào)節(jié) pH為3.5，在轉(zhuǎn)速8 000 r/min離心20 min，再次收集蛋白質(zhì)沉淀。將兩次離心所得蛋白質(zhì)沉淀混勻后加入去離子水洗滌2次后再調(diào)節(jié)pH為7.0進(jìn)行復(fù)溶，經(jīng)冷凍干燥后可得菜子蛋白質(zhì)，經(jīng)凱氏定氮法測(cè)定其蛋白質(zhì)含量為83.1%。

1.3.2 菜子蛋白質(zhì)溶解性的研究 蛋白質(zhì)中由于含有酪氨酸、色氨酸等芳香族氨基酸殘基，因此在280 nm紫外線處具有特征性的吸收峰，可以用于蛋白質(zhì)的定量與定性分析。研究表明大豆分離蛋白質(zhì)在280 nm處的吸光度A280與蛋白質(zhì)濃度呈正比例變化[8]，說明菜子蛋白質(zhì)在不同條件下溶解性的變化規(guī)律，可通過測(cè)定其在280 nm下的吸光度A280來間接定量說明蛋白質(zhì)濃度的變化。

1）溫度對(duì)菜子蛋白質(zhì)溶解性的影響。將配制的1%菜子蛋白質(zhì)溶液分別在30、40、50、60、70、80、90、100 ℃下水浴加熱1 h，然后快速冷卻至室溫后，在8 000 r/min離心20 min，取上清液用紫外可見分光光度計(jì)在280 nm下測(cè)其吸光度。

2）pH對(duì)菜子蛋白質(zhì)溶解性的影響。稱取一定量的菜子蛋白質(zhì)溶于蒸餾水中配置成1%的蛋白質(zhì)溶液，用2 mol/L的鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH為2～8，室溫下攪拌1 h后在8 000 r/min離心20 min，取上清液用紫外可見分光光度計(jì)在280 nm下測(cè)其吸光度。

3）離子強(qiáng)度對(duì)菜子蛋白質(zhì)溶解性的影響。稱取一定量的菜子蛋白質(zhì)溶于配置好的不同濃度的NaCl溶液中，然后調(diào)節(jié)pH，并攪拌1 h后在8 000 r/min離心20 min，取上清液以不加菜子蛋白質(zhì)的溶液為空白，用紫外可見分光光度計(jì)在280 nm下測(cè)其吸光度。

1.3.3 菜子蛋白質(zhì)持水性的測(cè)定 參照Lqari等[9]的方法并略作調(diào)整，稱取1 g菜子蛋白質(zhì)，放入已知質(zhì)量的10 mL離心管中，加入5 mL去離子水，用振蕩器混合均勻，靜置10 min后在轉(zhuǎn)速4 500 r/min離心15 min，取出除去上層液體后稱重，然后通過公式（1）計(jì)算持水性（WHO），并以大豆分離蛋白質(zhì)為對(duì)照進(jìn)行分析。

式中，W1為菜子分離蛋白質(zhì)質(zhì)量，g；W2為離心管質(zhì)量，g；W3為離心管和持水后樣品的質(zhì)量，g。

1.3.4 菜子蛋白質(zhì)起泡性測(cè)定 蛋白質(zhì)的起泡性能的研究根據(jù)Lawhon等[10]的方法并做一定的修改。取100 mL的濃度為1%的蛋白質(zhì)溶液加入250 mL的量筒中，在高速攪拌器作用下以10 000 r/min攪拌1 min后立即測(cè)定其泡沫體積V0。將量筒靜置120 min后，再次測(cè)量泡沫的體積V120，通過公式（2）計(jì)算蛋白質(zhì)的起泡能力（FC）和泡沫穩(wěn)定性（FS），并以大豆分離蛋白質(zhì)為對(duì)照進(jìn)行分析。

1.3.5 菜子蛋白質(zhì)持油性測(cè)定 蛋白質(zhì)的吸油能力的測(cè)定采用Fuhrmeister等[11]的方法進(jìn)行。取0.3 g蛋白質(zhì)樣品與3 mL的大豆油一起放入預(yù)先稱重好的10 mL離心管中，并在渦旋振蕩器上充分混勻。把混勻的蛋白質(zhì)和油脂在3 000 r/min離心20 min后去除游離的油脂，再次稱重。蛋白質(zhì)的吸油能力（FBC）的按公式（4）進(jìn)行計(jì)算，并以大豆分離蛋白質(zhì)為對(duì)照進(jìn)行分析。

式中，W1為蛋白質(zhì)和離心管的總重量，g；W2為蛋白質(zhì)，油脂和離心管的總重量，g；W0為蛋白質(zhì)的重量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下對(duì)菜子蛋白溶解性的分析

由圖1可知，當(dāng)菜子蛋白質(zhì)在50 ℃下加熱處理1 h后，其溶解度最小，而后隨著加熱溫度的升高，其溶解度反而上升，這表明在30～50 ℃范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，菜子蛋白質(zhì)發(fā)生變性，其疏水基團(tuán)暴露，分子之間相互聚集沉淀，因此溶解度降低；當(dāng)加熱溫度超過50 ℃時(shí)，菜子蛋白質(zhì)溶解性反而升高的原因可能是因?yàn)椴糠值鞍踪|(zhì)分子的聚集體轉(zhuǎn)化為可溶性聚集體，這說明高溫處理可以改善菜子蛋白質(zhì)的溶解性。

2.2 不同pH下菜子蛋白質(zhì)溶解性的分析

pH對(duì)溶液中蛋白質(zhì)分子的解離和帶電性影響很大，從而改變蛋白質(zhì)分子同水分子結(jié)合的能力。由圖2可知，當(dāng)pH為2～4時(shí)，菜子蛋白質(zhì)的溶解度先減小后增大；而當(dāng)pH為4～8時(shí)，溶解度先減小后增大，這說明菜子蛋白質(zhì)具有兩個(gè)等電點(diǎn)，分別為pH 3和5，因此在此pH下吸光度和溶解度相對(duì)較低些。

2.3 不同鹽濃度下菜子蛋白質(zhì)溶解性分析

根據(jù)圖3可知，當(dāng)溶液的pH為2和4時(shí)，菜子蛋白質(zhì)溶解性隨鹽離子濃度的變化不明顯，其溶解性顯著低于其他pH；當(dāng)溶液pH為6時(shí)，菜子蛋白質(zhì)溶解性隨鹽離子濃度增加，其溶解度會(huì)略有升高，這可能是因?yàn)楫?dāng)接近等電點(diǎn)時(shí)，離子強(qiáng)度的增加可以增加蛋白質(zhì)表面的電荷，有助于蛋白質(zhì)的溶解，但當(dāng)離子強(qiáng)度升高至一定范圍時(shí)，蛋白質(zhì)的溶解度反而會(huì)下降即發(fā)生鹽析；當(dāng)溶液pH為8和10時(shí)，菜子蛋白質(zhì)溶解性隨離子強(qiáng)度增加而不斷減小，這主要是由于在堿性條件下，菜子蛋白質(zhì)帶有較多的靜電荷，因而與其他pH相比溶解性較高，但隨著鹽離子濃度的增加NaCl的正負(fù)離子會(huì)屏蔽其靜電荷，從而降低了蛋白質(zhì)分子之間的靜電荷作用[12]，同時(shí)鹽與蛋白質(zhì)爭(zhēng)奪水分子的能力增強(qiáng)，因此使得菜子蛋白質(zhì)的溶解性降低。

2.4 菜子蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的分析

由表1可知，與大豆分離蛋白質(zhì)相比，菜子蛋白質(zhì)在泡沫穩(wěn)定性和持油性方面具有較顯著的優(yōu)勢(shì)，而持水性不如大豆分離蛋白質(zhì)。功能性質(zhì)方面的差異主要與蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，菜子蛋白質(zhì)的持水性較低而持油性較高，這說明與大豆分離蛋白質(zhì)相比，其表面疏水基團(tuán)較多，同時(shí)菜子蛋白質(zhì)的起泡性較好，說明其在水-空氣界面易于展開和重新排列，分子的柔性較好，另外由于其疏水基團(tuán)較多，因此蛋白質(zhì)分子之間通過疏水作用易于形成蛋白質(zhì)膜從而起到穩(wěn)定泡沫的作用[13，14]。

3 結(jié)論

菜子蛋白質(zhì)在50 ℃以上進(jìn)行熱處理有助于其溶解性的提高，這可能是因?yàn)樵谳^高溫度的作用下，菜子蛋白質(zhì)中部分聚集體發(fā)生解離而使得蛋白質(zhì)的溶解性增加。離子濃度和pH均會(huì)對(duì)菜子蛋白質(zhì)分子的解聚、表面靜電荷及與水分子的相互作用產(chǎn)生影響，因此在不同的離子濃度和pH下菜子蛋白質(zhì)具有不同的溶解特性。與大豆分離蛋白質(zhì)相比，菜子蛋白質(zhì)的持水性較差，但持油性和泡沫穩(wěn)定性較好，因此可根據(jù)具體的食品加工體系選擇性將菜子蛋白質(zhì)與大豆蛋白質(zhì)搭配使用。

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