穩(wěn)定化方法對(duì)小麥胚蛋白功能特性的影響

俞 凌，黃永軍，周建新，沈新春

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023)

穩(wěn)定化方法對(duì)小麥胚蛋白功能特性的影響

俞 凌，黃永軍，周建新，沈新春

(南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質(zhì)量安全控制及深加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210023)

比較了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4種穩(wěn)定化方法對(duì)小麥胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性等功能特性的影響。結(jié)果表明，對(duì)于麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而其他3種處理則明顯下降；對(duì)于麥胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧處理的明顯增加，而其他3種則不同程度下降；麥胚蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性經(jīng)穩(wěn)定化處理后均有所提高；從DSC圖譜分析，麥胚蛋白的熱穩(wěn)定性從大到小依次為：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破壞程度依次為：微波、烘烤、蒸汽、臭氧；從傅里葉紅外圖譜分析，對(duì)麥胚蛋白官能團(tuán)影響從大到小依次為：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。小麥胚開(kāi)發(fā)與利用麥胚蛋白時(shí)，可選擇臭氧處理作為穩(wěn)定化方法。

小麥胚；穩(wěn)定化方法；麥胚蛋白；功能特性；微波；烘烤；蒸汽；臭氧

小麥胚約占籽粒質(zhì)量的2%～3%，含有極其豐富的蛋白質(zhì)、脂肪、酶、維生素、礦物質(zhì)以及多種微量生理活性物質(zhì)[1]，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)30.2%左右，氨基酸全面平衡，易于被人體吸收，成為優(yōu)質(zhì)全價(jià)蛋白營(yíng)養(yǎng)源[2]。同時(shí)麥胚蛋白具有良好的持水性、持油性和起泡性等功能性質(zhì)，添加到食品中，可增加食品風(fēng)味，改善食品品質(zhì)和結(jié)構(gòu)[3]。麥胚蛋白的良好功能性質(zhì)為其在現(xiàn)代食品加工中的應(yīng)用提供了廣闊的空間。但小麥胚自身脂肪含量高，并富含活性較高的脂肪酶和脂肪氧化酶，加之附著在表面的微生物，導(dǎo)致其穩(wěn)定性差，極易由于兩者的協(xié)同作用而酸敗變質(zhì)形成游離脂肪酸和過(guò)氧化物[4]。因此，穩(wěn)定化問(wèn)題是麥胚蛋白開(kāi)發(fā)利用的瓶頸。目前，國(guó)內(nèi)外小麥胚的穩(wěn)定化方法主要有熱風(fēng)干燥[5]、高壓蒸汽[6]、微波加熱[7]、紅外烘烤[8]、擠壓膨化處理[9]等，但這些方法并沒(méi)有考慮對(duì)麥胚蛋白功能特性的影響，使得評(píng)價(jià)穩(wěn)定化方法優(yōu)劣時(shí)存在片面性。因此，通過(guò)4種穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白功能特性影響的比較，以期開(kāi)發(fā)麥胚蛋白時(shí)能夠選擇合適的小麥胚穩(wěn)定化處理方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

小麥胚，江蘇省淮安市新象面粉有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、濃硫酸、SDS、正己烷等，均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JR-Y10型臭氧滅菌箱，HG101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱，SYQ-DSX-280B型不銹鋼壓力蒸汽滅菌鍋，P70D20TL-D4型微波爐，F(xiàn)W100 型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)，DS-1型高速組織搗碎機(jī)，HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋，722型光柵分光光度計(jì)，TG16-S臺(tái)式高速離心機(jī)，IKA T18型高速分散機(jī)，PE DSC-8000型差示掃描量熱儀，Bruker tensor27型傅里葉紅外分光光度計(jì)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 麥胚的穩(wěn)定化處理

烘烤處理：干燥箱內(nèi)，料層厚1～2 cm，110℃烘干30 min；

微波處理：料層厚1～2 cm，600 W，處理2 min；

高壓蒸汽處理：高壓蒸汽滅菌鍋，料層厚1～2 cm，壓力0.1 MPa，處理20 min，冷風(fēng)干燥20 min；

臭氧處理：雙層紗布包裝麥胚置于臭氧滅菌箱滾筒內(nèi)，臭氧濃度80 mg/L，處理15 min。

處理后的麥胚用聚乙烯自封袋包裝備用。

1.3.2 脫脂麥胚蛋白的制備

麥胚用80%的乙醇清洗，45℃烘干12 h，置于錐形瓶中，按1∶5的比例加入正己烷，在恒溫振蕩器下浸泡12 h，靜置，倒掉上清液，再按1∶3比例加入正己烷，恒溫振蕩箱下浸泡12 h，靜置，倒掉上清液，低溫烘干，獲得脫脂麥胚。

將脫脂麥胚粉碎，全部過(guò)80目篩，將細(xì)化的樣品按料水比為1∶20攪拌均勻，用0.5 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH9.0，攪拌浸提30 min，將浸提液于3 500 r/min離心20 min，取上清液，然后用1.0 mol/L HCl溶液將上清液的pH值調(diào)至6.3，加入適量的淀粉酶，并置于60℃的水浴鍋中，酶解至遇碘不呈藍(lán)色為止，將溶液pH值調(diào)為4.0，然后離心，去除上清液，冷凍干燥，得脫脂麥胚蛋白[10]。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

脫脂麥胚蛋白功能特性的指標(biāo)與測(cè)定方法：溶解度[11]；持水性[12]；持油性[13]；起泡性及泡沫穩(wěn)定性[14]；DSC圖譜及紅外圖譜[15]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)為3次平行試驗(yàn)的平均值，測(cè)定結(jié)果用EXCEL作圖并進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥胚蛋白提取率

4種穩(wěn)定化處理的麥胚蛋白提取率的結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，與未經(jīng)處理的麥胚(對(duì)照)相比，對(duì)于麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而微波、烘烤和蒸汽處理均明顯降低，主要原因是臭氧熱效應(yīng)較少，對(duì)蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的改變不明顯，而微波、烘烤和蒸汽處理等均有明顯的熱效應(yīng)，造成了蛋白質(zhì)等電點(diǎn)的明顯改變[16]。所以穩(wěn)定化處理方法不同，麥胚蛋白提取率有明顯差異。

2.2 麥胚蛋白溶解度

蛋白質(zhì)的溶解度是蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-溶劑相互作用達(dá)到平衡的熱力學(xué)表現(xiàn)形式，影響蛋白質(zhì)增稠、起泡、乳化和凝膠等功能性質(zhì)，是評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)潛在應(yīng)用價(jià)值的一個(gè)指標(biāo)[17]。4種穩(wěn)定化處理的麥胚蛋白的溶解度如圖2所示。

臭氧處理的麥胚，其蛋白溶解度明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽處理的麥胚蛋白溶解度均下降。蛋白質(zhì)的溶解度與蛋白質(zhì)中的化學(xué)鍵及空間結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系，微波、烘烤和高壓蒸汽處理的麥胚，由于較強(qiáng)的熱效應(yīng)，蛋白質(zhì)空間構(gòu)象中的某些弱鍵斷裂，破壞了肽鍵的特定結(jié)構(gòu)，使原來(lái)埋藏在分子內(nèi)部的一些非極性基團(tuán)暴露在分子表面，因而降低了蛋白質(zhì)的溶解度，臭氧一方面由于其熱效應(yīng)較弱，對(duì)蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)改變較少，另一方面由于其具有的強(qiáng)氧化性，將蛋白質(zhì)的一些化學(xué)鍵氧化成極性的雙鍵或三鍵，增加了蛋白質(zhì)與水之間相互作用，使其溶解度增加[18]。

2.3 麥胚蛋白持水性

蛋白質(zhì)持水能力是指蛋白質(zhì)吸收水并將水保留在蛋白質(zhì)組織中的能力，不僅與絞肉制品的多汁性和嫩度有關(guān)，而且也與烘烤食品的質(zhì)構(gòu)密切相關(guān)[17]。4種穩(wěn)定化處理所得麥胚蛋白的持水性如圖3所示。從圖3中可以看出，經(jīng)臭氧處理的麥胚蛋白質(zhì)持水性明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽處理的麥胚蛋白質(zhì)持水性均略有下降。這主要是因?yàn)槌粞跆幚磉^(guò)的麥胚蛋白質(zhì)溶解度較高，蛋白質(zhì)與水分子之間的親和力較強(qiáng)，持水性較高，微波、烘烤和蒸汽麥胚蛋白質(zhì)溶解度小，蛋白質(zhì)與水分子之間的親和力相對(duì)較弱，持水性偏低[18]。

圖3 穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白持水性的影響

2.4 麥胚蛋白持油性

蛋白質(zhì)持油性反映其吸收脂肪并將脂肪保留在蛋白質(zhì)組織中的能力，是蛋糕、肉制品、面包、冰激凌等食品加工過(guò)程中的重要特性，可以提高食品對(duì)脂肪的吸收與持留能力，顯著改善食品的適口性及風(fēng)味[22]。4種穩(wěn)定化處理方法所得麥胚蛋白的持油性如圖4所示。由圖4可知，經(jīng)臭氧處理的麥胚蛋白的持油性明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽的麥胚蛋白質(zhì)持油性均略有下降。這主要是因?yàn)槌粞跆幚磉^(guò)的麥胚蛋白質(zhì)溶解度較高，蛋白質(zhì)與油分子之間的親和力較強(qiáng)，持油性較高，微波、烘烤和蒸汽的麥胚蛋白質(zhì)，由于高溫的作用，使得蛋白質(zhì)發(fā)生聚集，蛋白質(zhì)與油分子之間的親和力相對(duì)較弱，持油性偏低[18]。

圖4 穩(wěn)定化處理方法對(duì)麥胚蛋白持油性的影響

2.5 麥胚蛋白起泡性

泡沫是指蛋白質(zhì)通過(guò)攪打在氣液界面形成有一定剛性和彈性的薄膜，泡沫分散在含有表面活性劑的連續(xù)相或者半固體的分散體系，是食品加工的一項(xiàng)重要功能性質(zhì)[19]。4種穩(wěn)定化處理所得麥胚蛋白的起泡性如圖5所示。由圖5可知，臭氧處理對(duì)蛋白質(zhì)的起泡性有降低作用，微波、烘烤和蒸汽處理對(duì)起泡性均有提高作用，這是因?yàn)闊崽幚懋a(chǎn)生的明顯熱效應(yīng)，使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)逐漸展開(kāi)，形成更多的無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)展開(kāi)程度較大，展開(kāi)的蛋白質(zhì)分子間彼此作用形成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及界面膜，使麥胚蛋白的起泡性增高。臭氧處理氧化了蛋白質(zhì)分子中的部分基團(tuán)，使得蛋白質(zhì)分子與水分子之間的作用力增強(qiáng)，蛋白質(zhì)起泡性降低[20]。

圖5 穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白起泡性的影響

2.6 麥胚蛋白泡沫穩(wěn)定性

泡沫穩(wěn)定性是指蛋白質(zhì)在氣液界面形成的薄膜強(qiáng)度，影響著泡沫產(chǎn)品的性能和質(zhì)構(gòu)[19]。4種穩(wěn)定化處理所得麥胚蛋白的泡沫穩(wěn)定性如圖6所示。由圖6可知，4種不同處理對(duì)蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性均有一定程度的提高，因?yàn)槲⒉ā⒄羝?、烘烤均產(chǎn)生了較高的熱效應(yīng)，使得蛋白質(zhì)分子內(nèi)部基團(tuán)暴露較多，疏水相互作用增強(qiáng)，蛋白質(zhì)泡沫穩(wěn)定性提高，微波處理后泡沫穩(wěn)定性更高，說(shuō)明在此條件下，蛋白質(zhì)的疏水相互作用增高更多，臭氧由于蛋白質(zhì)內(nèi)部基團(tuán)的氧化作用，產(chǎn)生更強(qiáng)的疏水相互作用，泡沫穩(wěn)定性也有所提高[21]。

圖6 穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白泡沫穩(wěn)定性的影響

2.7 麥胚蛋白的DSC圖譜特性

應(yīng)用DSC對(duì)麥胚蛋白的變性程度進(jìn)行表征，主要表現(xiàn)為兩個(gè)指標(biāo)，即變性溫度和熱焓變。變性溫度可以推測(cè)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，熱焓變是疏水作用與蛋白質(zhì)緊密性的重要指標(biāo)[16]。由圖7可知，未處理麥胚蛋白的變性溫度為132.00℃，熱焓變值為34.606 7 J/g，臭氧、微波、烘烤、蒸汽處理的麥胚蛋白變性溫度分別為189.84、179.50、193.29、191.85℃，熱焓變值為120.023 4、183.764 8、166.880 7、160.563 9 J/g。因此,麥胚蛋白的熱穩(wěn)定性依次為:烘烤、蒸汽、臭氧、微波、對(duì)照，蛋白質(zhì)熱焓變值越低，則可以體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)的完整性越高，所以不同處理對(duì)蛋白質(zhì)破壞程度依次是：微波、烘烤、蒸汽、臭氧。

(a)未處理

(b)臭氧處理

(c)微波處理

(d)烘烤處理

(e)高壓蒸汽處理

2.8 麥胚蛋白的紅外圖譜分析

在傅里葉紅外圖譜中，不同的官能團(tuán)化學(xué)鍵的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)不同波數(shù)的紅外光有吸收，紅外圖譜可以據(jù)此反映出樣品官能團(tuán)或者化學(xué)鍵的變化，進(jìn)行物質(zhì)的定性定量[22]。4種不同的穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白紅外圖譜的影響見(jiàn)圖8。

圖8 穩(wěn)定化方法對(duì)麥胚蛋白紅外圖譜的影響

由圖8可知，4種不同穩(wěn)定化處理的紅外曲線(xiàn)圖譜總體相似于對(duì)照所得的曲線(xiàn)，只有在波數(shù)2 328.033 cm-1到2 375.288 cm-1存在差異，而在此區(qū)間對(duì)應(yīng)的基團(tuán)主要是叁鍵或者累積雙鍵區(qū)，說(shuō)明4種不同穩(wěn)定化處理均改變了這些官能團(tuán)的量。分析4種不同處理曲線(xiàn)，只有臭氧處理所得曲線(xiàn)最接近于未處理，說(shuō)明臭氧處理對(duì)蛋白質(zhì)的各官能團(tuán)影響最小，4種不同處理對(duì)蛋白質(zhì)官能團(tuán)影響程度大小依次是：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。

3 結(jié)論

比較了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4種穩(wěn)定化方法對(duì)小麥胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性等功能特性的影響。結(jié)果表明，麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而其他3種處理則明顯下降；麥胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧處理的明顯增加，而其他3種則不同程度下降；麥胚蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性經(jīng)穩(wěn)定化處理后均有所提高；從DSC圖譜分析，麥胚蛋白的熱穩(wěn)定性從大到小依次為：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破壞程度依次為微波、烘烤、蒸汽、臭氧；根據(jù)傅利葉紅外圖譜分析，對(duì)麥胚蛋白官能團(tuán)影響依次為：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。因此，在小麥胚開(kāi)發(fā)與利用麥胚蛋白時(shí)，可選擇臭氧處理作為穩(wěn)定化方法。

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(責(zé)任編輯：趙琳琳)

Effect of stabilization methods on functional properties of wheat germ protein

YU Ling， HUANG Yong-jun,ZHOU Jian-xin,SHEN Xin-chun

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finances and Economics;Jiangsu Center for Modern Grain Circulation and Safety;Jiangsu Key Laboratory of Grain Quality and Safety Control and Deep Processing, Nanjing 210023,China)

The effects of four different stabilization methods such as microwave，ozone，baking and steam on extraction rate，solubility，water-holding capacity，oil-absorbing capacity，foaming capacity，foaming stability of wheat germ protein were compared. The results showed that extraction rate of wheat germ protein basically remained unchanged in ozone treatment，but significantly decreased in the other three methods. The solubility，water-holding capacity and oil-absorbing capacity of wheat germ protein significantly increased in ozone treatment，but suffered a drop though to various degrees in the other three methods. The foaming ability and foam stability of wheat germ protein were improved after the stabilization treatment. The thermal stability of wheat germ protein was baking，steam，ozone，microwave;and the degree of damage was microwave，baking，steam，ozone by analysis of the DSC spectrum. The effect on the functional groups of wheat germ protein was baking，microwave，steam，ozone by analysis of FTIR spectrum. So the ozone treatment could be a good choice as a stabilization method in the development and utilization of wheat germ protein.

wheat germ；stabilization methods；wheat germ protein；functional properties；microwave；baking；steam；ozone

2016-10-28；

2017-02-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31271983)；江蘇省自然科學(xué)基金(BK20141484)；2015江蘇省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)資助項(xiàng)目；江蘇省“333工程”培養(yǎng)資金資助項(xiàng)目；江蘇高校優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程資助項(xiàng)目(PAPD)。

俞 凌(1982-)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)榧Z食工程。

周建新(1964-)，男，教授，研究方向?yàn)榧Z食工程。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.002

TS201.2+1;TS210.9

A

1003-6202(2017)03-0004-06