核桃分離蛋白溶解性、乳化性影響因素研究

易建華， 曹 燦， 朱振寶

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 陜西省食品加工工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710021)

核桃分離蛋白溶解性、乳化性影響因素研究

易建華1,2， 曹 燦1， 朱振寶1,2

(1.陜西科技大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院， 陜西 西安 710021； 2.陜西科技大學(xué) 陜西省食品加工工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710021)

通過(guò)酸沉堿溶法提取核桃分離蛋白，研究了不同因素(pH、離子強(qiáng)度、阿拉伯膠)對(duì)核桃分離蛋白溶解性、乳化性及乳化穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明：pH 5.0附近，蛋白的溶解性、乳化性及乳化穩(wěn)定性都較低.pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl、CaCl2、阿拉伯膠的加入均降低蛋白質(zhì)的溶解性，其中在堿性條件下，NaCl、CaCl2對(duì)蛋白質(zhì)溶解度影響較大，酸性條件下，阿拉伯膠對(duì)蛋白質(zhì)溶解度影響較大，與NaCl相比，CaCl2對(duì)溶解度的影響更大.另外，pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl的引入同時(shí)降低蛋白質(zhì)乳化性和乳化穩(wěn)定性，阿拉伯膠的引入提高乳化性，但乳化穩(wěn)定性呈現(xiàn)先下降后提升的趨勢(shì).

核桃分離蛋白； 溶解性； 乳化性； 乳化穩(wěn)定性

Abstract:In this study,walnut protein isolates were prepared by alkali extraction and acid precipitation.The effects of different factors(pH,ionic strength,gum arabic)on the solubility,emulsification activity and emulsification stability of walnut protein were studied.The results showed that the solubility,emulsification activity and emulsification stability were the lowest around isoelectric point (pH 5.0).At pH 3.0 and pH 8.0,the addition of NaCl,CaCl2and gum arabic decreased the solubility of the proteins.Arabia gum had greater effect on the solubility of the proteins in acidic condition,whereas,NaCl and CaCl2had greater effect on the solubility of proteins in alkali condition.In addition,the solubility of proteins was more greatly affected by CaCl2than by NaCl.At different pH,NaCl decreased the emulsifying activity and emulsifying stability of the proteins,meanwhile gum arabic increased the proteins′ emulsifying activity however,their emulsifying stability first drop and then increased.

Keywords:walnut protein isolates; solubility; emulsifying activity; emulsifying stability

0 引言

核桃位列世界四大堅(jiān)果之首，素來(lái)享有“萬(wàn)歲子”、“長(zhǎng)壽果”、“益智果”、“美容果”、“紅棗加核桃，賽過(guò)靈芝草”等美譽(yù)[1].我國(guó)核桃品種繁多，云南的漾滇核桃、山西香玲核桃、新疆紙皮核桃等，且產(chǎn)量居世界首位[2].核桃的出仁率高達(dá)50%，核桃仁中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)含量豐富，分別約占16.6%、65.5%.除此以外，核桃仁中含有豐富的維生素，如生育酚、維生素C、維生素B，人體所必須的微量礦質(zhì)元素鐵、鋅、硒占有比例高[3].

核桃蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白，主要由四種蛋白質(zhì)組成，分別是谷蛋白、球蛋白、清蛋白、醇蛋白，其中谷蛋白含量高達(dá)70%.核桃蛋白中含有18種氨基酸，其中有8種人體必需氨基酸、精氨酸和谷氨酸含量很高[4].近年來(lái)，關(guān)于核桃分離蛋白特性的研究較多，研究發(fā)現(xiàn)核桃分離蛋白的溶解性較差，核桃分離蛋白可以作為一種表面活性劑，它能提高乳狀液穩(wěn)定性，其乳化性和乳化穩(wěn)定性受pH、離子濃度、溫度、蛋白質(zhì)濃度等影響[5].

核桃產(chǎn)品的加工多以核桃仁的加工為主，產(chǎn)品類(lèi)型相對(duì)比較簡(jiǎn)單，如核桃粉、核桃奶、核桃發(fā)酵乳、核桃醬等[6]，本文希望通過(guò)對(duì)核桃分離蛋白的溶解性、乳化性及乳化穩(wěn)定性進(jìn)行研究，為提高核桃產(chǎn)品的附加值，擴(kuò)大核桃分離蛋白在食品行業(yè)的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù).

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

1.1.1 主要材料與試劑

核桃：市售；石油醚、氫氧化鈉、無(wú)水氯化鈣、氯化鈉、磷酸、乙醇、阿拉伯樹(shù)膠粉：分析純，天津市天力化學(xué)試劑有限公司；磷酸氫二鈉、 磷酸二氫鈉、十二烷基磺酸鈉：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；考馬斯亮藍(lán)G250：北京愛(ài)普華美生物科技有限公司；牛血清蛋白：上海源葉生物科技有限公司.

1.1.2 主要儀器

精密pH計(jì)：PB-10型，賽多利斯科學(xué)儀器北京有限公司；電子天平：JA5003B型，上海精科天美科學(xué)儀器有限公司；磁力攪拌器：84-1型，上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；超細(xì)勻漿器：F6/10-G型，上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司；

離心機(jī)：H1850型，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開(kāi)發(fā)有限公司；分光光度計(jì)：UV759S型，上海荊和分析儀器有限公司；渦旋振蕩器：QL901型，海南市其林貝爾儀器制造有限公司；電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱：GZX-GF101-1-BS型，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；循環(huán)水真空泵：SHZ-Ⅲ型，上海亞榮生化儀器廠(chǎng)；料理機(jī)：JYL-C020型，九陽(yáng)股份有限公司.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 核桃分離蛋白的制備

參照參考文獻(xiàn)[7]，并稍做修改.核桃去殼，核桃仁水中浸泡去皮，核桃仁于40 ℃干燥并粉碎，核桃粉末經(jīng)石油醚脫脂處理(料液比1∶6 g/mL，脫脂2次)，抽濾，溶劑揮發(fā)后過(guò)40目篩.核桃脫脂粉末與水以1∶15 g/mL料液比混合，0.5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH 9.0，磁力攪拌器勻速攪拌1 h，5 000 r/min 離心10 min，收集上清液，沉淀再用1∶5 g/mL的料液比提取2次；將上述收集得到的所有上清液用0.5 mol/L HCl調(diào)節(jié)溶液至核桃分離蛋白等電點(diǎn)pI 5.0，5 000 r/min 離心10 min，收集得到沉淀并水洗5次，冷凍干燥備用.

1.2.2 核桃分離蛋白溶解性測(cè)定

參照參考文獻(xiàn)[8]的方法，并稍做修改.準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2 g蛋白質(zhì)溶解于40 mL磷酸緩沖溶液或一定濃度NaCl、CaCl2、阿拉伯膠的磷酸緩沖溶液，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH，磁力攪拌1 h，5 000 r/min 離心10 min后備用，取樣品溶液20μL，補(bǔ)水至100μL，加入5 mL考馬斯亮藍(lán)，渦旋振蕩器上混勻，于595 nm處測(cè)定吸光度.蛋白溶解性計(jì)算公式：

(1)

1.2.3 核桃分離蛋白乳化性及乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

參照參考文獻(xiàn)[9,10]的方法，并稍做修改.準(zhǔn)確稱(chēng)取0.09 g蛋白質(zhì)溶解于45 mL磷酸緩沖溶液或一定濃度NaCl、阿拉伯膠的磷酸緩沖溶液(pH 7.0 10 mmol/L)，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl調(diào)節(jié)pH，磁力攪拌1 h，加入10 mL大豆油，手持超細(xì)勻漿機(jī)35 000 r/min均質(zhì)2 min，從乳化液底部快速抽取50μL液體，加入10 mL 0.1%SDS溶液，迅速搖晃使其分布均勻，于波長(zhǎng)500 nm 處測(cè)定吸光值，此吸光值為0 min 時(shí)樣品的乳化活性指數(shù)，用A0表示；靜置10 min后再吸取1次乳化液進(jìn)行如上操作，此時(shí)吸光值作為10 min時(shí)樣品的乳化活性指數(shù)，用A10表示.

(2)

式(2)中：T=2.303；C為蛋白質(zhì)溶液的濃度；Φ為油相的體積比；A0為0 min時(shí)在500 nm處的吸光值.

(3)

式(3)中：A10為10 min后在500 nm處的吸光值.

2 結(jié)果與討論

2.1 不同因素對(duì)核桃分離蛋白溶解性影響

2.1.1 pH影響

pH對(duì)溶解度的影響如圖1所示，核桃分離蛋白的溶解性整體呈現(xiàn)出一個(gè)U形曲線(xiàn)與其它蛋白質(zhì)溶解性曲線(xiàn)相似[11].由圖1還可以看出，其等電點(diǎn)pI在5.0左右，當(dāng)pH在等電點(diǎn)附近，蛋白質(zhì)溶解性較低，偏離等電點(diǎn)越遠(yuǎn)，核桃分離蛋白的溶解性越好.當(dāng)核桃分離蛋白處于等電點(diǎn)時(shí)，其自身的靜電荷為零，蛋白之間的靜電排斥力較低，導(dǎo)致蛋白相互聚集而產(chǎn)生沉淀，從而降低了溶解度[12]. 堿性條件中核桃分離蛋白的溶解性略微高于酸性條件.這可能是因?yàn)樵谄x等電點(diǎn)的酸性和堿性條件下，蛋白帶正電或負(fù)電，與水分子之間的相互作用增強(qiáng)，溶解度增加.

圖1 pH對(duì)溶解度的影響

2.1.2 NaCl影響

圖2是NaCl對(duì)溶解度的影響.由圖2(a)、2(b)可以看出，NaCl的加入降低了溶解性.不同pH條件下，核桃分離蛋白的溶解性隨NaCl濃度的增加而減小，這是由于NaCl的加入中和蛋白質(zhì)所帶電荷，破壞了蛋白質(zhì)表面的水膜，從而降低了蛋白質(zhì)的溶解度[13].堿性條件下NaCl對(duì)核桃分離蛋白溶解性的影響較酸性條件更大.這可能是因?yàn)閜H 3.0和pH 8.0時(shí)，蛋白質(zhì)分別帶正負(fù)兩種不同的電荷，引入NaCl使蛋白質(zhì)溶解性表現(xiàn)出兩種不同的變化趨勢(shì).

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖2 NaCl對(duì)溶解度的影響

2.1.3 CaCl2影響

圖3所示為CaCl2對(duì)溶解度的影響.由圖3(a)、3(b)可以看出，CaCl2的引入降低了蛋白質(zhì)溶解性.當(dāng)pH 3.0和pH 8.0時(shí)，在0～60 mmol/L的濃度范圍內(nèi)，溶解度隨CaCl2濃度的增加而減小.這是因?yàn)镃aCl2的引入中和蛋白所帶電荷，破壞了蛋白表面的水化層，使體系變得不穩(wěn)定，蛋白更容易絮凝沉淀.從圖3(a)、3(b)還可以看出，酸性條件下CaCl2對(duì)核桃分離蛋白溶解性的影響較堿性條件更小.這可能是因?yàn)椴煌琾H條件，蛋白質(zhì)所帶電荷性質(zhì)和數(shù)量不同，CaCl2的加入會(huì)產(chǎn)生不同的影響.圖2(a)、2(b)與圖3(a)、3(b)比較可以得出，CaCl2較NaCl對(duì)蛋白質(zhì)溶解性的影響更加明顯.根據(jù)陽(yáng)離子降低溶解度能力規(guī)律，Ca2+降低溶解度的能力大于Na+.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖3 CaCl2對(duì)溶解度的影響

2.1.4 阿拉伯膠影響

阿拉伯膠對(duì)溶解度的影響如圖4所示.由圖4(a)、4(b)可知，加入阿拉伯膠會(huì)降低蛋白質(zhì)的溶解性.pH 3.0和pH 8.0下，在0.00%～0.20%的濃度范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)的溶解度隨阿拉伯膠濃度的增加而減小，這可能是因?yàn)榘⒗z本身是一種親水性的膠體，會(huì)與蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)性的與水結(jié)合，導(dǎo)致蛋白溶解性降低.從圖4中還可以得出，pH 3.0時(shí)蛋白溶解度下降趨勢(shì)更明顯.pH 3.0時(shí)蛋白質(zhì)帶正電，阿拉伯膠是一種弱酸性大分子多糖，帶負(fù)電，與蛋白表面電荷中和，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)生沉淀，從而使溶解度降低[14].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖4 阿拉伯膠對(duì)溶解度的影響

2.2 不同因素對(duì)核桃分離蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

2.2.1 pH影響

圖5是pH對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響.由圖5可以看出，乳化性和乳化穩(wěn)定性整體表現(xiàn)出先降低后上升的趨勢(shì).pH 5.0左右，蛋白質(zhì)乳化性和乳化穩(wěn)定性都較差，pH<5.0時(shí)，乳化性和乳化穩(wěn)定性隨pH增加而減小，pH>5.0時(shí)，乳化性和乳化穩(wěn)定性隨pH的增加而增加.原因是核桃分離蛋白的等電點(diǎn)在pH 5.0左右，此時(shí)蛋白質(zhì)自身靜電荷為零，蛋白質(zhì)之間的靜電排斥相互作用較弱，蛋白質(zhì)容易絮凝聚集，溶解性最小，蛋白質(zhì)向油水界面的吸附量少，吸附能力弱，乳化性和乳化穩(wěn)定性較低，偏離等電點(diǎn)的環(huán)境下，蛋白質(zhì)的溶解性提高，有助于提高蛋白界面載量和高黏彈膜的形成，提高了乳化性和乳化穩(wěn)定性[15].

圖5 pH對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

2.2.2 NaCl的影響

NaCl對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響如圖6所示.由圖6(a)、6(b)可以看出，加入NaCl后核桃分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性整體呈下降趨勢(shì).pH 3.0和pH 8.0條件下，在0～100 mmol/L濃度范圍內(nèi)，隨NaCl濃度增加，核桃分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性降低.可能是由于NaCl的引入中和了蛋白質(zhì)表面所帶電荷，蛋白質(zhì)水化層遭到破壞，蛋白質(zhì)溶解性下降，因此，吸附在油水界面的蛋白質(zhì)的量減少，導(dǎo)致乳化性和乳化穩(wěn)定性降低[16].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖6 NaCl對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

2.2.3 阿拉伯膠的影響

圖7所示為阿拉伯膠對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響.由圖7(a)、7(b)可以看出，不論是pH 3.0或pH 8.0，加入阿拉伯膠均會(huì)使核桃分離蛋白的乳化性增加，且pH 3.0比pH 8.0乳化性更好，由于阿拉伯膠結(jié)構(gòu)上帶有部分蛋白物質(zhì)及結(jié)構(gòu)外表的鼠李糖，使得阿拉伯膠具有優(yōu)良的親水親油性，能在油滴周?chē)纬梢粚雍竦?、具有空間穩(wěn)定性的大分子層[17]，是非常好的天然水包油型乳化劑，所以阿拉伯膠的引入會(huì)明顯增加蛋白質(zhì)的乳化性.從圖7(a)、7(b)還可以得出，在0.00%～0.20%的濃度范圍內(nèi)，阿拉伯膠濃度使蛋白質(zhì)乳化穩(wěn)定性呈先減少后增加的趨勢(shì).

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0圖7 阿拉伯膠對(duì)乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

3 結(jié)論

(1)核桃分離蛋白等電點(diǎn)在5.0左右，等電點(diǎn)附近蛋白的溶解性最低，偏離等電點(diǎn)溶解度提高，pH 3.0和pH 8.0時(shí)，NaCl、CaCl2和阿拉伯膠的加入均會(huì)使蛋白質(zhì)的溶解性降低，堿性條件下NaCl、CaCl2蛋白質(zhì)溶解性影響更大，兩種鹽相比較，CaCl2影響更大，酸性條件下阿拉伯膠對(duì)蛋白質(zhì)溶解性影響更大.

(2)等電點(diǎn)附近，核桃分離蛋白乳化性和乳化穩(wěn)定性最低，堿性條件下乳化性和乳化穩(wěn)定性?xún)?yōu)于酸性條件.不同pH條件下，加入NaCl降低蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性，加入阿拉伯膠提高乳化性，乳化穩(wěn)定性先下降后上升.

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【責(zé)任編輯：陳佳】

Studyontheinfluencingfactorsofsolubilityandemulsificationofwalnutproteinisolates

YI Jian-hua1,2， CAO Can1， ZHU Zhen-bao1,2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shannxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Province Research Center of Food Process Engineering and Technology, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

2017-05-01

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31671888)； 陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(2017BJ-21)

易建華(1971-)，女，河南信陽(yáng)人，教授，博士，研究方向：蛋白與油脂工程

2096-398X(2017)05-0128-05

TS201.2

A