乙酰化麥醇溶蛋白溶液及與麥谷蛋白共混液流變性能的研究

李玉瑩，馬曉軍

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫214122）

小麥深加工過程中的副產(chǎn)物谷朊粉產(chǎn)量巨大，但因利用不充分、不合理而價(jià)格低迷，因此谷朊粉的加工利用正逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

谷朊粉的主要成分為麥谷蛋白和麥醇溶蛋白，其中具有較高相對(duì)分子質(zhì)量較強(qiáng)彈性的麥谷蛋白約占質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%～40%，具有較低相對(duì)分子質(zhì)量較好延伸性的麥醇溶蛋白約占40%～50%[1]，麥醇溶蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量在 30×103～80×103之間[2-3]，因此谷朊粉在醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域的應(yīng)用具有廣闊的開發(fā)前景。常見的麥醇溶蛋白化學(xué)改性方法包括磷酸化、酰化和糖基化等，乙?；梢蕴岣叩鞍撞牧系氖杷院蜋C(jī)械性能[4]，研究相對(duì)較少，乙?；男允抢靡阴；鶎⑿←湹鞍踪|(zhì)分子鏈上具有較高反應(yīng)活性的賴氨酸ε-氨基進(jìn)行替換[5]，較高相對(duì)分子質(zhì)量的麥谷蛋白不適宜進(jìn)行乙?；男蕴幚?。因此作者首先選擇利用乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白進(jìn)行化學(xué)改性。

小麥蛋白溶液的流變學(xué)性能對(duì)其應(yīng)用具有重要影響，但研究較少。宋義虎[6]對(duì)小麥蛋白溶液的流變性能的研究結(jié)果表明：麥醇溶蛋白溶液在偏離等電點(diǎn)（pH 7.5）的條件下黏度增大。柳翠青[7]對(duì)小麥蛋白—聚乙烯醇共混液的流變性能的研究結(jié)果表明：小麥蛋白—聚乙烯醇共混液屬剪切變稀型流體，增大小麥蛋白的添加量、提高共混液的濃度均會(huì)降低其非牛頓指數(shù)，而適當(dāng)升高溫度可提高其非牛頓指數(shù)。但乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白溶液流變性能影響的研究更是鮮有報(bào)道，作者選擇研究乙?；湸既艿鞍住湽鹊鞍坠不煲旱牧髯冃阅埽瑢?duì)指導(dǎo)對(duì)谷朊粉的應(yīng)用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

谷朊粉：食品級(jí)，中紡匯澤生物科技有限公司；乙酸酐、乙醇、氫氧化鈉、尿素、亞硫酸鈉：均為分析級(jí)，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

AR旋轉(zhuǎn)流變儀：美國TA公司產(chǎn)品；RH Basic 1磁力攪拌器：德國IKA公司產(chǎn)品；FE20 pH計(jì)：德國IKA公司產(chǎn)品；RJ-LDL-50G型低速離心機(jī)：瑞江分析儀器有限公司產(chǎn)品；RV 10 digital型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：德國IKA公司產(chǎn)品；海爾BCD-539WT型冰箱；ACPHA1-4型冷凍干燥機(jī)：CHRIST公司產(chǎn)品；DKZ-450B型電熱恒溫振蕩水槽：上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的提取 麥醇溶蛋白和麥谷蛋白的提取參考文獻(xiàn)[8]的方法上略作改動(dòng)。麥醇溶蛋白的提?。簩⒐入梅酆腕w積分?jǐn)?shù)65%乙醇溶液以1 g∶30 mL的料液質(zhì)量體積比混合，50℃下振蕩提取3 h，離心分離，取上清液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，冷凍干燥后得到麥醇溶蛋白。麥谷蛋白的提?。簩⑻崛←湸既艿鞍缀蟮某恋砗退? g∶15 mL的料液質(zhì)量體積比混合，調(diào)節(jié)pH為11.5，60℃下振蕩提取3 h，離心分離，向上清液中添加無水乙醇，配制成體積分?jǐn)?shù)65%乙醇溶液，并調(diào)節(jié)pH為7，4℃下過夜后離心，沉淀用蒸餾水洗滌3次，冷凍干燥后得到麥谷蛋白。

1.2.2 麥醇溶蛋白的乙酰化改性 乙?；湸既艿鞍椎闹苽鋮⒖嘉墨I(xiàn)[9]略作改動(dòng)。配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的麥醇溶蛋白溶液，40℃下分別加入麥醇溶蛋白質(zhì)量 0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%和 1.5%的乙酸酐，維持pH在8.0～8.5，不斷攪拌反應(yīng)0.5 h，反應(yīng)結(jié)束后離心3次，冷凍干燥得到不同乙?；潭鹊柠湸既艿鞍?。

1.2.3 麥醇溶蛋白乙?；潭鹊臏y(cè)定 茚三酮法[10-11]。取1 mL體積分?jǐn)?shù)1%乙酰化麥醇溶蛋白溶液加入試管中，然后加入1 mL體積分?jǐn)?shù)0.2%茚三酮溶液，混合均勻后沸水浴加熱10 min，迅速冷卻至25℃，加入3 mL體積分?jǐn)?shù)65%乙醇溶液，以體積分?jǐn)?shù)65%乙醇溶液/茚三酮溶液作為空白對(duì)照，測(cè)定其在580 nm處的吸光度，乙酰化程度計(jì)算公式如下：

1.2.4 乙?；湸既艿鞍兹芤汉鸵阴；湸既艿鞍?麥谷蛋白溶液的配制 按照參考文獻(xiàn)[12]的方法分別配制不同乙?；潭鹊柠湸既艿鞍兹芤杭捌渑c麥谷蛋白共混溶液，麥谷蛋白與麥醇溶蛋白以質(zhì)量比1∶1比例混合，并將蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)調(diào)至15%，靜置待用。

1.2.5 乙?；湸既艿鞍?麥谷蛋白溶液流變性能的測(cè)定 采用旋轉(zhuǎn)流變儀測(cè)定不同乙?；潭鹊柠湸既艿鞍兹芤杭捌渑c麥谷蛋白共混溶液的剪切應(yīng)力和表觀黏度隨剪切速率的變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙酸酐用量對(duì)麥醇溶蛋白乙酰化程度的影響

麥醇溶蛋白的乙?；潭入S著乙酸酐用量的增加而增大，但增幅在不斷地減小。這可能是因?yàn)樵诜磻?yīng)初始階段，隨著乙酸酐用量的增大，分子間碰撞幾率增增大，反應(yīng)速率增大；但隨著乙酸酐用量繼續(xù)增大，麥醇溶蛋白上的反應(yīng)位點(diǎn)逐漸趨于飽和[13]，影響反應(yīng)效率的繼續(xù)提高，從而使得麥醇溶蛋白乙?；潭扰c乙酸酐用量不成正比。

2.2 乙?；湸既艿鞍兹芤毫髯冃阅艿难芯?/h3>

由圖1可知，麥醇溶蛋白溶液具有較小的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)，乙酰化麥醇溶蛋白溶液無結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)。乙?；男郧暗柠湸既艿鞍兹芤菏羌羟凶兿⌒土黧w，結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)較小，而乙?；湸既艿鞍滓胍阴；鵞5]后，蛋白溶液轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟性龀硇土黧w。

圖1 乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白溶液結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)的影響Fig.1 Effect of acetylation on structural viscosity index of gliadin solution

由圖2可知，作用于乙?；湸既艿鞍兹芤旱募羟袘?yīng)力隨著剪切速率的增大而增大，隨著乙?；潭鹊脑龃蠖龃?。表1為不同乙?；潭鹊柠湸既艿鞍兹芤旱姆桥ｎD指數(shù)。麥醇溶蛋白溶液的的非牛頓指數(shù)為0.976 2，是假塑性流體；乙?；湸既艿鞍兹芤旱姆桥ｎD指數(shù)均大于1，且隨著乙?；潭鹊脑龃蠖龃螅敲浰苄粤黧w。麥醇溶蛋白的乙?；男栽诘鞍追肿渔溕弦肓艘阴；鵞5]，鏈長增加，單位體積內(nèi)分子數(shù)目增多，蛋白分子鏈間纏結(jié)幾率增大，形成聚合線團(tuán)能力增強(qiáng)，所需的剪切應(yīng)力增大，從而使乙?；湸既艿鞍兹芤杭羟性龀恚桥ｎD指數(shù)增大；隨著剪切速率的增大，乙酰化麥醇溶蛋白形成的聚合線團(tuán)數(shù)量增大，分子間距減小，分子間相互作用力增大[14]，也會(huì)使乙?；湸既艿鞍兹芤杭羟性龀恚桥ｎD指數(shù)增大[15]。引入了乙酰基[5]的麥醇溶蛋白相對(duì)分子質(zhì)量增大，分子鏈柔順性減小，分子間作用力增大[16]，分子鏈相互纏結(jié)幾率增大，因此麥醇溶蛋白溶液的黏度隨著乙?；潭鹊脑龃蠖龃蟆?/p>

圖2 乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白溶液非牛頓指數(shù)的影響Fig.2 Effect of acetylation on non-Newtonian index of gliadin solution

表1 乙酰化對(duì)麥醇溶蛋白溶液非牛頓指數(shù)的影響Table 1 Effect of acetylation on non-Newtonian index of gliadin solution

2.3 乙酰化麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液流變性能的研究

由圖3可知，乙酰化麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液的黏度比同濃度的乙?；湸既艿鞍兹芤旱拇螅还不煲旱慕Y(jié)構(gòu)黏度指數(shù)隨著麥醇溶蛋白乙?；潭鹊脑龃蠖鴾p小。共混液中的麥谷蛋白與乙酰化麥醇溶蛋白相互纏結(jié)，此外，含有高分子量亞基的麥谷蛋白的加入使得溶液中蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量分布變寬[17]，所以共混液的黏度高于同濃度的乙?；湸既艿鞍兹芤?。在達(dá)到一定剪切速率后，隨著麥醇溶蛋白乙?；潭鹊脑龃螅湸既艿鞍缀望湽鹊鞍椎睦p結(jié)幾率減小[18]，從而使其結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)減小。

圖4為乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液非牛頓指數(shù)的影響。由圖4可知，乙酰化麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液的剪切應(yīng)力隨著剪切速率的增大而增大，隨著麥醇溶蛋白乙?；潭鹊脑龃蠖鴾p小。表2為不同乙?；潭鹊柠湸既艿鞍住湽鹊鞍坠不煲旱姆桥ｎD指數(shù)。由表2可以看出，麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液的非牛頓指數(shù)隨著乙酰化程度的增大而增大，但均小于1，共混液是典型的剪切變稀型流體。麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液中兩種蛋白鏈混合后，形成較多柔性鏈，而在剪切過程中，柔性鏈主要通過鏈段運(yùn)動(dòng)進(jìn)行取向，隨著剪切速率的提高，鏈段中的應(yīng)力來不及弛豫及發(fā)生取向，導(dǎo)致各流層間傳遞動(dòng)能的能力減小，牽拽力減小，流動(dòng)阻力減小，因而共混液的黏度隨著剪切速率的增大而減小[19-22]。也可能是因?yàn)殡S著剪切速率的增加，蛋白分子鏈沿著剪切方向排列更整齊，也可使共混液黏度減小[23]。共混液中乙酰化麥醇溶蛋白分子鏈與麥谷蛋白分子鏈相互纏結(jié)，隨著乙?；潭鹊脑龃螅湸既艿鞍追肿由煺?，溶解度增大[24]，兩種蛋白纏結(jié)幾率減小，因此乙?；湸既艿鞍住湽鹊鞍坠不煲旱酿ざ入S著乙酰化程度的增大而減小[18]。

圖3 乙酰化對(duì)麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混液結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)的影響Fig.3 Effect of acetylation on structural viscosity index of gliadin/glutenin blend solution

圖4 乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混溶液非牛頓指數(shù)的影響Fig.4 Effect of acetylation on non-Newtonian index of gliadin/glutenin blend solution

表2 乙?；瘜?duì)麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混溶液非牛頓指數(shù)的影響Table 2 Effect of acetylation on non-Newtonian index of gliadin/glutenin blend solution

3 結(jié) 語

通過對(duì)麥醇溶蛋白進(jìn)行乙?；幚恚⒀芯科淞髯儗W(xué)特性，結(jié)果表明：雖然乙?；@著改變了麥醇溶蛋白的流變學(xué)特性，使其由剪切變稀型變?yōu)榧羟性龀硇土黧w，且麥醇溶蛋白溶液的黏度隨著乙酰化程度的增大而增大；但乙?；湸既艿鞍住湽鹊鞍坠不烊芤旱酿ざ入S著乙?；潭鹊脑龃蠖鴾p小，且呈現(xiàn)典型的剪切變稀型流體性質(zhì)。乙酰化降低了麥醇溶蛋白—麥谷蛋白共混溶液的結(jié)構(gòu)黏度指數(shù)，改善了成膜、纖維化等性質(zhì)，進(jìn)而改善了其應(yīng)用效果。