不同處理方式對(duì)米糠蛋白溶解性的影響研究

鄭麗慧 周曉瑞 汪 洋 周 佳 朱 鳳 萬(wàn) 磊 賈俊強(qiáng)

（江蘇科技大學(xué)糧食學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100）

米糠中含有12%～16%的蛋白質(zhì)，其蛋白質(zhì)的氨基酸種類(lèi)較齊全，組成與FAO/WHO推薦模式相似，并且米糠蛋白的體外消化率可達(dá)90%左右，功效比值接近牛乳酪蛋白[1]。目前米糠多數(shù)作為動(dòng)物飼料，其營(yíng)養(yǎng)成分和功能物質(zhì)利用率極低。研究表明，米糠蛋白具有氨基酸組成合理、易消化和低過(guò)敏性等特點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的食用蛋白資源。米糠蛋白缺乏實(shí)用性的主要原因是其提取難度大。在天然狀態(tài)下，米糠中植酸、半纖維素等物質(zhì)的聚集作用以及米糠蛋白含有較多的二硫鍵，使米糠蛋白不易溶于普通溶劑。雖然米糠蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能得到了公眾的認(rèn)可，但是目前還沒(méi)有工業(yè)化的米糠蛋白產(chǎn)品[2]。

超聲波處理是集空化、剪切、劇烈攪拌等綜合作用方法于一體的新興技術(shù)，被認(rèn)為是食品加工領(lǐng)域極具發(fā)展前途的物理改性手段[3-4]。張艷艷等[5]研究了不同工作模式的超聲波處理對(duì)花生粕蛋白功能特性和蛋白結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理通過(guò)改變花生粕蛋白的分子結(jié)構(gòu)改善其功能特性；王藝等[6]探討了不同功率的超聲波處理對(duì)蜂王漿蛋白溶解性、乳化性、起泡性、水解度以及表面疏水性的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波處理能夠引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，從而改善了蜂王漿蛋白的功能特性。文中以米糠蛋白為研究對(duì)象，研究超聲波、超聲輔助酶解對(duì)米糠蛋白溶解性的影響，以期為米糠蛋白的工業(yè)化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮米糠：脫脂處理后粉碎，過(guò)80 目篩備用。木瓜蛋白酶和胃蛋白酶：上海生工生物有限公司；堿性蛋白酶：諾維信生物技術(shù)有限公司；其余化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

HH-S21-6-S 電熱恒溫水浴鍋，上海精其儀器有限公司；PHS-25 PH 計(jì)，上海越平科學(xué)儀器有限公司；56CRT 紫外- 可見(jiàn)分光光度計(jì)，翱藝儀器(上海)有限公司；CP153 分析天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司；DNG-9143BS 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海新苗醫(yī)療器械制造有限公司；BIION92-IIL 超聲波細(xì)胞破碎機(jī)，上海比朗儀器制造有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 米糠蛋白的制備

參照苗向碩等[7]報(bào)道的方法略做修改，脫脂米糠用蒸餾水配制成5.0%的溶液，用1.0 mol/L NaOH調(diào)pH 至10.0，在50 ℃水浴攪拌提取2 h，離心收集上清液，用 1.0 mol/L HCl 調(diào) pH 至 4.2，靜置 30 min后離心，收集沉淀，沉淀用蒸餾水洗滌2 次，真空干燥后得到米糠蛋白。

1.3.2 米糠蛋白溶解度的測(cè)定

參考周洋瑩等[8]描述的方法，采用考馬斯亮藍(lán)G250 染色法測(cè)定蛋白溶解度。取6 支10.0 mL 的帶塞試管，分別加入100 μg/mL 的牛血清白蛋白溶液0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL 后補(bǔ)足蒸餾水到 1.0 mL，各取濃度的稀釋液0.1 mL 置于另外6 支帶塞試管中，分別加入5.0 mL 100 μg/mL 的考馬斯亮藍(lán)G250 溶液，漩渦振蕩混勻，2 min 后在595 nm 下測(cè)定各試管的吸光值，得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)為y=0.0088x+0.0482（R2=0.9946）。

取0.1 mL 蛋白質(zhì)樣品溶液，加入100 μg/mL的考馬斯亮藍(lán)G250 溶液5.0 mL，振蕩混勻，2 min后在595 nm 處測(cè)定吸光值，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算溶液中蛋白質(zhì)的溶解度。

1.3.3 米糠蛋白處理方法

1.3.3.1 超聲波處理

（1）超聲波時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

將米糠蛋白配制成1.0%懸浮液，用超聲波進(jìn)行處理。超聲功率為 200 W，在不同超聲時(shí)間下對(duì)米糠蛋白進(jìn)行處理，處理結(jié)束后測(cè)其溶解性。

（2）超聲波功率對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

將米糠蛋白配制成1.0%懸浮液，用超聲波進(jìn)行處理。超聲時(shí)間為8 min，在不同超聲功率下對(duì)米糠蛋白進(jìn)行處理，處理結(jié)束后測(cè)其溶解度。

1.3.3.2 超聲輔助酶法處理

將米糠蛋白先用超聲波在確定的最佳條件下進(jìn)行處理，處理結(jié)束后，在設(shè)定的酶解條件下進(jìn)行酶解，反應(yīng)混合物經(jīng)干燥后，得到改性后的米糠蛋白。

（1）酶的篩選

將米糠蛋白溶液調(diào)至1%，然后利用酶法改性常用的3 種蛋白酶（胃蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶）對(duì)米糠蛋白進(jìn)行酶解[9]，酶解在最適條件下進(jìn)行，以溶解度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，確定適宜的蛋白酶。

（2）不同酶解條件對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

在pH 7.0 條件下，分別研究酶解時(shí)間、加酶量和酶解溫度對(duì)米糠蛋白溶解性的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波處理對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

2.1.1 超聲波時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

在米糠蛋白濃度1.0%和超聲波功率200 W 的條件下，用超聲波對(duì)米糠蛋白處理不同時(shí)間，研究超聲波時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。隨著超聲時(shí)間的增加，米糠蛋白的溶解度逐漸上升，在超聲波處理8 min 時(shí)米糠蛋白的溶解度（40.2 %）達(dá)到最大，與未處理的相比，超聲處理的米糠蛋白的溶解度增加了11.79%。隨著超聲波處理時(shí)間的進(jìn)一步增加，米糠蛋白的溶解度又逐漸下降，這可能與長(zhǎng)時(shí)間超聲波處理導(dǎo)致米糠蛋白分子的疏水性基團(tuán)暴露有關(guān)。文中研究結(jié)果與楊平等[10]的研究報(bào)道一致，研究發(fā)現(xiàn)：短時(shí)間高強(qiáng)度超聲處理提高了魚(yú)鱗膠原蛋白的溶解性。因此，超聲波時(shí)間選擇8 min 比較適合。

圖1 超聲波時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

2.1.2 超聲波功率對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

在米糠蛋白濃度為1.0%的條件下，用不同超聲波功率處理米糠蛋白8 min，研究超聲波功率對(duì)米糠蛋白溶解度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。隨著超聲波功率的增加，米糠蛋白的溶解度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)超聲波功率為200 W 時(shí)溶解度達(dá)到最大，與未超聲處理的米糠蛋白相比，200 W 超聲處理后，米糠蛋白的溶解度提高了13.08%，隨著超聲波功率進(jìn)一步增大，米糠蛋白溶解度開(kāi)始下降，但仍然高于未處理組，這說(shuō)明適宜的超聲波處理能夠改善蛋白的溶解度。因此，選擇超聲波功率選擇200 W 比較合適。

2.2 超聲輔助酶解對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

在優(yōu)化的超聲波處理?xiàng)l件下，研究超聲波輔助蛋白酶酶解對(duì)米糠蛋白溶解度的影響。

圖2 超聲功率對(duì)米糠蛋白溶解度的影響

2.2.1 蛋白酶的篩選

在各個(gè)酶的最適pH 和溫度下酶解米糠蛋白，研究蛋白酶種類(lèi)對(duì)米糠蛋白溶解度的影響，結(jié)果如圖3 所示。以米糠蛋白溶解度為評(píng)價(jià)指標(biāo)，各酶改善米糠蛋白溶解性的能力從大到小的順序依次為：木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、胃蛋白酶。木瓜蛋白酶現(xiàn)已被用于提高蠶豆蛋白[11]和米蛋白[12]的溶解性。因此，選用木瓜蛋白酶作為米糠蛋白的水解用酶。

圖3 不同酶處理后米糠蛋白的溶解度變化

2.2.2 酶解時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

圖4 酶解時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

利用超聲波輔助木瓜蛋白酶酶解米糠蛋白，研究酶解時(shí)間對(duì)米糠蛋白溶解性的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖可知，在處理時(shí)間0 到200 min 范圍內(nèi)，隨著酶解時(shí)間的增加，米糠蛋白的溶解性隨之增加，在200 min 時(shí)米糠蛋白的溶解性達(dá)到最大，與單純超聲波處理的米糠蛋白相比，超聲波輔助木瓜蛋白酶處理后，米糠蛋白的溶解度提升了23.5%。因此，選用酶解時(shí)間為200 min 比較合適。

2.2.3 酶解溫度對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

酶解溫度對(duì)米糠蛋白的溶解度影響如圖5 所示。從圖中可以看出，在酶解溫度45 ℃時(shí)，米糠蛋白的溶解性為74.83%，達(dá)到最大。因此，選擇酶解溫度45 ℃比較合適。

圖5 酶反應(yīng)溫度對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

2.2.4 加酶量對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

加酶量對(duì)米糠蛋白溶解度的影響如圖6 所示。由圖可知，當(dāng)加酶量在1000～3000 U/g，米糠蛋白的溶解性隨著加酶量的增加而增加，在加酶量為3000 U/g 時(shí)，米糠蛋白的溶解性為74.35%。隨著加酶量的進(jìn)一步增加，米糠蛋白的溶解度略有下降。這可能因?yàn)檩^大的加酶量加速了低分子量肽的形成，促使了產(chǎn)物抑制效應(yīng)的產(chǎn)生。因此，3000 U/g 的加酶量比較合適。

圖6 加酶量對(duì)米糠蛋白溶解性的影響

3 結(jié)論

比較分析了超聲波處理、超聲波輔助酶法處理對(duì)米糠蛋白溶解度的影響。發(fā)現(xiàn)這兩種方法均能提高米糠蛋白的溶解度，其中超聲波輔助酶法要優(yōu)于超聲波處理法。經(jīng)超聲波輔助酶法處理后的米糠蛋白擁有高達(dá)74.83%的溶解度，可廣泛用于食品加工領(lǐng)域。因此研究結(jié)果對(duì)拓寬米糠蛋白資源的應(yīng)用領(lǐng)域和范圍具有積極的意義。