超聲波技術(shù)對燕麥中蛋白質(zhì)加工特性及抗氧化性的影響

馬利華,王 露

(徐州工程學(xué)院 食品與生物工程學(xué)院,江蘇 徐州 221018)

燕麥為禾本科一年生草本植物,屬小雜糧.燕麥中含有脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、抗氧化物等營養(yǎng)成分，是一種優(yōu)質(zhì)谷物[1].在食品加工中，蛋白質(zhì)特性的變化不僅影響食品的營養(yǎng)價值，而且關(guān)乎食品的物理特性、品質(zhì)特性及感官特性[2].采用超聲波加工的食品，隨著其振蕩頻率的增加，液體中的壓力增大，使得超聲波的空氣化作用和機(jī)械剪切力作用得到增強(qiáng)，加快了細(xì)胞壁的破壞速度，從而有利于蛋白質(zhì)分子展開并與溶劑接觸，最終促進(jìn)了蛋白質(zhì)溶解于提取液中[3].超聲處理改變了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)而改變了蛋白的功能[4].超聲波加工食品具有效率高、成本低、操作簡單、污染小等優(yōu)點(diǎn)，對其應(yīng)用已成為食品加工研究的熱點(diǎn)之一.邵婷等[5]以脫脂辣木籽粉為原料，采用超聲輔助法提取蛋白質(zhì)，最高提取率可達(dá)88.09%；李超楠等[6]采用超聲波輔助提取碎米蛋白，提取率高于堿溶酸沉法，且時間縮短了 2～3 h，其持水性、持油性、泡沫穩(wěn)定性、乳化性均有所提高；耿軍鳳等[7]在超聲波功率密度3.17 W/cm2、時間30 min、溫度35 ℃、占空比50 %的條件下，改善了花生蛋白的溶解度、持水性、起泡性等功能與特性.本研究以燕麥為原料，考察不同超聲功率、不同超聲時間處理后燕麥中可溶性蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)的加工特性及抗氧化性的變化，以求為燕麥蛋白質(zhì)相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)與利用提供理論參考.

1材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

燕麥，本地大潤發(fā)超市.

YM-1000Y超聲波細(xì)胞粉碎儀，上海新芝科技股份有限公司；VFD-1000冷凍干燥機(jī)，天津東美儀器公司；RE-2000A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海華科儀器儀表有限公司；ZNCL-BS恒溫磁力加熱攪拌器，上海越眾儀器設(shè)備有限公司；高速離心機(jī)TG-16W-I，濟(jì)南鑫宇醫(yī)療設(shè)備有限公司.

石油醚、NaOH、HCl、考馬斯亮藍(lán)G-250、磷酸、95%乙醇，均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；ABTS、DPPH，sigma試劑公司.

1.2 燕麥蛋白質(zhì)的制備

采用堿溶酸沉法[8]提取燕麥蛋白，即將粉碎后的燕麥粉按料液比(g/mL)1∶2 添加石油醚，浸泡30 min后將石油醚倒掉并待石油醚揮發(fā)完全，得到脫脂燕麥粉.按料液比(g/mL)1∶10加入蒸餾水，調(diào)節(jié)溶液pH為10，40 ℃下水浴2 h，以4 000 r/min離心20 min，收集上清液，調(diào)節(jié)pH為4時有沉淀析出，靜置，離心，將沉淀物水洗至中性，進(jìn)行冷凍干燥，得到燕麥蛋白質(zhì).

1.3 燕麥中可溶性蛋白質(zhì)含量的測定

采用考馬斯亮藍(lán)G250法進(jìn)行測定[9].

1) 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)溶液，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線C=0.009 0X-0.041 8，R2=0.993 5，

式中：X為吸光度；C為蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度，μg/mL.

2) 可溶性蛋白質(zhì)含量測定

式中：V為樣液總體積，mL；W為樣品質(zhì)量，g.

1.4 燕麥蛋白質(zhì)持油性的測定

稱取1 g燕麥蛋白質(zhì)樣品于離心管中，稱量離心管和蛋白質(zhì)樣品的總質(zhì)量，加入5 mL大豆油，攪拌后以4 000 r/min離心15 min，離心后取出游離油，稱量離心管與管中沉淀物的總質(zhì)量[10].

式中：m為蛋白質(zhì)樣品的質(zhì)量，g；m1為離心管和蛋白質(zhì)樣品的總質(zhì)量，g；m2為離心管和管中沉淀物的總質(zhì)量，g.

1.5 燕麥蛋白質(zhì)乳化性的測定

取燕麥蛋白質(zhì)樣品0.50 g于10 mL蒸餾水中，加入等體積大豆油，用磁力攪拌器以1 800 r/min攪拌5 min，然后2 000 r/min下離心10 min，記錄乳化層高度，計(jì)算其乳化性[11].

式中：h為乳化層高度，cm；H為離心管中液體高度，cm.

1.6 燕麥蛋白質(zhì)氮溶指數(shù)測定

稱0.50 g樣品，加入蒸餾水并定容至50 mL，攪拌混勻后以2 000 r/min離心15 min，取上清液，用考馬斯亮藍(lán)法測定蛋白質(zhì)含量，計(jì)算氮溶指數(shù)[12]

式中：N1為上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量，mg；N2為燕麥中提取的總蛋白質(zhì)質(zhì)量，mg.

1.7 燕麥蛋白質(zhì)DPPH抑制率測定

稱取0.012 8 g DPPH，溶解于50 mL容量瓶，定容，搖勻配置成DPPH溶液[13].反應(yīng)液的添加具體見表1.

表1 反應(yīng)液的添加

按表1添加反應(yīng)液進(jìn)行計(jì)算，

1.8 燕麥蛋白質(zhì)ABTS+自由基清除率的計(jì)算[14]

式中A為樣液吸光度值.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)含量的影響

提取率的提高不僅與超聲波獨(dú)特的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)密不可分，也與超聲波對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響有一定聯(lián)系[15].不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)含量的影響如圖1所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：不同功率的超聲波通過不同時間的處理，燕麥中可溶性蛋白質(zhì)含量均高于未處理的.超聲波功率的加強(qiáng)、超聲時間的延長可以在20 min內(nèi)提高燕麥中可溶性蛋白質(zhì)的溶出，達(dá)到最大值；但是超聲功率過大、時間過長反而會使蛋白質(zhì)變性，影響燕麥蛋白質(zhì)的溶出率.

超聲功率100 W下超聲20 min時燕麥蛋白質(zhì)含量達(dá)到最高值57.07 mg/g；超聲功率200、300 W下超聲15 min時，燕麥蛋白質(zhì)含量分別達(dá)到最高值65.02、61.07 mg/g；超聲功率400 W下超聲10 min時，燕麥蛋白質(zhì)含量達(dá)到最高值59.42 mg/g.由此可見，超聲功率200 W下超聲15 min時的處理效果最佳，比未超聲處理的提高了46.6%.

圖1 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)含量的影響

2.2 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)持油性的影響

持油性是指蛋白產(chǎn)品吸附油脂的能力，是非極性脂肪族鏈與蛋白質(zhì)非極性區(qū)之間的疏水性互相作用的結(jié)果[16].不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)持油性的影響如圖2所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示超聲處理后燕麥蛋白質(zhì)的持油性均高于未處理，其原因是超聲波與脂肪分子中的烴鏈相互作用后非極性殘基側(cè)鏈暴露于分子表面，導(dǎo)致油脂更易滲出[17].隨著超聲功率加強(qiáng)、超聲時間的延長，20 min內(nèi)燕麥蛋白持油性達(dá)到最高值后有所下降，這可能是因?yàn)槌暡ǖ奶幚硎沟鞍踪|(zhì)部分變性，結(jié)構(gòu)變得緊密，不溶性蛋白增多，導(dǎo)致其持油性下降.超聲功率200 W下超聲15 min時處理的燕麥蛋白質(zhì)持油性最佳，達(dá)到1.5 g/g,比未超聲處理的提高了40.2%.

圖2 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)持油性的影響

2.3 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)乳化性的影響

蛋白質(zhì)作為一種表面活性物質(zhì)，既含有親水性基團(tuán)又含有親油性基團(tuán)，具有降低水-油界面表面張力的作用，表現(xiàn)為乳化穩(wěn)定性，故而在食品加工中可應(yīng)用這一特性，使產(chǎn)品保持乳化穩(wěn)定狀態(tài)，以延長產(chǎn)品貨架期[18].蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)隨著超聲波處理時間的增加而愈加疏松，從而使極性部分朝向水相，非極性部分朝向脂質(zhì)，因而適當(dāng)?shù)某曁幚砜梢蕴岣哐帑湹鞍踪|(zhì)的乳化性能[19].不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)乳化性的影響如圖3所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：超聲功率200 W下超聲15 min時達(dá)到最大51.82%；隨著超聲時間繼續(xù)延長，燕麥蛋白質(zhì)乳化性有所下降，比未超聲處理的提高了23.1%.

圖3 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)乳化性的影響

2.4 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)氮溶指數(shù)的影響

超聲波處理能夠一定程度提高燕麥蛋白質(zhì)的氮溶指數(shù)，這可能是由于超聲處理過程中超聲空穴效應(yīng)增大了固液接觸的表面積，大量的空穴氣泡使得蛋白顆粒周圍形成較大的壓強(qiáng)，充分伸展了蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致肽鍵斷裂，相互間的作用力下降，親水性氨基酸暴露出來，從而增強(qiáng)了溶解性[20].不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)氮溶指數(shù)的影響如圖4所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：超聲功率100 W下處理20 min時達(dá)到最大值24.88%，蛋白質(zhì)變性程度隨著超聲時間繼續(xù)延長而加大，氮溶指數(shù)有所下降；超聲功率200 W下處理15 min時氮溶指數(shù)達(dá)到最高，比未超聲處理的提高了43.5%.

圖4 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)氮溶指數(shù)的影響

2.5 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)DPPH自由基清除率的影響

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)是其功能特性的基礎(chǔ)，空間結(jié)構(gòu)的改變會在一定程度上引起蛋白質(zhì)功能特性的變化[21].不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)DPPH自由基清除率的影響如圖5所示.超聲波處理不只對蛋白質(zhì)的理化功能特性有影響，對蛋白質(zhì)的生物活性也有一定程度的影響,即燕麥蛋白質(zhì)對DPPH自由基具有清除的作用，隨著超聲時間和功率的變化，燕麥蛋白質(zhì)對DPPH自由基的清除作用均有一定程度的提高.這可能是與超聲波處理改變了燕麥蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)有關(guān).實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：超聲功率200 W下處理15 min時DPPH自由基清除率達(dá)到最高85.03%，比未超聲處理的提高了39.3%.

圖5 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白DPPH自由基清除率的影響

2.6 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)ABTS+自由基清除率的影響

不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì)ABTS+自由基清除率的影響如圖6所示.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：超聲波處理能夠提高燕麥蛋白質(zhì)對ABTS+自由基的清除作用，隨著超聲時間的增加，各功率下燕麥蛋白質(zhì)對ABTS+自由基的清除率呈現(xiàn)先增長后降低的趨勢；超聲功率200 W下處理15 min時ABTS+自由基清除率達(dá)到最高81.93%，比未超聲處理的提高了33.9%.

圖6 不同超聲功率、時間對燕麥蛋白質(zhì) ABTS+自由基清除率的影響

3 結(jié)語

適當(dāng)?shù)某暡ㄌ幚砜梢蕴岣哐帑湹鞍踪|(zhì)的含量，改善燕麥蛋白質(zhì)功能特性和抗氧化性，但是超聲時間過長、功率過大會破壞蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)，改變蛋白質(zhì)分子聚集程度以及蛋白質(zhì)表面的疏松程度等，致使蛋白質(zhì)變性以及蛋白質(zhì)持油性、乳化性等蛋白質(zhì)特性以及DPPH自由基清除率、ABTS+自由基清除率出現(xiàn)下降的趨勢，從而對蛋白質(zhì)食品及生物活性產(chǎn)生不利影響.關(guān)于超聲波加工對燕麥蛋白質(zhì)的影響研究有益于燕麥及其相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn).