物理預(yù)處理對(duì)小麥麩皮-大豆混合蛋白功能性質(zhì)的影響

摘要：采用超聲和微波兩種預(yù)處理對(duì)小麥麩皮-大豆混合蛋白進(jìn)行物理改性，探究?jī)煞N改性方法對(duì)混合蛋白功能性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，與混合蛋白相比，超聲改性混合蛋白的溶解性、乳化性、乳化穩(wěn)定性和持水性顯著提高（P＜0.05），UWSP（30）分別提高了411.77%、109.49%、47.80%和167.60%；微波改性混合蛋白的游離巰基含量、總巰基含量、表面疏水性、溶解性、乳化性和持油性也顯著提高（P＜0.05），MWSP（500）分別提高了112.59%、110.08%、122.96%、635.90%、241.04%和327.57%。除二硫鍵含量和起泡性外，微波改性混合蛋白的其他功能性質(zhì)均優(yōu)于超聲改性。研究結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)某暫臀⒉ㄌ幚砜筛纳苹旌系鞍椎墓δ苄再|(zhì)。

關(guān)鍵詞：小麥麩皮蛋白；大豆蛋白；超聲；微波；功能性質(zhì)

中圖分類號(hào)：TS210.1""""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"""""文章編號(hào)：1000-9973（2025）02-0075-06

Effect of Physical Pretreatment on Functional Properties of Wheat

Bran-Soybean Mixed Protein

ZHU La-ji¹， WANG Yu²， WU Hong-yan^1*， MA Xin-rui¹， YAO Shuang²， GAO Hai-juan²，

WANG De-xiang²， XU Ying-yi¹

（1.College of Food and Bioengineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China; 2.Animal

Husbandry and Veterinary Branch of Heilongjiang Academy of Agricultural

Sciences， Qiqihar 161005， China）

Abstract： The physical modification of wheat bran-soybean mixed protein is carried out using ultrasonic and microwave pretreatment to investigate the effects of two modification methods on the functional properties of mixed protein.The results show that compared with mixed protein， the solubility， emulsification， emulsifying stability and water holding capacity of mixed protein modified by ultrasound significantly increase （Plt;0.05）， with UWSP （30） increasing by 411.77%， 109.49%， 47.80%， 167.60% respectively. The free sulfhydryl content， total sulfhydryl content， surface hydrophobicity， solubility， emulsification and oil holding capacity of mixed protein modified by microwave also significantly increase （Plt;0.05）， with MWSP （500） increasing by 112.59%， 110.08%， 122.96%， 635.90%， 241.04%， 327.57% respectively. Except for the disulfide bond content and foamability， other functional properties of mixed protein modified by microwave are all superior to those of mixed protein modified by ultrasound. The research results show that appropriate ultrasonic and microwave treatment can improve the functional properties of mixed protein.

Key words： wheat bran protein; soy protein; ultrasound; microwave; functional properties

小麥麩皮蛋白含量為12%～18%，含有8種人體必需氨基酸，是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)^[1]。麩皮蛋白中賴氨酸、蛋氨酸的含量較豆粕和玉米胚芽等飼料更豐富，但其溶解性、乳化性等功能特性較差。大豆蛋白含量高達(dá)40%，是優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)，含有人體必需氨基酸。但由于大豆蛋白結(jié)構(gòu)致密，其溶解性、乳化性等功能性質(zhì)不如乳清蛋白^[2]。作為小麥和大豆加工的副產(chǎn)物，將麩皮蛋白與大豆蛋白按一定比例混合，再對(duì)混合蛋白進(jìn)行物理改性，提高混合蛋白的溶解性、乳化性等功能特性，將大大增加小麥和大豆在食品工業(yè)中的附加值。超聲波作為一種物理預(yù)處理手段已被應(yīng)用于蛋白質(zhì)改性技術(shù)。閆雨潔等^[3]采用超聲輔助糖基化對(duì)卵白蛋白進(jìn)行改性，制備的超聲改性卵白蛋白-木糖接枝物乳液液滴尺寸微小，且有更好的環(huán)境穩(wěn)定性，顯著改善了乳化性能。鄧愛(ài)華等^[4]研究發(fā)現(xiàn)，超聲波處理顯著提高了葵花籽蛋白的溶解性、乳化性等功能特性。林澤鉗等^[5]采用短時(shí)微波-超聲蛋白改性和低溫水浴乳清分離蛋白糖基化的方法，優(yōu)化乳清分離蛋白-低聚半乳糖綴合物的制備工藝，得到的綴合物具有較好的乳化性、pH穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。作為兩種物理改性技術(shù)，超聲波和微波在安全性上遠(yuǎn)優(yōu)于化學(xué)改性。目前使用超聲和微波兩種方法物理改性混合蛋白的系統(tǒng)性研究較少。因此，本研究旨在比較超聲和微波兩種不同的物理預(yù)處理方法對(duì)混合蛋白功能特性的影響，研究結(jié)果將為探討有效的蛋白質(zhì)改性方法和制備優(yōu)質(zhì)的小麥麩皮-大豆混合蛋白提供理論指導(dǎo)。

1"材料與設(shè)備

小麥麩皮：煙臺(tái)寶洋面業(yè)有限公司；豆粕：九三糧油工業(yè)集團(tuán)有限公司。

JBT/C-YCL400T/3P（D）超聲藥品處理機(jī)"濟(jì)寧金百特生物機(jī)械有限公司；M1-211A美的微波爐"廣東美的廚房電器制造有限公司；DF-101T-5型集熱式磁力加熱攪拌器"佛山南北潮電子商務(wù)有限公司；FJ300-S數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī)"上海標(biāo)本模型廠；HBS-1101酶標(biāo)儀"南京德鐵實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

2"方法

2.1"小麥麩皮蛋白（wheat bran protein，WBP）的制備

參考許英一等^[6]的制備方法，得到小麥麩皮蛋白（WBP）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（82.64±0.99）%。

2.2"大豆蛋白（soybean protein，SP）的制備

參考江連洲等^[7]的制備方法，得到大豆蛋白（SP）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（84.79±1.25）%。

2.3"小麥麩皮-大豆混合蛋白（wheat bran-soybean mixed protein，WSP）的制備

根據(jù)課題組前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果，按照WBP∶SP為 7∶3制備混合蛋白（WSP）。

2.4"超聲改性小麥麩皮-大豆混合蛋白（ultrasonic modified wheat bran-soybean mixed protein，UWSP）的制備

配制質(zhì)量濃度為50 mg/mL的混合蛋白（WBP∶SP為7∶3）的磷酸鹽緩沖溶液（0.2 mol/L，pH 9），調(diào)pH至中性，冰浴超聲處理（20 kHz，220 W），超聲時(shí)間分別為5，10，15，30 min，凍干得到超聲改性混合蛋白產(chǎn)物，分別記為UWSP（5）、UWSP（10）、UWSP（15）和UWSP（30）。

2.5"微波改性小麥麩皮-大豆混合蛋白（microwave modified wheat bran-soybean mixed protein，MWSP）的制備

配制質(zhì)量濃度為50 mg/mL的混合蛋白（WBP∶SP為7∶3）的磷酸鹽緩沖溶液（0.2 mol/L，pH 9），調(diào)pH至中性，微波處理（50 kHz，30 s），微波功率分別為100，200，300，500 W，凍干得到微波改性混合蛋白產(chǎn)物，分別記為MWSP（100）、MWSP（200）、MWSP（300）和MWSP（500）。

2.6"巰基和二硫鍵含量的測(cè)定

參考Shen等^[8]的方法。用去離子水將樣品稀釋至質(zhì)量濃度為1%。為了測(cè)定游離巰基含量，將0.5 mL 1%蛋白質(zhì)溶液加入2.5 mL Tris-甘氨酸緩沖液（0.086 mol/L Tris，0.09 mol/L甘氨酸，0.004 mol/L EDTA，pH 8.0）中，含有8 mol/L尿素的相同緩沖液用于測(cè)定總巰基含量，然后將0.02 mL Ellman試劑（4 mg/mL DTNB溶解在Tris-甘氨酸緩沖液中）加入緩沖液中，室溫下反應(yīng)15 min，以不加樣品、只加Ellman的試劑為空白，用紫外可見分光光度計(jì)在412 nm處測(cè)定吸光度。巰基和二硫鍵含量計(jì)算公式如下：

游離巰基（SH_F，μmol/g）或總巰基（SH_T，μmol/g）=75.53×A_{412 nm}×DC。

S－S（μmol/g）=SH_T－SH_F2。

式中：A_{412 nm}為波長(zhǎng)412 nm處樣品的吸光度值；D為稀釋倍數(shù)；C為樣品濃度，mg/mL。

2.7"表面疏水性（H₀）的測(cè)定

參考許英一等^[9]的方法。

2.8"溶解性的測(cè)定

參考Du等^[10]的方法。

2.9"乳化性和乳化穩(wěn)定性的測(cè)定

參考王立博等^[11]的方法。

2.10"持水性和持油性的測(cè)定

參考Ajibola等^[12]的方法并略作修改。稱取3.0 g樣品置于離心管中，稱離心管和樣品的總重，記為m₁，向其中加入25 g去離子水（或大豆油），渦旋1 min，室溫下靜置30 min后離心（7 000 r/min，25 min），傾倒出上清液，稱離心管和樣品殘留物的總重，記為m₂。持水性（WHC）和持油性（OHC）的計(jì)算公式如下：

WHC（g/g）或OHC（g/g）=m₂－m₁3.0。

2.11"起泡性和泡沫穩(wěn)定性的測(cè)定

參考Fu等^[13]的方法并略作修改。稱取0.5 g樣品置于燒杯中，加入50 mL去離子水，磁力攪拌使其充分溶解。使用高速分散均質(zhì)機(jī)進(jìn)行機(jī)械剪切（10 000 r/min，2 min），立即記錄體積V₁（mL），然后將溶液在室溫下放置30 min，記錄體積V₂（mL）。起泡性（FC）和泡沫穩(wěn)定性（FS）的計(jì)算公式如下：

FC（%）=V₁-5050×100%。

FS（%）=V₂-50V₁-50×100%。

2.12"數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用 IBM SPSS 21.0進(jìn)行方差和顯著性分析，使用 Origin 2021繪圖，Plt;0.05表示差異顯著。

3"結(jié)果與分析

3.1"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）巰基和二硫鍵含量的影響

二硫鍵是蛋白質(zhì)分子中兩個(gè)半胱氨酸殘基的巰基通過(guò)脫氫作用形成的共價(jià)鍵，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)構(gòu)象的重要化學(xué)鍵^[14]。由圖1中A可知，超聲時(shí)間在0～30 min時(shí)，UWSP游離巰基含量減少，總巰基和二硫鍵含量先上升后下降。UWSP（10）的總巰基和二硫鍵含量達(dá)到最高，比對(duì)照（WSP）分別提高了72.56%和198.97%，這是由于超聲波的空化效應(yīng)會(huì)使水中產(chǎn)生氧化性強(qiáng)的雙氧水，使蛋白表面的游離巰基被氧化成亞磺酸或磺酸，游離巰基含量減少^[15]。同時(shí)超聲波處理使埋藏在蛋白質(zhì)內(nèi)部的巰基暴露，巰基氧化生成二硫鍵，與康石花^[16]的研究結(jié)果一致。

由圖1中B可知，當(dāng)微波功率在0～500 W時(shí)，微波處理的混合蛋白（MWSP）的游離巰基和總巰基含量均顯著增大（Plt;0.05），二硫鍵含量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。MWSP（500）的游離巰基和總巰基含量最高，比對(duì)照（WSP）分別提高了112.59%和110.08%。Fan等^[17]的研究發(fā)現(xiàn)微波加熱破壞了大米蛋白分子間和分子內(nèi)的二硫鍵和游離巰基含量上升。韓莉君等^[18]的研究結(jié)果與本文結(jié)論一致。比較兩種改性方法，微波改性的游離巰基和總巰基含量高于超聲改性，但二硫鍵含量稍低于超聲改性。

3.2"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）表面疏水性的影響

蛋白質(zhì)表面疏水性（H₀）是由蛋白質(zhì)的氨基酸殘基的電荷分布決定的。由圖2中A可知，當(dāng)超聲時(shí)間在0～30 min時(shí)，UWSP的H₀先上升后下降，UWSP（15）的H₀最大，比對(duì)照（WSP）提高了33.21%，可能是超聲波的空化作用和微流束作用打破了混合蛋白的非共價(jià)鍵，使蛋白質(zhì)部分解折疊，混合蛋白分子內(nèi)部的疏水性氨基酸基團(tuán)暴露出來(lái)，增大了混合蛋白的表面疏水性^[19]。超聲30 min時(shí)又下降，可能是超聲時(shí)間增加，靜電、疏水相互作用使蛋白重新折疊，包裹了一些暴露于表面的疏水基團(tuán)，導(dǎo)致表面疏水性下降。李弓中等^[20]研究超聲處理對(duì)蛋清蛋白的影響也得到相似的結(jié)論。

由圖2中B可知，微波功率在0～500 W時(shí)，MWSP的H₀顯著升高（Plt;0.05），MWSP（500）的H₀最大，比對(duì)照（WSP）提高了122.96%，與3.1中巰基含量變化趨勢(shì)一致。隨著微波功率的增加，混合蛋白空間結(jié)構(gòu)疏松，疏水基團(tuán)暴露，表面疏水性升高，與韓莉君等^[18]研究微波處理花生蛋白的結(jié)論一致。比較兩種改性方法，微波改性的表面疏水性高于超聲改性。

3.3"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）溶解性的影響

蛋白質(zhì)的溶解性可以反映蛋白質(zhì)與水分子之間的水合能力。由圖3中A可知，當(dāng)超聲時(shí)間為0～30 min時(shí)，UWSP的溶解性顯著升高（Plt;0.05），UWSP（30）的溶解性最大，比對(duì)照（WSP）提高了411.77%，這是因?yàn)槌暡óa(chǎn)生的空化效應(yīng)和剪切力可以解聚蛋白質(zhì)聚集體，蛋白質(zhì)顆粒粒徑減小，表面積增加，與水分子的結(jié)合能力增大，溶解性增大。

由圖3中B可知，當(dāng)微波功率為0～500 W時(shí)，MWSP的溶解性顯著升高（Plt;0.05），MWSP（500）的溶解性最大，比對(duì)照（WSP）提高了635.90%，這是由于適當(dāng)?shù)奈⒉ㄌ幚砜梢允共糠植蝗苄缘鞍邹D(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘鞍?，改善其水合作?sup>[21]。蘇巧艷^[22]和韓莉君等^[18]在微波處理藜麥蛋白和花生蛋白的研究中得到了類似的結(jié)果。比較兩種改性方法，微波改性的溶解性高于超聲改性。

3.4"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）乳化性和乳化穩(wěn)定性的影響

乳化性是蛋白質(zhì)最重要的功能特性之一，在食品加工生產(chǎn)中具有十分重要的意義。由圖4中A可知，當(dāng)超聲時(shí)間為0～30 min時(shí)，UWSP的乳化性（EAI）和乳化穩(wěn)定性（ESI）顯著升高（Plt;0.05），UWSP（30）的EAI和ESI均最大，比對(duì)照（WSP）分別提高了109.49%和47.80%，與此超聲條件下蛋白質(zhì)具有最大的溶解性（見圖3中A）相關(guān)。超聲波的空化效應(yīng)和剪切力使蛋白質(zhì)顆粒粒徑減小，蛋白質(zhì)的溶解性增大，乳化能力增強(qiáng)。

由圖4中B可知，當(dāng)微波功率為0～500 W時(shí)，MWSP的EAI顯著升高（Plt;0.05），MWSP（500）的EAI最大，比對(duì)照（WSP）提高了241.04%，與此微波條件下蛋白質(zhì)具有最大的溶解性（見圖3中B）相關(guān)。MWSP的ESI先升高后降低，MWSP（200）的ESI最大，比對(duì)照（WSP）提高了94.21%，這可能是因?yàn)樵谖⒉ㄝ椛湎庐a(chǎn)生一定的極化效應(yīng)，MWSP的剛性結(jié)構(gòu)被破壞，疏水基團(tuán)暴露，促進(jìn)了它們?cè)谟退畠上嘟缑娴恼归_和重新排列^[23]。比較兩種改性方法，微波改性的乳化性和乳化穩(wěn)定性均高于超聲改性。

3.5"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）持水性和持油性的影響

由圖5中A可知，當(dāng)超聲時(shí)間為0～30 min時(shí)，UWSP的持水性顯著升高（Plt;0.05），UWSP（30）的持水性最大，比對(duì)照（WSP）提高了167.60%，與此超聲條件下蛋白質(zhì)具有最大的溶解性（見圖3中A）和乳化性（見圖4中A）相關(guān)。超聲處理使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)疏松，內(nèi)部的親水性基團(tuán)暴露，蛋白質(zhì)的水合性增加，持水性增大。UWSP的持油性先上升后下降，UWSP（15）的持油性最大，比對(duì)照（WSP）提高了292.16%，這可能是超聲波產(chǎn)生的空化效應(yīng)使埋藏在內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露出來(lái)，提高了蛋白的持油性。

由圖5中B可知，當(dāng)微波功率為0～500 W時(shí)，MWSP的持水性先升高后降低，MWSP（300）的持水性最大，比對(duì)照（WSP）提高了168.09%。微波產(chǎn)生的極化效應(yīng)可促進(jìn)蛋白質(zhì)分子表面結(jié)構(gòu)展開，松散的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有效地提高了蛋白質(zhì)與水分的結(jié)合能力，且多肽側(cè)鏈極性基團(tuán)上的水結(jié)合位點(diǎn)更多地暴露出來(lái)，易發(fā)生水化作用使持水能力提高^[24]。MWSP的持油性顯著升高（Plt;0.05），MWSP（500）的持油性最大，比對(duì)照（WSP）提高了327.57%。當(dāng)微波功率增大時(shí)，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變得松散，球狀分子內(nèi)的側(cè)鏈因解離、開鏈等作用向蛋白質(zhì)分子的表面轉(zhuǎn)移，使蛋白質(zhì)分子更好地吸附和結(jié)合脂類物質(zhì)，持油能力增強(qiáng)。比較兩種改性方法，微波改性的持水性和持油性均高于超聲改性。

3.6"超聲和微波處理對(duì)混合蛋白（WSP）起泡性和泡沫穩(wěn)定性的影響

蛋白質(zhì)的表面張力、表面疏水性是影響蛋白質(zhì)起泡性的重要因素，良好的蛋白質(zhì)起泡特性可賦予食品良好的口感和松軟的結(jié)構(gòu)^[16]。由圖6中A可知，當(dāng)超聲時(shí)間為0～30 min時(shí)，UWSP的起泡性（FC）先升高后降低，UWSP（15）的起泡性最大，比對(duì)照（WSP）提高了125.01%，說(shuō)明適當(dāng)?shù)某曌饔檬够旌系鞍椎慕Y(jié)構(gòu)變得更加松散，疏水基團(tuán)暴露，表面張力降低，起泡性增大。但超聲30 min產(chǎn)生的空化效應(yīng)太強(qiáng)，引起的機(jī)械效應(yīng)和高壓破壞了溶液的起泡系統(tǒng)，導(dǎo)致起泡性稍有減小^[20]。UWSP的泡沫穩(wěn)定性（FS）變化幅度不大，當(dāng)超聲處理0～5 min時(shí)，混合蛋白溶液的泡沫穩(wěn)定性顯著下降（Plt;0.05），5 min后泡沫穩(wěn)定性上升，但與對(duì)照相比，超聲處理后溶液的泡沫穩(wěn)定性降低，這可能是因?yàn)槌暯档土嘶旌系鞍兹芤旱酿ざ取?/p>

由圖6中B可知，當(dāng)微波功率為0～500 W時(shí)，MWSP的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均先升高后降低，MWSP（300）的起泡性和MWSP（200）的泡沫穩(wěn)定性最大，比對(duì)照（WSP）分別提高了66.09%和62.19%，這是由于微波處理使混合蛋白分子結(jié)構(gòu)展開，油水兩相界面張力降低，增大了蛋白質(zhì)與空氣的結(jié)合能力，使其易于快速吸附在水-空氣界面上，且肽鏈在界面伸展開可以形成較穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)固的界面膜，因而起泡性和起泡穩(wěn)定性均顯著增強(qiáng)^[25]。較高的微波功率會(huì)引起空氣過(guò)度膨脹，導(dǎo)致蛋白形成的泡沫發(fā)生崩潰，界面間蛋白膜的穩(wěn)定性下降。王思蒙^[24]在微波處理萌發(fā)苦蕎蛋白的研究中得到了類似的結(jié)果。比較兩種改性方法，微波改性的泡沫穩(wěn)定性高于超聲改性，但起泡性低于超聲改性。

4"結(jié)論

采用超聲波和微波對(duì)小麥麩皮-大豆混合蛋白進(jìn)行物理改性處理，與WSP相比，UWSP的溶解性、乳化性、乳化穩(wěn)定性、持水性和MWSP的游離巰基含量、總巰基含量、表面疏水性、溶解性、乳化性、持油性均顯著提高，UWSP的總巰基含量、二硫鍵含量、表面疏水性、持油性、起泡性和MWSP的二硫鍵含量、乳化穩(wěn)定性、持水性、起泡性、泡沫穩(wěn)定性呈先升高后降低的趨勢(shì)。除二硫鍵含量和起泡性外，微波改性混合蛋白的其他功能性質(zhì)均優(yōu)于超聲改性。結(jié)果表明，超聲處理的空化效應(yīng)、微波產(chǎn)生的極化效應(yīng)均能改變蛋白分子的空間結(jié)構(gòu)，使疏水基團(tuán)暴露，改善了蛋白的溶解性、乳化性、起泡性等功能性質(zhì)。

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