首页

碱性蛋白酶水解小麦蛋白产物乳化活性研究

  摘要 碱性蛋白酶水解小麦蛋白产物乳化活性研究结果表明:3个因素对小麦蛋白粉乳化性的影响由强到弱的顺序为pH值>碱性蛋白酶/小麦蛋白粉质量>温度,最佳酶解条件为pH值7.5、底物浓度2.5%、温度60 ℃,此时的乳化活力指数达到最高,EAI为15.48 m2/g。研究结果可为利用小麦蛋白粉开发天然乳化剂提供参考。

  关键词 小麦蛋白粉;碱性蛋白酶;正交试验;乳化活力指数

  中图分类号 TS201.1 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2015)17-0314-03

  Study on Emulsifying Properties of Wheat Gluten by Alkali Protease Treatment

  ZHAO Hao-bin QUE Fei * FENG Wen-jie

  (Department of Applied Engineering,Zhejiang Economic and Trade Polytechnic,Hangzhou Zhejiang 310018)

  Abstract Through the study on the emulsifying properties of wheat gluten by alkali protease,results showed that the order on the effect of 3 factors on the emulsifying properties of wheat protein from strong to weak was pH value>alkaline protease/wheat flour quality>temperature,the optimal conditions were pH value of 7.5,temperature of 60 ℃,the ratio of proteases and substrate of 2.5%. Under above conditions,emulsifying property index reached 15.48 m2/g. This study could provide reference for the development of natural emulsifier using wheat protein powder.

  Key words wheat gluten;alkali protease;orthogonal test;emulsifying property index

  小麦蛋白粉为小麦淀粉生产过程中产生的副产品,其为植物蛋白源,营养丰富,含有人体必需的15种氨基酸,但含有较多的疏水性和不带电的氨基酸含量,难以与加工需求相适应,在应用上受到了一定的限制[1]。对小麦蛋白进行改性,改变其溶解度,可以提高其功能特性,研究比较多的是乳化性。

  目前,提高小麦蛋白乳化性的方法主要有以下4种,分别包括化学法、物理法、酶解法和基因工程法。目前,由于酶解法反应条件温和、能耗低,安全天然,逐渐成为研究热点,Kong X Z等[2]、张锐昌等[3]、齐军茹等[4]在小麦蛋白改性方面的研究选择了胰酶、胰蛋白酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶等,经过效果比较,对小麦蛋白进行改性后,则其分子结构发生了明显变化,其酶解产物的一些功能性质发生了明显的变化,如乳化性、水溶性、起泡性等,因此可在食品及饲料开发中得到应用。其中,碱性酶、胰酶等在条件为碱性的条件下对小麦蛋白的水解程度较大,产生的改性效果也较为明显,因此成为相关学者研究的重点。

  本文选择乳化活力作为试验的指标设计正交试验,对碱性酶水解小麦蛋白的工艺条件进行了较为系统的研究,现将试验情况总结如下。

  1 材料与方法

  1.1 试验材料

  试验材料包括济宁和美生物工程有限公司生产的碱性蛋白酶、徐州澳凯小麦淀粉有限公司生产的小麦蛋白粉、广东天地食品贸易有限公司生产的纯正花生油等。药剂包括十二烷基硫酸钠(SDS)、三氯乙酸(TCA)、福林试剂等,其中甲醛、盐酸、氢氧化钠等为分析纯,水为蒸馏水。仪器包括上海精密科学仪器有限公司生产的分光光度计(752N)、上海大中分析仪器厂生产的酸度计(pHS-25B)、国华电器有限公司生产的水浴锅(HH-4)、上海沪西分析仪器厂生产的恒温磁力搅拌器(90-1型)。

  1.2 试验方法

  1.2.1 蛋白酶活性测定。采用福林-酚试剂法[5]测定蛋白酶活力。

  1.2.2 小麦蛋白粉粗蛋白含量测定。采用凯氏定氮法(2010年标准)测定小麦蛋白粉粗蛋白含量。

  1.2.3 小麦蛋白粉乳化性测定。测定小麦蛋白粉乳化性的方法为取0.1%蛋白溶液45 mL,加入纯正花生油15 mL中,在离心速度为10 000 r/min、室温下进行搅拌,时间控制为1 min即可,取样的时间分别在搅拌后的0、5、10 min,取样的部位为底部[6]。以0.1%(w/v)的SDS稀释100倍,对500 nm处的吸光值A500进行测定,空白溶液选择SDS。乳化活力指数EAI可用零时刻的吸光值表示,计算公式如下:

  EAI=■(1)

  式(1)中,EAI表明蛋白质的乳化面积,单位为m2/g;N表示稀释倍数;Ф表示油相所占的分数,本试验中油相占1/4;C表示蛋白质的浓度,单位为g/mL;L表示比色池光径,单位为1 cm。

  以5、10 min时刻的吸光值表示乳化稳定指数(ESI):

  ESI=■=■(2)

  式(2)中,A0表示零时刻的吸光值;At表示t时刻时的吸光值;ΔT表示时间差;ΔA表示ΔT内的吸光值差。   1.2.4 小麦蛋白粉乳化性影响的单因素考查。

  (1)温度对小麦蛋白粉乳化性的影响。取5份小麦蛋白粉5 g溶解在蒸馏水95 mL中,并将pH值调到8.5,加入碱性蛋白酶0.05 g,分别在40、45、50、55、60 ℃的水浴锅中进行反应,滴定的试剂选择1 mol/L NaOH,pH值控制为8.5,反应时间达到2 h后,将5份反应样均放在温度为95 ℃下进行灭酶,时间为10 min,然后按照1.2.3中的方法,对乳化活力指数进行测定。

  (2)pH值对小麦蛋白粉乳化性的影响。准备5份小麦蛋白粉5g溶解于95 mL的蒸馏水中,加入适量的碱性蛋白酶(0.05 g),将pH值分别调节为7.5、8.0、8.5、9.0、9.5,然后将5份样品均放在温度为50 ℃的水浴锅中反应,滴定的试剂为1 mol/L NaOH,pH值应保持恒定,反应的时间达到2 h后,在温度为95 ℃下进行灭酶,时间控制为10 min,然后按照1.2.3中的方法,进行乳化活力指数的计算。

  (3)E/S(碱性蛋白酶/小麦蛋白粉质量比)对小麦蛋白粉乳化性的影响。准备5份小麦蛋白粉5 g溶解于95 mL的蒸馏水中,并将pH值统一调至8.5,分别加入碱性蛋白酶0.025、0.050、0.075、0.100、0.125 g,然后放在温度为50 ℃的水浴锅中进行反应,滴定的试剂选择1 mol/L NaOH,pH值维持在8.5,反应时间达到2 h后,5份样品均放置在温度为95 ℃的条件下进行灭酶处理,时间控制在10 min,然后按照1.2.3中的方法,对乳化活力指数进行测定。

  1.2.5 正交试验设计。根据单因素试验结果,以乳化活力指数为指标,确定了三因素三水平L9(34)的正交试验,各因素水平设计见表1。

  2 结果与分析

  2.1 样品蛋白酶活力

  经过试验,样品蛋白酶活力测得为133.05 U/g。

  2.2 小麦蛋白粉粗蛋白含量

  经过试验,小麦蛋白粉粗蛋白含量测得为75%。

  2.3 温度对小麦蛋白粉乳化性的影响

  由图1可知,随着反应温度的增加,小麦蛋白粉的乳化活性逐渐降低。可知,反应温度为40℃时的小麦蛋白粉乳化活性最好。温度在45~50 ℃之间,乳化活力指数趋于平稳;而在50~60 ℃乳化活力指数呈下降趋势。由图2可知,在温度为45 ℃时,乳化稳定性(ESI)达到最好,说明此时的小麦蛋白粉乳化稳定性活性比较稳定。

  2.4 pH值对小麦蛋白粉乳化性的影响

  由图3可知,随着pH值的升高,产物的乳化活性呈先上升后下降,在碱性条件中,氨基酸为阴离子,氨基反应性较强,因此pH值增加会加速Maillard反应[7],进而促进小麦蛋白酶解。因此,乳化活性的pH值为7.5~8.0之间较好,其他pH值范围内较差。由图4可知,在5 min时刻,pH值为8时,小麦蛋白粉的乳化稳定性达到最好;在10 min时刻,pH值为9时,小麦蛋白乳化稳定性达到最好。

  2.5 E/S(碱性蛋白酶/小麦蛋白粉质量)对小麦蛋白粉乳化性的影响

  由图5可知,E/S为2.5%时乳化活性最好,EAI为12.16 m2/g;E/S为0.5%~2.5%乳化稳定性变化趋势呈波动型。在选定范围内,乳化活性变化为下降后上升,下降后再上升的趋势。由图6可知,在E/S为1.50%时,小麦蛋白粉的乳化稳定性最好。

  2.6 正交试验结果分析

  表2、表3是碱性蛋白酶水解小麦蛋白粉的正交试验结果、极差以及方差分析。

  由表2可知,通过正交试验结果和极差分析可以得到最佳改性条件为pH值7.5、E/S为2.5%、温度为60 ℃。各因素对提高小麦蛋白粉乳化性的重要性按大小次序为pH值>E/S>温度。根据分析,最佳条件下的EAI为15.48 m2/g。由表2可看出,3个因素对小麦蛋白粉乳化活力指数均无显著影响[8]。

  3 结论

  以乳化活力指数为指标,采用单因素和正交实验研究了碱性蛋白酶对小麦蛋白水解最适条件。结果表明:3个因素对小麦蛋白粉乳化性的影响由强到弱的顺序为pH值>碱性蛋白酶/小麦蛋白粉质量>温度,最佳酶解条件为pH值7.5、底物浓度2.5%、温度60 ℃,此时的乳化性达到最高,EAI为15.48 m2/g。各因素对小麦蛋白粉乳化性的影响都不显著。酶法改性小麦蛋白粉生产乳化剂不仅成本低廉,而且天然健康,若能工业化生产天然食品添加剂,具有巨大的市场潜力。

  4 参考文献

  [1] 阙斐,赵粼,陈锡威.胰酶提升小麦蛋白酶解产物乳化活性工艺及其功能特性研究[J]. 食品工业科技,2014(10):303-307.

  [2] KONG X Z,ZHOU H,QIAN H F. Enzymatic preparation and functional properties of wheat gluten hydrolysates[J].Food Chemistry,2007,101:615-620.

  [3] 张锐昌,徐志宏.小麦蛋白酶解物功能性质的研究[J].粮食与饲料工业,2011(7):27-30.

  [4] 齐军茹,王兰,李瑜. 中性蛋白酶对小麦面筋蛋白的水解改性研究[J].郑州工程学院学报,2001,22(4):46-49.

  [5] 李伟格,李美同,苏晓鸥,等.饲料分析及饲料质量检测技术[M].北京:中国农业科技出版社,1998:5.

  [6] 王亚平,王金水,张伟红,等.乳糖改性提高谷阮粉乳化性研究[J].食品工业科技,2005,26(4):77-80.

  [7] 程辉,黄河龙,谢小勇.水溶性小麦蛋白制备工艺研究[J].粮食与油脂,2008,11(8):23-24.

  [8] 王岁楼,张国超.超高压对小麦蛋白乳化性和乳化稳定性的影响[J].食品与机械,2008(2):14-16.