脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度试验研究.pdf

第15卷 第4期 1999年12月 农 业 工 程 学 报 T ransactions of the CSA E Vol . 15 No. 4 Dec . 1999 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度试验研究 董 英 王利群 (江苏理工大学) 摘 要:脱脂麦胚蛋白粉是一种优质植物蛋白资源,采用均匀设计方法研究了pH值 (4 1081 0) 、 加热温度 (20 70)和加热时间 (10 30m in)对其持水能力和蛋白溶解度的影响。随着温度的升 高,持水能力显著增强,pH值的影响相对较小,而温度的影响可以忽略。pH值为410,温度为70 时,持水能力最强。pH值对蛋白溶解度的影响显著,时间的影响可以忽略。pH值为810,温度为20 时,蛋白溶解度最大。研究结果还表明,脱脂麦胚蛋白粉可作为食品添加剂以改善食品的营养和 品质。 关键词:脱脂麦胚;蛋白质;持水能力;蛋白溶解度 收稿日期: 1999207216 董 英,副教授,镇江市 江苏理工大学生物与环境工程学院, 212013 小麦胚芽是面粉加工业的副产品,占小麦籽粒的115%310% 1, 所含的营养成分十分 丰富。脱脂后的麦胚,蛋白质含量一般超过30% 2, 必须氨基酸相互比值与FAOW HO颁布 的建议模式相似,其中人类第一限制氨基酸赖氨酸含量相当高3,介于鸡蛋和瘦猪肉之间。 麦胚中还含有多种维生素、 矿物质、 膳食纤维和谷胱甘肽等生理活性物质,对人体有突出的营 养和保健作用,有 “人类天然的营养宝库” 之美誉。 麦胚中的蛋白质具有粘着、 乳化、 胶凝、 结合水等功能特性,既可强化食品营养,又可改善 某些食品的结构和口感。水合作用是蛋白质的重要特性之一,与蛋白质的许多性质有关,如溶 解度、 乳化作用、 胶凝作用、 持水能力等4。体系的pH值、 温度等会影响蛋白质对水的结合能 力,从而影响蛋白质的功能特性及其应用范围。近年来,国外对脱脂麦胚蛋白粉的功能特性已 有研究4 6, 但国内还未见报道。我国是小麦种植大国,年产量在1亿吨以上,可开发利用的小 麦胚芽每年达200万吨以上。 但迄今为止,我国对小麦胚芽这一宝贵资源还未给予充分、 合理、 有效的利用。 本研究对脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度进行了试验研究,旨在了解其 重要功能特性,为其应用开发提供理论依据。 1 实验原料与设备 111 原料 脱脂麦胚蛋白粉 由南京有恒面粉有限公司购得小麦胚芽,在15下加热30 m in,使解 脂酶钝化;然后,用超临界CO2萃取小麦胚芽油,超萃条件:压力P= 35M Pa,温度T= 35, 时间t= 6 h。脱脂后的麦胚粉碎至60目备用。 112 设备 pHS225型数显酸度计、LD52 2A 型低速离心机、8522型恒温磁力搅拌器、JZ5002型电子 832 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 天平等。 2 实验方法 211 脱脂麦胚蛋白粉化学组成的测定7 水分测定105恒重法;粗蛋白测定 微量凯氏定氮法;灰分测定550灼烧法;粗脂肪测 定 索氏抽提法。 212 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度的测定与计算 称取215 g样品分散于4715 mL蒸馏水中,用恒温磁力搅拌器搅拌, pH值分别调节至 410、418、610、614、712、810,加热温度控制在20、30、40、50、60、70,搅拌时间 分别为10、14、18、22、26、30m in。然后将混合物移入50mL已称重的离心试管中, 3 100 r m in离心分离30 m in。上清液转移至50 mL容量瓶中,沉淀物称重。上清液定容至50 mL ,取 5 mL用微量凯氏定氮法测定粗蛋白的含量 4。 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度分别按式(1)和式(2)计算 W R= W1-W W 100%(1) PS= P150100 W(100-M)Pr100% (2) 式中:W样品的质量, g; W1沉淀物的质量, g; W R脱脂麦胚蛋白粉的持水能 力, %; P1每毫升上清液中蛋白质的质量 , g mL; M样品中水分的百分含量, %; 表1 均匀试验因素水平表 Tab11 Factors and levels of homogeneous test 因素水平123456 pH值410418516614712810 温度203040506070 时间m in101418222630 Pr样品中粗蛋白含量, %; PS 每克蛋白质中可溶性蛋白质的含量,即蛋 白溶解度, %。 213 试验设计方法 采用三因素6水平均匀表U13 (13 12) 安排试验8,其因素和水平如表1所列。 3 结果与讨论 311 脱脂麦胚蛋白粉的化学组成 表2 脱脂麦胚蛋白粉的化学组成 Tab. 2 Composition of wheat germ protein flour 组成水分蛋白质脂肪灰分碳水化合物 含量%10115321491152513660163 注:蛋白质、 脂肪、 灰分、 碳水化合物含量均为干基含量 脱脂麦胚蛋白粉的化学组成如表2 所示。 312 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋 白溶解度 实验考察了不同的pH值、 加热时 间t、 加热温度T对脱脂麦胚蛋白粉持 水能力和蛋白溶解度的影响,结果如表3所示。 31211 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力 图1为脱脂麦胚蛋白粉持水能力的响应曲面。由(a)可以看出,加热时间对持水能力的影 响很小,可以忽略。加热温度对脱脂麦胚粉的持水能力影响显著。pH值一定,温度为2030 时,持水能力较低; 70时持水能力较高(图 1b )。体系的pH值对持水能力的影响较显著。 温度一定时,pH值在510615之间,持水能力较低; pH值分别为410和810时,持水能力较高。 932 第4期董 英、 王利群:脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度试验研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 这是由于pH值影响了蛋白质分子所带的电荷数量,从而改变了其所带的结合水量。 表3 脱脂麦胚蛋白粉的持水能力(W R) 和蛋白溶解度(PS) Tab13 W ater retention and protein solubility of DW GPF 实验号pHtm inTW R%PS% 14101430951418129 241018501401423136 341826702401022141 44183030841421143 551610501041224184 651618702561217198 76142220611845144 86143040821048167 971210601521861159 107121420851457168 1181022401461467150 1281026601551668110 分析表3中的数据以及响应曲面的趋 势可以看出,在2040的范围内,加热 温度对脱脂麦胚蛋白粉的持水能力影响较 小,持水能力主要受pH值影响。当加热温 度从60升至70时,持水能力显著增 大。这是因为麦胚中对持水能力有影响的 物质除蛋白质外,还有碳水化合物,其干基 含量高达60163%。在加热温度较低时,碳 水化合物的持水性能基本不受温度和pH 值的影响。 加热温度较高时,碳水化合物中 的多糖在水中溶胀、 糊化,吸收大量的水 分,其中小麦淀粉在65开始糊化, 68 完全糊化9,糊化后的淀粉持水量大大增 加。温度升高对蛋白质的持水能力有一定 的影响,但这种影响比高温对碳水化合物 的影响小得多。因此,温度从60上升至 70时,脱脂麦胚蛋白粉的持水能力大大 增加。 另外,在温度较高时,偏碱性条件还能促进小麦淀粉的糊化,使糊化温度有所下降。 因此, pH值为712和810,加热温度为60时,麦胚蛋白粉也具有较高的持水能力。 (a)加热温度和加热时间的影响 (b)pH 值和加热温度的影响 图1 脱脂麦胚蛋白粉持水能力的响应曲面图 Fig11 Changes in water retention of defated wheat germ protein flour 本研究使用的脱脂麦胚蛋白粉因工业化生产的需要,已经过高温灭酶活处理,有一部分蛋 白质已发生热致变性,这使麦胚蛋白粉的持水能力受碳水化合物的影响更为明显。 忽略时间影响,得出持水能力与pH值(P)和加热温度(T)的最优回归方程如下: W R(% )= 2661456- 781328 6P+ 81573 8P 2- 01578 6PT + 01072 69T 2 (R 2= 01932 A = 01 001) 31212 脱脂麦胚蛋白粉的蛋白溶解度 图2为脱脂麦胚蛋白粉蛋白溶解度的响应曲面。 可见加热时间对蛋白溶解度的影响很小, 也可以忽略,pH值的影响显著,温度的影响较小。蛋白溶解度随pH值的增加迅速增加,随温 042农业工程学报1999年 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 度的增加缓慢下降。 (a)pH和加热时间的影响(b)pH值和加热温度的影响 图2 脱脂麦胚蛋白粉蛋白溶解度的响应曲面图 Fig12 Changes in protein solubility of defated wheat germ protein flour 当pH值一定时,随着温度的升高,蛋白质热致变性加剧,空间构象发生改变,一些疏水性 基团暴露出来,导致溶解度的下降,但下降的幅度很小。这是由于本研究所用的脱脂麦胚粉中 的蛋白质有一部分已变性,削弱了温度对蛋白溶解度的影响程度。 各种蛋白质都有一个等电点,当pH值处于等电点时,蛋白质分子所带的净电荷为零,此 时溶解度最小。麦胚粉中的蛋白质是多种蛋白的混合物,没有确切的等电点。但可以肯定,当 pH值处于某一点时,蛋白质分子所带的净电荷最少,此时蛋白质的溶解度最小,该pH值可称 为近似等电点。当pH值大于或小于近似等电点时,蛋白质分子的净电荷增加,溶解度增加。 忽略加热时间的影响,得到蛋白溶解度对pH值和加热温度的最优回归方程如下: PS= 431856 7- 141967 3P+ 21355 4P 2- 01001 497 2T2 (R2= 019321, A= 01 001) 5 结 论 研究结果表明,加热温度对脱脂麦胚蛋白粉的持水能力影响较大;而蛋白溶解度则受pH 值的影响较大。综合二者的影响,pH在610710之间,温度为70左右,脱脂麦胚蛋白粉的 持水能力和溶解度都较理想。许多食品,如焙烤制品和肉糜制品的加工工艺与之接近。因此, 若将脱脂麦胚蛋白粉添加在这类食品中,既可强化营养,又能充分利用其功能特性,从而改善 食品的内在品质和感官性能。 参 考 文 献 1 时忠烈.小麦胚的营养价值及提取方法.食品工业科技, 1996(4): 5456 2 江伟强.小麦胚的营养与利用.粮食与饲料工业, 1995(1): 1520 3 N issan T R, Collins V K.I mproving cereals w ith defatted wheat germ.Food Technology.1958 (11): 585589 4 V aniB, Zayas J F. W heat germ protein flour solubility and water retention J. Food Sci, 1995, 60 (4): 845848 5 V aniB, Zayas J F. Foam ing properties of selected plant and ani mal protein J.Food Sci, 1995, 60 (4): 10251028 6 HettiarachchyN S, Griffin V K, Gnanasambandam R.Prepararion and Functional properties of a protein isolate from defatted wheat germ. Cereal Chem istry.1996, 73: 364367 7 中华人民共和国国标.北京:中国标准出版社, 1985. 8384, 98, 110112, 115116 142 第4期董 英、 王利群:脱脂麦胚蛋白粉的持水能力和蛋白溶解度试验研究 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 8 邓 勃.分析测试数据的统计处理方法.北京:清华大学出版社, 1995. 347348 9 宁正祥,赵谋明编.食品生物化学.广州:华南理工大学出版社, 1995. 242243 DefatedW heat Germ Protein Flour Solubility andWater Retention Dong Ying W ang Liqun (J iangsu U niversity of S cience and T echnology,Zhenjiang212013) Abstract: Defated w heat germ protein flour(DW GPF)is a good plant protein resource.Its functionality should be studied thoroughly and put into a good use. The effects of pH (4. 0 8. 4), incubation temperature (20 70)and ti me (10 30 m in)on w ater retention(W R) and protein solubility(PS)of def