大米蛋白凝胶特性的影响因素研究(正式)1.doc

湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业论文 大米蛋白凝胶特性的影响因素研究Study of gelation properties of rice proteins学生姓名： 陈玮南学 号： 200640703215年级专业及班级：2006级食品质量与安全(2)班指导老师及职称： 吴卫国 教授学 院： 食品科技学院湖南长沙提交日期：2010 年5月湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文（设计）是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日目 录中文摘要及关键词1外文摘要及关键词11前言12材料与处理32.1 主要原辅材料及试剂32.2主要仪器及设备32.3大米蛋白的提取流程32.4试验设计42.5凝胶特性分析53 结果与分析63.1大米蛋白浓度对大米蛋白凝胶性的影响63.2不同pH值条件对大米蛋白凝胶性的影响63.3不同加热温度对大米蛋白凝胶性的影响73.4不同加热时间对大米蛋白凝胶性的影响73.5不同盐浓度对大米蛋白凝胶性的影响8结论8参考文献9致谢11大米蛋白凝胶特性的影响因素研究学 生：陈玮南指导老师：吴卫国（湖南农业大学食品科学技术学院，长沙410128）摘 要：本文以大米为材料，通过溶剂法提取大米蛋白，着重探讨了蛋白质浓度、pH值、加热温度、加热时间、盐浓度等对大米蛋白凝胶特性的影响因素，目的为大米蛋白在食品工业中的应用奠定基础。结果表明：蛋白质浓度增加，凝胶硬度升高；大米蛋白凝胶在pH4处，凝胶硬度最大，其次是pH11处；在pH3时凝胶硬度最小；随着加热温度的升高，凝胶硬度也在增大，当温度达到95 时，凝胶硬度最大，此后凝胶硬度无明显变化；加热时间对蛋白凝胶特性的影响则表现为，80条件下20-40min硬度随时间上升，在40min后基本无变化；当NaC1浓度在0.2-0.4mol/L之间时，凝胶硬度随着NaC1浓度的增加而增大，并在NaC1浓度为0.4mol/L时达到最大；当NaC1浓度在0.4-1.0mol/L时，凝胶硬度则成下降趋势。Gel properties of rice protein factorsStudent: Chen WeinanInstructor: Wu Weiguo(Hunan Agricultural University, Institute of Food Science and Technology, Changsha 410128)Abstract: In this paper, rice as material, through solvent extraction of rice protein, focused on the protein concentration, PH value, temperature, heating time, concentration and so on gel properties of rice protein factors, the purpose for the rice protein in the food industry application basis. The results showed: protein concentration, gel hardness increased; rice protein gel in pH4 Department, gel hardness, followed by the pH11 Department; in pH7 gel hardness when the smallest, followed by pH3 Department; as the heating temperature rise high gel hardness also increased, and when the temperature reaches 90 , the maximum gel hardness, gel hardness, no significant changes since then; heating time on gel properties of the protein showed, 80 under 20-40min hardness increased with time, remained almost unchanged after the 40min; when the NaC1 concentration of 0.2 0.6mol / L between, the gel hardness with the increase of NaC1 concentration, and the NaC1 concentration of 0.6mol / L when maximum; when the NaC1 concentration of 0.6 1.0mol / L, the gel hardness of the falling trend关键词：大米；蛋白；凝胶特性；影响因素1 前言稻谷是我国最重要的粮食作物之一，同时也是最重要的蛋白源。稻、禾(小米)、稷(高粱)、麦、菽(豆)称为“五谷”。（稻即是未加工的大米）大米性甘味平，具有健脾养胃、益精强志、聪耳明目之功效，称誉为“五谷之首”，是我国的主要粮食作物，约占粮食作物栽培面积的四分之一。世界上有一半人口以大米为主食。尽管大米蛋白含量相对较低，但由于生产量和食用量极大，大米蛋白是我国人民最主要的蛋白源。据全国营养调查，目前我国国民平均蛋白质摄取量为6g/人/日，尚未达到7g/人/日标准。由于我国粮食生产、消费量大，所以解决我国蛋白质不足方法，应以发展植物蛋白为主，同时适当发展动物蛋白，这是适合我国国情一种发展战略。大米蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶性蛋白和谷蛋白等四种蛋白组成，大米渣中主要是胚乳蛋白，由白蛋白(49)、盐溶性球蛋白(1011)、醇溶性谷蛋白(3)和碱溶性谷蛋白(6678)组成.在谷物蛋白中，大米蛋白的生物价(BV)和蛋白价(PV)均比其它蛋白质高。大米蛋白的氨基酸组成平衡合理，且氨基酸含量高，是其它植物蛋白所无法比拟的。大米蛋白被公认为优质的食品蛋白，符合WHOFAO推荐的理想模式。大米蛋白的生物价很高，其营养价值高，可与鸡蛋、牛乳、牛肉相媲美。另外，大米蛋白是抵抗原形蛋白，不会产生过敏反应，对生产婴幼儿食品是十分有利的。大米蛋白不仅具有独特的营养功能，还有其它一些保健功能。此外大米蛋白可加工成酱油、高蛋白粉、蛋白饮料、蛋白胨和蛋白发泡粉等，若将其降解成短肽或氨基酸，则可制成营养价值极高的氨基酸营养液，从而用于保健饮料、调味品、食品添加剂等凝胶作用是指适度变性的蛋白质分子聚集，形成一个有规则的蛋白质网状结构的过程。凝胶的形成不仅可以改进食品形态和质地，而且在提高食品的持水力、增稠、使粒子粘结等方面有诸多应用 ， 如添加到西式火腿、火腿肠等肉类制品中。蛋白质形成凝胶的特性是蛋白产品在食品中应用的一项非常重要的指标。蛋白质胶凝的机理非常复杂,参与形成交联网状结构的力包括氢键、疏水相互作用、静电相互作用和二硫键。热处理是使蛋白胶凝的常见方法,蛋白质分子受热变性,球状结构展开成线性大分子,原本包埋在卷曲结构内部的疏水集团暴露出来,同时,高温下蛋白质分子的热运动加剧,分子间相互碰撞的机率增大,因而有助于分子间通过疏水相互作用形成交联; 而且, 蛋白质变性后暴露出的- CO 和- NH成为极性束,使多肽链的附近形成水化层,有利于形成氢键;此外,加热还会引起- SH 和- S - S -的交换反应,形成分子间或分子内的二硫键合;这些相互作用和二硫键合的存在就导致了蛋白质凝胶的形成。蛋白质凝胶的形成不仅要受到静电作用、氢键、二硫键等内部因素的影响， 而且还要受到蛋白质浓度、pH 值、加热温度、加热时间等诸多外部因素的影响， 因此本文以大米为原料，提取大米蛋白质后，研究蛋白质浓度、PH值、加热温度、加热时间等因素对大米蛋白凝胶特性的影响，并希望通过此试验能够使廉价的植物蛋白能充分运用到食品加工行业中。2材料与处理2.1主要原辅材料优质大米 购买于长沙市大润发超市东郡店石油醚 淄博临淄东方红化工NaCl 北京物科光电技术有限公司D - 葡萄糖酸- - 内酯（GDL） 北京东华力拓科技发展有限公司pH碱性调节剂 在电子天平上准确称取1.00g NaOH,（深圳市泰鑫技术开发有限公司）于250mL洁净的容量瓶中，用蒸馏水定容后摇匀，备用。若试剂用完再按照此步骤继续配置使用。pH酸性调节剂 取100mL盐酸（山东滨化集团有限责任公司生产，1mol/L）于1000mL洁净的容量瓶中，用蒸馏水定容后摇匀，备用。若试剂用完再按照此步骤继续配置使用。2.2主要仪器及设备流变仪 长春市智能仪器设备有限公司冷冻高速离心机 北京时代北利离心机有限公司SDG-6数控低温超级恒温槽 杭州雷琪实验器材有限公司真空干燥机 常州市一红干燥设备有限公司电泳仪：DYY一8C型电泳槽 杭州环海信息技术有限公司真空泵以及配套装置 湖南农业大学食品学院实验室研钵 湖南农业大学食品学院实验室TA.XTplus质构仪 英国Stable Micro System公司2.3大米蛋白的提取流程 研磨成粉状的优质大米 石油醚脱脂 真空脱溶剂 +15倍的水，使用NaOH调pH为8.0 搅拌提取1h 离心（4.3000r/min 15min） 沉淀(弃去) 清液，用HCl调pH至4.5 离心（4.3000r/min.25min） 清液（弃去） 沉淀，复溶于5倍蒸馏水中， 调节pH至8.0 冷冻干燥 大米分离蛋白2.4试验设计 本试验主要针对蛋白质浓度、pH值、加热温度、加热时间、盐浓度等五个方面因素对大米蛋白凝胶特性进行研究。（1）不同大米蛋白浓度对大米蛋白凝胶特性的影响取按2.3制备的大米蛋白溶于蒸馏水中配成浓度为12%、14%、16%、18%、20%、22%、24%、26%、28%的大米蛋白溶液, 并用0.1mol/L NaOH或0.1mol/L HCI调pH至7，充分溶解后用真空泵脱气，然后取20ml溶液放入25m1的烧杯中，用保鲜膜封口，在80的水浴中加热40min，取出后在流水中快速冷却， 然后在4 下静置24h，回复到室温测定凝胶特性（2）不同pH值条件对大米蛋白凝胶特性的影响取步骤2中冷冻干燥得到的大米分离蛋白溶于蒸馏水中配成浓度为20 的大米蛋白溶液，并用0.1mol/L NaOH或0.1mol/L HC1将溶液的pH值分别调至3、4、5、6、7、8、9、10、11、12，充分溶解后用真空泵脱气，然后取20ml溶液放入25ml的烧杯中，用保鲜膜封口，在80的水浴中加热40min，取出后在流水中快速冷却，然后在4下静置24h，测定前自然回复到室温。（3）不同温度对大米蛋白凝胶特性的影响取步骤2中冷冻干燥得到的大米分离蛋白溶于蒸馏水中配成浓度为20 的大米蛋白溶液，调pH值至7，然后取20ml溶液放入25m1的烧杯中，用保鲜膜封口，分别在75、80、85、90、95、100 的水浴中加热40min，取出后在流水中快速冷却，充分溶解后用真空泵脱气，然后在4下静置24h，测定前自然回复到室温。（4）不同加热时间对大米蛋白凝胶特性的影响取步骤2中冷冻干燥得到的大米分离蛋白溶于蒸馏水中配成浓度为20 的大米蛋白溶液，调pH值至7，然后取20ml溶液放入25ml的烧杯中，用保鲜膜封口，在80 的水浴中分别加热热20、30、40、50、60min，取出后在流水中快速冷却，充分溶解后用真空泵脱气，然后在4 下静置24h，测定前自然回复到室温。（5）不同盐浓度对大米蛋白凝胶特性的影响取步骤2中冷冻干燥得到的大米分离蛋白溶于蒸馏水中配成浓度为20 的大米蛋白溶液，然后将将不同浓度的NaC1加入到大米蛋白溶液中，使得NaCl在溶液中的浓度形成5个梯度（分别是0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mol/L）。调pH到7，然后取20ml溶液放入25ml的烧杯中，用保鲜膜封口，在80 的水浴中分别加热40min，取出后在流水中快速冷却，充分溶解后用真空泵脱气，然后在4 下静置24h，测定前自然回复到室温。2.5凝胶特性分析凝胶特性利用TA.XTplus质构仪进行测定，采用TPA运行模式。凝胶TPA的测定过程是模仿人口腔咀嚼食物的运动过程。装在测量杆上的探头以设定的速率挤压凝胶直到刺入凝胶，然后以一定的速率缩回，停留几秒钟后再进行第二次的压缩和收缩过程。探头运动图谱见附图1。凝胶的质构特性包括硬度(在图中为F2)、破裂性、黏性、内聚性、弹性、咀嚼性和胶黏性。本试验着重对大米蛋白凝胶特性中的凝胶硬度进行研究，测定凝胶硬度时采用的参数为：穿刺前速度2.0mm/s，穿刺时速度0.5mm/s，而探头返回的速度也采用0.5mm/s，测定距离20.Omm(约为凝胶高度的50%)，每两次穿刺时间间隔为2S，数据采集速率200pps，采用的探头为P/1.0R。3 结果与分析3.1 大米蛋白浓度对大米蛋白凝胶性的影响从附图2中可以看出，对于浓度为20%的大米蛋白，随着大米蛋白质浓度的增加，其凝胶硬度也跟着升高，其升高趋势大致呈指数关系。其中，大米蛋白质浓度在12的时候无法凝聚成凝胶，根据查阅的资料并结合分析，这时的蛋白质分子间作用力过小，水分子阻挡了蛋白质分子之间的接触。而随着浓度增大，大米蛋白凝集体相对分子的质量增大，蛋白质分子间接触的几率增大，从而引起分子间作用力增大，宏观表现则为蛋白质凝胶的硬度增大。因而随着蛋白质浓度的增大，其凝胶硬度也呈指数增大。3.2不同pH值条件对大米蛋白凝胶性的影响由附图3可以得知，pH对大米蛋白凝胶硬度的影响很大。蛋白质浓度为20 的大米蛋白凝胶在pH6处，凝胶硬度最大，因为此时接近大米蛋白的的等电点（即PI=5.8），此时大面蛋白分子的电荷很低，分子之间的斥力最小，故而会导致其凝胶硬度增大。其次是pH=11处，此时，pH值与等电点偏离较大，分子间的静电斥力增大，从而导致其凝胶硬度变大。在pH3时凝胶硬度最小，从翻阅的书籍知道，大米是呈弱碱性的，由此我推测，导致pH越低其凝胶型越差的原因是因为pH过低会影响大米蛋白质分子的稳定性;在pH=8时，也有一个下降点，这个是因为pH偏离了其等电点，但是偏离值又不足以影响其静电斥力，故而凝胶硬度会有小幅度下降。3.3不同加热温度对大米蛋白凝胶性的影响由附图4可知，随着加热温度的升高，凝胶硬度也在增大，而经过感官分析，当温度为90时，此时形成的凝胶表面光滑，没有水分析出，结构均匀。而在温度为95的时候，其硬度达到最大，由此推断，大约在温度为90时，大米蛋白质发生了变性，从而导致其蛋白质分子充分展开，而增大了其凝胶的硬度。而之后在100时的凝胶硬度的猛然降低则是因为其蛋白质凝胶网络结构不足以束缚展开后的大米蛋白质分子。3.4不同加热时间对大米蛋白凝胶性的影响加热时间长短对能否形成凝胶起至关重要的作用。初步的加热能够使蛋白形成可溶聚集体,但是非共价键、二硫键等的形成依赖于加热时间。加热时间对凝胶质构的影响见附图5。随着加热时间的延长,凝胶的硬度增加,但40min后增加趋势减慢,说明40min的加热时间足以形成结构稳定的凝胶,且加热时间40min形成的凝胶表面光滑平整，当其达到所需的变性时间(即40min)时，蛋白质分子已充分展开，此时形成的凝胶具有较大的硬度， 再继续延长加热时间则对凝胶硬度没有太大的影响。 3.5不同盐浓度对大米蛋白凝胶性的影响由附图6可以看出，当NaCl浓度在0.2-0.4mol/L的时候，其蛋白质的凝胶硬度随着盐浓度的增大而增大，说明，这个时候蛋白质分子间的互相吸引力很大，可能是NaCl在水中电离对蛋白质表面的电荷由中和作用。而4则是一个饱和点，根据我查阅的资料推断，在浓度为4mol/L的盐浓度继续增大时大米蛋白凝胶硬度反而降低应该是该盐对大米蛋白质的分子稳定有促进作用，故而影响了凝胶的形成，因而导致其凝胶硬度降低。结论实验结果表明， 大米蛋白的凝胶特性与静电作用、氢键、二硫键等内部因素以及蛋白质浓度、PH值、加热温度、加热时间、盐浓度等外部因素密切相关。因此， 在应用大米蛋白凝胶特性的食品加工过程中要考虑这些因素。参考文献1HANDA A，TAKAHASHI K，KURODA N，et a1Heatinduced egg white gels as affected pHJJ Food Sci，1998，63(3)：4034072 徐雅琴鸡蛋白粉的凝胶性质改性研究D无锡：江南大学，2005.3江志伟，沈蓓英，潘秋琴，等蛋白质加工技术M北京：化学工业出版社，2002：1261-324 李俐鑫，迟玉杰，等。蛋清蛋白凝胶特性影响因素的研究D哈尔滨：东北农业大学，2008.5 SHIGERUU，JOHNEKForce involved in soy protein gelation：effect of various reagents on the formation hardness and solubility of heatinduced gels made from 7S，1 IS and soy isolateJJ Food Sci，1985，50：1278 12826 熊尉杰，吴卫国。大米蛋白研究进展J .粮食与油脂，2009-4 7MINEYEffect of pH during the dry heating on the gelling properties of egg white proteinsJFood Research International，1996，29(2)：1551618 钟芳，王璋，许时婴。 大豆蛋白速凝特性研究热处理条件对大豆蛋白速凝特性的影响J 中国粮油学报,2001-8-16卷4期9陈静静，孙志高。大米蛋白的开发利用J.农产品加工，2009-310肖雯蛋白粉的功能特性与蛋白粉的加工J国外畜牧学：猪与禽，2003，23(3)：575911 BETNAL V M ，SMAJDS C