玉米胚芽分离蛋白溶解性和乳化性质的研究

1、玉米胚芽分离蛋白溶解性和乳化性质的研究万倩（环境工程学院生物工程11001班）【摘要】以湿法脱胚的玉米胚芽为原料，采用碱溶酸沉法制备了玉米胚芽分离蛋白。探讨了不同实验条件如温度、pH、盐浓度等对玉米胚芽分离蛋白的溶解性和乳化性的影响，并解释了乳化性和溶解性在实验条件下的变化规律。研究结果表明，玉米胚芽分离蛋白在碱性条件下溶解度较好，55时溶解度最大；在pH 7085范围内乳化活性明显增加，提高温度可以增加蛋白质的乳化活性。【关键词】玉米胚芽分离蛋白；溶解性；乳化性玉米胚芽是玉米淀粉工业和酒精工业的副产品，除含有营养价值极高的油脂外，还含有18 22的优质蛋白质。玉米胚芽蛋白的生物价高于大米和精

2、制面粉，蛋白质功效比值(PER)与大豆蛋白、酪蛋白相当；玉米胚芽蛋白的氨基酸评分(AAS)在常用谷物中最高，氨基酸组成和鸡蛋白非常相似，与FAOWHO推荐的人类蛋白质标准具有较好的一致性，是一种优质的蛋白质资源 。国外利用玉米胚芽蛋白作为蛋白质添加剂，广泛应用于糕点、肉制品中 。目前，国内对玉米胚芽主要偏重于油脂方面的研究，对玉米胚芽蛋白的研究报道较少，尤其对玉米胚芽蛋白功能性质的研究报道更为少见，国外也仅仅对脱脂玉米胚芽蛋白粉的功能性质进行了初步研究。我国是玉米种植大国，有丰富的玉米胚芽资源，为了很好地开发这一资源，对玉米胚芽蛋白功能性质的研究极为重要。本文为开发利用玉米胚芽蛋白提供了实验基

3、础，特别是对开发玉米胚芽蛋白饮料提供了充分的理论依据。1 材料与方法11 实验材料玉米胚芽，购于吉林省黄龙玉米淀粉有限公司；色拉油，深圳南海油脂有限公司生产的金龙鱼牌色拉油；其他试剂均为化学纯或分析纯。12 实验设备PHS一2C型精密酸度计；812型恒温磁力搅拌器；LXJI1型离心沉淀机；CS501超级恒温水浴器；ALPHAl一424型冷冻干燥机；FA25型高速剪切分散乳化机；UV一2100型紫外可见分光光度计；XA一1型微型高速粉碎机。13 玉米胚芽蛋白的提取采用分离蛋白提取工艺，将玉米胚芽粉碎，石油醚脱脂，称取脱脂玉米胚芽，置于浸提器中，调节料水比为1：10、pH 90、温度45 ，以50

4、 rmin搅拌提取90 min。提取液于3 000 rmin条件下离心30min，上清液用1 moLL NaOH调pH至47，在3 000rmin下离一tL,30 min，沉淀用去离子水洗1次，调pH至70，冷冻干燥。1、4 实验方法141 玉米胚芽分离蛋白的成分测定水分测定，105恒重法；灰分测定，550灼烧法；蛋白质含量测定，半微量凯氏定氮法；脂肪含量测定，索氏抽提法；淀粉测定，苯酚一硫酸法。142 玉米胚芽分离蛋白溶解性的测定 参照Messinger等 人的方法稍加改进，将025 g玉米胚芽分离蛋白溶于10 mL去离子水中，搅拌1 h，分散液以3 000 rmin转速离心10 min，用

5、凯氏定氮法测定上清液中的蛋白质含量，蛋白质的溶解度定义为上清液中的蛋白质含量占该溶液中蛋白质总量的百分数。143 玉米胚芽分离蛋白乳化性及乳化稳定性的测定参照Pearce等 人的方法，向待测的24 mL蛋白质溶液中加入8 mL大豆色拉油，用剪切乳化仪在10 000 rmin下高速均质1 min制成乳状液，立即用分光光度计在500 nm处测定吸光值(A)；放置20min后，再次取样测定。乳化活力(EA)以刚开始的吸光值A。表示，乳化稳定指数(ESI)用下式计算：ESI(min)=A0 X ，式中：A 初始乳化液的吸光值；20 min；A -20 min后的吸光度与A 之差。2 结果与分析21 玉

6、米胚芽分离蛋白的化学成分碱溶酸沉法提取的玉米胚芽分离蛋白各组成成分的含量。本实验所得蛋白质含量(7636)比Nielsen等 人同法制得的蛋白质含量(733)略高。22 玉米胚芽分离蛋白的溶解性221 pH对玉米胚芽分离蛋白溶解性的影响 玉米胚芽分离蛋白在不同pH条件下溶解度不同，是一条u形曲线。玉米胚芽蛋白在pH 47左右溶解度最小，由此可知，玉米胚芽蛋白的等电点在47左右。Messinger 报道玉米胚芽蛋白在pH 8时的溶解度可达956 ，本研究测定pH 8时的溶解度为782，两者结果相差较大可能是所用的原料不同，玉米胚芽分离蛋白在等电点附近乳化活力最差，这与其他植物蛋白(大豆蛋白、花生

7、蛋白等)相似，这是因为在蛋白质的等电点表面静电荷为零，蛋白质的溶解性最差。pH对玉米胚芽分离蛋白溶解度的影响Messinger用的是干磨法脱胚的玉米胚芽提取的蛋白，而本实验用的原料是湿磨法脱胚的玉米胚芽，在亚硫酸水浸泡脱胚的过程中，由于较高的酸度(pH 1421)和长时间浸泡(3652 h)，造成了蛋白质的部分变性，所以本实验测定的溶解度偏低。，在给定的蛋白质浓度范围内，玉米胚芽分离蛋白的乳化活力随着蛋白质浓度的增加而增大。这是因为在乳化过程中，蛋白质从水相向界面扩散和被油滴吸附时，水相中的蛋白质浓度降低。222 温度对玉米胚芽分离蛋白溶解性的影响 玉米胚芽分离蛋白在低于55 °c的

8、条件下，随着温度的升高溶解度增加；温度超过55时，溶解度随温度升高而降低，这与Zayas等 人的研究结果一致。温度适当增加，蛋白质分子构象轻微改变，立体结构伸展，有利于蛋白质分子和水分子的运动及相互作用，起到增溶作用；，玉米胚芽分离蛋白在等电点附近乳化活力最差，这与其他植物蛋白(大豆蛋白、花生蛋白等)相似，这是因为在蛋白质的等电点表面静电荷为零，蛋白质的溶解性最差温度高于55°c时，蛋白质部分变性，其空间结构破坏，分子内部的疏水基团暴露，分子间相互凝结沉淀，从而使溶解度降低。223 各种盐对溶解度的影响玉米胚芽分离蛋白的溶解度随着氯化钠溶液浓度的增加而增大；当氯化镁和氯化钙溶液浓度为

9、02molL时，溶解度达到最大，之后降低；相同的溶液浓度，玉米胚芽分离蛋白质溶液中溶解度最大。，在给定的蛋白质浓度范围内，玉米胚芽分离蛋白的乳化活力随着蛋白质浓度的增加而增大。这是因为在乳化过程中，蛋白质从水相向界面扩散和被油滴吸附时，水相中的蛋白质浓度降低，因此蛋白质必须具备一定的起始浓度才能形成厚度适宜分析其原因：当离子强度小于1时，各种盐对溶解度的影响基本相同，由于蛋白质的盐溶作用，溶解度都随离子强度的增大而提高；当离子强度大于1时，盐对蛋白质的溶解度具有特殊的离子效应，各种盐对蛋白质的相对影响遵循感胶离子序(Hofmeister序列)。在相同的离子强度下，蛋白质在氯化镁溶液中的溶解度大

10、于在氯化钙中的溶解度，是因为钙离子的盐析效应大于镁离子；蛋白质在Na HPO 盐溶液中溶解度最大，说明阴离子的结构对蛋白质的溶解度起着十分重要的作用。23 玉米胚芽分离蛋白的乳化性质231 蛋白质浓度对乳化性质的影响 在给定的蛋白质浓度范围内，玉米胚芽分离蛋白的乳化活力随着蛋白质浓度的增加而增大。这是因为在乳化过程中，蛋白质从水相向界面扩散和被油滴吸附时，水相中的蛋白质浓度降低，因此蛋白质必须具备一定的起始浓度才能形成厚度适宜和流变学性质良好的蛋白质膜。研究表明，在乳化液滴的形成过程中，界面的蛋白质浓度相当高，当用05 5 的蛋白质浓度乳化油时，界面蛋白质的浓度可达0520 mgm 2。乳化稳

11、定性也随着蛋白质浓度的增加而增加，与乳化活力的变化趋势基本相同。因为蛋白质在界面上的吸附特点为分级吸附，随着蛋白质浓度的增加，单分子层变为多分子层，形成了排列更加紧密、有一定强度的界面膜，使得蛋白质的乳化稳定性增加；同时，增加蛋白质的浓度，能使乳化液中的液滴平均尺寸(d )变小，并趋于稳定值，而液滴平均尺寸越小，乳化液越稳定 。232 pH对乳化性质的影响玉米胚芽分离蛋白在等电点附近乳化活力最差，这与其他植物蛋白(大豆蛋白、花生蛋白等)相似，这是因为在蛋白质的等电点表面静电荷为零，蛋白质的溶解性最差，吸附在油水界面的蛋白质最少，形成的乳状液界面积最小，因而乳化活力最低；玉米胚芽分离蛋白在碱性条

12、件下的乳化活力很好，当pH大于7时，乳化活力有明显提高，说明乳化活力和溶解度密切相关。Lin等 人报道，脱脂玉米胚芽粉在pH 7085时乳化活力较高，这与本研究的结果一致，随着温度的升高，蛋白质分子受到适宜的热变性，其高级结构适当展开，链节变得更加柔顺，且暴露更多的憎水基团，使蛋白质分子呈有序排列，更易吸附在界面上，从而提高了蛋白质的乳化性质；当温度继续升高时，分子运动使蛋白质稳定的二级和三级结构的键断裂，蛋白质发生聚集，溶解度降低，降低了蛋白质乳化性质。在pH 45即该蛋白质的等电点附近时，乳化稳定性最高，这是因为在等电点不存在静电排斥作用，蛋白质进一步在油水界面重排乳化，同时在油水界面堆积

13、促进了高弹性膜的形成，阻止油滴聚集上浮从而提高乳状液的稳定性。233 温度对乳化性质的影响在低于55°c 时，蛋白质的乳化活性随温度的升高而增加，但温度继续升高，乳化活性下降。这是因为在低于蛋白质的变性温度时，随着温度的升高，蛋白质分子受到适宜的热变性，其高级结构适当展开，链节变得更加柔顺，且暴露更多的憎水基团，玉米胚芽分离蛋白在等电点附近乳化活力最差这是因为在蛋白质的等电点表面静电荷为零，蛋白质的溶解性最差，使蛋白质分子呈有序排列，更易吸附在界面上，从而提高了蛋白质的性质、有一定强度的界面膜，使得蛋白质的乳化稳定性增加；同时，增加蛋白质的浓度，能使液中的液滴平均尺寸变小，并趋于稳定

14、值，而液滴平均尺寸越小，乳化液越稳；当温度继续升高时，分子运动使蛋白质稳定的结构的键断裂，蛋白质发生聚集，溶解度降低，降低了蛋白质乳化性质。随着温度的升高，蛋白质乳化稳定性先是略有升高，然后降低，这是因为温度过高降低了被界面吸附的蛋白质膜的黏度和刚性，从而使乳化稳定性降低。234 NaC1浓度对乳化性质的影响 在较低浓度(小于05 molL)范围内，玉米胚芽蛋白的乳化活力随NaC1浓度的增加而增大，随后降低。分析其原因：低浓度NaC1的加入，增加了玉米胚芽蛋白的溶解度(盐溶)，所以促进了它的乳化活力；高浓度NaC1溶液，一方面改变蛋白质的二级结构，使蛋白质构象发生变化，有序结构含量增加而无序结

15、构含量降低，造成乳化活力；另一方面，由于蛋白质和盐离子之间为各自溶剂化争夺水分子产生了沉淀(盐析)，也造成乳化活力降低。玉米胚芽分离蛋白乳化稳定性在05molL时达到最大，之后降低。这是因为在高浓度NaC1溶液存在时，由于盐离子另一方面，由于蛋白质和盐离子之间为各自溶剂化争夺水分子产生了沉(盐析)，也造成乳化活力降低。玉米胚芽分离蛋白乳化稳定性在05molL时达到最大，之后降低。3.结论(1)玉米胚芽分离蛋白在不同pH条件下的溶解度不同，在碱性条件下的溶解度较好，温度提高能增加溶解度，55°c时溶解度最大；在离子强度为1的浓度范围内，各种盐均能提高蛋白质的溶解度，比较而言，阴离子对蛋

16、白质的溶解度影响较大。（2）玉米胚芽分离蛋白在pH 7085的乳化活性明显增加；提高蛋白质浓度可以增加乳化活性；适当提高温度可以增加蛋白质的乳化活性；低浓度NaC1溶液(小于05 molL)提高乳化活性，高浓度NaC1溶液(大于05 moLE)降低乳化活性。(3)玉米胚芽分离蛋白的乳化稳定性与乳化活性的变化趋势基本相同，说日月孚L化性质与溶解度密切相关。参考文献1 Kulakova E V，Vainerlnan E S，Rogoshin S V·Contribu tion to the inVestigation of co131 germ·I·Corn germ

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