玉米黃粉中淀粉含量對熱處理效果的影響

王曉杰，鄭喜群，劉曉蘭，劉 君

（齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省普通高校農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實驗室，黑龍江齊齊哈爾161006）

玉米黃粉中淀粉含量對熱處理效果的影響

王曉杰，鄭喜群*，劉曉蘭，劉 君

（齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省普通高校農(nóng)產(chǎn)品加工重點(diǎn)實驗室，黑龍江齊齊哈爾161006）

以5批淀粉含量不同的玉米黃粉為原料，以水解度為檢測指標(biāo)，研究玉米黃粉中淀粉含量對熱處理效果的影響，結(jié)果表明：在溫度121℃、時間30min的熱處理條件下，熱處理可將玉米黃粉中的淀粉全部去除。熱處理的效果受玉米黃粉中淀粉含量的影響，當(dāng)?shù)矸酆看笥?7.07%時，熱處理才對酶解效率有促進(jìn)作用，但僅使玉米黃粉的水解度提高了1.73%。用反相色譜方法研究了熱處理對玉米黃粉中醇溶蛋白結(jié)構(gòu)變化的影響，圖譜表明，熱處理可以使醇溶蛋白各組分的疏水性能和相對提取率增加。

玉米黃粉，熱處理，水解度，反相色譜

玉米黃粉是濕法玉米淀粉加工中的副產(chǎn)物，含蛋白質(zhì)60%以上，主要由玉米醇溶蛋白（68%）和谷蛋白（22%）組成。玉米醇溶蛋白中含有高比例的疏水性脂肪族氨基酸[1]，但缺少堿性和酸性氨基酸，且賴氨酸和色氨酸含量較低。這種獨(dú)特的氨基酸組成和其多肽鏈中存在的不同功能區(qū)，為制備生物活性肽提供了良好的原料優(yōu)勢。采用適當(dāng)?shù)牡鞍酌笇τ衩S粉中的蛋白質(zhì)進(jìn)行酶法改性，并結(jié)合現(xiàn)代生物分離技術(shù)可獲得附加值很高的生物活性多肽。天然玉米蛋白分子由于氫鍵、疏水鍵、二硫鍵等作用，使肽鏈卷曲于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部近似于球狀。另外，玉米黃粉中還存在約15%的淀粉，這些淀粉與玉米蛋白緊密結(jié)合在一起，形成層層包裹的復(fù)合體很難剝離開，這兩點(diǎn)因素嚴(yán)重影響了玉米蛋白的酶解速度及原料的利用率[2]，導(dǎo)致生物活性肽得率較低。因此在玉米蛋白酶法改性前必須對其進(jìn)行預(yù)處理，以期破壞玉米蛋白的高級結(jié)構(gòu)，使包埋在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的酶切位點(diǎn)暴露出來，提高酶解速度。有關(guān)玉米蛋白的預(yù)處理方法有很多，包括添加亞硫酸鈉[3]、加熱[4]、碳酸鈉堿處理[5-6]、擠壓膨化[7-8]、超聲處理[9]等。其中熱處理由于具有設(shè)備投資少，操作簡單等特點(diǎn)而倍受青睞。但不同淀粉廠家生產(chǎn)的不同批次的玉米黃粉組分差別很大，熱處理是否具有普遍性，目前還無明確報道。本實驗采用5批不同淀粉含量的玉米黃粉為原料，應(yīng)用Alcalase堿性蛋白酶對熱處理后的玉米黃粉進(jìn)行酶法改性實驗，并結(jié)合反相色譜技術(shù)研究玉米黃粉中淀粉含量對熱處理效果的影響，為提高玉米黃粉的利用率奠定理論基礎(chǔ)。

表1 玉米黃粉中淀粉含量的測定結(jié)果Table 1 The test result of starch content in corn gluten meal

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玉米黃粉 產(chǎn)地分別為黑龍江青岡淀粉廠、吉林公主嶺淀粉廠、河南財鑫糖業(yè)有限公司；三氟乙酸 Sigma公司，色譜純；Tris、異丙醇、丙烯酰胺、甘氨酸、TEMED、過硫酸銨 上海生工，色譜純；鹽酸、乙醇、氫氧化鈉、碘、碘化鉀等 國產(chǎn)，分析純。

反相色譜柱SOURCE 5RPC ST（φ4.6×150mm，5μm） GE公司；TV1901紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；水浴振蕩器 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；pH計 上海雷磁儀器廠；高效液相色譜儀L-7100 日本天美公司；垂直板電泳槽、ECP3000三恒多用電泳儀 北京六一儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 淀粉含量的測定 3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法[10]。

1.2.2 水解度（DH）的測定 pH-滴定法[11]。

1.2.3 醇溶蛋白的提取 參照文獻(xiàn)[12]。

1.2.4 醇溶蛋白的分子量測定 SDS-PAGE法。

1.2.5 玉米黃粉的熱處理工藝 將玉米黃粉和水按1∶10比例混合，121℃條件下處理30min后于5000r/min條件下離心10min，烘干后備用。

1.2.6 玉米醇溶蛋白的反相色譜分析 用反相色譜柱SOURCE 5RPC ST（Amersham）在高效液相色譜儀（HPLC）上分離醇溶蛋白。用含0.065%三氟乙酸（TFA）和30%異丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液（A）到含0.05%三氟乙酸（TFA）和50%異丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液（B）線性梯度洗脫，梯度洗脫溶液量為50mL，流速0.5mL/min，在線檢測A280nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 淀粉含量的測定結(jié)果

從黑龍江青岡淀粉廠、吉林公主嶺淀粉廠和河南財鑫淀粉廠收集不同批次的玉米黃粉。通過DNS法測定玉米黃粉中的淀粉含量，從中選出5批不同淀粉含量的玉米黃粉作為預(yù)處理原料。淀粉含量的測定結(jié)果如表1所示。

差異顯著性檢驗（P＜0.05）結(jié)果顯示：各樣品間存在顯著差異，說明樣品選擇具有代表性。

2.2 玉米黃粉中淀粉含量對熱處理效果的影響

玉米黃粉經(jīng)熱處理后配制成底物濃度為10%的懸浮液，加入堿性蛋白酶Alcalase，在60℃，pH8.5，酶與底物之比3%條件下，對玉米蛋白酶解改性2h。隨著酶解反應(yīng)的進(jìn)行，酶解液的pH逐漸下降，通過滴加1mol/L的NaOH溶液保持蛋白酶的最適pH，記錄消耗堿量，換算成DH值與時間關(guān)系。以未經(jīng)熱處理的相應(yīng)淀粉含量的玉米黃粉作對照。實驗結(jié)果如圖1～圖5和表2所示。

由表2可知，玉米黃粉在121℃條件下處理30min后，可將原料中的淀粉全部去除。原因是隨著反應(yīng)體系溫度的升高，淀粉分子的振動加劇，分子之間的氫鍵斷裂，使淀粉分子中有更多的位點(diǎn)可以和水分子發(fā)生氫鍵締合。水分子逐漸滲入淀粉粒中，使更多和更長的淀粉分子鏈分離，導(dǎo)致淀粉結(jié)構(gòu)的混亂度增大，同時結(jié)晶區(qū)的數(shù)目和大小均減小，繼續(xù)加熱，淀粉發(fā)生不可逆溶脹，從玉米黃粉上剝離下來。

表2 熱處理后玉米黃粉中的淀粉含量Table 2 The starch content of corn gluten meal after heat treatment

圖1 淀粉含量8.82%的玉米黃粉的熱處理效果Fig.1 Effect of corn gluten meal of starch content 8.82%on heat treatment

圖2 淀粉含量12.98%的玉米黃粉的熱處理效果Fig.2 Effect of corn gluten meal of starch content 12.98%on heat treatment

圖3 淀粉含量14.90%的玉米黃粉的熱處理效果Fig.3 Effect of corn gluten meal of starch content 14.90%on heat treatment

圖4 淀粉含量17.07%的玉米黃粉的熱處理效果Fig.4 Effect of corn gluten meal of starch content 17.07%on heat treatment

圖5 淀粉含量19.39%的玉米黃粉的熱處理效果Fig.5 Effect of corn gluten meal of starch content 19.39%on heat treatment

由圖1～圖5可知，隨著淀粉含量的增加，酶解效率逐漸下降，水解度從20.18%下降到14.52%。說明淀粉的存在阻礙了蛋白酶與底物玉米蛋白的結(jié)合，抑制了酶解效率。當(dāng)玉米黃粉中的淀粉含量從8.82%增加到17.07%時，熱處理的酶解效率逐漸與未處理原料相當(dāng)，在淀粉含量大于17.07%時，玉米黃粉的水解度才逐漸高于未經(jīng)處理的樣品，且提高幅度較小，僅為1.73%。熱處理未能使酶解效率大幅度提高的可能的原因是：熱處理除了使淀粉糊化外，還可使玉米蛋白部分變性。在相同熱處理條件下，玉米黃粉中淀粉含量低時，淀粉在高溫條件下迅速降解，蛋白質(zhì)直接受熱時間較長，蛋白質(zhì)變性后形成的松散多肽鏈又會由于二硫鍵和疏水鍵的再生而重新結(jié)合，形成更加緊密的共聚物，阻礙了蛋白酶對玉米蛋白的酶解作用[4]。而淀粉含量高時，淀粉降解時間長，蛋白質(zhì)的受熱時間短，共聚物形成的含量低，此時玉米蛋白高級結(jié)構(gòu)部分打開，利于蛋白酶的水解作用。所以，相同的熱處理條件并不適合所有的玉米黃粉，預(yù)處理的效果取決于玉米黃粉中淀粉含量的多少。

2.3 反相色譜法分析熱處理對玉米蛋白結(jié)構(gòu)的影響

為了進(jìn)一步驗證熱處理對玉米蛋白結(jié)構(gòu)變化的影響，采用反相色譜法對淀粉含量為17.07%玉米黃粉中的醇溶蛋白進(jìn)行分析。

熱處理后的玉米黃粉參照文獻(xiàn)[12]提取醇溶蛋白。醇溶蛋白用含0.065%三氟乙酸（TFA）和30%異丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液溶解后，經(jīng)反相色譜柱SOURCE 5RPC ST分析，以未處理玉米黃粉提取的醇溶蛋白做對照，實驗結(jié)果如圖6～圖7所示。分別收集圖6中保留時間為6.989min的樣品和圖7中保留時間為8.341min的樣品進(jìn)行SDS-PAGE分析，實驗結(jié)果如圖8所示。

圖6 未經(jīng)預(yù)處理玉米黃粉提取的醇溶蛋白反相色譜圖Fig.6 RP-HPLC profile of zein extracted from CGM without pretreatment

圖7 經(jīng)熱處理玉米黃粉提取的醇溶蛋白反相色譜圖Fig.7 RP-HPLC profile of zein extracted from heat treatmented corn gluten meal

圖8 玉米醇溶蛋白的SDS-PAGE圖譜Fig.8 SDS-PAGE electrophoresis pattern of zein

由圖6可以看出，用70%乙醇提取出的玉米醇溶蛋白是由多種組分組成的蛋白質(zhì)混合物，其中保留時間為6.989min的組分，經(jīng)SDS-PAGE法測得其分子量在23000~25000u之間，是醇溶蛋白的主要組分，根據(jù)面積歸一化法積分得知該組分含量占總量的60.11%，其疏水性較弱，上樣后立即被洗脫下來。在保留時間22、28、33min處有三個比較大的組分，三者的出峰時間比較晚，疏水性較強(qiáng)。除了這4個主要組分外，玉米醇溶蛋白還有一些小的組分，但由于它們的含量很低，因此在譜圖上未能顯示出來。

由圖7可以看出，玉米黃粉經(jīng)熱處理后，玉米醇溶蛋白的主要組分沒有發(fā)生改變，還是包含4個蛋白質(zhì)的主要組分。與圖6相比較，熱處理后的玉米醇溶蛋白中多出兩個含量較低但疏水性較強(qiáng)的組分，同時醇溶蛋白各組分的相對含量有了較大的變化。組分2～4的含量顯著增加，而組分1的含量卻減少了9%，可能的原因有以下兩個方面：熱處理將與蛋白質(zhì)緊密結(jié)合的淀粉除去，使蛋白質(zhì)裸露出來，當(dāng)用70%乙醇水溶液提取醇溶蛋白時，其相對含量有所增加；熱處理作用使玉米蛋白的空間結(jié)構(gòu)打開形成伸展的多肽鏈，使包埋在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的疏水性基團(tuán)暴露出來，增加玉米蛋白的疏水性，使玉米醇溶蛋白各組分的保留時間比未處理樣品的晚。所以，熱處理對玉米醇溶蛋白構(gòu)象的影響較大，也說明熱處理對玉米蛋白起到變性的效果。

3 結(jié)論

玉米黃粉中存在的淀粉，阻礙了蛋白酶對玉米蛋白的酶法改性速率。在本實驗采用的熱處理條件下，熱處理可將玉米黃粉中的淀粉全部去除。熱處理的處理效果受玉米黃粉中淀粉含量的影響，只有當(dāng)?shù)矸酆看笥?7.07%時，熱處理才對酶解效率有提高作用，且提高幅度較小，僅為1.73%。用RT-HPLC方法研究了熱處理對玉米黃粉中醇溶蛋白結(jié)構(gòu)變化的影響。圖譜表明，熱處理可以使醇溶蛋白各組分的疏水性能和相對提取率增加。說明熱處理對玉米黃粉起到了預(yù)處理作用，但作用效果不明顯。所以，熱處理的應(yīng)用不具有普遍性。

[1]Pomes AF.Zein[M].London：Interscience Publishers，1971，15： 125-132.

[2]王凱星.酶解促進(jìn)高蛋白米粉深度加工的研究[J].食品科學(xué)，1993（2）：22-25.

[3]陳新，陳慶森，龐廣昌.不同變性方式對Alcalase AF2.4L酶解玉米蛋白水解度的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（2）：42-44.

[4]曹方.玉米黃粉蛋白的酶法水解工藝[J].大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2003，22（1）：36-39.

[5]李鴻梅，郭平，倪鵬，等.玉米蛋白粉制備玉米肽脫脂及水解工藝研究[J].吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2006，28（3）：249-251.

[6]馮永巍.玉米肽制備工藝的優(yōu)化及其功能飲料的研制[D].吉林：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007：19.

[7]Zheng XQ，Li LT，Liu XL，et al.Production of hydrolysate with antioxidative activity by enzymatic hydrolysis of extruded corn gluten[J].Applied Microbiology and Biotechnology，2006，73：763-770.

[8]韓穎.膨化預(yù)處理對玉米蛋白酶解特性影響研究[J].糧食與油脂，2010（8）：16-18.

[9]張春紅，崔里剛，常南.超聲處理對玉米蛋白酶解效果影響的研究[J].食品工業(yè)科技，2010，31（2）：235-239.

[10]張龍翔，張廷芳.生物化學(xué)實驗方法和技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2002：1-2.

[11]Jens AN.Enzymic hydrolysis of food proteins[M].London andNewYork：ElsevierAppliedSciencePublishers，1986：122-144.

[12]鄭喜群.玉米黃粉的酶解工藝與抗氧化活性肽的制備[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006：22-24.

Effect of starch content in corn gluten meal on heat treatment

WANG Xiao-jie，ZHENG Xi-qun*，LIU Xiao-lan，LIU Jun
（Heilongjiang Key Laboratory of Agricultural Products Processing，College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Five kinds of corn gluten meal（CGM），which had different starch content，were used as raw material. The effect of the starch content（CGM）on the pretreatment was investigated，and the hydrolysis degree of proteins in CGM as the detected criteria.The result showed that the starch of CGM was removed completely by heat treatment under temperature of 121℃ and time of 30 minutes.The efficiency of heat treatment was influenced by starch content of CGM.The degree of hydrolysis was increased 1.73%by heat treatment when the starch content was above 17.07%.Structure change of zein led by the pretreatment was explored by reversed phase chromatography，and the profiles of zein on SOURCE 5RPC ST showed that the hydrophobic property and extraction ratio of components of zein were increased by heat treatment.

corn gluten meal；heat treatment；hydrolysis degree；reversed phase chromatography

TS231

A

1002-0306（2012）07-0143-04

2011－06－27 *通訊聯(lián)系人

王曉杰（1980-），女，講師，研究方向：食品生物技術(shù)。

黑龍江省自然科學(xué)基金（B200919）；齊齊哈爾大學(xué)青年教師科研啟動支持計劃項目（2011K-M26）。