燕麥蛋白-葡聚糖濕熱反應(yīng)產(chǎn)物的功能性質(zhì)研究

陳世超，錢(qián)海峰

（江南大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫214122）

燕麥蛋白-葡聚糖濕熱反應(yīng)產(chǎn)物的功能性質(zhì)研究

陳世超，錢(qián)海峰*

（江南大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無(wú)錫214122）

以燕麥蛋白質(zhì)為研究對(duì)象，通過(guò)β-葡聚糖對(duì)其進(jìn)行濕熱復(fù)合改性。研究不同條件下，復(fù)合產(chǎn)物的功能性質(zhì)隨著反應(yīng)條件的變化規(guī)律，并對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明，隨著燕麥蛋白和β-葡聚糖濕熱復(fù)合反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，在中性至弱堿性pH條件下，采用不同比例燕麥蛋白和葡聚糖的復(fù)合產(chǎn)物功能性質(zhì)都有了不同程度的改善，同時(shí)，接枝度變大，顏色逐漸變深。在100℃，pH9，反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），反應(yīng)120min的最佳工藝條件下，燕麥蛋白的溶解性提高到82%，復(fù)合物乳化性與乳化穩(wěn)定性顯著提高。

燕麥蛋白質(zhì)，β-葡聚糖，濕熱反應(yīng)，乳化性，溶解性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

燕麥 購(gòu)自無(wú)錫三里橋農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)；燕麥β-葡聚糖 購(gòu)自張家口一康生物有限公司；2，4，6-三硝基苯磺酸（2，4，6-trinitrobenzene sulfonic acid，TNBS）

Sigma公司；十二烷基硫酸鈉（SDS） 化學(xué)純；磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉等 均為分析純。

水浴鍋 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；攪拌器 IKA RW 20digital；HH—S數(shù)顯恒溫油浴鍋 金壇市金偉實(shí)驗(yàn)儀器廠；722型分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司；FJ-200高速分散均質(zhì)機(jī) 上海標(biāo)本模型廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 燕麥蛋白質(zhì)的制備 參考Gang Liu等方法制備燕麥蛋白質(zhì)[5]。

1.2.2 燕麥蛋白中蛋白質(zhì)含量測(cè)定 采用凱氏定氮法，參考GB/T5009.5-1985《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定方法》。

1.2.3 燕麥β-葡聚糖-蛋白質(zhì)復(fù)合物的制備 將β-葡聚糖與燕麥蛋白質(zhì)分別溶于緩沖溶液中，按照一定反應(yīng)物比例，將二者混合均勻，100℃反應(yīng)，每30min取出，冰浴5min終止反應(yīng)后，得到復(fù)合產(chǎn)物。其中，分別改變緩沖溶液的pH（pH7﹑8、9的磷酸鹽緩沖溶液，0.1mol/L）與反應(yīng)物配比（燕麥蛋白質(zhì)∶β-葡聚糖為3∶1，1∶1和1∶3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

1.2.4 溶解性的測(cè)定 取樣配成蛋白含量1%（w/v）溶液，在30℃水浴下攪拌分散，然后10000r/min高速離心15min，取上清液，采用凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。

溶解度NSI（%）=上清液中蛋白含量/樣品中蛋白含量×100%

1.2.5 乳化性及乳化穩(wěn)定性的測(cè)定 參照濁度法[6]，適當(dāng)改進(jìn)：取樣溶解成蛋白含量為1mg/mL的溶液，取30mL該溶液和10mL色拉油，在高速分散器上以10000r/min的轉(zhuǎn)速分散1min。立即從底部取50μL乳狀液，加到5mL 0.1%的SDS溶液中，搖勻，迅速在500nm下測(cè)吸光度，以SDS溶液為空白，0min時(shí)測(cè)得的吸光值A(chǔ)0作為乳化活性EA。乳化穩(wěn)定性用ESI=A0× 10/（A0-A10）表示，其中A10為乳狀液放置10min時(shí)測(cè)得的吸光值。

1.2.6 接枝度的測(cè)定（TNBS法） 取樣液稀釋一定倍數(shù)，加入1mL 0.01%TNBS溶液，于50℃水浴避光加熱30min。反應(yīng)完成后，立刻加入2mL 0.1mol/L無(wú)水亞硫酸鈉終止反應(yīng)，室溫下放置15min后，測(cè)定420nm下的吸光值，以水為空白對(duì)照[7]。

蛋白質(zhì)接枝度（DG）的計(jì)算公式：

式中，A0為未反應(yīng)時(shí)TNBS所測(cè)蛋白質(zhì)自由氨基數(shù)；At為反應(yīng)t時(shí)刻蛋白質(zhì)自由氨基數(shù)。

1.2.7 褐變指數(shù)的測(cè)定 取樣品液1mL，加入5mL 0.1g/100mL SDS，磁力攪拌20min，取稀釋液在420nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度，以0.1g/100mL SDS溶液為空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 燕麥蛋白質(zhì)與β-葡聚糖的理化成分分析

表1 燕麥蛋白質(zhì)的成分（%，w/w，干基）Table 1 Chemical compositions of oat protein

表2 燕麥β-葡聚糖的成分（%，w/w，濕基）Table 2 Chemical compositions of oat β-glucan

燕麥蛋白質(zhì)純度90%，主要雜質(zhì)為多糖。為排除樣品中含有的多糖對(duì)反應(yīng)本身造成干擾，取燕麥蛋白質(zhì)作為對(duì)照。燕麥β-葡聚糖純度為80%。燕麥蛋白和燕麥β-葡聚糖的成分如表1和表2。

2.2 不同pH條件下復(fù)合產(chǎn)物功能性質(zhì)的變化

蛋白質(zhì)與多糖的濕熱反應(yīng)程度，有很多影響因素，例如：溫度﹑加熱時(shí)間﹑反應(yīng)物比例﹑pH和多糖分子量等。考慮到實(shí)際燕麥加工過(guò)程中[2]，采用90～100℃，確定100℃為實(shí)驗(yàn)溫度。同時(shí)，中性與堿性pH更容易促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行[8]，同時(shí)pH越大，顏色變化越明顯。因此，本實(shí)驗(yàn)采用pH7﹑8和9的緩沖溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，將燕麥蛋白質(zhì)溶于相應(yīng)的緩沖溶液，平行處理，作為空白。

2.2.1 復(fù)合產(chǎn)物的乳化性及乳化穩(wěn)定性 蛋白質(zhì)作為乳化劑，可以吸附在分散粒子的表面，其親水鏈深入水相，形成吸附膜降低了表面張力，又形成空間保護(hù)層阻止膠粒的聚集。而多糖作為穩(wěn)定劑，大多滯留在分散介質(zhì)，通過(guò)水化或締合改變介質(zhì)流變性而阻止膠粒的聚集[9]。

圖1 不同pH（7、8、9），反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），乳化性（A500nm）隨時(shí)間變化Fig.1 Effects of pH on emulsifying properties of reaction compounds（ratio of reaction materials 1∶1）

圖2 不同pH（7、8、9），反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），乳化穩(wěn)定性隨時(shí)間變化Fig.2 Effects of pH on emulsifying stability of reaction compounds（ratio of reaction materials 1∶1）

從圖1與圖2可以看出，不同pH（7、8、9）時(shí)，相對(duì)于原蛋白，三者的乳化性及其穩(wěn)定性均有不同程度的提高。這表明蛋白質(zhì)與多糖的相互反應(yīng)，賦予體系不同于兩者單獨(dú)存在時(shí)的功能表現(xiàn)。此時(shí)，共價(jià)鍵合的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物既保留了蛋白質(zhì)的表面活性又具有多糖的親水性能，乳化性和穩(wěn)定性都有不同程度的提高[10]。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)的疏水基團(tuán)逐漸暴露，親油性增大，復(fù)合物更加易于分散在油/水界面，表現(xiàn)為乳化性隨熱處理時(shí)間而增大。當(dāng)熱處理過(guò)度時(shí)，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)分子聚合，乳化性下降[11]。而多糖的加入，增加了油/水乳化系統(tǒng)中水相的黏度，同時(shí)會(huì)降低油/水界面張力，提高乳化穩(wěn)定性[12]。

另外，pH9時(shí)復(fù)合產(chǎn)物的乳化性及其穩(wěn)定性變化比pH7和pH8時(shí)更加顯著。這三者的不同，是因?yàn)椴煌琾H下蛋白質(zhì)與多糖的反應(yīng)速度不同。美拉德反應(yīng)本質(zhì)上是堿催化反應(yīng)，因此pH偏向堿性有利反應(yīng)的進(jìn)行。在此范圍內(nèi)，隨著反應(yīng)程度的提高，乳化特性提高更快[13]。

從圖1與圖2可知，燕麥蛋白質(zhì)與β-葡聚糖復(fù)合產(chǎn)物的乳化性質(zhì)，與單一的加熱后蛋白質(zhì)（pH7蛋白質(zhì)，pH9蛋白質(zhì)）相比，顯著增大。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，pH7蛋白質(zhì)和pH9蛋白質(zhì)的乳化特性在前120min略有升高，之后隨著時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)（120～150min）而降低。這和燕麥蛋白質(zhì)-β-葡聚糖復(fù)合物的規(guī)律一致，但不明顯。這表明，燕麥蛋白質(zhì)中含有的糖類(lèi)與燕麥蛋白質(zhì)的反應(yīng)可以忽略。

2.2.2 復(fù)合產(chǎn)物溶解性的測(cè)定 從圖3可得，隨著反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，反應(yīng)產(chǎn)物的溶解性明顯升高。這是因?yàn)殡S著反應(yīng)的進(jìn)行，蛋白質(zhì)分子上親水基團(tuán)增多，從而使溶解度增大。同時(shí)，β-葡聚糖的引入，從空間上保護(hù)了蛋白質(zhì)，防止蛋白質(zhì)聚集[13]。隨著反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，美拉德反應(yīng)進(jìn)入到最終階段，前面的裂解產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)，產(chǎn)生類(lèi)黑精，同時(shí)與蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，表現(xiàn)為溶解度變化不明顯[14]。并且，從pH7到pH9，溶解性逐漸增大。這可能是由于在較高的pH時(shí)，蛋白質(zhì)和多糖更加容易結(jié)合，親水基團(tuán)越多，溶解性越好。pH過(guò)高，堿性太強(qiáng)，蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)可能發(fā)生變化，會(huì)影響反應(yīng)的進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)中（pH9）沒(méi)有觀察到此現(xiàn)象。

圖3 不同pH（7、8、9），反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），溶解性隨時(shí)間變化Fig.3 Effects of pH on solubility of reaction compounds（ratio of reaction materials 1∶1）

從圖3可知，燕麥蛋白質(zhì)與β-葡聚糖復(fù)合產(chǎn)物的溶解性，與單一的加熱后蛋白質(zhì)（pH7蛋白質(zhì)，pH9蛋白質(zhì)）相比，顯著增大。隨著加熱的進(jìn)行，pH7蛋白質(zhì)和pH9蛋白質(zhì)的溶解性在前120min略有升高，之后隨著時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)（120～150min）而降低。這和燕麥蛋白質(zhì)-β-葡聚糖復(fù)合物的規(guī)律一致，但不明顯，這表明，燕麥蛋白質(zhì)中含有的糖類(lèi)與燕麥蛋白質(zhì)的反應(yīng)可以忽略，因此，下文不再做此比較。

2.2.3 復(fù)合產(chǎn)物的接枝度 從圖4可知，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，接枝度明顯升高。并且，pH越高（從pH7到pH9），接枝度越大。這樣，在反應(yīng)過(guò)程中，親水基團(tuán)比例逐漸增大，產(chǎn)物的溶解性增大，同時(shí)乳化特性也增大，這與性質(zhì)的變化相吻合。

對(duì)于接枝度的變化，是因?yàn)樵诘鞍踪|(zhì)與多糖的接枝反應(yīng)中，與蛋白質(zhì)中伯氨基接觸的還原性醛基才能發(fā)生反應(yīng)。反應(yīng)開(kāi)始后，伯氨基不可能立即全部暴露在分子的表面，隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)部分展開(kāi)，多糖與蛋白質(zhì)受熱逐步結(jié)合，接枝度逐漸提高[15]。當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到最終階段，前面的裂解產(chǎn)物繼續(xù)反應(yīng)，生產(chǎn)色素，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，接枝度保持不變或變化不明顯。

多糖的分子量對(duì)蛋白質(zhì)和多糖反應(yīng)有一定影響。分子量越大，空間效應(yīng)使得反應(yīng)降低，反應(yīng)時(shí)間也更長(zhǎng)，這也解釋了本實(shí)驗(yàn)結(jié)果與某些文獻(xiàn)結(jié)果的差別[9]。

圖4 不同pH（7、8、9），反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），接枝度隨時(shí)間變化Fig.4 Effects of pH on grafting degree of reaction compounds（ratio of reaction materials 1∶1）

2.2.4 復(fù)合產(chǎn)物的褐變指數(shù) 顏色變化是蛋白質(zhì)與多糖反應(yīng)之后的一個(gè)十分重要并且極其顯著的特征。它的變化取決于食品的種類(lèi)與反應(yīng)的進(jìn)程。從圖5可以看到，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，不同pH復(fù)合物的褐變程度均變大。這和其他報(bào)道是一致的[9]。另外，隨著pH增大，蛋白質(zhì)與多糖反應(yīng)產(chǎn)物的吸光度明顯增加。這是因?yàn)樵趬A性介質(zhì)中，氨基酸呈陰離子形態(tài)，此時(shí)，氨基易于發(fā)生反應(yīng)。由于鄰近n原子的影響，糖堿基C1上電子密度增大，使1，2-烯醇化轉(zhuǎn)為困難，所以在堿性介質(zhì)中，一般進(jìn)行2，3-烯醇化[15]，使得顏色變化明顯。而褐變的不斷發(fā)生，影響反應(yīng)的進(jìn)一步進(jìn)行，同時(shí)對(duì)實(shí)際應(yīng)用造成一定困擾。

圖5 不同pH（7、8、9），反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），褐變程度隨時(shí)間變化Fig.5 Effects of pH on browning of reaction compounds（ratio of reaction materials 1∶1）

綜上，復(fù)合產(chǎn)物的功能性質(zhì)在pH9時(shí)變化更加明顯。同時(shí)，在120min時(shí)，功能性質(zhì)最大，褐變程度相對(duì)較低，此時(shí)接枝程度也最大，因此確定pH9，反應(yīng)120min。

2.3 不同反應(yīng)比例條件下復(fù)合物功能性質(zhì)的變化

蛋白質(zhì)與多糖分子間的作用是在一定的基團(tuán)間進(jìn)行的。在一定范圍內(nèi)，反應(yīng)物的分子碰撞幾率增大，利于反應(yīng)的進(jìn)行。但當(dāng)加到一定程度時(shí)，考慮到蛋白質(zhì)分子與多糖分子的空間位阻，分子間碰撞幾率降低，不利于反應(yīng)的進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)控制燕麥蛋白質(zhì)濃度0.5%，改變反應(yīng)物蛋白質(zhì)與多糖的比例（燕麥蛋白∶β-葡聚糖為1∶3，1∶1和3∶1w/w），檢測(cè)二者復(fù)合物的性質(zhì)變化，結(jié)果如圖6和圖7。

圖6 反應(yīng)物比例對(duì)復(fù)合物功能性質(zhì)的影響Fig.6 Effects of ratio of reaction materials on functional properties of reaction compounds（pH9）

圖7 反應(yīng)物比例對(duì)復(fù)合物接枝度與褐變顏色的影響Fig.7 Effects of ratio of reaction materials on grafting degree and browning of reaction compounds（pH9）

如圖6，不同反應(yīng)物比例所得復(fù)合產(chǎn)物的乳化特性﹑溶解性與原蛋白相比都有很大提高?？傮w來(lái)說(shuō)，復(fù)合產(chǎn)物的溶解性隨著β-葡聚糖含量的增多而變大，1∶1與1∶3比例相差不大。復(fù)合產(chǎn)物的乳化性則先升高，反應(yīng)物配比從1∶1到1∶3變化不明顯。乳化穩(wěn)定性也表現(xiàn)出類(lèi)似的趨勢(shì)。

如圖7，從接枝度而言，比例3∶1時(shí)接枝度較小，1∶1開(kāi)始變大，這可能是由于隨著糖含量的增大，蛋白質(zhì)的氨基與多糖的羰基的接觸機(jī)會(huì)增多，結(jié)合幾率也增大的緣故。同時(shí)，隨著β-葡聚糖含量的增大，褐變也增大。當(dāng)比例增大到1∶3時(shí)，接枝度變化不大，這可能是因?yàn)棣?葡聚糖含量過(guò)大，空間位阻會(huì)影響二者的過(guò)多結(jié)合。

綜合一系列測(cè)定結(jié)果以及考慮到生產(chǎn)實(shí)際，液相體系中，在反應(yīng)溫度100℃時(shí)，pH9，反應(yīng)物比例為1∶1（w/w），反應(yīng)120min時(shí)，得到的復(fù)合產(chǎn)物功能性質(zhì)最佳，此時(shí)溶解性提高到82%，乳化性與乳化穩(wěn)定性顯著提高，是一種有效的改性方法。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)β-葡聚糖對(duì)燕麥蛋白質(zhì)進(jìn)行濕法改性。結(jié)果表明：隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，不同pH與反應(yīng)物比例的復(fù)合產(chǎn)物其功能性質(zhì)都有不同程度的改善。同時(shí)，接枝度變大，顏色逐漸變深?？紤]到顏色變化對(duì)生產(chǎn)實(shí)際帶來(lái)的不便，確定100℃，pH9，反應(yīng)物比例為1∶1，反應(yīng)120min為最佳工藝。此時(shí)，溶解性提高到82%，乳化性與乳化穩(wěn)定性顯著提高，可為燕麥蛋白的濕熱改性提供參考。

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Functional properties of reaction products between oat proteins and glucans by wet-heated reaction

CHEN Shi-chao，QIAN Hai-feng*
（School of Food Science and Technology，State Key Laboratory of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

β-glucans were used to modify the functional properties of oat proteins by wet-heated reaction.The functional properties of reactions products were determined under different conditions.Results indicated that the functional properties of reactions products improved significantly in different process.At the same time，the degree of grafting increased and the color was darken.Under the condition of 100℃and pH9 at the ratio of 1∶1（w/w），reaction time was 120min，the solubility of the reaction products could reach 82%，while the emulsifying properties and the emulsifying stability increased significantly.

oat proteins；β-glucans；wet-heated reaction；emulsifying properties；solubility

TS210.1

A

1002-0306（2012）01-0132-04

燕麥?zhǔn)枪J(rèn)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高的糧食作物，同時(shí)含有兩種高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)蛋白質(zhì)與β-葡聚糖。燕麥蛋白質(zhì)的氨基酸組成平衡，具備人體必需的8種氨基酸，特別是含有大米等食品中缺少的賴(lài)氨酸，生物價(jià)較高。而燕麥β-葡聚糖是一種分子量較小的非淀粉多糖，具有很高的粘度，可以明顯降低人體血漿和肝臟膽固醇水平。并具有降低血壓的作用，除此之外還具有增稠、乳化和親水等性質(zhì)，可作為性能良好的食品添加劑[1]。燕麥蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比較高，但是溶解性差。目前燕麥片﹑燕麥粉是大多數(shù)人獲得燕麥蛋白的途徑[2]。在蛋白質(zhì)中引入多糖，是對(duì)蛋白質(zhì)的一種改性，可以顯著改善蛋白質(zhì)的溶解性等功能性質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)這方面的研究主要集中在大豆蛋白和大米蛋白。對(duì)于燕麥蛋白，國(guó)內(nèi)關(guān)于該技術(shù)領(lǐng)域的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。對(duì)于蛋白-多糖共價(jià)復(fù)合物的研究，現(xiàn)有制備方法有干法與濕法[3]。其中，干法制備糖蛋白復(fù)合物，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，固相反應(yīng)物之間接觸不均勻、不充分，產(chǎn)物性能比較不穩(wěn)定。而濕熱法蛋白質(zhì)與多糖之間接觸的幾率更大，在相對(duì)較短反應(yīng)時(shí)間下，反應(yīng)程度更高，在蛋白-蛋白接觸面上存在重要的結(jié)構(gòu)改變[4]。本文主要考察其與β-葡聚糖在液相體系中，經(jīng)不同條件作用后，復(fù)合物各種功能性質(zhì)的變化，并對(duì)蛋白質(zhì)與多糖反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行初步探討。

2011－01－25 *通訊聯(lián)系人

陳世超（1984-），女，碩士研究生，研究方向：谷物功能成分。