熱處理對(duì)全脂大豆蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率的影響

白明昧，孫澤威，龍國(guó)徽，王 濤，姜海龍，潘 麗，何玉華，秦貴信

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) a 動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，c 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130118)

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熱處理對(duì)全脂大豆蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率的影響

白明昧a，孫澤威b，龍國(guó)徽c，王 濤b，姜海龍b，潘 麗a，何玉華a，秦貴信b

(吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) a 動(dòng)物生產(chǎn)及產(chǎn)品質(zhì)量安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，b 動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，c 生命科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春130118)

【目的】 研究熱處理對(duì)全脂大豆蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率的影響及三者之間的相關(guān)性?！痉椒ā?以全脂大豆為樣本，對(duì)其進(jìn)行濕熱法(120 ℃高壓(0.1 MPa)滅菌鍋加熱7.5 min)和干熱法(120 ℃烘箱干燥15 min)處理，同時(shí)設(shè)膨化全脂大豆粉不作加熱處理。使用傅立葉紅外光譜(FTIR)技術(shù)，定量計(jì)算蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征(酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶、酰胺Ⅰ帶/酰胺Ⅱ帶、蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋、β-折疊及α-螺旋與β-折疊的比值)，并采用體積分?jǐn)?shù)0.2%KOH溶液定氮法和胃蛋白酶-胰酶制劑兩步酶解法，分別對(duì)大豆樣品蛋白質(zhì)溶解度和粗蛋白體外消化率進(jìn)行分析，用Pearson方法分析各指標(biāo)間的相關(guān)性。【結(jié)果】 不同熱處理?xiàng)l件顯著影響了3種大豆樣品蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率，且以對(duì)膨化全脂大豆的影響最大。蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶的峰高和峰面積與其溶解度和體外消化率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；而蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶峰高比值與其溶解度和體外消化率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶的峰面積比值與其溶解度和體外消化率也呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；α螺旋含量、α螺旋/β折疊值與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001)；無(wú)規(guī)則卷曲含量與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；而β-折疊含量與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P=0.002)；并且蛋白質(zhì)溶解度與體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001)?！窘Y(jié)論】 得到了一組新的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)，而且蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率三者之間存在密切的相關(guān)性關(guān)系。

熱處理；傅立葉紅外光譜技術(shù)；分子結(jié)構(gòu)特征；溶解度；體外消化

JIANG Hailongb,PAN Lia,HE Yuhuaa,QIN Guixinb

飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及利用率不僅與其化學(xué)成分組成有關(guān)，而且與其蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)相關(guān)。飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的傳統(tǒng)測(cè)定方法是在利用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、機(jī)械研磨等方式破壞飼料成分空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)方法測(cè)定飼料中營(yíng)養(yǎng)成分的組成，但這種方法不能從分子結(jié)構(gòu)方面揭示營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和其在家畜消化道中的降解規(guī)律。目前傅立葉紅外光譜技術(shù)已發(fā)展成為一種快速、先進(jìn)且無(wú)破壞性的生物分析技術(shù)，其在科研、飼料生產(chǎn)和營(yíng)養(yǎng)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛，采用此技術(shù)可以對(duì)飼料原料蛋白質(zhì)的光譜學(xué)特征和功能團(tuán)空間分布等指標(biāo)進(jìn)行分析，以區(qū)分不同飼料原料內(nèi)在化學(xué)結(jié)構(gòu)信息的差異，可為建立飼料原料內(nèi)在化學(xué)結(jié)構(gòu)信息與飼料品質(zhì)、養(yǎng)分利用率和消化特性等方面的數(shù)量關(guān)系提供依據(jù)[1]。

近年來(lái)有研究指出，高溫加熱可以使飼料原料蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和養(yǎng)分降解特性在一定程度上發(fā)生改變[2-3]；而且蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征(酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶和二級(jí)結(jié)構(gòu)等)對(duì)蛋白質(zhì)品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、可利用性和消化行為也有影響[4-5]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者還發(fā)現(xiàn)，飼料中蛋白質(zhì)(氨基酸)等養(yǎng)分的溶解度與其消化率的高低也密切相關(guān)[6-8]。因此，建立不同飼料蛋白質(zhì)分子的光譜特性和溶解性與其可消化性之間的關(guān)系，有助于人們對(duì)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的深入理解和開(kāi)拓新興的科研領(lǐng)域。目前，有關(guān)探究蛋白質(zhì)飼料分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度與單胃動(dòng)物粗蛋白質(zhì)體外消化率之間關(guān)系的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

為此，本研究在分析加熱對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率影響的基礎(chǔ)上，揭示蛋白質(zhì)飼料分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度與其體外消化率之間的關(guān)系，以期為完善飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)體系、提高飼料蛋白質(zhì)資源利用效率以及減少養(yǎng)殖業(yè)對(duì)環(huán)境的污染提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料及處理

全脂大豆和膨化全脂大豆粉，購(gòu)于德惠市萬(wàn)浩生物飼料公司。全部樣品粉碎過(guò)孔徑1 mm分析篩用于實(shí)驗(yàn)室分析，以全脂大豆作為蛋白質(zhì)原料進(jìn)行濕熱法(120 ℃高壓(0.1 MPa)滅菌鍋加熱7.5 min)和干熱法(120 ℃烘箱干燥15 min)處理，然后于室溫下冷卻，4 ℃?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試劑及儀器

胃蛋白酶(P7000-25 G)、胰酶(P7545-100 G)、KBr(光譜純)，購(gòu)自SIGMA公司；氯霉素、磺基水楊酸，購(gòu)自北京康為世紀(jì)生物科技有限公司。

LXJ-64-01型離心機(jī)，北京醫(yī)療器械廠；GLP 22型pH計(jì)，上海仁器儀器儀表有限公司；78-Ⅰ型磁力攪拌器，江蘇金壇市中大儀器廠；FTIR-8400s傅立葉變換紅外光譜儀，日本島津公司；FW-3紅外壓片機(jī)，天津天光光學(xué)儀器有限公司；HZS-H型恒溫水浴振蕩器，哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蛋白質(zhì)溶解度的測(cè)定 按Dale[9]的方法，稱取3種大豆樣品(膨化全脂大豆粉、濕熱處理的全脂大豆粉和干熱處理的全脂大豆粉)各1.5 g于250 mL燒杯中，分別加入75 mL體積分?jǐn)?shù) 0.2%氫氧化鉀溶液，在磁力攪拌器上攪拌20 min后，取50 mL液體轉(zhuǎn)移至離心管，2 700 r/min離心10 min。吸取15 mL上清液，用凱氏定氮法測(cè)定其中的蛋白質(zhì)含量，其量相當(dāng)于0.3 g樣品(15/75=x/1.5 g,x=0.3 g)中的蛋白質(zhì)含量。蛋白溶解度=15 mL上清液中的蛋白質(zhì)含量/原樣中的蛋白質(zhì)含量×100%。

1.3.2 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定 根據(jù)龍國(guó)徽等[10]的方法，稱取3種大豆樣品(膨化全脂大豆粉、濕熱處理的全脂大豆粉和干熱處理的全脂大豆粉)各2.0 mg，分別加入200 mg KBr，在真空干燥器中干燥24 h，研磨混合均勻，然后用紅外壓片機(jī)進(jìn)行壓片，再用傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行紅外光譜掃描，分辨率4 cm-1，掃描次數(shù)64次，波數(shù)范圍4 000～400 cm-1。圖譜處理采用OMNIC 8.0數(shù)據(jù)處理軟件，原譜進(jìn)行基線校正，所有蛋白樣品的紅外光譜與不含蛋白質(zhì)樣品的KBr圖譜做差譜，參照去卷積參數(shù)，通過(guò)控制半峰寬和增強(qiáng)因子分別為30.0，3.0，得到去卷積圖譜。確定子峰峰位，結(jié)合去卷積圖譜利用Origin 7.5軟件對(duì)酰胺Ⅰ帶(1 700～1 600 cm-1)進(jìn)行高斯曲線擬合，求出各子峰相對(duì)峰面積，分析二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分與各子峰的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

1.3.3 粗蛋白質(zhì)體外消化率的測(cè)定 參照Boisen等[11]的體外模擬消化方法測(cè)定粗蛋白質(zhì)體外消化率，其操作程序如下：稱取3種大豆樣品(膨化全脂大豆粉、濕熱處理的全脂大豆粉和干熱處理的全脂大豆粉)各1.0 g(精確到0.001 g)，分別放入100 mL錐形瓶中，再加入10 mL 1 mg/mL新鮮豬胃蛋白酶溶液(pH為2.0)，同時(shí)加入0.5 mL氯霉素溶液防止微生物生長(zhǎng)，封口后在恒溫水浴搖床上37 ℃孵育4 h；胃消化期結(jié)束后，用0.2 mol/L NaOH中和，加入10 mL磷酸鹽緩沖液(0.2 mol/L,pH值6.8)，用1 mol/L HCl或1 mol/L NaOH將pH值調(diào)至6.8；然后加入1 mL 50 mg/mL豬胰酶溶液，封口，放入39 ℃恒溫水浴振蕩器中繼續(xù)消化18 h；小腸消化期結(jié)束后，加入5 mL體積分?jǐn)?shù)20%磺基水楊酸，15 000 r/min離心15 min，棄上清液，沉淀物置于80 ℃烘箱中過(guò)夜，待測(cè)。粗蛋白質(zhì)消化率=(原樣中粗蛋白質(zhì)含量-沉淀物中粗蛋白質(zhì)含量)/原樣中粗蛋白質(zhì)含量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均用Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行初步整理，采用Duncan氏法對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較，數(shù)值表示為“平均值+標(biāo)準(zhǔn)誤”，結(jié)果以α=0.05 水平來(lái)標(biāo)注差異顯著性；相關(guān)性分析采用SPSS 19.0進(jìn)行，得到Pearson相關(guān)系數(shù)的置信區(qū)間和P值。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱處理對(duì)大豆樣品蛋白質(zhì)溶解度的影響

如表1所示，3種大豆樣品中蛋白質(zhì)溶解度受熱處理的影響均不相同。其中，干熱處理組大豆樣品的蛋白質(zhì)溶解度顯著高于其他2組(P<0.05)，為86.14%；濕熱處理組和膨化全脂大豆組分別為82.65%, 76.91%，差異顯著(P<0.05)。

表 1 熱處理對(duì)3種大豆樣品蛋白質(zhì)溶解度的影響

注：同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同字母表示差異顯著(n=3,P<0.05)。下表同。

Note：Different small letters in the same column indicate significant difference (n=3,P<0.05).Same as below.

2.2 熱處理對(duì)大豆樣品蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征的影響

2.2.1 對(duì)蛋白質(zhì)譜帶強(qiáng)度特征的影響 由圖1可以看出，傅立葉紅外光譜分析中蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶采用共同的基線(1 722～1 482 cm-1)，酰胺Ⅰ帶峰高所對(duì)應(yīng)的波數(shù)大約在1 652 cm-1, 酰胺Ⅱ帶峰高所對(duì)應(yīng)的波數(shù)大約在1 544 cm-1；酰胺Ⅰ帶峰面積所對(duì)應(yīng)的波數(shù)在1 722～1 585 cm-1, 酰胺Ⅱ帶峰面積所對(duì)應(yīng)的波數(shù)在1 585～1 482 cm-1。

由表2可知，3組大豆樣品蛋白質(zhì)的譜帶特征值兩兩比較均差異顯著(P<0.05)。濕熱處理組大豆酰胺Ⅰ帶峰高度、峰面積分別為0.31,0.60,均顯著高于其他2組(P<0.05)，膨化全脂大豆組蛋白質(zhì)酰胺Ⅱ帶峰高度、峰面積分別為0.04,0.07,均顯著低于其他2組(P<0.05)；而酰胺Ⅰ帶與Ⅱ帶的峰高度和峰面積比值均以膨化全脂大豆組最高，均為3.39,顯著高于其他2組(P<0.05)，其他2組酰胺Ⅰ帶與Ⅱ帶的峰高、峰面積比值之間差異也顯著(P<0.05)。

表 2 熱處理對(duì)3種大豆樣品蛋白質(zhì)譜帶強(qiáng)度的影響

2.2.2 對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分的影響 3種大豆樣品酰胺Ⅰ帶的擬合結(jié)果如圖2所示，擬合度R2=0.999 99，據(jù)此計(jì)算得出的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分含量見(jiàn)表3。由圖2可以看出，紅外光譜酰胺Ⅰ帶特征峰1 619,1 626,1 634 cm-1歸為β-折疊；1 641,1 649 cm-1歸為無(wú)規(guī)則卷曲；1 656 cm-1歸為α-螺旋；1 665,1 674,1 687,1 697 cm-1歸為β-轉(zhuǎn)角。

由表3可知，3種大豆樣品中干熱處理組α-螺旋含量最高，為12.81%，顯著高于其他2組(P<0.05)；膨化全脂大豆組的β-折疊含量最高，為30.99%，顯著高于其他2組(P<0.05)；3種大豆樣品中β-轉(zhuǎn)角含量差異均不顯著(P>0.05)；干熱處理組大豆樣品的無(wú)規(guī)則卷曲含量也最高，但僅與膨化大豆組相比差異顯著(P<0.05)；膨化全脂大豆組的α-螺旋與β-折疊比值顯著低于其他2組(P<0.05)，為36.97%。

2.3 熱處理對(duì)大豆樣品粗蛋白質(zhì)體外消化率的影響

由圖3可知，3種大豆樣品粗蛋白質(zhì)經(jīng)胃蛋白酶-胰酶連續(xù)消化后，粗蛋白質(zhì)體外消化率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈逐漸遞增的趨勢(shì)，且在不同時(shí)間點(diǎn)上，3種大豆樣品粗蛋白質(zhì)體外消化率均不相同。12～16 h，粗蛋白質(zhì)降解速率以干熱處理組最大，其次是濕熱處理組，膨化全脂大豆組最小；且干熱處理組大豆樣品粗蛋白質(zhì)終消化率顯著高于其他2組(P<0.05)，為75.85%，濕熱處理組和膨化全脂大豆組相比差異也顯著(P<0.05)，分別為71.83%,64.22%。

圖 2 熱處理?xiàng)l件下3種大豆樣品蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶(波數(shù)在1 700～1 600 cm-1)的曲線擬合譜圖

表 3 熱處理?xiàng)l件下3種大豆樣品蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分的定量計(jì)算

圖 3 熱處理對(duì)3種大豆樣品粗蛋白質(zhì)體外消化率的影響

2.4 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征與其溶解度和體外消化率的關(guān)系

2.4.1 蛋白質(zhì)譜帶強(qiáng)度特征與其溶解度和體外消化率的關(guān)系 由表4可知，蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶、酰胺Ⅱ帶峰高和峰面積均與其溶解度和粗蛋白質(zhì)消化率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；而蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶峰高比值與其溶解度和粗蛋白質(zhì)消化率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶峰面積比值與其溶解度和粗蛋白質(zhì)消化率也呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

2.4.2 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分與其溶解度和體外消化率的關(guān)系 由表5可知，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量與其溶解度和體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P=0.001)；β-折疊含量與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P=0.002)；無(wú)規(guī)則卷曲含量與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)；α-螺旋/β-折疊與蛋白質(zhì)溶解度和體外消化率也呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.001)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)溶解度與其體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.998,P<0.001)。

表 4 蛋白質(zhì)譜帶強(qiáng)度特征與其溶解度和體外消化率的相關(guān)分析

注：*. 表示在P=0.05水平上差異顯著，**. 表示在P=0.01水平上差異顯著。采用Pearson方法獲得相關(guān)系數(shù)。下表同。

Note:*.shows significant difference at the level ofP=0.05,**.shows the significant difference at the level ofP=0.01.Correlation coefficients were obtained using the Pearson method.The same below.

表 5 蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分與其溶解度和體外消化率的相關(guān)分析

3 討 論

3.1 熱處理對(duì)蛋白質(zhì)溶解度的影響

許多研究認(rèn)為，蛋白質(zhì)溶解度是評(píng)價(jià)全脂大豆加工或營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)[12]。本研究結(jié)果表明，膨化全脂大豆組的蛋白質(zhì)溶解度受高溫加熱影響最大，此結(jié)果與豆洪啟[13]的研究結(jié)果一致；但蛋白質(zhì)溶解度達(dá)76.91%，高于李素芬等[14]的研究結(jié)果，這可能是因?yàn)轱暳袭a(chǎn)地、品種和貯存方式等不同造成的；其次影響較大的是濕熱處理組，可能是由于濕熱法具有穿透力強(qiáng)和作用快等特點(diǎn)，從而使?jié)駸崽幚斫M的蛋白質(zhì)溶解度受加熱影響較大，這與Qin[15]的研究結(jié)果相一致。

另外本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，在同一粒度下，飼料原料的蛋白質(zhì)溶解度與其體外消化率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這與王衛(wèi)國(guó)等[16]的研究結(jié)果相一致。蛋白質(zhì)溶解度之所以能夠影響腸道內(nèi)的養(yǎng)分利用率，可能是因?yàn)閯?dòng)物消化道內(nèi)蛋白飼料首先要溶解于消化液中，然后才能被消化酶有效地加以水解所致。

3.2 熱處理對(duì)大豆樣品粗蛋白質(zhì)體外消化率的影響

由于實(shí)體動(dòng)物消化實(shí)驗(yàn)耗時(shí)、費(fèi)力，很難在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的飼料樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，而單胃動(dòng)物體外消化模擬技術(shù)具有簡(jiǎn)單、快捷、重演性好等特點(diǎn)，因此在飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定方面具有重大應(yīng)用潛力，其中胃蛋白酶-胰酶制劑兩步酶解法是目前較為適宜的體外消化測(cè)定技術(shù)之一[17]。

然而，由于動(dòng)物體胃腸道是一個(gè)極其復(fù)雜的生物系統(tǒng)，力圖完全真實(shí)模擬胃腸道的消化過(guò)程幾乎是不可能實(shí)現(xiàn)的，而且在胃和小腸消化的不同階段，消化產(chǎn)物的不斷積累會(huì)抑制酶促反應(yīng)的發(fā)生，因此本試驗(yàn)中的粗蛋白質(zhì)體外消化率可能會(huì)低于實(shí)際理論值。Doiron等[18]研究表明，濕熱法較干熱法能更有效地改善飼料的蛋白質(zhì)品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。這與本研究結(jié)果不同，可能是由于濕熱處理組加熱時(shí)間較短，致使大豆中部分抗?fàn)I養(yǎng)因子未能完全去除，進(jìn)而影響了主要蛋白酶類的消化作用，所以本研究中濕熱處理組的粗蛋白質(zhì)體外消化率稍低于干熱處理組。

3.3 熱處理對(duì)蛋白質(zhì)譜帶強(qiáng)度特征的影響

蛋白質(zhì)紅外光譜具有兩個(gè)主要功能波段，即酰胺Ⅰ帶(1 700～1 600 cm-1)和酰胺Ⅱ帶(1 600～1 500 cm-1)，這是由蛋白質(zhì)主鏈特定彎曲和伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的。酰胺Ⅰ帶主要為80%的C=O伸縮振動(dòng)，酰胺Ⅱ帶為60%的N-H彎曲振動(dòng)和40%的C-N 伸縮振動(dòng)，二者都可以用于評(píng)估蛋白質(zhì)構(gòu)象[19]。

本研究結(jié)果表明，熱處理可以顯著改變蛋白質(zhì)酰胺Ⅰ帶和酰胺Ⅱ帶特征值，其中濕熱處理組酰胺Ⅰ帶、Ⅱ帶峰高、峰面積最大，其次是干熱處理組，但都低于Samadi等[20]的研究結(jié)果；而酰胺Ⅰ帶與酰胺Ⅱ帶峰高和峰面積比值以濕熱處理組最低，其次是干熱處理組，卻都高于Samadi等[20]的研究結(jié)果，這可能與原料來(lái)源、加工處理方法和加熱時(shí)間等不同有關(guān)。本研究還發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)酰胺區(qū)特征與其溶解度呈顯著相關(guān)，這與Yu和Nuez-Ortín等[21]的研究結(jié)果相一致。

另外本試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，粗蛋白質(zhì)含量相同的3種大豆樣品，當(dāng)加熱導(dǎo)致蛋白質(zhì)酰胺區(qū)特征發(fā)生變化時(shí)，不同樣品在動(dòng)物消化道內(nèi)的粗蛋白質(zhì)消化率也不同，這與Theodoridou等[22]的研究結(jié)果相一致。蛋白質(zhì)酰胺區(qū)特征之所以與其溶解度和體外消化率存在密切的相關(guān)性，可能是因?yàn)轷０发駧Ш廷驇Х甯?、峰面積的大小代表著蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中主要化學(xué)鍵(C=O、C-N和N-H鍵等)數(shù)量的多少，而化學(xué)鍵的種類和數(shù)量可以間接反映消化道內(nèi)主要蛋白酶與底物相互作用時(shí)肽鏈的降解程度。

3.4 熱處理對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)各組分的影響

由于典型的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)的形成與氫鍵特性有關(guān)，酰胺Ⅰ帶的振動(dòng)頻率對(duì)與肽鍵有關(guān)的氫鍵又非常敏感，所以紅外光譜酰胺Ⅰ帶對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)特別敏感[23-24]。雖然酰胺Ⅱ帶也能用于評(píng)估蛋白質(zhì)構(gòu)象，但它是由多官能團(tuán)復(fù)雜式振動(dòng)產(chǎn)生的；酰胺Ⅰ帶具有較高的光譜強(qiáng)度，是預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、評(píng)估蛋白質(zhì)構(gòu)象的首選[25-26]。因此本研究通過(guò)定量計(jì)算酰胺Ⅰ帶組分來(lái)預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)。

本研究結(jié)果表明，熱處理能夠誘導(dǎo)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中濕熱處理組的α-螺旋、β-折疊含量和α-螺旋/β-折疊值均較干熱處理組低，這與Yu等[27]的研究結(jié)果相似；另外本研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋、β-折疊含量和α-螺旋與β-折疊比值均不同程度地影響著蛋白質(zhì)的品質(zhì)和可消化性，這與Yu[28]的研究結(jié)果相一致。飼料原料的蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)在一定程度上決定飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，可能是因?yàn)椴煌暳系鞍踪|(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征間的差異，導(dǎo)致其在消化過(guò)程中與消化酶接觸的機(jī)會(huì)和作用位點(diǎn)不同，從而釋放出不同種類、數(shù)量的寡肽和游離氨基酸，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也不同[29]。

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，不同熱處理?xiàng)l件嚴(yán)重影響了全脂大豆蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)特征、溶解度和體外消化率，且以膨化全脂大豆組受高溫加熱影響最大，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)特征、蛋白質(zhì)溶解度和粗蛋白質(zhì)體外消化率三者之間存在密切的相關(guān)關(guān)系。說(shuō)明高溫加熱既可以提高或改善蛋白質(zhì)品質(zhì)，也可以降低蛋白質(zhì)質(zhì)量和養(yǎng)分利用率，飼料原料和加工處理方法是影響飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要因素。

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Effect of heat-treatment on molecular structure characteristics,solubility andinvitrodigestibility of full-fat soybean protein

BAI Mingmeia,SUN Zeweib,LONG Guohuic,WANG Taob,

(aAnimalProduction&ProductQualityandSecurityKeyLab,MinistryofEducation,bCollegeofAnimalScienceandTechnology,cCollegeofLifeScience,JilinAgriculturalUniversity,Changchun,Jilin130118,China)

【Objective】 This study investigated the effect of heat-treatment on molecular structure characteristics,solubility,invitrodigestibility as well as their relationships of full-fat soybean protein.【Method】 In this study,full-fat soybean was treated with moist process (autoclaved (0.1 MPa) at 120 ℃ for 7.5 min) and dry process (heated at 120 ℃ for 15 min).A group of fat-full soybean was also extruded without heat treatment.The protein molecular structures (including amide Ⅰ,amide Ⅱ,amide Ⅰ/amide Ⅱ,and ratios of α-helix and β-sheet and α-helix/β-sheet in secondary structure) were quantified using Fourier transform infrared molecular spectroscopy (FTIR).The protein solubility andinvitrodigestibility were analyzed by (0.2%)KOH solution kjeldahl and pepsin-pancreatin two-step enzymatic methods,respectively.Pearson method was used to calculate correlation coefficients.【Result】 Different heat treatments had significant effect on protein molecular structure characteristics,solubility andinvitrodigestibility,with the greatest impact on the extruded soybean.Heights and areas of amid Ⅰ and amide Ⅱ had significantly positive correlation with protein solubility andinvitrodigestibility (P<0.05).The height ratio of amide Ⅰ to amide Ⅱ was significantly negatively related to solubility andinvitrodigestibility (P<0.05),and the area ratio of amide Ⅰ to amide Ⅱ was significantly negatively related to solubility andinvitrodigestibility (P<0.05).The contents of α-helix and ratio of α-helix to β-sheet had very significantly positive correlation with solubility andinvitrodigestibility (P<0.001).The contents of random coil had significantly positive correlation with solubility andinvitrodigestibility (P<0.05).The contents of β-sheet had significantly negative correlation with protein solubility andinvitrodigestibility (P=0.002),and significantly positive correlation was found between protein solubility andinvitrodigestibility (P<0.001).【Conclusion】 Novel molecular structural data was obtained and close correlations were found between molecular structure characteristics,solubility and extracorporeal digestibility.

heat treatment;Fourier transform infrared molecular spectroscopy;molecular structure;protein solubility;hydrolysisinvitro

時(shí)間:2016-10-09 10:08

10.13207/j.cnki.jnwafu.2016.11.005

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20161009.1008.010.html

2015-05-22

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973計(jì)劃”項(xiàng)目(2013CB127306)

白明昧(1990-)，女，內(nèi)蒙古扎賚特旗人，碩士，主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)研究。 E-mail:mingmeidexiatian@163.com

秦貴信(1956-)，男，山東高密人，教授，博士，主要從事比較動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)和飼料抗?fàn)I養(yǎng)因子研究。 E-mail:qgx@jlau.edu.cn

S816.42

A

1671-9387(2016)11-0031-08