大米蛋白质的酶法水解及其性质研究

大米蛋白质的酶法水解及其性质研究注

王章存姚惠源

(江南大学食品学院,无锡214036)

摘要本文通过三种蛋白酶催化反应动力学特性的比较,确定用碱性蛋白酶Alcalase作为水解大米分离蛋白的酶制剂,并通过正交试验分别获得高溶解性、高发泡性、高乳化性大米蛋白水解物的酶反应条件。本实验所得到的大米蛋白水解物最大溶解度为50.2%,最大发泡力为50m L,最大乳化力为73.6mL/g。

关键词大米蛋白蛋白酶蛋白质水解

0前言

大米蛋白以其合理的氨基酸组成、较高的生物利用率及特有的低敏性等特点被视为优质蛋白质11-32。而在味精和淀粉生产中的大量副产品蛋白质未被充分利用,其主要原因是大米蛋白的水溶性较差,为此大米蛋白的开发利用被列入国家十五科技攻关课题。目前国内外对大米蛋白的提取多采用碱溶技术。作者认为对大米蛋白的开发利用宜首先获得高纯度大米蛋白,然后采用不同的改性方法使其适用于不同的用途。为此作者曾制备蛋白含量达90%的大米分离蛋白粉。当然该分离蛋白的物化功能尚不能满足食品加工的需要。为此本文探讨酶法水解大米分离蛋白(RPI)改善其物化功能性的技术措施。

1材料和方法

1.1材料

大米分离蛋白:由本实验室制备,蛋白质含量89.5%,粗灰分1.2%。

蛋白酶为诺维信公司产品,酶制剂品种是Pro-tamex,Alcalase和Neutrase(标示每g酶活力分别为1. 5,3.0和1.5安森单位)。

市售纯正花生油。

1.2试验方法

1.2.1三种蛋白酶的比较(复合酶Protamex、碱性酶

注:国家十五科技攻关项目

收稿日期:2003-03-11

王章存:男,1963年出生,博士研究生,副教授,粮油食品生物技术研究Alcalase、中性酶Neutrase)

配制5%的大米分离蛋白的悬浊液(pH值为7.0、7.5、7.0分别用于复合酶P(Protamex)、碱性酶A(A-l calase)和中性酶N(Neutrase)试验),酶的用量分别为0.1%(E/S),于50e下保温,每隔30min取样一次,沸水浴中灭酶3min,离心(1000r/min@5min)后,测定上清液中蛋白质含量。

1.2.2酶水解反应条件的优化

采用正交试验方法,以获得高溶解性、高发泡性、高乳化性的蛋白水解物为目的,考查的影响因子是蛋白浓度、酶添加量和反应时间。

每组试验结束后在45e以下真空浓缩和干燥。所得产物用于溶解、发泡和乳化性能指标的测定。1.2.3测定方法

蛋白质含量测定:采用Folin-酚试剂法142。

蛋白质溶解度:以上清液中蛋白质含量占反应体系中蛋白总量的百分比表示。

起泡性测定:取3g样品加50mL去离子水,用0.05mol/LNaOH或HCl调pH7后搅拌30min,再加去离子水至100mL作为测试液(水温为35e),于1000r/min转速下搅拌3min,立即测定泡沫体积。放置30min后测定下层析出液体的体积,以判断泡沫的稳定性。

乳化性测定152:取1%的蛋白质溶液50mL加入纯花生油,并用电导仪监测至电导率下降为零时停止加油,此时滴加花生油的总量即为该蛋白质样品的最大乳化量,以每g蛋白质乳化油的毫升数表示(mL/ g)。

2003年10月第18卷第5期

中国粮油学报

Journal of the Chinese Cereals and Oils Association

Vol.18,No.5

Oct.2003

2 试验结果和讨论

2.1 蛋白酶水解动力学特性的比较

三种酶在各自最适温度和pH 条件下反应后,每隔30min 取样一次,测定上清液中蛋白的含量,并以此作出相应的[p]-t 曲线,其结果如图1

。

图1 酶反应进度曲线

由图1可知,三种酶的[p]-t 曲线符合典型的酶反应过程曲线,但又表现出不同的特性。反应1h 后,均出现[p]-t 曲线的拐点,随时间增加,Alcalase 中产物浓度增大趋势仍然明显,而Protamex 和Neutrase 两种酶在出现拐点后产物浓度增加平缓,说明Alcalase 具有较高的酶活力和酶稳定性。

上述实验结果反应出的三种蛋白酶的特性与酶制剂产品介绍是吻合的,即水解植物蛋白时使用碱性蛋白酶Alcalase 更合适;另外从酶制剂的使用成本看,Alcalase 也比其它两种酶有明显的优势;因此,本实验中蛋白质的水解采用Alcalase 酶制剂。2.2 不同条件下酶水解产物的功能性质

依据酶产品介绍和图1实验结果,选择适当的酶水解实验因子和水平,采用L 9(34)正交试验表,结果如表1。

表1 正交试验设计和结果

序号蛋白浓度,%酶浓度,%反应时时,min 溶解度%发泡性mL

乳化性mL/g 130.013028.83265.2230.026032.342.573.6330.039050.24361.2450.016035.54668.3550.029045.24859.1650.033025.72540.6780.019019.815.533.5880.023025.93045.29

8

0.03

60

40.6

5065.9

根据正交试验的结果分析方法,将三种因素对蛋白溶解度、发泡性和乳化性的影响趋势列于图2、图3、图4。

可见,酶的使用量和反应时间是影响蛋白质水解物溶解度的主要因素,随着加酶量的增加和反应时间的延长,溶解度都会明显增加,达到一定值后增加缓慢(图2),这也是符合酶动力学规律的。因此单从增加大米蛋白溶解度而言,可以选择组合条件[E]3、t 3、[s]1,即水解溶液中蛋白浓度3%,加酶量0.03%,反应时间1.5h

。

图4 因素与乳化性趋势图

以发泡性、乳化性为指标时,随着加酶量的增加和反应时间的延长,水解产物的发泡力和乳化力都增加,但达到一定值后反而下降(图3、图4)。

这可能是蛋白水解过度所致。因为蛋白质的发泡性能不仅与蛋白质分子表面基团的极性有关,同时也与蛋白质的分子大小有关16-82

。

而过度水解使蛋白质变成了更小的分子反而不利于泡沫的形成。蛋白质的乳化作用也受蛋白质分子表面的亲水、疏水基团及分子的大小的影响16-72。在相同溶解度(它可看作水解度的间接指标)时蛋白质的发泡性和乳化性能比较如图5所示。

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中国粮油学报2003年第5期