pH值对11S球蛋白结构与凝胶性的影响
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ZHANG Hong-juan CHEN Zhen-chang ZHOU Ri-bao
(Zhengzhou Institute of Technology , Zhengzhou,450052)
Abstract: Relationships between texture characterization of yu-25 soybean 11S globulin gels and pH had been studied thoroughly. These experimental results showed that pH affected textural properties intensively. Gels formed in alkaline and acidic conditions had obvious differences. By scanning electron microscopy (SEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), under different pH conditions, microstructures of 11S globulin had obvious differences. The gels at the alkaline pH far from the pI had a microstructure more homogeneous and less aggregated than those at the pH near the pI. The gel prepared at pH4.15 contained more random coil than those prepared at pH7.5. Key words: yu-25 11S globulin; gelation; texture characteristics; protein structure
构中无规则卷曲向有序结构的转化 微观结构趋于有序
关键词 豫豆-25 11S 球蛋白 凝胶 质构特性 蛋白结构
中图分类号 TS201.2+1
文献标识码 A
文章编号 1005-9989(2003)05-0026-
03
Effect of temperature on structure and gelling characteristics of yu-25 soybean 11S globulin
0 前言 大豆蛋白一直是我国和其他亚洲国家人民重要
的膳食蛋白 大豆蛋白具有高的营养性 特别是具 有多种有用的功能性 因此在食品工业得到广泛的 应用[1] 大豆 11S 球蛋白是大豆蛋白的主要组分之一 其含量占大豆的 30%以上 它是由酸性多肽 3.5 万 ~3.7 万 和碱性多肽 2 万 构成的 分子量为 30 万 ~38 万的六聚体[2] 大豆 11S 球蛋白的热凝胶形成性 是大豆蛋白在食品中应用的最重要的功能特性之 一 它既可以作为食品的组分 也可以作为添加剂
硬度 脆度 g 硬度 脆度 g
140 120 100
80 60
4
粘性 硬度 脆度
6
-200 -400 -600 -80 -1000
粘性 gs
140 120
100
80
粘性
硬度
60
脆度
40
20
-1200
0
8
10
12
pH
-20
32
34
注 凝胶制备条件为蛋白浓度 11% 加热时间 30min 温度 90
36
-螺 旋
-折叠 转角 无规则卷曲
15.2
37.3 37.5
10.1
pH4.15, 90
0
41.9 38.8
19.3
11S 球蛋白 天然
14.1
36.3 25.2
24.4
3 结论 3.1 pH 值是影响豫豆-25 11S 球蛋白凝胶形成的重 要因素 酸性条件下的凝胶与碱性条件下的有较大 的差异 3.2 SEM 和 FTIR 分析结构表明 碱性条件下的 凝胶微观结构有序 这与凝胶蛋白 2 级结构含有较 多的有序结构 α-螺旋 β-折叠和转角 和较少的 无规则卷曲密切相关 即凝胶蛋白 2 级结构中无规 则卷曲向有序结构的转化 微观结构趋于有序
下转第 31 页
万方数据
No. 5. 2003 28
食品技术
和天冬氨酸分别是发酵前的 15.3 倍和 11.3 倍 2.3 发酵成熟过程中游离脂肪酸含量的变化
2万7 方N数o. 5据. 2003
食品技术
﹤3 时 11% 11S 球蛋白未形成凝胶 可能是在该酸 性条件下 11S 球蛋白在未加热之前即发生了部分解 离 加热后的蛋白溶液表现为有絮状物存在的透明 状 可能是加热使蛋白质发生了凝聚 蛋白溶液
pH4.4~6.4 范围为 11S 球蛋白等电点范围[12] 它也无 法形成凝胶 而是蛋白质颗粒的聚集 上层析出大 量的水
食品技术
pH 值对 11S 球蛋白结构与凝胶性的影响
张红娟 陈振昌 周瑞宝 郑州工程学院 郑州 450052
摘要 研究了豫豆-25 11S 球蛋白凝胶质构特性与 pH 值的关系 结果表明 pH 值对豫豆-25 11S
球蛋白凝胶的形成及质构特性影响较大 酸性条件下的凝胶与碱性条件下的有较大的差异 扫描
38
pH
0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 40
图 2 pH 值对豫豆-25 11S 球蛋白凝胶质构特性的影响
pH7.5 A
pH4.15 B
图 3 扫描电子显微镜 SEM 观察结果
2.3 扫描电镜分析
豫豆-25 11S 球蛋白凝胶微观结构电子显微镜 SEM 观察结果如图 3 所示 不同 pH 条件下 11S 球蛋白凝胶的微观结构具有明显的差异 在远 离等电点的碱性条件下 11S 球蛋白凝胶具有较高 有序性的微观结构 图 3 中 A 它们的微观结构 均匀 只有少量的聚合物 酸性条件下的凝胶的微
形成和维持的作用力 pH 值对凝胶质构特性的影响 如图 2 所示 pH 从 7.5~11.5 凝胶的硬度 脆度和 粘性的总体趋势增大 酸性条件下的凝胶与碱性条 件下的有较大的差异 pH4.15 凝胶的 3 个评价指标 均高于碱性条件下的凝胶 这可能是由于该 pH 环境 离 11S 球蛋白的等电点较近 蛋白分子间的静电排 斥作用小 有利于蛋白质分子间的疏水相互作用 pH
pH4.15 的凝胶要比 pH7.5 的含有更多的无规则卷 曲结构 而α-螺旋为零 这就导致前者的微观结构比 后者的粗糙 见图 3 这是因为无序的自由卷曲向 有序的α-螺旋的转化会使分子内的作用更容易 有序 结构尤其是α-螺旋与凝胶的三维结构的形成相关[10]
表1 条件 pH7.5, 90
FTIR 分析结果 凝胶二级结构组成
参考文献
[1] Obata A, Matsuura M. Decrease in the gel strength of togu
caused by an enzyme reaction during soybean grinding and
its control. Biosci Biotech Biochem [J], 1993,57(4):542-545
A
B
'
A
B
图 1 豫豆-25 11S 球蛋白 左 和分离蛋白 右 SDS-PAGE 图谱 下 及分析图谱 上
由微量凯氏定氮和 SDS-PAGE 分析 实验制 备的 11S 球蛋白样品的蛋白含量大于 93% 纯度可 达到 92.3% 2.2 pH 值对豫豆-25 11S 球蛋白凝胶性的影响
pH 值的改变会影响蛋白质分子的离子化作用和 净电荷值 从而改变蛋白质分子的吸引力和排斥力 以及蛋白质分子与水分子结合的能力 还影响凝胶
电子显微镜 SEM 观察及傅立叶交换红外光谱 FTIR 分析显示 在远离等电点的碱性条件
下 11S 球蛋白凝胶具有较高有序性的微观结构 它们的微观结构均匀 只有少量的聚合物 酸
性条件下的凝胶的微观结构有序性低于碱性条件下的凝胶 离等电点较近 pH 的凝胶聚合物较多
微观结构有序性低 pH4.15 的凝胶要比 pH7.5 的含有更多的无规则卷曲结构 凝胶蛋白二级结
观结构有序性低于前者 离等电点较近 pH 的凝胶 聚合物较多 微观结构有序性低 图 3 中 B 这 是由于离等电点较近时蛋白与水的作用减弱
2.4 傅立叶交换红外光谱 FTIR 分析 11S 球蛋 白 2 级结构的变化
利用傅立叶交换红外光谱技术可以分析 11S 球 蛋白在不同条件下及凝胶前后蛋白质的 2 级结构的 变化信息 其测试结果如表 1 所示
收稿日期 2003-01-14 作者简介 张红娟(1979-) 女 江苏如皋人 硕士 研究方向 为植物蛋白
以其独特的胶凝特性提高和改善原有食品的质构特 性及口感 大豆 11S 球蛋白的凝胶性与其结构密切 相关 不同条件下形成的凝胶 其结构各有相异之 处 而且豫豆-25 是一种新品种的大豆 因此有必要 研究其 11S 球蛋白的凝胶性 并对它的结构进行分 析 以期更好地了解它们之间的关系 1 材料与方法 1.1 实验材料 1.1.1 主要实验材料和试剂 豫豆-25 大豆脱脂粕 郑州油脂化学厂提供 豫豆-25 11S 球蛋白 自制
万方数据
No. 5. 2003 26
食品技术
NaOH HCl KH2PO4 K2HPO4 A.R. 电泳试剂 低分子量标准蛋白 牛血清蛋白等 1.1.2 主要实验仪器
超速离心机 LS-250 STARTER 日本 物性测试仪 TA.XT2 SMS 公司 英国 喷雾干燥器 NIRO 公司 丹麦 扫描电子显微镜 AMRAY 1000B AMYRAY 公司 美国 傅 立 叶 交 换 红 外 光 谱 仪 MAGNA-IR 750 NICOLET 公司 美国 垂直板电泳仪 DYY- 6B 北京六一仪器厂 1.2 实验方法的建立 1.2.1 豫豆-25 11S 球蛋白的制备 1.2.1.1 豫豆-25 11S 球蛋白的制备与成分分析 11S 球蛋白的制备采用 Nagano T. 等人的方法 [3] 并作 一些改进 成分分析采用不连续十二烷基硫酸钠 -聚丙烯酰 胺凝胶电泳 SDS-PAGE 法[4] 浓缩胶和分离胶的 浓度分别为 3.0%和 12.5% 电泳凝胶色带用扫描仪 扫描 然后用 ScnImage 软件对图象处理分析 11S 的含量是图象中它的亚基面积的和占总体面积的百 分数 1.2.1.2 蛋白质含量测定方法采用微量凯氏定氮法[5] 1.2.2 豫豆-25 分离蛋白的制备与成分分析 豫豆25 分离蛋白的制备采用 Wagner J.R.等人的方法[6]
成分分析同 1.2.1.1 1.2.3 不同 pH 条件下凝胶的制备[7] 用 pH 值为 3.5~11.5 的磷酸盐缓冲液( 0.0062mol/mL KH2PO4 – 0.0316mol/L K2HPO4 pH 5.0 时用 1mol/L HCl 调 节蛋白溶液 配成 11S 球蛋白溶液 放于小烧杯中 以保鲜膜封口 在 90 水浴中加热 30min 取出于 4 的冰浴中快速冷却 然后在 4 下静置 20h 1.2.4 凝胶质构特性的测定[8-9] TA.XT2 进行凝胶 质构测定 穿刺实验采用 P/1.0R 探头 穿刺前探头 运 行 速 度 为 3.0mm/s 穿 刺 过 程 中 的 运 行 速 度 为 0.5mm/s 返回速度为 0.5mm/s 穿刺距离 20mm 两次穿刺中间停止时间 1s 1.2.5 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 [10] 将 凝 胶 切 成 小 块 后 浸泡在戊二醛溶液中固定 接着用乙醇梯度脱 水 乙酸异戊酯置换 之后进行 CO2 临界干燥 镀 金后于扫描电子显微镜下观察并拍照 1.2.6 蛋白 2 级结构的测定[10-11] 将制备好的凝胶 冷冻干燥 除尽其中的水分 然后研磨成粉末 利 用红外附件 Thunderdome 欧米采样器 在傅立叶 交换红外光谱仪上进行测定 操作平台用干燥空气 吹扫 测试条件 扫描次数 64 次 分辨率 4.000/cm 测试结果用 Curvefit 软件处理 2 结果与讨论 2.1 豫豆-25 11S 球蛋白及分离蛋白成分的 SDSPAGE 图谱 分析图谱和分析结果 见图 1
(Zhengzhou Institute of Technology , Zhengzhou,450052)
Abstract: Relationships between texture characterization of yu-25 soybean 11S globulin gels and pH had been studied thoroughly. These experimental results showed that pH affected textural properties intensively. Gels formed in alkaline and acidic conditions had obvious differences. By scanning electron microscopy (SEM) and fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), under different pH conditions, microstructures of 11S globulin had obvious differences. The gels at the alkaline pH far from the pI had a microstructure more homogeneous and less aggregated than those at the pH near the pI. The gel prepared at pH4.15 contained more random coil than those prepared at pH7.5. Key words: yu-25 11S globulin; gelation; texture characteristics; protein structure
构中无规则卷曲向有序结构的转化 微观结构趋于有序
关键词 豫豆-25 11S 球蛋白 凝胶 质构特性 蛋白结构
中图分类号 TS201.2+1
文献标识码 A
文章编号 1005-9989(2003)05-0026-
03
Effect of temperature on structure and gelling characteristics of yu-25 soybean 11S globulin
0 前言 大豆蛋白一直是我国和其他亚洲国家人民重要
的膳食蛋白 大豆蛋白具有高的营养性 特别是具 有多种有用的功能性 因此在食品工业得到广泛的 应用[1] 大豆 11S 球蛋白是大豆蛋白的主要组分之一 其含量占大豆的 30%以上 它是由酸性多肽 3.5 万 ~3.7 万 和碱性多肽 2 万 构成的 分子量为 30 万 ~38 万的六聚体[2] 大豆 11S 球蛋白的热凝胶形成性 是大豆蛋白在食品中应用的最重要的功能特性之 一 它既可以作为食品的组分 也可以作为添加剂
硬度 脆度 g 硬度 脆度 g
140 120 100
80 60
4
粘性 硬度 脆度
6
-200 -400 -600 -80 -1000
粘性 gs
140 120
100
80
粘性
硬度
60
脆度
40
20
-1200
0
8
10
12
pH
-20
32
34
注 凝胶制备条件为蛋白浓度 11% 加热时间 30min 温度 90
36
-螺 旋
-折叠 转角 无规则卷曲
15.2
37.3 37.5
10.1
pH4.15, 90
0
41.9 38.8
19.3
11S 球蛋白 天然
14.1
36.3 25.2
24.4
3 结论 3.1 pH 值是影响豫豆-25 11S 球蛋白凝胶形成的重 要因素 酸性条件下的凝胶与碱性条件下的有较大 的差异 3.2 SEM 和 FTIR 分析结构表明 碱性条件下的 凝胶微观结构有序 这与凝胶蛋白 2 级结构含有较 多的有序结构 α-螺旋 β-折叠和转角 和较少的 无规则卷曲密切相关 即凝胶蛋白 2 级结构中无规 则卷曲向有序结构的转化 微观结构趋于有序
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No. 5. 2003 28
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和天冬氨酸分别是发酵前的 15.3 倍和 11.3 倍 2.3 发酵成熟过程中游离脂肪酸含量的变化
2万7 方N数o. 5据. 2003
食品技术
﹤3 时 11% 11S 球蛋白未形成凝胶 可能是在该酸 性条件下 11S 球蛋白在未加热之前即发生了部分解 离 加热后的蛋白溶液表现为有絮状物存在的透明 状 可能是加热使蛋白质发生了凝聚 蛋白溶液
pH4.4~6.4 范围为 11S 球蛋白等电点范围[12] 它也无 法形成凝胶 而是蛋白质颗粒的聚集 上层析出大 量的水
食品技术
pH 值对 11S 球蛋白结构与凝胶性的影响
张红娟 陈振昌 周瑞宝 郑州工程学院 郑州 450052
摘要 研究了豫豆-25 11S 球蛋白凝胶质构特性与 pH 值的关系 结果表明 pH 值对豫豆-25 11S
球蛋白凝胶的形成及质构特性影响较大 酸性条件下的凝胶与碱性条件下的有较大的差异 扫描
38
pH
0 -200 -400 -600 -800 -1000 -1200 40
图 2 pH 值对豫豆-25 11S 球蛋白凝胶质构特性的影响
pH7.5 A
pH4.15 B
图 3 扫描电子显微镜 SEM 观察结果
2.3 扫描电镜分析
豫豆-25 11S 球蛋白凝胶微观结构电子显微镜 SEM 观察结果如图 3 所示 不同 pH 条件下 11S 球蛋白凝胶的微观结构具有明显的差异 在远 离等电点的碱性条件下 11S 球蛋白凝胶具有较高 有序性的微观结构 图 3 中 A 它们的微观结构 均匀 只有少量的聚合物 酸性条件下的凝胶的微
形成和维持的作用力 pH 值对凝胶质构特性的影响 如图 2 所示 pH 从 7.5~11.5 凝胶的硬度 脆度和 粘性的总体趋势增大 酸性条件下的凝胶与碱性条 件下的有较大的差异 pH4.15 凝胶的 3 个评价指标 均高于碱性条件下的凝胶 这可能是由于该 pH 环境 离 11S 球蛋白的等电点较近 蛋白分子间的静电排 斥作用小 有利于蛋白质分子间的疏水相互作用 pH
pH4.15 的凝胶要比 pH7.5 的含有更多的无规则卷 曲结构 而α-螺旋为零 这就导致前者的微观结构比 后者的粗糙 见图 3 这是因为无序的自由卷曲向 有序的α-螺旋的转化会使分子内的作用更容易 有序 结构尤其是α-螺旋与凝胶的三维结构的形成相关[10]
表1 条件 pH7.5, 90
FTIR 分析结果 凝胶二级结构组成
参考文献
[1] Obata A, Matsuura M. Decrease in the gel strength of togu
caused by an enzyme reaction during soybean grinding and
its control. Biosci Biotech Biochem [J], 1993,57(4):542-545
A
B
'
A
B
图 1 豫豆-25 11S 球蛋白 左 和分离蛋白 右 SDS-PAGE 图谱 下 及分析图谱 上
由微量凯氏定氮和 SDS-PAGE 分析 实验制 备的 11S 球蛋白样品的蛋白含量大于 93% 纯度可 达到 92.3% 2.2 pH 值对豫豆-25 11S 球蛋白凝胶性的影响
pH 值的改变会影响蛋白质分子的离子化作用和 净电荷值 从而改变蛋白质分子的吸引力和排斥力 以及蛋白质分子与水分子结合的能力 还影响凝胶
电子显微镜 SEM 观察及傅立叶交换红外光谱 FTIR 分析显示 在远离等电点的碱性条件
下 11S 球蛋白凝胶具有较高有序性的微观结构 它们的微观结构均匀 只有少量的聚合物 酸
性条件下的凝胶的微观结构有序性低于碱性条件下的凝胶 离等电点较近 pH 的凝胶聚合物较多
微观结构有序性低 pH4.15 的凝胶要比 pH7.5 的含有更多的无规则卷曲结构 凝胶蛋白二级结
观结构有序性低于前者 离等电点较近 pH 的凝胶 聚合物较多 微观结构有序性低 图 3 中 B 这 是由于离等电点较近时蛋白与水的作用减弱
2.4 傅立叶交换红外光谱 FTIR 分析 11S 球蛋 白 2 级结构的变化
利用傅立叶交换红外光谱技术可以分析 11S 球 蛋白在不同条件下及凝胶前后蛋白质的 2 级结构的 变化信息 其测试结果如表 1 所示
收稿日期 2003-01-14 作者简介 张红娟(1979-) 女 江苏如皋人 硕士 研究方向 为植物蛋白
以其独特的胶凝特性提高和改善原有食品的质构特 性及口感 大豆 11S 球蛋白的凝胶性与其结构密切 相关 不同条件下形成的凝胶 其结构各有相异之 处 而且豫豆-25 是一种新品种的大豆 因此有必要 研究其 11S 球蛋白的凝胶性 并对它的结构进行分 析 以期更好地了解它们之间的关系 1 材料与方法 1.1 实验材料 1.1.1 主要实验材料和试剂 豫豆-25 大豆脱脂粕 郑州油脂化学厂提供 豫豆-25 11S 球蛋白 自制
万方数据
No. 5. 2003 26
食品技术
NaOH HCl KH2PO4 K2HPO4 A.R. 电泳试剂 低分子量标准蛋白 牛血清蛋白等 1.1.2 主要实验仪器
超速离心机 LS-250 STARTER 日本 物性测试仪 TA.XT2 SMS 公司 英国 喷雾干燥器 NIRO 公司 丹麦 扫描电子显微镜 AMRAY 1000B AMYRAY 公司 美国 傅 立 叶 交 换 红 外 光 谱 仪 MAGNA-IR 750 NICOLET 公司 美国 垂直板电泳仪 DYY- 6B 北京六一仪器厂 1.2 实验方法的建立 1.2.1 豫豆-25 11S 球蛋白的制备 1.2.1.1 豫豆-25 11S 球蛋白的制备与成分分析 11S 球蛋白的制备采用 Nagano T. 等人的方法 [3] 并作 一些改进 成分分析采用不连续十二烷基硫酸钠 -聚丙烯酰 胺凝胶电泳 SDS-PAGE 法[4] 浓缩胶和分离胶的 浓度分别为 3.0%和 12.5% 电泳凝胶色带用扫描仪 扫描 然后用 ScnImage 软件对图象处理分析 11S 的含量是图象中它的亚基面积的和占总体面积的百 分数 1.2.1.2 蛋白质含量测定方法采用微量凯氏定氮法[5] 1.2.2 豫豆-25 分离蛋白的制备与成分分析 豫豆25 分离蛋白的制备采用 Wagner J.R.等人的方法[6]
成分分析同 1.2.1.1 1.2.3 不同 pH 条件下凝胶的制备[7] 用 pH 值为 3.5~11.5 的磷酸盐缓冲液( 0.0062mol/mL KH2PO4 – 0.0316mol/L K2HPO4 pH 5.0 时用 1mol/L HCl 调 节蛋白溶液 配成 11S 球蛋白溶液 放于小烧杯中 以保鲜膜封口 在 90 水浴中加热 30min 取出于 4 的冰浴中快速冷却 然后在 4 下静置 20h 1.2.4 凝胶质构特性的测定[8-9] TA.XT2 进行凝胶 质构测定 穿刺实验采用 P/1.0R 探头 穿刺前探头 运 行 速 度 为 3.0mm/s 穿 刺 过 程 中 的 运 行 速 度 为 0.5mm/s 返回速度为 0.5mm/s 穿刺距离 20mm 两次穿刺中间停止时间 1s 1.2.5 扫 描 电 子 显 微 镜 观 察 [10] 将 凝 胶 切 成 小 块 后 浸泡在戊二醛溶液中固定 接着用乙醇梯度脱 水 乙酸异戊酯置换 之后进行 CO2 临界干燥 镀 金后于扫描电子显微镜下观察并拍照 1.2.6 蛋白 2 级结构的测定[10-11] 将制备好的凝胶 冷冻干燥 除尽其中的水分 然后研磨成粉末 利 用红外附件 Thunderdome 欧米采样器 在傅立叶 交换红外光谱仪上进行测定 操作平台用干燥空气 吹扫 测试条件 扫描次数 64 次 分辨率 4.000/cm 测试结果用 Curvefit 软件处理 2 结果与讨论 2.1 豫豆-25 11S 球蛋白及分离蛋白成分的 SDSPAGE 图谱 分析图谱和分析结果 见图 1