凍融循環(huán)對花生分離蛋白結(jié)構(gòu)和乳化特性的影響

　　背景介紹

 

　　目前，大豆蛋白，豌豆蛋白和米糠蛋白等植物蛋白作為乳化劑已逐漸引起人們的關(guān)注。壓榨花生油的過程中會產(chǎn)生大量的脫脂花生粉。脫脂花生粉中蛋白質(zhì)含量約占47-55％，具有較高的營養(yǎng)價值。因此，可以從脫脂花生粉中提取大量的花生蛋白分離物（PPI）。PPI還具有良好的乳化性，起泡性和膠凝特性。因此，PPI作為高營養(yǎng)蛋白在食品工業(yè)中具有巨大的應(yīng)用潛力。

 

　　近年來，用于改善花生蛋白的乳化性質(zhì)的改性方法有物理、化學(xué)或酶處理等。冷凍處理是影響蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的最常見的物理修飾方法之一，其性質(zhì)的變化取決于溫度變化條件。凍融（F-T）循環(huán)處理對PPI結(jié)構(gòu)和乳化性的影響卻鮮有報道。

 

　　本研究以脫脂花生粉為原料，采用堿溶酸沉法制備花生分離蛋白，并通過不同的F-T循環(huán)改變其結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)PPI的乳化性。本研究探討了多個F-T循環(huán)后PPI的結(jié)構(gòu)變化，并進(jìn)一步討論了結(jié)構(gòu)變化對乳化性能的影響。

 

 

　　通過測定花生蛋白的游離巰基、羰基、二級結(jié)構(gòu)、三級結(jié)構(gòu)、表面疏水性、乳化性以及乳液的平均粒徑、ζ電位和共聚焦激光掃描顯微鏡，闡明了花生蛋白的結(jié)構(gòu)與乳化性能之間的關(guān)系。

 

 

　　如圖1A所示，PPI的熒光強(qiáng)度隨著F-T循環(huán)的減少而增加（F-T=1-3）。同時，最大程度地觀察到紅移現(xiàn)象，表明被掩埋的色氨酸殘基部分暴露于極性環(huán)境。與天然PPI樣品相比，經(jīng)過5次F-T循環(huán)后PPI的熒光強(qiáng)度顯著降低。PPI粒徑和體積分布如圖1B所示。與天然PPI樣品（F-T=0）相比，經(jīng)過3次F-T循環(huán)后，PPI粒徑的峰移至較大尺寸。這可能是由于多個F-T循環(huán)逐漸使蛋白質(zhì)氧化，促進(jìn)了高分子量蛋白質(zhì)的聚集。

　　圖1 不同熒光周期對質(zhì)子泵抑制劑熒光光譜和粒徑分布的影響

 

　　蛋白質(zhì)表面疏水性（H0）的變化通常表明蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和表面微環(huán)境的變化。在這項(xiàng)研究中，我們使用H0評估了F-T周期中PPI的構(gòu)象變化。圖3A顯示了不同F(xiàn)-T循環(huán)處理PPI的H0值的變化。當(dāng)F-T循環(huán)為3次時，PPI的H0值增長到688.52±8.38。5次F-T循環(huán)時，H0值降至584.70±8.00?？紤]到游離巰基含量數(shù)據(jù)，多個F-T循環(huán)后PPI的H0值增加可能是由于分子的重排和疏水性側(cè)鏈基團(tuán)的暴露引起的。

 

　　圖2B是不同的F-T循環(huán)處理PPI對EAI和ESI的影響。未經(jīng)處理的PPI初始EAI為48.93±0.49 m2/g。在F-T循環(huán)中，EAI呈先上升后下降的趨勢。ESI值與EAI值存在相同的趨勢。結(jié)果表明，通過F-T循環(huán)可以顯著提高PPI樣品的EAI和ESI，但程度取決于F-T循環(huán)的次數(shù)。

　　圖2 不同F(xiàn)-T循環(huán)對PPI的表面疏水性（A）以及乳化活性和乳液穩(wěn)定性（B）的影響

 

　　為了深入分析F-T循環(huán)對PPI乳液性能的影響，通過CLSM觀察不同F(xiàn)-T循環(huán)的PPI制備乳液的微觀結(jié)構(gòu)。如圖3所示，由蛋白質(zhì)和油組成的乳液呈現(xiàn)出明顯的O/W形狀，并且可以清楚地觀察到油滴包裹在由蛋白質(zhì)形成的膜中。天然PPI（F-T=0）制備的乳液顯微圖像顯示液滴較大且分布不均勻。隨著F-T循環(huán)次數(shù)的增加，乳液的粒徑先減小后增大，均小于由天然PPI（F-T=0）制備的乳液。在3次F-T循環(huán)后通過PPI制備的乳液具有最小的粒徑和最均勻的液滴分布。

　　圖3 不同F(xiàn)-T循環(huán)的PPI制備的乳液共聚焦激光掃描顯微鏡圖像

　　結(jié)論

 

　　結(jié)果表明，F(xiàn)-T處理后降低了蛋白質(zhì)有序結(jié)構(gòu)的含量，PPI的游離巰基含量和表面疏水性先增加后減少，PPI的乳化性能明顯提高。在3個F-T循環(huán)后，由PPI制備的乳液具有最小的平均粒徑，最大的zeta電位絕對值和最均勻的微觀結(jié)構(gòu)分布，顯示出最佳的乳化能力。由此可知F-T循環(huán)處理可以有效地改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并改善蛋白質(zhì)乳化性能。該研究為F-T循環(huán)過程中PPI的改性提供了一些參考，可作為開發(fā)PPI乳化性能的有效方法。