摘 要: 以亞麻籽全籽和亞麻籽餅為原料，采用超聲-堿溶工藝提取蛋白質(zhì)。以蛋白質(zhì)提取率為指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝，并對(duì)2種蛋白質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明：亞麻籽全籽蛋白最佳提取工藝為超聲時(shí)間60min、超聲功率400W、超聲溫度45℃，在此條件下亞麻籽全籽蛋白的提取率為53.47％；亞麻籽餅蛋白最佳提取工藝為超聲時(shí)間60min、超聲功率480W、超聲溫度40℃，在此條件下亞麻籽餅蛋白的提取率為56.47％。亞麻籽全籽蛋白的純度和表面疏水性指數(shù)均顯著高于亞麻籽餅蛋白（P＜0.05），2種亞麻籽蛋白的必需氨基酸含量均占總氨基酸含量的40％以上。亞麻籽餅蛋白較亞麻籽全籽蛋白二級(jí)構(gòu)象更穩(wěn)定、更有序。亞麻籽全籽蛋白具備較高的泡沫穩(wěn)定性、持油性、起泡能力、乳化活性和乳化穩(wěn)定性，而亞麻籽餅蛋白具有較高的溶解性和持水性。
關(guān)鍵詞：亞麻籽全籽蛋白；亞麻籽餅蛋白；超聲-堿溶提取；品質(zhì)分析
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亞麻籽外形小而扁平,其顏色呈現(xiàn)金黃色或者紅棕色,質(zhì)地酥脆,呈堅(jiān)果味,在食品和紡織纖維領(lǐng)域中的應(yīng)用已有5000多年歷史[1]。亞麻籽全籽(flaxseed whole seed, FW)主要由脂肪(30%~40%)、膳食纖維(20%~25%)和蛋白質(zhì)(18%~30%)等組成[2]。亞麻籽餅(flaxseed cake, FC)為亞麻籽經(jīng)機(jī)械壓榨去油后得到的副產(chǎn)物。亞麻籽餅中蛋白質(zhì)含量為35%~40%,其氨基酸組成及營養(yǎng)價(jià)值與大豆蛋白相似,具有高持油性、起泡性、乳化活性和良好的熱穩(wěn)定性[3-4],但其大都作為動(dòng)物飼料,造成植物蛋白資源的浪費(fèi)。因此,加大對(duì)亞麻籽蛋白資源的利用具有積極的意義。
目前,堿溶酸沉法是提取亞麻籽蛋白的常見工藝,但該法提取率較低[5]。超聲輔助技術(shù)通過超聲波機(jī)械作用促進(jìn)細(xì)胞中蛋白質(zhì)溶出,提取效率較高。目前鮮少有關(guān)于FC和FW蛋白的系統(tǒng)性對(duì)比研究。因此,本文通過超聲-堿溶法分別從FW和FC中提取亞麻籽蛋白,對(duì)其提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)2種亞麻籽蛋白產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析,以期為亞麻籽全籽和亞麻籽餅充分利用提供參考。
1 材料與方法
1.1 材料與試劑
亞麻籽,產(chǎn)自青海海東;無水乙醇、氫氧化鈉、鹽酸、磷酸二氫鉀、石油醚(30~60℃)、8-苯胺-1-萘磺酸(ANS)、考馬斯亮藍(lán)G-250、十二烷基硫酸鈉(SDS),分析純;牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥96%),上海源葉生物科技有限公司。
1.2 儀器與設(shè)備
SOX406脂肪測定儀、K9840凱式定氮儀,山東海能科學(xué)儀器有限公司;RF-530熒光分光光度儀、UV-1780紫外-可見分光光度計(jì)、Nicolet-6700傅里葉紅外光譜儀,島津儀器有限公司;JSM-6610LV電鏡掃描儀,日本Hitachi公司;FJ300-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機(jī),上海標(biāo)本模型廠;XZ-YZ200液壓榨油機(jī),廣州旭眾食品機(jī)械有限公司。
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
1.3.1 亞麻籽全籽粉和亞麻籽餅粉的制備
亞麻籽脫膠:稱取亞麻籽,按料液比1:30(g/mL)加入蒸餾水,于90℃水浴鍋磁力攪拌(500r/min)40min進(jìn)行脫膠處理,重復(fù)脫膠2次,過0.3mm篩,得脫膠亞麻籽,于60℃烘箱干燥2~3h,收集備用。
亞麻全籽粉制備:稱取100g脫膠亞麻籽,粉碎過0.3mm篩,取脫膠亞麻籽粉末用石油醚索氏抽提5h(溫度70℃),然后于60℃烘箱干燥0.5h,常溫儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/font>
亞麻籽餅粉制備:將脫膠亞麻籽于液壓榨油機(jī)中脫脂,并收集亞麻籽餅。參數(shù)設(shè)置為溫度90~120℃、壓力55Mpa、時(shí)間20min。將亞麻籽餅用高速粉碎機(jī)粉碎,過0.3mm篩,密封備用。
1.3.2 超聲-堿溶法提取工藝優(yōu)化
1.3.2.1 蛋白質(zhì)提取工藝
稱取5.0g亞麻籽全籽粉或亞麻籽餅粉,按照料液比1:30(g/mL)與蒸餾水混合,用0.1mol/L NaOH調(diào)PH至9.0,設(shè)定超聲時(shí)間、功率和溫度置于超聲設(shè)備中浸提,然后以4000r/min離心20min。沉淀物重復(fù)提取2次,合并上清液,用0.1mol/L HCl溶液調(diào)PH至4.0,再以8000r/min離心10min,收集蛋白質(zhì)沉淀,洗滌至中性后,以-80℃真空冷凍干燥,即得到亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白。
1.3.2.2 單因素試驗(yàn)
在超聲時(shí)間60min、超聲功率400W、超聲溫度40℃的基礎(chǔ)上進(jìn)行單因素試驗(yàn),分別研究超聲功率、超聲時(shí)間、超聲溫度對(duì)亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白提取率的影響。
1.3.2.3 響應(yīng)面試驗(yàn)
在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上,選擇超聲時(shí)間(A)、超聲功率(B)、超聲溫度(C)為自變量,以蛋白質(zhì)提取率為考察值,進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。因素水平見表1~表2。
表1 亞麻籽全籽蛋白提取響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表
表2 亞麻籽餅蛋白提取響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平表
1.3.3 提取率測定
亞麻全籽粉和亞麻籽餅粉中蛋白質(zhì)質(zhì)量根據(jù)GB5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》中凱氏定氮法進(jìn)行測定。
標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制:在6個(gè)離心管中分別加入0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0mg/mL牛血清白蛋白標(biāo)準(zhǔn)液1mL,分別加入5mL考馬斯亮藍(lán)溶液,混勻避光5min,于波長595nm處測定吸光度,以牛血清白蛋白質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)x,吸光度為縱坐標(biāo)y,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到回歸方程為y=8.935x+0.5723,R2=0.9993。
樣品測定:吸取1.0mL亞麻籽全籽和亞麻籽餅蛋白質(zhì)提取液,按照上述操作測定吸光度,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度。蛋白質(zhì)提取率計(jì)算見式(1)。
式中:p為提取液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度,mg/mL;V為提取液體積,mL;N為稀釋倍數(shù);m為亞麻全籽或亞麻籽餅中蛋白質(zhì)質(zhì)量,mg。
1.3.4 理化指標(biāo)測定
1.3.4.1 純度
稱取亞麻籽餅蛋白或亞麻籽全籽蛋白樣品質(zhì)量m1,根據(jù)GB5009.5—2016中凱氏定氮法測定樣品中蛋白質(zhì)質(zhì)量m0。蛋白質(zhì)純度計(jì)算見式(2)。
1.3.4.2 等電點(diǎn)
取5組蛋白質(zhì)提取液各10mL,用0.1mol/L HCl調(diào)PH至3.6、4.0、4.4、4.8、5.2,離心(8000r/min,10min),采用1.3.3中考馬斯亮藍(lán)法測定上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度,蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度最小的PH為蛋白質(zhì)等電點(diǎn)。
1.3.4.3 表面疏水性指數(shù)(H0)
根據(jù)PAROLIA等[6]的方法,略作修改。用8.0mmol/L ANS溶液作為熒光探針,用PBS溶液(1mmol/L,PH 7.4)配制質(zhì)量濃度為0.01-0.05mg/mL蛋白質(zhì)樣品。取各質(zhì)量濃度蛋白質(zhì)溶液5mL加入50μL ANS溶液作為待測液測定熒光強(qiáng)度。熒光分光光度計(jì)的激發(fā)波長和發(fā)射波長分別為390nm和470nm,狹縫寬度為5nm。以熒光強(qiáng)度與蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度(mg/mL)之間初始斜率H0作為蛋白質(zhì)表面疏水性指數(shù)。
1.3.5 氨基酸測定
按照GB5009.124—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中氨基酸的測定》中茆三酮柱后衍生離子交換色譜法進(jìn)行測定。
1.3.6 結(jié)構(gòu)表征
1.3.6.1 傅里葉紅外光譜
參考XIE等[7]的方法,略作修改。取適量KBr于研缽中,在鎢光燈照射下將其研磨至無可見晶體。將100mg KBr和1mg蛋白質(zhì)樣品粉末于研缽中混合后,制成壓片后于紅外光譜儀全波段(400~4000cm-1)掃描,掃描次數(shù)32次。
1.3.6.2 內(nèi)源熒光光譜
參考SHENG等[8]的方法,略作修改。用PBS溶液(PH 7.2)配制質(zhì)量濃度為1.0mg/mL的蛋白質(zhì)樣品溶液,用熒光分光光度儀測定。熒光分光光度儀參數(shù)為激發(fā)波長280 nm,發(fā)射光譜300~500 nm,狹縫寬度5 nm,電壓500 V,掃描速度600 nm/min。
1.3.6.3 紫外-可見吸收光譜
參考NASCIMENTO等[9]的方法,略作修改。用PBS溶液(PH 7.4)配制質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的蛋白質(zhì)樣品溶液,用紫外-可見分光光度計(jì)測定。參數(shù)設(shè)置為掃描波長范圍220~4000 nm,重復(fù)掃描3次,掃描速度600 nm/min。
1.3.6.4 掃描電鏡
取少量蛋白質(zhì)樣品用導(dǎo)電膠粘附,用離子濺射儀鍍金,電壓5 kV,分別在200、500、1000倍下利用掃描電子顯微鏡觀察和拍照。
1.3.7 蛋白質(zhì)加工功能測定
1.3.7.1 溶解性
稱取蛋白質(zhì)樣品10 mg,溶解在PH 9.0的堿液中,配制質(zhì)量濃度為0.1 mg/mL的蛋白質(zhì)樣品溶液,以8000 r/min離心10 min,然后用1.3.3中考馬斯亮藍(lán)法測定上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量。蛋白質(zhì)溶解性計(jì)算見式(3)。
式中:m2為上清液中蛋白質(zhì)質(zhì)量,g;m3為樣品中蛋白質(zhì)質(zhì)量,g。
1.3.7.2 持水性與持油性
參考鄒子爵[10]的方法,略作修改。稱取10 mg蛋白質(zhì)樣品于離心管中,加入5.0g蒸餾水,以2500 r/min渦旋振蕩5min,靜置30 min。以5000 r/min離心10min,稱量沉淀物和離心管。稱取0.5 g蛋白質(zhì)樣品于離心管中,加入5.0 g大豆油,按照同樣的方法處理。持水性、持油性計(jì)算見式(4)。
式中:m5為沉淀物和離心管總質(zhì)量,g;m6為蛋白質(zhì)樣品和離心管總質(zhì)量,g;m4為蛋白質(zhì)總質(zhì)量,go
1.3.7.3 起泡性
配制質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的蛋白質(zhì)溶液,取15 mL(V0)蛋白質(zhì)溶液以12000 r/min高速均質(zhì)2 min,將蛋白質(zhì)溶液連同泡沫立即倒入量筒中,讀泡沫初始體積V1,靜置0.5h后再次讀泡沫體積V2。蛋白質(zhì)起泡能力和泡沫穩(wěn)定性計(jì)算見式(5)~(6)o
1.3.7.4 乳化性
參考TIRGAR等[11]的方法,略作修改o配制質(zhì)量濃度為1.0 mg/mL的蛋白質(zhì)溶液,將大豆油與蛋白質(zhì)溶液(體積比1:3)以10000 r/min高壓均質(zhì)乳化1 min,抽取底部乳液100μL,加入5.0 mL SDS溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%、PH 7.0),混勻后立即于波長500 nm處測定吸光度A0,20 min后,重復(fù)操作,測定吸光度A20。蛋白質(zhì)乳化活性和乳化穩(wěn)定性計(jì)算見式(7)~(8)。
式中:2為固定系數(shù);2.303為反應(yīng)速率常數(shù);ρ1為蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度,g/mL;φ為油相占比,0.25;n為稀釋倍數(shù),50;L為比色皿厚度,0.01m。
1.4 數(shù)據(jù)處理
所有指標(biāo)平行測定3次,結(jié)果取平均值;使用Excle軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,以P<0.05作為差異顯著判斷標(biāo)準(zhǔn);使用origin 2021繪制試驗(yàn)結(jié)果圖;傅里葉紅外光譜數(shù)據(jù),利用 Nicolet Omnic軟件和 peakFitv 4.12軟件進(jìn)行處理。
2 結(jié)果與分析
2.1 單因素試驗(yàn)
2.1.1 超聲時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
由圖1可知:蛋白質(zhì)提取率隨著超聲時(shí)間增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,在超聲60 min時(shí),亞麻籽全籽和亞麻籽餅的蛋白質(zhì)提取率均達(dá)到最大值,分別為40.38%、44.11%。超聲時(shí)間過短細(xì)胞內(nèi)部蛋白質(zhì)溶出不充分,但超聲時(shí)間過長,蛋白質(zhì)在堿液中過度水解引發(fā)部分變性[12]。因此,亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白均選擇超聲時(shí)間40、60、80 min進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。
圖1 超聲時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
2.1.2 超聲功率對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
由圖2可知:隨著超聲功率的增加,亞麻籽全籽和亞麻籽餅的蛋白質(zhì)提取率都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,亞麻籽全籽在超聲功率為400 W時(shí),蛋白質(zhì)提取率最大,為48.35%;亞麻籽餅在超聲功率為480 W時(shí),蛋白質(zhì)提取率最大,為56.95%。超聲功率過大,可能暴露更多疏水基團(tuán),致使蛋白質(zhì)提取率下降[13]。因此,亞麻籽全籽選擇超聲功率320、400、480 W進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),亞麻籽餅選擇超聲功率400、480、560 W進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。
圖2 超聲功率對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
2.1.3 超聲溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
由圖3可知:隨著超聲溫度的升高,亞麻籽全籽和亞麻籽餅的蛋白質(zhì)提取率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,亞麻籽全籽在超聲溫度為45℃時(shí),蛋白質(zhì)提取率最大,為51.1%;亞麻籽餅在超聲溫度為40℃時(shí),蛋白質(zhì)提取率達(dá)到最大,為56.95%。隨著溫度逐漸升高,蛋白質(zhì)分子間運(yùn)動(dòng)加劇,但溫度過高會(huì)破壞蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象,致使蛋白質(zhì)提取率下降[14]。因此,亞麻籽全籽選擇超聲溫度40、45、50℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn),亞麻籽餅選擇超聲功率35、40、45℃進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)。
圖3 超聲溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響
2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)
亞麻籽全籽和亞麻籽餅蛋白提取的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3,方差分析結(jié)果見表4~5。
根據(jù)軟件分析得到以亞麻籽全籽蛋白提取率(Y1)和亞麻籽餅蛋白提取率(Y2)為目標(biāo)函數(shù)的二次多元回歸方程:Y1=51.63-0.67A-1.61B-0.03C-2.12AB-1.30AC-1.84BC-6.20A2-5.41B2-2.8C2;Y2=56.36+0.32A-1.08B+4.40C+0.26AB-1.33AC+1.71BC-9.40A2-12.02B2-8.67C2。
表3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果
表4 亞麻籽全籽蛋白響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析
注:**表示差異極顯著(P<0.01),下同。
由表4可知:亞麻籽全籽蛋白提取模型P<0.0001,極顯著,失擬項(xiàng)不顯著,R2=0.998,R2adj =0.996,表明模型擬合效果好、誤差小。一次項(xiàng)A、B,交互項(xiàng)AB、AC、BC和二次項(xiàng)A2、B2、C2均影響極顯著。由F值可知,各因素對(duì)亞麻籽全籽蛋白提取率的影響大小依次為B>A>C,即超聲功率>超聲時(shí)間>超聲溫度。
表5 亞麻籽餅蛋白響應(yīng)面試驗(yàn)方差分析
由表5可知:亞麻籽餅蛋白提取模型P<0.0001,極顯著,失擬項(xiàng)不顯著,R2=0.996,R2adj=0.991,說明模型擬合效果好、誤差小。一次項(xiàng)B、C,交互項(xiàng)AC、BC和二次項(xiàng)A2、B2、C2均影響極限著(P<0.01)。由F值可知,各因素對(duì)亞麻籽餅蛋白提取率的影響大小依次為C>B>A,即超聲溫度>超聲功率>超聲時(shí)間。
通過模型擬合得到亞麻籽全籽蛋白提取工藝參數(shù)為超聲時(shí)間58.20 min、超聲功率396.50 W、超聲溫度45.98℃,此時(shí)蛋白質(zhì)提取率為51.66%。為便于操作,修正工藝參數(shù)為超聲時(shí)間60 min、超聲功率400 W、超聲溫度45℃,在此條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得到亞麻籽全籽蛋白提取率平均為53.47%,與理論值較接近,表明該響應(yīng)面模型可靠。通過模型擬合得到亞麻籽餅蛋白提取工藝參數(shù)為超聲時(shí)間62.40 min、超聲功率478.06 W、超聲溫度40.98℃,此時(shí)蛋白質(zhì)提取率為54.06%。為便于操作,修正工藝參數(shù)為超聲時(shí)間60 min、超聲功率480 W、超聲溫度40℃,在此條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),得亞麻籽餅蛋白提取率為56.47%,與理論值較接近,表明該響應(yīng)面模型可靠。
2.3 理化指標(biāo)分析
由表6可知:亞麻籽全籽蛋白純度顯著高于亞麻籽餅蛋白,可能是亞麻籽餅蛋白中脂肪、灰分含量等占比更高所致。等電點(diǎn)測定結(jié)果顯示,亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白分別在PH 4.4時(shí)上清液蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度最低,表明PH 4.4為亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白等電點(diǎn),這與胡愛軍等[13]和吳興雨等[15]通過堿溶酸沉法提取的亞麻籽蛋白的等電點(diǎn)結(jié)果一致。表面疏水性測定結(jié)果反映埋藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部疏水基團(tuán)的暴露情況,表面疏水性越高,說明疏水基團(tuán)暴露越多[16-17]。亞麻籽全籽蛋白的表面疏水性指數(shù)顯著高于亞麻籽餅蛋白,表明亞麻籽全籽蛋白空間疏水基團(tuán)暴露更多。這可能是因?yàn)槌曔^程的空化效應(yīng),使蛋白質(zhì)肽鏈伸展暴露更多的疏水基團(tuán)[18]。
表6 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白理化指標(biāo)
注:同列不同字母表示差異顯著(P<0.05),下同。
2.4 氨基酸組成分析
表7 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白氨基酸組成
注:**表示必需氨基酸。
由表7可知:亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白中共檢測出22種氨基酸,必需氨基酸8種,必需氨基酸含量均占總氨基酸含量的40%以上,表明亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白都具備成為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的潛力[4]。此外,2種亞麻籽蛋白中必需氨基酸含量均高于聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)兒童和成人推薦必需氨基酸總量(12.2%、33.1%)[15]。亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白中富含谷氨酸(12.06%、8.65%),谷氨酸可通過自身所帶的負(fù)電荷螯合金屬鐵離子,抑制脂質(zhì)氧化。亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白的精氨酸/賴氨酸比率分別為2.19:1、2.15:1,有助于降低血液膽固醇水平和增強(qiáng)心血管功能[4]。
2.5 結(jié)構(gòu)表征分析
2.5.1 傅立葉紅外光譜分析
由圖4可知:亞麻籽蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)主要分布在
酰胺I帶(1600~1700cm-1),酰胺Ⅱ帶(1500~1600cm-1)[19]。在酰胺I帶上1650cm-1處有特征峰,與C—O伸縮振動(dòng)有關(guān)[20]。在酰胺I帶處,亞麻籽全籽蛋白峰強(qiáng)度更大,表明2種蛋白質(zhì)在二級(jí)結(jié)構(gòu)上存在差異。酰胺I譜帶提供蛋白質(zhì)不同二級(jí)結(jié)構(gòu)信息:1600~1639cm-1為β-折疊,1640~1650cm-1為無規(guī)則卷曲,1651~1660cm-1為α-螺旋,1661~1700cm-1為β-轉(zhuǎn)角[20]。
圖4 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白傅里葉紅外光譜圖
酰胺I帶經(jīng) peakfit軟件處理,得到二級(jí)結(jié)構(gòu)含量。由表8可知:亞麻籽餅蛋白的α-螺旋和β-折疊總含量比亞麻籽全籽蛋白多2.75%,亞麻籽全籽蛋白無規(guī)則卷曲含量較亞麻籽餅蛋白高。這可能是亞麻籽全籽蛋白更高的提取溫度致使蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)打開,導(dǎo)致無規(guī)則卷曲含量增加[21]。而α-螺旋和β-折疊能夠形成緊密的無空腔結(jié)構(gòu),其相比于無規(guī)則卷曲構(gòu)象更穩(wěn)定[4],因此亞麻籽餅蛋白較亞麻籽全籽蛋白二級(jí)構(gòu)象更穩(wěn)定,更有序。
表8 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)含量
2.5.2 熒光光譜與紫外-可見吸收光譜分析
熒光光譜的熒光值主要是由蛋白質(zhì)分子側(cè)鏈中的芳香族氨基酸發(fā)射產(chǎn)生,可以反映蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的變化[22]。由圖5(a)可知:亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白在350 nm附近有最大吸收峰,但亞麻籽全籽蛋白最大峰值高于亞麻籽餅蛋白,表明亞麻籽全籽蛋白肽鏈?zhǔn)鎻埑潭雀?暴露更多的游離芳香族氨基酸;亞麻籽餅蛋白的肽鏈卷曲程度高。此外,亞麻籽餅蛋白最大發(fā)射波長較亞麻籽全籽蛋白發(fā)生紅移,表明亞麻籽餅蛋白色氨酸和酪氨酸殘基微環(huán)境極性更強(qiáng)[23]。由圖5(b)可知,2種亞麻籽蛋白在280 nm處有最大吸光度,主要是由蛋白酪氨酸和色氨酸殘基的芳香雜環(huán)引起的,且亞麻籽全籽蛋白吸光度大于亞麻籽餅蛋白,表明亞麻籽全籽蛋白更多的酪氨酸殘基暴露在周圍環(huán)境中[24]。
圖5 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白熒光光譜(a)與紫外-可見吸收光譜圖(b)
2.5.3 掃描電鏡分析
由圖6可知:在200倍和500倍下觀察到亞麻籽全籽蛋白整體粒度較亞麻籽餅蛋白小且更均勻。在1000倍下觀察到2種蛋白質(zhì)表面粗糙,稀松多孔,呈現(xiàn)片層、塊狀的面包屑結(jié)構(gòu)?？赡苁?種蛋白質(zhì)分子經(jīng)較長時(shí)間堿性和超聲處理后,破壞了蛋白質(zhì)表面結(jié)構(gòu),但這種松散多孔的結(jié)構(gòu)有利于提升蛋白質(zhì)的持水性、保味性能[5]。
圖6 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白掃描電鏡圖
注:A為亞麻籽全籽蛋白;B為亞麻籽餅蛋白;X200/500/1000為200倍、500倍、
1000倍。
2.6 加工功能特性分析
由表9可知:亞麻籽全籽蛋白溶解性和持水性顯著低于亞麻籽餅蛋白(P<0.05),這可能是亞麻籽全籽蛋白內(nèi)部暴露更多疏水基團(tuán),降低了蛋白質(zhì)自身的溶解性和持水性[25]。亞麻籽全籽蛋白的起泡能力和泡沫穩(wěn)定性均顯著高于亞麻籽餅蛋白(P<0.05),可能是因?yàn)閬喡樽讶训鞍纂逆溦归_程度高有利于蛋白質(zhì)分子在氣-液界面形成泡沫,并增強(qiáng)泡沫穩(wěn)定性。亞麻全籽蛋白持油性高于亞麻籽餅蛋白,這可能歸因于亞麻籽全籽蛋白暴露更多的非極性氨基酸[4]。乳化性能是蛋白質(zhì)在油-水界面被吸收的能力,取決于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和表面疏水性[26]。亞麻全籽蛋白乳化穩(wěn)定性較亞麻籽餅蛋白高,可能是亞麻籽全籽蛋白較高的表面疏水性使得油-水界面蛋白質(zhì)濃度增加,減少界面張力,最終提升乳液穩(wěn)定性。
表9 亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白加工功能特性
3 結(jié)論
本研究以亞麻籽全籽和亞麻籽餅為原料,采用超聲-堿溶工藝提取蛋白質(zhì)。以蛋白質(zhì)提取率為指標(biāo),在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝,并對(duì)2種蛋白質(zhì)品質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明,亞麻籽全籽蛋白最佳提取工藝為超聲時(shí)間60min、超聲功率400 W、超聲溫度45℃,在此條件下亞麻籽全籽蛋白的提取率為53.47%;亞麻籽餅蛋白最佳提取工藝為超聲時(shí)間60 min、超聲功率480 W、超聲溫度40℃,在此條件下亞麻籽餅蛋白的提取率為56.47%。亞麻籽全籽蛋白的純度和表面疏水性指數(shù)(H0)均顯著高于亞麻籽餅蛋白(P<0.05),2種亞麻籽蛋白的必需氨基酸含量均占總氨基酸含量的40%以上。亞麻籽餅蛋白較亞麻籽全籽蛋白二級(jí)構(gòu)象更穩(wěn)定、更有序。亞麻籽全籽蛋白具備較高的泡沫穩(wěn)定性、持油性、起泡能力、乳化活性和乳化穩(wěn)定性,而亞麻籽餅蛋白具有較高的溶解性和持水性。
綜上所述,從亞麻籽全籽和亞麻籽餅中提取的2種蛋白質(zhì)在理化、氨基酸組成、結(jié)構(gòu)、加工功能性上都存在一定差異,但2種蛋白質(zhì)都是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源,在食品加工和應(yīng)用上有著巨大潛力。
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文章摘自:楊芙蓉,王進(jìn)英,甘生睿,等.亞麻籽全籽蛋白和亞麻籽餅蛋白提取工藝優(yōu)化及其品質(zhì)研究[J].糧食與油脂,2024,37(12):40-48。
