冻融循环对花生分离蛋白结构和乳化特性的影响

发布时间:2021-04-13

 目前,大豆蛋白,豌豆蛋白和米糠蛋白等植物蛋白作为乳化剂已逐渐引起人们的关注。压榨花生油的过程中会产生大量的脱脂花生粉。脱脂花生粉中蛋白质含量约占47-55%,具有较高的营养价值。因此,可以从脱脂花生粉中提取大量的花生蛋白分离物(PPI)。PPI还具有良好的乳化性,起泡性和胶凝特性。因此,PPI作为高营养蛋白在食品工业中具有巨大的应用潜力。
 
  近年来,用于改善花生蛋白的乳化性质的改性方法有物理、化学或酶处理等。冷冻处理是影响蛋白质功能性质的最常见的物理修饰方法之一,其性质的变化取决于温度变化条件。冻融(F-T)循环处理对PPI结构和乳化性的影响却鲜有报道。
 
  本研究以脱脂花生粉为原料,采用碱溶酸沉法制备花生分离蛋白,并通过不同的F-T循环改变其结构来增强PPI的乳化性。本研究探讨了多个F-T循环后PPI的结构变化,并进一步讨论了结构变化对乳化性能的影响。
 
  研究方法
 
  通过测定花生蛋白的游离巯基、羰基、二级结构、三级结构、表面疏水性、乳化性以及乳液的平均粒径、ζ电位和共聚焦激光扫描显微镜,阐明了花生蛋白的结构与乳化性能之间的关系。
 
  结果与分析
 
  如图1A所示,PPI的荧光强度随着F-T循环的减少而增加(F-T=1-3)。同时,最大程度地观察到红移现象,表明被掩埋的色氨酸残基部分暴露于极性环境。与天然PPI样品相比,经过5次F-T循环后PPI的荧光强度显著降低。PPI粒径和体积分布如图1B所示。与天然PPI样品(F-T=0)相比,经过3次F-T循环后,PPI粒径的峰移至较大尺寸。这可能是由于多个F-T循环逐渐使蛋白质氧化,促进了高分子量蛋白质的聚集。
  图1 不同荧光周期对质子泵抑制剂荧光光谱和粒径分布的影响
 
  蛋白质表面疏水性(H0)的变化通常表明蛋白质内部结构和表面微环境的变化。在这项研究中,我们使用H0评估了F-T周期中PPI的构象变化。图3A显示了不同F-T循环处理PPI的H0值的变化。当F-T循环为3次时,PPI的H0值增长到688.52±8.38。5次F-T循环时,H0值降至584.70±8.00。考虑到游离巯基含量数据,多个F-T循环后PPI的H0值增加可能是由于分子的重排和疏水性侧链基团的暴露引起的。
 
  图2B是不同的F-T循环处理PPI对EAI和ESI的影响。未经处理的PPI初始EAI为48.93±0.49 m2/g。在F-T循环中,EAI呈先上升后下降的趋势。ESI值与EAI值存在相同的趋势。结果表明,通过F-T循环可以显着提高PPI样品的EAI和ESI,但程度取决于F-T循环的次数。
  图2 不同F-T循环对PPI的表面疏水性(A)以及乳化活性和乳液稳定性(B)的影响
 
  为了深入分析F-T循环对PPI乳液性能的影响,通过CLSM观察不同F-T循环的PPI制备乳液的微观结构。如图3所示,由蛋白质和油组成的乳液呈现出明显的O/W形状,并且可以清楚地观察到油滴包裹在由蛋白质形成的膜中。天然PPI(F-T=0)制备的乳液显微图像显示液滴较大且分布不均匀。随着F-T循环次数的增加,乳液的粒径先减小后增大,均小于由天然PPI(F-T=0)制备的乳液。在3次F-T循环后通过PPI制备的乳液具有最小的粒径和最均匀的液滴分布。
  图3 不同F-T循环的PPI制备的乳液共聚焦激光扫描显微镜图像
  结论
 
  结果表明,F-T处理后降低了蛋白质有序结构的含量,PPI的游离巯基含量和表面疏水性先增加后减少,PPI的乳化性能明显提高。在3个F-T循环后,由PPI制备的乳液具有最小的平均粒径,最大的zeta电位绝对值和最均匀的微观结构分布,显示出最佳的乳化能力。由此可知F-T循环处理可以有效地改变蛋白质结构并改善蛋白质乳化性能。该研究为F-T循环过程中PPI的改性提供了一些参考,可作为开发PPI乳化性能的有效方法。