穩定化方法對小麥胚蛋白功能特性的影響

俞 凌，黃永軍，周建新，沈新春

(南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇高校糧油質量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇 南京 210023)

穩定化方法對小麥胚蛋白功能特性的影響

俞 凌，黃永軍，周建新，沈新春

(南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇省現代糧食流通與安全協同創新中心，江蘇高校糧油質量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇 南京 210023)

比較了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4種穩定化方法對小麥胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫穩定性等功能特性的影響。結果表明，對于麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而其他3種處理則明顯下降；對于麥胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧處理的明顯增加，而其他3種則不同程度下降；麥胚蛋白的起泡性和泡沫穩定性經穩定化處理后均有所提高；從DSC圖譜分析，麥胚蛋白的熱穩定性從大到小依次為：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破壞程度依次為：微波、烘烤、蒸汽、臭氧；從傅里葉紅外圖譜分析，對麥胚蛋白官能團影響從大到小依次為：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。小麥胚開發與利用麥胚蛋白時，可選擇臭氧處理作為穩定化方法。

小麥胚；穩定化方法；麥胚蛋白；功能特性；微波；烘烤；蒸汽；臭氧

小麥胚約占籽粒質量的2%～3%，含有極其豐富的蛋白質、脂肪、酶、維生素、礦物質以及多種微量生理活性物質[1]，蛋白質質量分數高達30.2%左右，氨基酸全面平衡，易于被人體吸收，成為優質全價蛋白營養源[2]。同時麥胚蛋白具有良好的持水性、持油性和起泡性等功能性質，添加到食品中，可增加食品風味，改善食品品質和結構[3]。麥胚蛋白的良好功能性質為其在現代食品加工中的應用提供了廣闊的空間。但小麥胚自身脂肪含量高，并富含活性較高的脂肪酶和脂肪氧化酶，加之附著在表面的微生物，導致其穩定性差，極易由于兩者的協同作用而酸敗變質形成游離脂肪酸和過氧化物[4]。因此，穩定化問題是麥胚蛋白開發利用的瓶頸。目前，國內外小麥胚的穩定化方法主要有熱風干燥[5]、高壓蒸汽[6]、微波加熱[7]、紅外烘烤[8]、擠壓膨化處理[9]等，但這些方法并沒有考慮對麥胚蛋白功能特性的影響，使得評價穩定化方法優劣時存在片面性。因此，通過4種穩定化方法對麥胚蛋白功能特性影響的比較，以期開發麥胚蛋白時能夠選擇合適的小麥胚穩定化處理方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

小麥胚，江蘇省淮安市新象面粉有限公司；氯化鈉、氫氧化鈉、濃鹽酸、濃硫酸、SDS、正己烷等，均為分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

JR-Y10型臭氧滅菌箱，HG101-2型電熱鼓風干燥箱，SYQ-DSX-280B型不銹鋼壓力蒸汽滅菌鍋，P70D20TL-D4型微波爐，FW100 型高速萬能粉碎機，DS-1型高速組織搗碎機，HH-4型數顯恒溫水浴鍋，722型光柵分光光度計，TG16-S臺式高速離心機，IKA T18型高速分散機，PE DSC-8000型差示掃描量熱儀，Bruker tensor27型傅里葉紅外分光光度計。

1.3 試驗方法

1.3.1 麥胚的穩定化處理

烘烤處理：干燥箱內，料層厚1～2 cm，110℃烘干30 min；

微波處理：料層厚1～2 cm，600 W，處理2 min；

高壓蒸汽處理：高壓蒸汽滅菌鍋，料層厚1～2 cm，壓力0.1 MPa，處理20 min，冷風干燥20 min；

臭氧處理：雙層紗布包裝麥胚置于臭氧滅菌箱滾筒內，臭氧濃度80 mg/L，處理15 min。

處理后的麥胚用聚乙烯自封袋包裝備用。

1.3.2 脫脂麥胚蛋白的制備

麥胚用80%的乙醇清洗，45℃烘干12 h，置于錐形瓶中，按1∶5的比例加入正己烷，在恒溫振蕩器下浸泡12 h，靜置，倒掉上清液，再按1∶3比例加入正己烷，恒溫振蕩箱下浸泡12 h，靜置，倒掉上清液，低溫烘干，獲得脫脂麥胚。

將脫脂麥胚粉碎，全部過80目篩，將細化的樣品按料水比為1∶20攪拌均勻，用0.5 mol/L NaOH溶液調節pH9.0，攪拌浸提30 min，將浸提液于3 500 r/min離心20 min，取上清液，然后用1.0 mol/L HCl溶液將上清液的pH值調至6.3，加入適量的淀粉酶，并置于60℃的水浴鍋中，酶解至遇碘不呈藍色為止，將溶液pH值調為4.0，然后離心，去除上清液，冷凍干燥，得脫脂麥胚蛋白[10]。

1.4 測定指標與方法

脫脂麥胚蛋白功能特性的指標與測定方法：溶解度[11]；持水性[12]；持油性[13]；起泡性及泡沫穩定性[14]；DSC圖譜及紅外圖譜[15]。

1.5 數據處理

數據為3次平行試驗的平均值，測定結果用EXCEL作圖并進行分析。

2 結果與分析

2.1 麥胚蛋白提取率

4種穩定化處理的麥胚蛋白提取率的結果如圖1所示。由圖1可知，與未經處理的麥胚(對照)相比，對于麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而微波、烘烤和蒸汽處理均明顯降低，主要原因是臭氧熱效應較少，對蛋白質等電點的改變不明顯，而微波、烘烤和蒸汽處理等均有明顯的熱效應，造成了蛋白質等電點的明顯改變[16]。所以穩定化處理方法不同，麥胚蛋白提取率有明顯差異。

2.2 麥胚蛋白溶解度

蛋白質的溶解度是蛋白質-蛋白質和蛋白質-溶劑相互作用達到平衡的熱力學表現形式，影響蛋白質增稠、起泡、乳化和凝膠等功能性質，是評價蛋白質潛在應用價值的一個指標[17]。4種穩定化處理的麥胚蛋白的溶解度如圖2所示。

臭氧處理的麥胚，其蛋白溶解度明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽處理的麥胚蛋白溶解度均下降。蛋白質的溶解度與蛋白質中的化學鍵及空間結構有密切的關系，微波、烘烤和高壓蒸汽處理的麥胚，由于較強的熱效應，蛋白質空間構象中的某些弱鍵斷裂，破壞了肽鍵的特定結構，使原來埋藏在分子內部的一些非極性基團暴露在分子表面，因而降低了蛋白質的溶解度，臭氧一方面由于其熱效應較弱，對蛋白質空間結構改變較少，另一方面由于其具有的強氧化性，將蛋白質的一些化學鍵氧化成極性的雙鍵或三鍵，增加了蛋白質與水之間相互作用，使其溶解度增加[18]。

2.3 麥胚蛋白持水性

蛋白質持水能力是指蛋白質吸收水并將水保留在蛋白質組織中的能力，不僅與絞肉制品的多汁性和嫩度有關，而且也與烘烤食品的質構密切相關[17]。4種穩定化處理所得麥胚蛋白的持水性如圖3所示。從圖3中可以看出，經臭氧處理的麥胚蛋白質持水性明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽處理的麥胚蛋白質持水性均略有下降。這主要是因為臭氧處理過的麥胚蛋白質溶解度較高，蛋白質與水分子之間的親和力較強，持水性較高，微波、烘烤和蒸汽麥胚蛋白質溶解度小，蛋白質與水分子之間的親和力相對較弱，持水性偏低[18]。

圖3 穩定化方法對麥胚蛋白持水性的影響

2.4 麥胚蛋白持油性

蛋白質持油性反映其吸收脂肪并將脂肪保留在蛋白質組織中的能力，是蛋糕、肉制品、面包、冰激凌等食品加工過程中的重要特性，可以提高食品對脂肪的吸收與持留能力，顯著改善食品的適口性及風味[22]。4種穩定化處理方法所得麥胚蛋白的持油性如圖4所示。由圖4可知，經臭氧處理的麥胚蛋白的持油性明顯提高，而微波、烘烤和蒸汽的麥胚蛋白質持油性均略有下降。這主要是因為臭氧處理過的麥胚蛋白質溶解度較高，蛋白質與油分子之間的親和力較強，持油性較高，微波、烘烤和蒸汽的麥胚蛋白質，由于高溫的作用，使得蛋白質發生聚集，蛋白質與油分子之間的親和力相對較弱，持油性偏低[18]。

圖4 穩定化處理方法對麥胚蛋白持油性的影響

2.5 麥胚蛋白起泡性

泡沫是指蛋白質通過攪打在氣液界面形成有一定剛性和彈性的薄膜，泡沫分散在含有表面活性劑的連續相或者半固體的分散體系，是食品加工的一項重要功能性質[19]。4種穩定化處理所得麥胚蛋白的起泡性如圖5所示。由圖5可知，臭氧處理對蛋白質的起泡性有降低作用，微波、烘烤和蒸汽處理對起泡性均有提高作用，這是因為熱處理產生的明顯熱效應，使蛋白質的結構逐漸展開，形成更多的無規卷曲結構，蛋白質展開程度較大，展開的蛋白質分子間彼此作用形成更加穩定的網絡結構及界面膜，使麥胚蛋白的起泡性增高。臭氧處理氧化了蛋白質分子中的部分基團，使得蛋白質分子與水分子之間的作用力增強，蛋白質起泡性降低[20]。

圖5 穩定化方法對麥胚蛋白起泡性的影響

2.6 麥胚蛋白泡沫穩定性

泡沫穩定性是指蛋白質在氣液界面形成的薄膜強度，影響著泡沫產品的性能和質構[19]。4種穩定化處理所得麥胚蛋白的泡沫穩定性如圖6所示。由圖6可知，4種不同處理對蛋白質的泡沫穩定性均有一定程度的提高，因為微波、蒸汽、烘烤均產生了較高的熱效應，使得蛋白質分子內部基團暴露較多，疏水相互作用增強，蛋白質泡沫穩定性提高，微波處理后泡沫穩定性更高，說明在此條件下，蛋白質的疏水相互作用增高更多，臭氧由于蛋白質內部基團的氧化作用，產生更強的疏水相互作用，泡沫穩定性也有所提高[21]。

圖6 穩定化方法對麥胚蛋白泡沫穩定性的影響

2.7 麥胚蛋白的DSC圖譜特性

應用DSC對麥胚蛋白的變性程度進行表征，主要表現為兩個指標，即變性溫度和熱焓變。變性溫度可以推測蛋白質的穩定性，熱焓變是疏水作用與蛋白質緊密性的重要指標[16]。由圖7可知，未處理麥胚蛋白的變性溫度為132.00℃，熱焓變值為34.606 7 J/g，臭氧、微波、烘烤、蒸汽處理的麥胚蛋白變性溫度分別為189.84、179.50、193.29、191.85℃，熱焓變值為120.023 4、183.764 8、166.880 7、160.563 9 J/g。因此,麥胚蛋白的熱穩定性依次為:烘烤、蒸汽、臭氧、微波、對照，蛋白質熱焓變值越低，則可以體現其結構的完整性越高，所以不同處理對蛋白質破壞程度依次是：微波、烘烤、蒸汽、臭氧。

(a)未處理

(b)臭氧處理

(c)微波處理

(d)烘烤處理

(e)高壓蒸汽處理

2.8 麥胚蛋白的紅外圖譜分析

在傅里葉紅外圖譜中，不同的官能團化學鍵的振動或轉動，對不同波數的紅外光有吸收，紅外圖譜可以據此反映出樣品官能團或者化學鍵的變化，進行物質的定性定量[22]。4種不同的穩定化方法對麥胚蛋白紅外圖譜的影響見圖8。

圖8 穩定化方法對麥胚蛋白紅外圖譜的影響

由圖8可知，4種不同穩定化處理的紅外曲線圖譜總體相似于對照所得的曲線，只有在波數2 328.033 cm-1到2 375.288 cm-1存在差異，而在此區間對應的基團主要是叁鍵或者累積雙鍵區，說明4種不同穩定化處理均改變了這些官能團的量。分析4種不同處理曲線，只有臭氧處理所得曲線最接近于未處理，說明臭氧處理對蛋白質的各官能團影響最小，4種不同處理對蛋白質官能團影響程度大小依次是：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。

3 結論

比較了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4種穩定化方法對小麥胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫穩定性等功能特性的影響。結果表明，麥胚蛋白提取率，臭氧處理的基本不變，而其他3種處理則明顯下降；麥胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧處理的明顯增加，而其他3種則不同程度下降；麥胚蛋白的起泡性和泡沫穩定性經穩定化處理后均有所提高；從DSC圖譜分析，麥胚蛋白的熱穩定性從大到小依次為：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破壞程度依次為微波、烘烤、蒸汽、臭氧；根據傅利葉紅外圖譜分析，對麥胚蛋白官能團影響依次為：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。因此，在小麥胚開發與利用麥胚蛋白時，可選擇臭氧處理作為穩定化方法。

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(責任編輯：趙琳琳)

Effect of stabilization methods on functional properties of wheat germ protein

YU Ling， HUANG Yong-jun,ZHOU Jian-xin,SHEN Xin-chun

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finances and Economics;Jiangsu Center for Modern Grain Circulation and Safety;Jiangsu Key Laboratory of Grain Quality and Safety Control and Deep Processing, Nanjing 210023,China)

The effects of four different stabilization methods such as microwave，ozone，baking and steam on extraction rate，solubility，water-holding capacity，oil-absorbing capacity，foaming capacity，foaming stability of wheat germ protein were compared. The results showed that extraction rate of wheat germ protein basically remained unchanged in ozone treatment，but significantly decreased in the other three methods. The solubility，water-holding capacity and oil-absorbing capacity of wheat germ protein significantly increased in ozone treatment，but suffered a drop though to various degrees in the other three methods. The foaming ability and foam stability of wheat germ protein were improved after the stabilization treatment. The thermal stability of wheat germ protein was baking，steam，ozone，microwave;and the degree of damage was microwave，baking，steam，ozone by analysis of the DSC spectrum. The effect on the functional groups of wheat germ protein was baking，microwave，steam，ozone by analysis of FTIR spectrum. So the ozone treatment could be a good choice as a stabilization method in the development and utilization of wheat germ protein.

wheat germ；stabilization methods；wheat germ protein；functional properties；microwave；baking；steam；ozone

2016-10-28；

2017-02-28

國家自然科學基金項目(31271983)；江蘇省自然科學基金(BK20141484)；2015江蘇省高校優秀科技創新團隊資助項目；江蘇省“333工程”培養資金資助項目；江蘇高校優勢學科建設工程資助項目(PAPD)。

俞 凌(1982-)，女，實驗師，主要研究方向為糧食工程。

周建新(1964-)，男，教授，研究方向為糧食工程。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.002

TS201.2+1;TS210.9

A

1003-6202(2017)03-0004-06