挤压温度对添加花生油的小麦蛋白在挤压过程中蛋白质聚集的影响

背景介绍

食品挤压过程中，原料在高温、高压、高剪切作用下混合、熟化，蛋白质在挤压机筒内发生变性，并通过静电作用力、疏水相互作用、二硫键等缔合、聚集、重排，形成具有新的质构特征的产品。

挤压温度是影响最终产品的理化特性和感官特性的最重要因素之一。研究表明，提高挤压温度会增加熔融物中气泡含量，导致挤出物膨胀率增加。但挤压温度过高会导致大分子降解或聚集，从而使挤出物膨胀率降低。目前关于挤压温度对小麦蛋白聚集作用的影响及其反应机理的研究还有待深入。在挤压过程中，小麦蛋白分子间相互作用方式主要是共价键和疏水相互作用，而挤压温度是影响蛋白质分子间相互作用方式的关键因素。

在挤压过程中，添加油脂会影响单位机械能耗的输入和物料组分之间的相互作用，进而影响小麦蛋白分子间聚集行为。前期研究表明，油脂可改善小麦面筋蛋白网络结构，提高产品品质。因此，本研究在小麦蛋白中添加花生油，通过测定蛋白质提取性、相对分子量分布、巯基和二硫键含量、二级结构和微观结构，分析不同挤压温度对小麦蛋白聚集作用的影响，同时为蛋白-油脂二元体系的挤压工艺提供参考。

研究方法

采用CLEXTRAL Ev25型（Fremeni, 法国）双螺杆挤压机进行挤压，螺杆直径为25.5mm，长径比为25，模具长度和出口直径分别为30 mm和7 mm，考察挤压温度即第六段出口处温度为100、120、140、160、180 °C。将小麦蛋白和花生油按98:2（w/w）比例充分混合后用于挤压。挤压水分含量为25%，螺杆转速为120 rpm。采用巯基和二硫键含量测定、SDS-PAGE凝胶电泳、圆二色谱、扫描电镜等方法对蛋白质结构进行表征和分析。 

结果与分析

蛋白质提取率结果（图1）表明，当挤压温度为140、160、180℃时，小麦蛋白-花生油混合物（WPE）的蛋白提取率高于小麦蛋白（WG），这可能是由于花生油附着在小麦蛋白表面，保护小麦蛋白不受剧烈剪切力的作用，从而降低小麦蛋白的变性和聚集。另一方面，挤压过程中脂质可与蛋白质通过疏水位点相结合，高温会导致蛋白质暴露更多的疏水位点，从而提高蛋白质与脂质之间的疏水相互作用，并促进小麦蛋白的聚集。当挤出温度从100℃提高到180℃时，小麦蛋白聚集程度增加，蛋白可提取性显著下降。

电泳结果（图2）表明，随着挤压温度的升高，蛋白条带的数量和强度明显降低，表明可溶性小麦蛋白含量随挤压温度的升高而降低。提高挤压温度可以促进小麦蛋白中二硫键的形成，促进蛋白聚集。

通过对麦谷蛋白和麦醇溶蛋白含量分析（图3）发现，挤压温度升高，麦谷蛋白含量增加，麦醇溶蛋白含量降低，表明随着温度升高，麦醇溶蛋白中二硫键交联程度更大。游离巯基和二硫键含量测定结果（图4）表明，在100-120°C下小麦蛋白中二硫键键含量曲线的斜率低于120-180°C，即温度越高，SH-SS交换反应越迅速。而添加花生油后，在100-120°C范围内的巯基含量变化高于120-180°C范围内的变化，即添加花生油改变了面筋中SH-SS交换的速率。这种现象可能是由于挤压温度较低时，脂质与小麦蛋白疏水区域主要通过疏水相互作用键合，使小麦蛋白分子的总净电荷最小，蛋白质之间的吸引力达到最大，蛋白分子相互靠近，促进小麦蛋白中的SH-SS互换。

圆二色谱结果（表1）表明，挤出过程中温度的升高促进了麦醇溶蛋白中α-螺旋向β-折叠的转化。花生油的加入会抑制麦醇溶蛋白的构象转化。扫描电镜结果（图5）发现，挤压温度升高及添加花生油均会导致挤出物表面变粗糙且粒径增大。

图1. 挤压温度对小麦蛋白提取性的影响

图2. 蛋白组分SDS-PAGE和A-PAGE分析.（A）不同挤压温度下的WPE中麦谷蛋白还原性SDS-PAGE电泳；（B）不同挤压温度下WPE中麦谷蛋白非还原性SDS-PAGE电泳；（C）不同挤压温度下WPE中麦谷蛋白SDS-PAGE；（D）不同挤压温度下WPE中麦醇溶蛋白A-PAGE. CK：未挤压样品

图3. 挤压温度对麦谷蛋白和麦醇溶蛋白含量的影响（A）WG；（B）WPE

图4. 挤压温度对挤出物中巯基和二硫键含量的影响（A）WG；（B）WPE

表1. 不同挤压温度下麦谷蛋白和麦醇溶蛋白中二级结构相对含量

图5. WG和WPE扫描电镜（A）WG；（C）不同温度下挤压WG和WPE中麦醇溶蛋白；（B）（D）不同温度下挤压WG和WPE中麦谷蛋白

结论

本研究发现，随着挤压温度的增加，小麦蛋白的可提取性降低，分子量增加，且蛋白分子通过二硫键聚集、交联程度增加，挤压后麦醇溶蛋白中的α-螺旋比例降低，β-折叠比例升高。添加花生油可提高疏水相互作用，促进小麦蛋白的聚集。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.11.017 

供稿人：陈琼玲