离子强度与酶预处理对花生蛋白热凝胶的影响

背景介绍

花生是一种世界范围内种植的具有高营养价值的豆科植物。花生中蛋白质含量为30%左右，是一种优质植物性蛋白，胀气因子少，易为人体消化吸收，利用率可98%，可溶性蛋白质及NSI值高，水溶性好，具有花生特有的香味。此外，花生蛋白也有许多重要的功能特性，如乳化性、起泡性和凝胶性等。大约90%的花生蛋白是球状蛋白，在溶液中表现为胶体物体，通过相互排斥作用保持稳定，在外部作用条件下会导致蛋白质凝胶化，首先热处理会导致球状蛋白质展开，从而暴露内部疏水氨基酸残基，之后，蛋白质通过共价和非共价相互作用聚集成网络状结构；在酶处理后凝胶化过程中，可以形成特定的蛋白质-蛋白质共价键。例如，谷氨酰胺转胺酶(TG酶)能够促进ɛ-(ɤglutamyl)赖氨酸基团的形成。

花生蛋白有较好胶凝能力，在凝胶化过程中起着重要作用，花生蛋白产品的纤维性质特征也取决于凝胶化过程，对于新型食品的开发有着重要的意义。可以通过控制不同离子强度作用条件，研究蛋白质的结构性质与凝胶形成过程。因此在本文中，将讨论花生蛋白在凝胶化过程中的流变学演化，重点研究在蛋白质在离子强度(0.5M或0.8M)与酶预处理条件下花生蛋白凝胶形成情况。

研究方法

将花生研磨后放入氯化钠溶液中制成悬液，在0.5M和0.8M两种离子强度作用下，制取花生蛋白提取物，经过酶处理，再对其进行加热凝胶化处理。通过流变学研究凝胶程度，同时探究两种离子强度对蛋白凝胶效果的影响，用共聚焦激光扫描显微镜对凝胶结构进行分析。

结果与分析

比较0.5M（2-4）和0.8M（5-7）条件下蛋白提取物，结果如图1所示，两种提取物中都存在花生四烯酸亚基，0.8M（5-7）条件下提取的样品中，37kDa、39kDa、22kDa和39kDa的条带，强度是在0.5M（2-4）提取的3-5倍。由于离子强度的增加(0.5M到0.8M)，盐析效应提高了蛋白质提取产量，同时花生球蛋白的溶解度也因离子强度的增强而增加。

如图2所示，在初始悬浮液中，损失模量高于存储模量，在凝胶化过程中，两种模量都迅速增加。当温度降低到25°C时，模量进一步增加，这可能由熵效应及在降低温度的同时增强氢键和分子间力所导致。

在蛋白质含量最低(Cp≈4g/100g)时，酶预处理本身与任何流变学特征都不匹配。在蛋白质含量最高(Cp≈11-13g/100g)时，两种提取物均形成凝胶。对于0.5M的提取物，在酶的预处理过程中发生了凝胶化，产生了非常弱的凝胶。在热处理过程中，后期发生了凝胶，但最终的模量仍低于热处理前的模量。

这些结果表明，离子强度和凝胶化过程在最终产物的结构化中都起着关键作用。与0.8M下提取物相比，0.5M下提取物表现出更高的凝胶倾向，并产生更牢固的凝胶。

图1. 离子强度0.5M（2-4）和0.8M（5-7）条件下提取蛋白质的SDS-PAGE图谱，1为标准蛋白质分子量

图2. 在离子强度为0.5M（蓝色）和0.8M（红色）下提取的蛋白质胶凝。实心符号为储存模量、空心符号为损失模量；圆圈为单独热处理，三角形为酶预处理，然后进行热处理

图3. 通过CSLM观察到的花生蛋白凝胶图像。图1、2通过加热形成凝胶，图3、4经过酶预处理，之后加热形成的凝胶

结论

研究发现，蛋白质提取过程中施加的离子强度决定花生球蛋白的溶解度，富含球蛋白的样品能够产生更强的凝胶性质,这可能由于花生球蛋白中游离巯基和赖氨酸残基含量较高。共聚焦显微镜成像表明酶预处理比简单热处理能够产生更致密蛋白质凝胶的结构。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963996920303872?via%3Dihub

供稿人：

李同庆