蒸汽闪爆辅助提取高温豆粕中蛋白质的工艺及其机制研究

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高温豆粕是大豆提油后的副产物,全国最近每年有四千万吨左右的产量。高温豆粕的蛋白质含量达到50%,是优良的潜在蛋白质来源。由于高温处理使高温豆粕中的蛋白质发生了热变性,导致蛋白质的溶解性及其他功能性质下降,限制了其在食品加工中的应用。因此提高高温豆粕蛋白质的溶解性和改善其其他功能性质对提高高温豆粕的应用价值具有十分重要的意义。本课题以高温豆粕为研究对象,采用蒸汽闪爆处理技术从高温豆粕中提取蛋白质,并研究了其功能性质,最后对相关机理进行了研究,主要研究结果如下:1.首先进行了蒸汽闪爆辅助提取高温豆粕中蛋白质的工艺研究。研究结果表明,豆粕粒径会显著影响蛋白质提取率。当豆粕粒径小于100目时,在蒸汽闪爆过程中豆粕颗粒会聚结成块,阻碍水蒸汽在豆粕内的渗透,导致氮溶解指数降低。合适的豆粕粒径范围为20目-80目。研究了蒸汽压力1.3MPa~2.4MPa,保压时间180s下豆粕氮溶解指数的变化。结果表明,蒸汽闪爆处理可以提高豆粕的氮溶解指数,经1.8MPa,180s蒸汽闪爆处理,豆粕的氮溶解指数是原样豆粕的2.1倍;蒸汽压力不能过高,当蒸汽压力超过1.8MPa时,豆粕易发生焦化。蒸汽闪爆处理可以显著提高高温豆粕的蛋白质提取率,经1.3MPa,180s、1.8MPa,120s和1.8MPa,180s闪爆处理,高温豆粕的蛋白质提取率从未经闪爆处理的50.5%分别提高至62.5%、64.6%和65.7%。2.研究了稀酸浸泡对蒸汽闪爆辅助提取高温豆粕中蛋白质的提取率的影响。豆粕经0.9%(w/v)和1.2%(w/v)硫酸溶液80℃浸泡2h后滤除浸泡液,然后进行蒸汽闪爆处理,蛋白质提取率分别达到70.0%和77.1%。凝胶过滤色谱分析表明,1.2%硫酸浸泡会导致蛋白质的过度水解,因此确定浸泡液为0.9%硫酸(w/v)。豆粕经0.9%(w/v)硫酸浸泡后,分别在1.8MPa,8min、2.0MPa,8min和2.2MPa,8min下闪爆处理,蛋白质提取率分别达到67.7%,69.5%和70.5%。另外,经稀酸浸泡后再进行蒸汽闪爆处理提取得到分离蛋白的蛋白质含量达到81%,而直接蒸汽闪爆处理辅助提取得到的分离蛋白的蛋白质含量仅为78%左右,前者比后者高出3个百分点。扫描电镜观察表明,稀酸浸泡处理可以明显破坏豆粕的组织结构而有利于蒸汽渗入,蒸汽闪爆处理则进一步破坏豆粕的细胞壁结构,有利于蛋白质溶出。3.研究分析了蒸汽闪爆处理对从高温豆粕中得到的分离蛋白的功能性质的影响。经直接蒸汽闪爆和经稀酸浸泡处理后蒸汽闪爆得到的分离蛋白的功能性质均显著改善,其中经稀酸浸泡后蒸汽闪爆处理对分离蛋白的改善效果更为明显。经稀酸浸泡后蒸汽闪爆处理得到的分离蛋白的功能性质,除泡沫稳定性外,其他都显著优于白豆片分离蛋白。前者的乳化活性指数、乳化稳定性指数、起泡能力、泡沫稳定性和持油能力分别为56.44m2/g、58.83min、47.50%、47.22%和814%而后者上述功能性质分别为21.95m2/g、14.86min、31.50%、81.05%和500%,未经处理豆粕的上述功能性质分别为32.90m2/g、16.55min、17.50%、29.16%和754%。4.研究了蒸汽闪爆处理对大豆蛋白质功能性质提高的机制。凝胶过滤色谱和原态凝胶电泳结果显示,蒸汽闪爆处理后的蛋白质相对分子质量的分布范围更广,蛋白质聚集体发生了解聚,但也存在部分蛋白质的聚集现象。还原与非还原SDS-PAGE电泳表明,蒸汽闪爆处理后,蛋白质的原有亚基的谱带减弱,而相对分子质量为20.1~29.0kDa和20.1kDa以下的亚基谱带增强,同时也形成了以非二硫键共价键结合的蛋白质聚集体。糖染色凝胶电泳、傅里叶红外光谱、蛋白质中总糖含量分析和自由氨基含量分析表明,蒸汽闪爆处理过程中蛋白质与还原糖发生了接枝反应。表面疏水性显著降低的部分原因可解释为蛋白质的糖基化。另外,糖基化荧光光谱分析进一步表明蒸汽闪爆引起了蛋白质的糖基化反应。圆二色谱表明,稀酸浸泡会使蛋白质的β-折叠略微增加、无规则卷曲减少,再经蒸汽闪爆处理后,蛋白质的无规则卷曲进一步转变为p-折叠和p-转角。稀酸浸泡后蒸汽闪爆处理还使蛋白质的表面电荷增加。这些结构及物理化学性质变化对蛋白质的功能性质产生明显影响。
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