微波处理对萌发苦荞蛋白特性和生物活性的影响

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苦荞蛋白是苦荞(Fagopyrum tataricum)的主要生物活性成分之一,氨基酸含量丰富且均衡,具有降胆固醇、降血压和抗氧化等生物功能,作为安全和营养价值高的天然植物蛋白备受欢迎,而苦荞在萌发后其氨基酸组成更合理,蛋白质特性和生物活性也有一定的提高。近年来,许多研究发现微波预处理可以安全有效的促进植物萌发,激活种子内部多种酶类,从而使生物大分子结构发生改变,导致植物的生理生化特征和生物功能受到一定的影响。因此,使用微波刺激植物萌发可以作为提高植物生物活性代谢产物含量、植物营养价值以及生物活性的有效策略。本研究以苦荞种子为实验材料,研究不同功率和处理时间的微波处理对萌发后苦荞蛋白的理化特性、功能特性以及生物活性的影响,并基于蛋白质组学揭示微波处理诱导苦荞萌发和黄酮类化合物富集的作用机制,旨在为开发营养与功能性苦荞蛋白食品提供理论依据。主要研究结果如下:研究微波处理后萌发苦荞蛋白理化特性的变化。结果表明,微波处理可以改变苦荞萌发过程中蛋白质的含量,但不同微波处理对其含量的影响并不显著(P≥0.05),适度的微波处理可以促进苦荞在萌发过程中氨基酸的合成,提高萌发苦荞蛋白的营养价值,更利于人体对苦荞蛋白的吸收利用,其中300 W/50 s微波处理后萌发5 d的苦荞蛋白中总氨基酸、必需和非必需氨基酸含量均最高,分别比CK组增加了26.41%、30.26%和25.34%,且除了蛋氨酸+胱氨酸外,苦荞蛋白中各种必需氨基酸的氨基酸评分(AAS)值均处于最大,且此条件下萌发苦荞蛋白的体外消化率最高,较CK提高了5.56%。不同的微波功率和微波时间下,萌发苦荞蛋白的游离巯基含量均较CK显著上升(P<0.05),表明微波处理可以促进萌发苦荞蛋白质分子结构的伸展,红外光谱分析表明微波预处理可以使萌发苦荞蛋白质的二级结构由有序转向无序,增加了蛋白质的灵活性,紫外光谱分析表明,微波预处理可以使萌发苦荞蛋白质空间构象发生改变,蛋白质分子展开,内部的显色基团暴露。研究微波处理后萌发苦荞蛋白功能特性的变化。结果表明,300 W/50 s微波处理后萌发5 d时的苦荞蛋白溶解度和持水性的改善效果最好,分别较CK增加了24.37%和38.95%,200 W/50 s处理下萌发5 d时的苦荞蛋白持油能力达到最大值,较CK组提高了5.57%,但微波处理对萌发苦荞蛋白持油能力的改善效果并不显著(P≥0.05)。微波功率300 W,微波时间50 s时,萌发5 d后的苦荞芽苗蛋白的乳化性(18.64 m~2/g)和起泡性(80.00%)的改善效果最好,而乳化稳定性和起泡稳定性则在萌发7 d时达到峰值,分别为67.04%和78.02%。苦荞种子蛋白的热稳定性最高,而微波预处理后萌发苦荞蛋白的吸收峰温度出现不同程度的下降,表明其降低了萌发苦荞蛋白的热稳定性。研究微波处理后萌发苦荞蛋白抗氧化能力的变化。结果表明,适度的微波功率和处理时间的作用下,萌发苦荞蛋白的抗氧化能力均有一定程度的提高,300 W/50 s微波处理后萌发5 d时的苦荞蛋白对1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和2,2-联氮-二-3-乙基苯并噻唑-6-磺酸(ABTS)自由基的清除能力最强,分别较CK增加了32.35%和41.95%,200 W/50 s和300W/50 s以及300 W/70 s微波处理后萌发苦荞蛋白的总还原力都有大幅度的提升,尤其是300 W/50 s微波处理后萌发5 d时的苦荞蛋白的总还原力达到最大值(17.83μmol TE/g),较CK增加了41.46%。采用非标记(Label-free)定量蛋白质组学技术对微波处理后萌发苦荞的蛋白质组进行了深入的分析,揭示微波作用下苦荞萌发和黄酮类化合物的富集机制。Label-free定量蛋白质组分析表明300 W/50 s微波处理后萌发3、5、7 d的苦荞较对照分别有7、5、5个差异表达蛋白(DEPs),这些DEPs主要与能量代谢、基因表达以及黄酮类化合物生物合成等有关。KEGG分析表明DEPs主要富集在photosynthesis、RNA polymerase、flavonoid biosynthesis、phenylalanine metabolism和phenylpropanoid biosynthesis代谢通路,此外微波处理还通过上调phenylalanine ammonia-lyase和flavonol synthase等酶蛋白的表达量促进了苦荞萌发和黄酮类物质的积累,研究揭示了微波作用下苦荞萌发和黄酮类化合物的富集机制,为开发萌发苦荞功能性食品提供了科学依据。
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