大米蛋白糖基化接枝产物的制备及理化与功能特性研究

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大米是全球最主要的粮食作物之一,大米中的主要组分为淀粉(80%~90%)与蛋白质(7%~8%)。其中蛋白质与其他谷类蛋白质相比,具有低致敏性、高生物价、营养价值全面等特点。作为谷物中的贮藏蛋白质,大米蛋白的功能特性较差,限制了其在食品工业中的应用,因此对其进行化学改性,尤其是糖基化改性来改善功能特性就显得非常重要。目前的糖基化改性由于耗时长、糖基化进程的不可控性,容易生成有害的晚期糖基化终末产物,所以通过选择糖种类与量以及选择改性方法来控制糖基化反应的进程显得非常重要。因此,本论文以大米蛋白为原料,选择湿热(WH)和水热(HT)并结合高静压处理,对大米蛋白与不同糖组分进行糖基化反应,并对其理化、功能特性等进行了初步研究,以期为功能性大米糖蛋白的加工生产提供理论依据和技术基础,拓展大米蛋白的产业应用价值。具体研究结论如下:(1)采用湿热(WH)和水热(HT)糖基化对大米蛋白与不同糖(葡萄糖、木糖、木聚糖)糖基化接枝产物的接枝度与溶解度进行研究,发现大米蛋白与木糖进行水热糖基化反应生成的产物接枝度、溶解度增加最多,在反应时间20 min、p H值为8、木糖与大米蛋白质量比为7:1时,接枝度达到46.50%,溶解度增加率为138%,褐变度随着反应时间、p H值和糖与蛋白质量比的上升而上升。在对6种糖基化接枝产物的理化性质进行分析中发现,在水热条件下大米蛋白与木糖发生糖基化反应的产物(RP-XH)理化特性的变化最为明显,总巯基含量和游离巯基含量最高,分别为9.80μmol/g蛋白和6.55μmol/g蛋白,二硫键含量最低为0.91μmol/g蛋白,SDS-PAGE结果表明6种糖基化接枝产物都生成了不同程度的聚集体,其中RP-XH聚集体最多。经荧光光谱分析6种糖基化接枝产物都处于更为亲水的微环境中,紫外吸收均增强,RP-XH的λmax红移最多,紫外吸收最强,表面疏水性最低为168.48,蛋白二级结构中的α-螺旋和β-转角含量降低最显著,参与反应的氨基酸主要是精氨酸。通过分析可知,糖基化改性后的大米蛋白溶解性得到改善,并且溶解度、接枝度与产物的结构和理化特性有很强的相关性。对水热糖基化接枝产物的乳化性和起泡性进行测定,发现产物功能性质显著改善,当p H在6~8之间,RP-XH乳化活性提高十分显著,并且功能性质的变化与表面疏水性有关。由于RP-XH的接枝度、溶解度最高,并且理化特性变化最为明显,拟采用高静压复合水热进行进一步研究。(2)采用不同高静压复合水热(PCH)的方法对大米蛋白与木糖进行糖基化反应并对产物(RP-XP)的理化和功能特性进行探讨。研究发现高压能进一步提高产物的接枝度,压力的增加有利于糖基化反应的进行,当压力为300MPa时,大米蛋白的接枝度达到最大值62.56%,溶解度为33.12%,且高压的加入降低了产物的褐变程度,且RP与木糖在高静压结合水热处理过程中,生成了分子量大于180 KDa的可溶性聚集体,游离巯基和总巯基含量显著提高,在压力为300 MPa时RP和RP-XP的游离巯基含量最高,表面疏水性最低为58.92。荧光数据表明RP-XP的λmax发生红移,说明木糖和大米蛋白质分子之间发生了相互作用。PCH处理得到糖基化接枝产物相比于HT糖基化接枝产物的紫外光吸收强度降低,表明PCH处理虽然生成类黑精,但高静压能在一定程度上抑制部分类黑精的产生,控制糖基化的进程。结合红外光谱,RP-XP在3700~3200 cm-1波长范围内光谱强度增强,说明RP在高静压结合水热糖基化反应后,糖分子以共价键形式接入RP中,高静压使RP和RP-XP的α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲发生变化,糖基化引起的二级结构的变化比高静压引起的变化更大。由分析可知,产物的溶解度和接枝度与理化特性有关。功能性质方面,200 MPa PCH处理后的糖基化接枝产物具有最高的乳化活性和起泡性。(3)对湿热(WH)、水热(HT)以及高静压结合水热(PCH)处理下,葡萄糖、木糖、木聚糖与大米蛋白的糖基化反应产物的抗氧化活性进行了研究。湿热和水热条件下与木聚糖生成的产物具有最强的ABTS+·清除能力;高静压结合水热处理下产物的DPPH·清除能力、·OH清除能力、O2-·清除能力最强,其次是水热糖基化与湿热糖基化接枝产物;在所有的反应产物中,蛋白与木糖生成的产物具有最强的抗氧化能力,其次是木聚糖与葡萄糖,且在300 MPa高静压处理中,大米蛋白与木糖具有十分突出的超氧阴离子自由基清除能力。从综合数据看与木糖和木聚糖的反应的产物抗氧化性要远高于葡萄糖。说明糖基化能改善大米蛋白的抗氧化性,且糖基化方法和糖种类对产物的抗氧化性有影响。
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