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白灵菇蛋白提取及功能特性和结构分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-27
核心提示:目前国内对白灵菇的加工应用较多是以开发高附加值产品为主的工艺研究和以白灵菇多糖为主的功能成分基础研究,而忽略了对白灵菇蛋白质(WOMP)资源的开发利用。一般植物蛋白具有良好的溶解性、持水性、乳化性等功能性质,在面制品、乳制品等食品工业中有广泛的应用前景。
   目前国内对白灵菇的加工应用较多是以开发高附加值产品为主的工艺研究和以白灵菇多糖为主的功能成分基础研究,而忽略了对白灵菇蛋白质(WOMP)资源的开发利用。一般植物蛋白具有良好的溶解性、持水性、乳化性等功能性质,在面制品、乳制品等食品工业中有广泛的应用前景。
 
  目前对WOMP的制备、功能性质和结构较为系统的研究鲜见报道,因此为了进一步开发白灵菇潜在的营养和应用价值,吉林农业大学食品科学与工程学院张艳荣、高宇航、刘婷婷等人采用超声波-微波复合辅助碱法提取WOMP并对提取工艺进行优化,同时对WOMP功能特性和结构进行研究,为白灵菇的高附加值利用提供相关理论依据。
 
  WOMP等电点测定结果
 
  WOMP提取液pH值在2.0~5.5范围内变化时,蛋白提取液经过酸沉、离心后测得上清液中蛋白质质量浓度逐渐降低,pH值为3.5时最低,pH值大于3.5之后,蛋白质量浓度上升趋势明显,因此蛋白等电点为3.5。
 
  单因素试验结果
 
  结果可知,随着提取温度升高,蛋白得率呈先上升后下降的趋势,在提取温度为45 ℃时得率最高。当提取温度低于45 ℃,升高温度使蛋白质分子空间构象改变,立体结构适当伸展,加强了水分子和蛋白分子之间的相互作用,蛋白质溶解度增加,得率增加。
 
  随着超声波功率的增加蛋白得率呈先上升后趋于平缓的趋势。超声波的空化效应和机械效应破坏蛋白质四级结构,使蛋白质小分子的亚基释放,一些极性氨基酸残基向蛋白质分子外部迁移,增强蛋白与水分子的相互作用,使溶解度增加。
 
  蛋白得率随NaOH溶液浓度的增加呈先上升后下降的趋势,在NaOH溶液浓度为0.08 mol/L时得率最高6.25%,随着NaOH溶液浓度的增加,反应体系中蛋白质分子携带的同种符号的净电荷增加,同种电荷相互排斥阻止了单个分子的聚集,因此溶解度增大。
 
  提取时间大于1 h后蛋白得率随时间的延长变化不大,这与研究者报道的时间对蛋白提取率的影响结果一致,原因是在提取1 h后白灵菇中大部分的蛋白已经溶解在体系中。
 
  蛋白得率在料液比为1∶25(g/mL)时达到最高,为6.43%,随料液比增加得率稍有下降后趋于平缓。原因是随着溶剂体积的增加,溶质的分散程度增加,溶质与溶剂之间的接触更充分,加速了蛋白质溶出,当料液比增加到一定量时,两相体系接触程度最大化,因此得率变化趋于平缓。
 
  正交试验结果
 
  对其进行验证实验,结果得率为(10.28±0.62)%,大于16 组试验中的最优组第15组,故最终确定WOMP最佳提取条件为:提取温度50 ℃、超声波功率500 W、NaOH溶液浓度0.09 mol/L、料液比1∶30(g/mL)、提取时间0.8 h。
 
  WOMP功能特性
 
  溶解性测定结果
 
  结果可知,pH 7条件下WOMP的溶解度随温度的升高呈先增加后趋于平缓最后降低的趋势,在70 ℃条件下蛋白溶解度最高为53.61%,表明温度对蛋白的溶解度有较大影响,适当的升温有助于蛋白质分子的溶解,而温度过高则会导致蛋白质变性使溶解度降低。
 
  持水性和持油性测定结果
 
  温度对WOMP持水性的影响呈现出先上升后下降的趋势,在60 ℃时达到最大为325.27%,蛋白分子在低于变性温度的环境中随着温度的升高,蛋白分子进行适当的伸展,一些亲水性基团充分的与水分子结合,当温度高于变性温度后,蛋白质变性使非极性基团大量暴露,与水分子之间相互作用减弱,持水性降低;当温度在50 ℃时蛋白持油性达到最大为189.60%,之后持油性逐渐降低。
 
  起泡性和泡沫稳定性测定结果
 
  在考察的质量浓度范围内,WOMP的起泡性和泡沫稳定性都随着蛋白质量浓度的增加而增加,这是因为蛋白质分子浓度增加,高速搅打时分子间的相互作用增强,表面张力进一步降低进而结合更多气体,形成稳定的气泡。当WOMP质量浓度为35 mg/mL时,WOMP起泡性为237.5%,与大豆分离蛋白123%和红小豆分离蛋白127.5%的起泡性相比,WOMP具有较好的起泡性,可以较好地运用到焙烤食品等需要产生并保持气泡的食品中。
 
  乳化性和乳化稳定性测定结果
 
  WOMP的乳化性随蛋白质量浓度的增加呈缓慢上升的趋势,而乳化稳定性随蛋白质量浓度增加变化不大,说明在不同的蛋白浓度条件下,WOMP有良好的乳化稳定性。当WOMP质量浓度为35 mg/mL时,WOMP乳化性为58.3%明显高于大豆分离蛋白47%和红小豆分离蛋白46%,说明WOMP可以作为良好乳化剂应用到食品中。
 
  WOMP结构测定结果
 
  氨基酸组成结果
 
  WOMP含有17 种氨基酸,组氨酸是第1限制性氨基酸,其中必需氨基酸含量为322.86 mg/g,非必需氨基酸含量为487.54 mg/g,必需氨基酸占总氨基酸的比例为39.84%,必需氨基酸和非必需氨基酸的比值为0.66,接近WHO/FAO标准值,表明氨基酸组成合理。
 
  WOMP的异亮氨酸和亮氨酸评分与大豆蛋白这2 种氨基酸的氨基酸评分接近,苏氨酸评分高于大豆蛋白,其他氨基酸评分低于大豆蛋白;白灵菇必需氨基酸含量与人体所需要量接近。
 
  除缬氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸化学评分略低于大豆和鸡蛋蛋白评分外,WOMP氨基酸的化学评分与大豆、鸡蛋等蛋白基本相近,说明其营养价值较高,有非常大的开发潜力。
 
  二级结构测定结果
 
  通过蛋白质二级结构分析软件CD-Pro计算得WOMP二级结构中α-螺旋相对含量最高为53%,其次是无规卷曲相对含量为23%,然后是β-转角相对含量为14%,最后是β-折叠相对含量为11%。
 
  WOMP分子质量测定结果
 
  WOMP在48~63、25~35、11~20 kDa以及小于11 kDa范围内有条带,在48~63 kDa之间条带染色程度很深,说明该分子质量的蛋白含量较高。WOMP的亚基分布主要在10~35 kDa之间,占亚基总数的75%,可见WOMP以小分子结构蛋白居多。
 
  WOMP红外光谱分析结果
 
  在3 022.45、2 924.09、1 681.93、1 539.20、1 244.09、1 076.27 cm-1处出现了蛋白质特征吸收峰,分别是:烯烃类—C—H—伸缩振荡吸收峰,烷烃类的—C—H—反对称的伸缩振荡吸收峰,酰胺I带的C=O伸缩振荡产生的特征吸收峰,酰胺II带中NH2的面内变形振荡吸收峰,仲酰胺中C—N的伸缩振荡和NH弯曲振荡吸收峰,NH面内弯曲振荡吸收峰。
 
  结  论
 
  通过超声波-微波辅助NaOH溶液法提取WOMP,结合单因素和正交试验优化出WOMP最佳提取工艺为:提取温度5 0 ℃、微波功率2 4 W、超声波功率500 W、NaOH溶液浓度0.09 mol/L、料液比1∶30(g/mL)、提取时间0. 8 h,蛋白得率为(10.28±0.62)%。温度和pH值均对WOMP溶解度、持水性、持油性、起泡性和起泡稳定性以及乳化性和乳化稳定性有影响,探究温度和pH值对WOMP的影响为进一步开发WOMP相关产品提供了理论基础。探明WOMP中含有17 种氨基酸,而且必需氨基酸占总氨基酸的比例为39.84%,必需氨基酸和非必需氨基酸的比值为0.66,WOMP的氨基酸组成合理,可以作为氨基酸补充剂的原料来源。WOMP的二级结构中α-螺旋相对含量为53%,β-折叠相对含量为11%,β-转角相对含量为14%,无规卷曲相对含量为23%,分子质量分布为48.9、26.3、16.4、10.9 kDa,探明WOMP的结构基础为进一步的研究提供相应的理论支持。
 
 
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