生物酶法制油作为一种新兴的“绿色、环保”提油技术,在提取油脂的同时能高效地回收油料中其他有价值组分,与传统工艺相比,其在能耗、环境保护和安全卫生等方面具有显着优势,且操作条件温和、工序简单。现阶段国内外学者针对生物酶法制油技术的研究主要集中在预处理、酶解工艺条件、乳状液破除、油脂释放机制及油脂品质等方面,对于大豆加工过程副产物的研究主要集中在豆腐、豆浆残渣,而针对生物酶法制油豆渣的相关研究不多,对豆渣组分中蛋白结构、作用机理及潜在生物活性更是鲜有研究。
针对目前豆渣利用率低且浪费严重的现状,许多学者对大豆加工副产物的深加工技术进行了研究,主要运用超微粉碎及螺杆挤压改性处理技术研究大豆豆渣粒度和加工性质,发现超微粉碎处理使豆渣具有一般颗粒所没有的特殊理化性质,如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。拉曼光谱在不破坏样品的情况下可提供丰富的蛋白质结构信息,故本研究主要采用拉曼光谱深入解析豆渣蛋白结构。来自东北农业大学食品学院的吴长玲、寻崇荣、刘宝华和李杨*等人利用低温超微粉碎处理生物酶法制油豆渣,采用拉曼光谱分析豆渣蛋白经不同粉碎程度处理后豆渣蛋白的结构变化,并对其主要的碳链与侧链构象进行研究。旨在通过低温超微粉碎的处理方式高效回收豆渣蛋白,为生物酶法豆渣中蛋白的分离、纯化及回收提供理论指导和实践意义。
1.豆渣蛋白主链结构特征拉曼光谱分析
参考拉曼光谱峰位归属,豆渣蛋白酰胺I带拉曼特征峰位置为:α-螺旋结构归属峰位(1645~1660 cm-1);β - 折叠结构(1670~1680 cm-1);β -转角结构(1680~1690 cm-1);无规卷曲结构(1660~1670 cm-1)。
经低温超微粉碎后豆渣蛋白中β-转角及无规卷曲结构含量显着下降(P<0.05),常温超微粉碎后豆渣蛋白无规卷曲结构含量降至12.54%,β-转角结构含量显着增加(P<0.05)。随着低温超微粉碎程度的不断加剧,豆渣蛋白α-螺旋及β-折叠含量分别呈现先增加后下降、先下降后上升的变化趋势。经低温超微粉碎处理与常温处理豆渣蛋白二级结构组分均以α-螺旋、β-折叠为主。另外发现与未处理豆渣蛋白相比,常温超微粉碎处理后豆渣蛋白无规卷曲结构含量较低温超微粉碎下降趋势更为明显。
与未处理条件对比,超微粉碎的高剪切作用使蛋白分子间的相互作用逐渐减弱,其疏水结合及离子结合可能因体积的缩小被切断,蛋白质分子伸展,非极性基团暴露,分子间疏水作用增强,氢键作用逐渐减弱,导致豆渣蛋白α-螺旋与β-折叠结构的加和增加,β-转角及无规卷曲结构含量下降。
与低温超微粉碎条件相比,常温粉碎在高速剪切作用过程中对豆渣蛋白存在温度效应,处理过程中使部分豆渣蛋白变性,蛋白结构发生解折叠,蛋白分子内疏水性氨基酸暴露,导致分子间作用力下降,故豆渣蛋白β-折叠含量总体增加不明显,β-转角结构增加明显,说明常温粉碎处理下,部分无规卷曲结构转变成β-转角结构。
随着低温超微粉碎目数的增加(100~200目),超微粉碎的这种高剪切作用不断加强,导致豆渣蛋白分子间碰撞作用增强,分子间的相互作用逐渐减弱,氢键作用逐渐减弱,故豆渣蛋白α-螺旋含量与β-折叠含量比值增加,无规卷曲含量呈上升趋势;当粉碎程度达到200目时,豆渣蛋白分子间碰撞作用停止,粉碎程度继续增加,氢键作用反而增大,分子间作用增强,故出现豆渣蛋白α-螺旋含量与β-折叠含量比值下降现象。
2.豆渣蛋白侧链结构特征拉曼光谱分析
与未经超微粉碎处理的豆渣蛋白相比,低温超微粉碎处理引起760 cm-1附近区域的拉曼光谱峰强度降低,表明色氨酸残基趋向于“暴露态”。而较未处理豆渣蛋白,常温超微粉碎处理引起760 cm-1附近区域的拉曼光谱峰强度升高,表明色氨酸残基趋向于“包埋态”。
I850/I830比值分布于0.99~1.09之间,表明所测豆渣蛋白的酪氨酸残基暴露于溶液的极性微环境下作为中性强度氢键的供体或受体。与未经超微粉碎处理的豆渣蛋白相比,低温超微粉碎处理时酪氨酸费米共振线(I850/I830)比值较小,表明酪氨酸残基微环境在低温超微粉碎过程中得以保持。然而,在常温超微粉碎处理条件下,I850/I830比值降低到0.99,较低温超微粉碎下降更为明显,这表明超微粉碎处理温度会导致酪氨酸残基暴露程度加剧。由此可以推测经超微粉碎处理后豆渣蛋白的酪氨酸应更趋于“暴露态”,且粉碎程度过大会导致酪氨酸“暴露”程度降低。
在本研究中,经超微粉碎作用下的豆渣蛋白在1450 cm-1处的拉曼归属峰强度总体低于未处理方式,这与豆渣蛋白在超微粉碎过程中的结构重排有关。另发现常温超微粉碎较低温超微粉碎I1450/I1003比值下降更明显,表明常温超微粉碎的高剪切作用会导致部分豆渣蛋白变性,从而影响蛋白质三级结构。
3.豆渣蛋白二硫键拉曼光谱分析
拟合谱线重新合成的谱线与实验数据贴近,证明拟合结果是准确的。本研究运用各个峰的高度计算各振动模式的百分比,以及二硫键的数量。结合前期的分析,经超微粉碎处理后g-g-g与g-g-t模式百分比下降显着,t-g-t模式百分比显着增加,且随着物料粉碎程度的加剧,二硫键数量变化较为明显。
结 论
经低温超微粉碎处理后豆渣蛋白中α-螺旋结构、β-折叠结构含量增加,β-转角结构含量降低;色氨酸、酪氨酸残基趋于“暴露态”;二硫键t-g-t模式经处理后显着增加;与未处理及常温超微粉碎条件相比,低温超微粉碎处理后豆渣蛋白无序结构单元更趋有序化。