大米蛋白脫酰胺改性研究進(jìn)展

1、 大米蛋白脫酰胺改性研究進(jìn)展（中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院 蔡亭）摘要：該文綜述大米蛋白脫酰胺的方法，目前對于大米蛋白脫酰胺的主要研究內(nèi)容以及主要結(jié)果與討論。關(guān)鍵詞：大米蛋白；脫酰胺；微觀結(jié)構(gòu)；功能性質(zhì)；流變性Research Development of Deamidated Rice ProteinAbstract: This article surveyed the method on deamidation of rice protein, the main research content of deamidated rice protein, as well as the

2、main results and discussion.Key Words: Rice protein; deamidation; microstructure; functional property; rheology1 引言 食品工業(yè)的飛速發(fā)展，對作為食品的原料成分或添加基料提出更高的功能和營養(yǎng)需求。因此，一方面要大力開發(fā)具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)資源，另一方面要對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，提高其功能性質(zhì)，以滿足食品工業(yè)的特許要求。大米作為世界上最重要的糧食資源之一,是世界上50%以上人口的主食,是大部分人口的能量及蛋白質(zhì)來源。大米中含蛋白質(zhì)為8% 13%,研究發(fā)現(xiàn)大米蛋白是谷物蛋白中營養(yǎng)價值較高的

3、一種,具有無色、味道溫和、必需氨基酸含量豐富、低過敏性及低膽固醇等特點,因此對大米蛋白的提取,特別是對碎米及大米淀粉副產(chǎn)物中大米蛋白的提取,可以顯著提高其產(chǎn)品附加值;如果得到的蛋白產(chǎn)品具有較好的功能性質(zhì)則更有利于其在食品加工中的應(yīng)用。但由于大米蛋白質(zhì)中含量有大量不帶電荷的極性谷氨酰胺及天冬酰胺，它們通過氫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并且使得蛋白與蛋白緊密相連，而導(dǎo)致大米蛋白的溶解度很低，低溶解度也會影響到蛋白的其他功能性質(zhì)例如起泡性、乳化性及凝膠性等11。因此，極大的限制了大米蛋白的深加工以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。研究表明通過對蛋白質(zhì)脫酰胺能改善其溶解度及其他功能性質(zhì),即使較低的脫酰胺度也可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能

4、性質(zhì)的顯著改善。研究顯示，脫酰胺反應(yīng)原理是將天門 冬氨酰胺和谷氨酰胺的中性酰胺側(cè)鏈轉(zhuǎn)變成帶負(fù)電荷的羧酸基6，如圖1所示：蛋白中含有大量不帶電荷的極性天門冬酰胺和谷氨酰胺，它們通過氫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并且使得蛋白與蛋白緊密相連，因此，通過去除此類蛋白質(zhì)的酰胺基團(tuán)使其脫酰胺基生成天冬氨酸和谷氨酸，蛋白內(nèi)氫鍵將減少，蛋白表面負(fù)電荷增加，蛋白靜電排斥的增加，伸展蛋白分子空間結(jié)構(gòu)。從而改善蛋白質(zhì)溶解性13。 圖1 脫酰胺過程中酰胺基團(tuán)暴露到蛋白表面的步驟Fig.1 Exposure of amides to protein surfaces目前，所用于脫酰胺改性大米蛋白的方法基本分為非酶法、酶法、混合脫酰

5、胺三種。其中，非酶法脫酰胺改性蛋白包括物理法（濕熱、雙螺桿擠壓）和化學(xué)法（溫和酸/堿、鹽改性）9。研究方向主要集中在脫酰胺方法的比較，脫酰胺對大米蛋白溶解性，微觀結(jié)構(gòu)，功能特性的影響以及脫酰胺大米蛋白/葡聚糖體系微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究等。2 脫酰胺的方法脫酰胺的方法基本分為非酶法、酶法、混合脫酰胺三種。需要注意的是：1、目前所有的脫酰胺改性的方法都是在有水的條件下，在無水的環(huán)境下也有脫酰胺的作用，但是有水的環(huán)境更利于提高蛋白分子柔性更利于反應(yīng)的進(jìn)行；2、化學(xué)方法的改性蛋白并不是單一的化學(xué)作用，都是有一定熱作用的混合改性；3、混合脫酰胺一般指幾種方法混合連用；4、溫度，pH值，離子強(qiáng)度，緩沖溶液的性質(zhì)

6、以及其他溶液特性是影響蛋白或者肽脫酰胺反應(yīng)速率的重要因素，可通過改變蛋白分子大小，表面凈電荷和表面疏水性改善蛋白功能特性。2.1 非酶法脫酰胺2.1.1 物理法 濕熱（雙螺桿擠壓）脫酰胺溫度是影響蛋白脫酰胺的重要條件之一，一般在較高的溫度下，有利于加快脫酰胺反應(yīng)進(jìn)程。另外，同時控制溫度、濕度和pH值的雙螺桿擠壓法會產(chǎn)生更好的脫酰胺效果。2.1.2 化學(xué)法 化學(xué)法脫酰胺的方法基本分為酸法脫酰胺，堿法脫酰胺，鹽法脫酰胺三種。其中酸法脫酰胺是大米蛋白脫酰胺使用較多的一種方法；堿法脫酰胺在一定溫度范圍內(nèi)，雖然比酸法脫酰胺速度要快，但是堿性脫酰胺會破壞Cys，形成賴氨酸丙氨酸，毒理研究表明對小鼠腎有毒害

7、作用，從而導(dǎo)致蛋白營養(yǎng)價的下降，所以實際上使用較少，研究也甚少；鹽法脫酰胺中磷酸鹽、磺酸鹽作為脫酰胺試劑的應(yīng)用較多7。 酸法脫酰胺多采取溫和酸與濕熱結(jié)合最大米蛋白進(jìn)行脫酰胺，可有有效的提高大米蛋白的功能特性。蛋白質(zhì)在酸性條件下脫酰胺反應(yīng)機(jī)理為：蛋白質(zhì)分子中天門冬酰氨和谷氨酰氨殘基的酰胺基水解反應(yīng)為親核取代（加成一消除）歷程，反應(yīng)分兩步進(jìn)行。次方法的具有的有點是：改性后的蛋白質(zhì)的脫酰胺度高，改性后蛋白的溶解度明顯增加，其他性質(zhì)例如乳化性和起泡性也顯著提高；有利于增加必需氨基酸（如賴氨酸）的消化和吸收量。 2.2 酶法脫酰胺酶法對蛋白質(zhì)脫酰胺具有專一性強(qiáng)、無副作用、良好保持蛋白營養(yǎng)特性等優(yōu)點4。目

8、前，有許多學(xué)者開始研究酶法脫酰胺，發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶，鏈酶蛋白酶，胰凝乳蛋白酶等對相應(yīng)的植物蛋白具有很好的脫酰胺作用。其中有報道認(rèn)為木瓜蛋白酶脫酸胺改性蛋白最實際、可行，然而前提條件是，蛋白質(zhì)需要先用蛋白酶或其它方法預(yù)處理后，才可以成為此酶的最適底物。2.3 混合處理脫酰胺 脫酰胺混合處理一般為酶法和化學(xué)處理方法連用，例如酶法與磷酸處理連用，酶法與鹽酸、堿連用，或多酶混用。此方法集合了酶法與化學(xué)法脫酰胺的有點，并在提高蛋白質(zhì)功能特性上有的很好的效果。3 主要研究方法及主要結(jié)果與討論通過對蛋白質(zhì)脫酰胺能改善其溶解度及其他功能性質(zhì),即使較低的脫酰胺度也可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的顯著改善。因此，大米蛋白脫

9、酰胺改性十分有利于大米蛋白的深加工以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。大米蛋白脫酰胺引起了許多學(xué)者的興趣，他們的研究主要集中在脫酰胺方法的比較，脫酰胺對大米蛋白溶解性，微觀結(jié)構(gòu)，功能特性的影響以及脫酰胺大米蛋白/葡聚糖體系微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究等。3.1 方法一 大米蛋白脫酰胺的方法有多種，不同的脫酰胺方法具有不同的優(yōu)缺點。易翠平等（2005）3探討了酸法與酶法兩種脫酰胺工藝對大米濃縮蛋白酰胺作用的優(yōu)劣，并對酸法脫酰胺工藝的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明酸法脫酰胺優(yōu)于酶法脫酰胺。溫度是影響大米濃縮蛋白脫酰胺作用最重要的因素，并得出酸法脫酰胺度最高且水解度最低時的工藝條件組合為鹽酸濃度0.2N 大米蛋白含量5% 反應(yīng)時間

10、4h 反應(yīng)溫度85C。 大米蛋白酸法脫酰胺優(yōu)于酶法脫險的主要原因在于大米蛋白本身的性質(zhì)以及在加工過程中形成的聚集結(jié)構(gòu)，使得酶法脫酰胺中作用最好的木瓜蛋白酶在對大米蛋白脫酰胺時最高只能達(dá)到13.3%。說明酶法脫酰胺改性的程度非常有限，不適宜于大米蛋白功能改性的脫酰胺作用。3.2 方法二 不溶性蛋白質(zhì)在食品中的應(yīng)用是非常有限的,脫酰胺改性可以使蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)尤其是溶解性可以得到很大提高,而溶解性往往影響蛋白質(zhì)其它功能性質(zhì)如增稠、起泡、乳化和膠凝作用14。易翠平，姚惠源（2005）6測定了酸法脫酰胺改性不同脫酰胺度大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性、持水性、持油性等5項功能性質(zhì)及氨基酸組成、體外消化

11、率等兩項營養(yǎng)性質(zhì)。結(jié)果表明改性大米蛋白的功能性質(zhì)均有不同程度的提高,在脫酰胺度從063.5%的范圍內(nèi),蛋白在pH7.0的溶解度呈線性增加至99.4%,脫酰胺度超過63.5%,溶解度略有下降。脫酰胺度在25.1%33.4%范圍,大米蛋白的乳化性能最好;59.5%的脫酰胺度起泡性比較理想。此外,改性蛋白與未改性蛋白比較,持水性提高1.551.78倍,持油性提高3.283.64倍。從氨基酸組成、蛋白含量及蛋白質(zhì)的消化率來看,脫酰胺改性可以提高大米蛋白的營養(yǎng)價值。 其中酸脫酰胺程度的高低對其持水，持油性之間的差異沒有顯著的差異。以及酸法脫酰胺改性對大米蛋白的氨基酸組成沒有不利影響，此外，脫酰胺大米蛋白

12、最蛋白酶的敏感性增加說明其分子柔性增加。3.3 方法三 大米蛋白經(jīng)酸法脫酰胺改性使其溶解性、乳化性、起泡性和持水持油性等功能性質(zhì)得到加強(qiáng)。蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)很大程度取決于其理化特性和結(jié)構(gòu)特點,比如氨基酸的組成、排列順序、空間構(gòu)象、蛋白分子的形狀和大小等。易翠平，姚惠源（2007）1探討了酸法脫酰胺對大米蛋白超微結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量的影響，結(jié)果表明隨著脫酰胺度增大,蛋白的聚集程度逐漸減小。脫酰胺度52. 3%、89. 78%以上肽鏈的相對分子質(zhì)量集中在25 000u、11 000u;至脫酰胺度為69. 4%,大米蛋白的肽鍵大部分水解,相對分子質(zhì)量為25 000u、11 000u的成分含量占31. 1

13、9%。 酸法脫險會使大米蛋白的相對分子質(zhì)量減小，但沒有無限制的水解成更小相對分子質(zhì)量的肽鍵或是氨基酸。這可作為方法二中酸法脫酰胺改性對大米蛋白的氨基酸組成沒有不利影響的參考解釋。3.4 方法四 限制大米蛋白應(yīng)用的原因除了其溶解度低外，另一方面原因則是其凝膠后不能形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一些食品科學(xué)家利用蛋白質(zhì)和多糖的相互作用獲得這種網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),因為這兩種生物分子間的相互作用對產(chǎn)品的宏觀性質(zhì)例如流動性、穩(wěn)定性、質(zhì)構(gòu)及口感具有重要影響5,通過合適的控制其相互作用可以設(shè)計出具有良好結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)的產(chǎn)品15。劉永樂等（2010）1研究了酸法脫酰胺大米蛋白(ADRP) /葡聚糖混合體系的微觀結(jié)構(gòu)及流變性質(zhì)。結(jié)果

14、表明ADRP之間產(chǎn)生了有效的交聯(lián),并且在蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的混合體系中形成了蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)交聯(lián)程度較高的體系黏度增加明顯,并證實此體系凝膠結(jié)構(gòu)的形成;混合體系凝膠比單一ADRP的蛋白凝膠具有更高的破裂強(qiáng)度。 但并沒有進(jìn)一步研究混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的具體原因，而只是提出ADRP和葡聚糖的相分離和/或溶劑在兩相間的重新分布是混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的可能原因。4 展望 對現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，是現(xiàn)在食品工業(yè)發(fā)展的方向。目前對于大米蛋白脫酰胺改性的研究較多，但仍有許多研究的空間。如以下三方面的問題值得進(jìn)一步研究與探討：（1） 目前酸法脫酰胺的研究中多局限于無機(jī)酸，對于有

15、機(jī)酸改性蛋白質(zhì)的研究還比較少。研究人員可以有機(jī)酸的脫酰胺作用以及探討某一種有機(jī)酸在不同脫酰胺程度對蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的作用差異。（2） 酶法改性蛋白優(yōu)點較多，但目前多數(shù)關(guān)于蛋白質(zhì)脫酰胺改性的研究多為非酶法（尤其是酸法脫酰胺），而且酶法脫酰胺發(fā)現(xiàn)的酶種比較少，今后可加強(qiáng)對酶法脫酰胺方面的研究。（3） 凝膠后不能形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是另一個限制大米蛋白應(yīng)用的重要原因，蛋白質(zhì)和多糖的相互作用獲得這種網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)則可以很好的解決這一問題。但并沒有并沒有進(jìn)一步研究混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的具體原因，這是值得研究人員研究的方向。參考文獻(xiàn)1 Xianghong Li, Yongle Liu, et a

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