双酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

王晓杰，郑喜群，刘晓兰，柴云雷

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省普通高校农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

双酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

王晓杰，郑喜群*，刘晓兰，柴云雷

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省普通高校农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

采用4种蛋白酶（Neutrase酶、Alcalase酶、Protamex酶、Flavourzyme酶）对高底物浓度（24%）玉米黄粉进行双酶复合水解，研究复合水解对玉米肽的溶解性、起泡性、乳化性和黏度等物化性质的影响。结果表明，Neutrase酶与Alcalase酶以及Protamex酶与Alcalase酶的复合效果最好，可有效提高玉米肽的物化性质；复合水解后玉米肽在pH值4.0～7.0范围内具有较好的溶解性，pH值大于7.0时溶解性呈下降趋势，其他物化性质的变化规律基本与溶解性呈正相关；双酶的酶解顺序对玉米肽的物化性质影响较大。

玉米肽；双酶；物化性质

Abstract:The proteases（Neutrase,Alcalase,Protamex,Flavourzyme）were used to perform multi-hydrolysis of high CGM concentration（24%）.The effects of double proteases on physico-chemical properties,such as the solubility,foamability,emulsibility and viscosity of corn peptides were studied.The results showed that Neutrase protease adding Alcalase protease and Protamex protease adding Alcalase protease were optimal designs.In this condition the physico-chemical properties of corn peptides were increased.The solubility was good at pH 4.0-7.0 of corn peptides,and the solubility decreased at pH＞7.0.The other physico-chemical properties were positive correlation to the solubility.The adding order of the proteases had an obvious influence on physicochemical properties of corn peptides.

Key words：corn peptide;double enzyme;physico-chemical property

食品的功能性质包括溶解性、乳化性、起泡性、黏度等物化性质和各种生理活性。其中物化性质与食品加工有着密切的关系，也与食品品质的控制有紧密联系[1]。例如：溶解性能好说明蛋白质的水化作用强，可使蛋白质均匀分布于整个体系中，提高食品的营养价值；乳化性能好可以维持食品体系的均匀与稳定，进而延长食品的货架时间；起泡性能好可以赋予食品疏松的结构和良好的口感；黏度在调整食品特性方面发挥着重要的作用。所以，蛋白质类产品在应用于食品工业时，其物化性质是食品加工过程中重要的性质和质量控制指标，也是其作为原辅料或添加剂进行食品加工的设计依据，对产品的质构、口感有重大影响[2]。

玉米黄粉是玉米湿法生产淀粉过程中产量最大、蛋白质含量最高的副产物，因玉米蛋白水溶性差等原因限制了其在食品工业上的应用。研究表明，酶法改性可改善玉米蛋白的溶解性。玉米肽是玉米蛋白的酶水解产物，由多种肽分子组成，具有降血压[3-4]、抗氧化[5]、消除疲劳[6]、促进乙醇代谢[7-8]等生理活性，在食品领域显示出了诱人的开发前景。但目前仅有一小部分玉米肽产品已经面市，如促进乙醇代谢肽（又名醒酒肽），市场前景看好。玉米肽类产品在食品工业上还没有得到广泛的应用，可能与其物化性质研究的还不够深入和全面有关。

本试验采用双酶复合法对玉米黄粉进行有效水解，在提高水解度和可溶性蛋白含量的同时，研究复合水解对玉米肽物化性质的影响，为玉米肽类产品的开发提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米黄粉由黑龙江省青冈县淀粉厂提供，其中各组分的质量分数为：蛋白质55.05%，淀粉19.39%，水分 5%；Neutrase酶、Flavourzyme酶、Alcalase酶和Protamex酶均购自丹麦诺维信公司。

1.2 试剂

大豆油为市售，其他试剂均为国产分析纯。

1.3 主要仪器

IKA T25型高剪切分散乳化机：德国IKA集团；BROOKFIRLD DV-C型流变仪：美国博勒飞公司；TV1901紫外可见分光光度计：北京谱析通用仪器有限公司。

1.4 方法

溶解性的测定：Folin-酚法和微量凯氏定氮法[9-10]；起泡性及泡沫稳定性的测定：搅打法[11]；乳化性及乳化稳定性的测定：浊度法[12]；黏度的测定：DV-C流变仪，转子型号S96，转速100 r/min。

1.5 蛋白酶的最适酶解条件

在高底物浓度（24%）条件下，Alcalase酶：E：S3%、60 ℃、pH 8.5、2 h；Neutrase 酶：E：S 1%、45 ℃、pH 7.0、3 h；Flavourzyme 酶：E：S 5%、50 ℃、pH 6.0、1 h；Protamex酶：E：S 1%，50 ℃，pH 7.0，3 h。

2 结果与讨论

2.1 Alcalase酶与其他蛋白酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

表1 Alcalase酶与其他蛋白酶复合水解对黏度的影响Table 1 Effect of Alcalase adding other protease on viscosity of hydrolysates

第1阶段水解，采用Alcalase酶（简写A酶），在其最适酶解条件下水解2 h后，分别加入Flavourzyme酶（简写F酶）、Neutrase酶（简写N酶）、Protamex酶（简写P酶），分别水解1、3、3 h，均以第2阶段不加酶作为对照。水解后水解液于沸水浴中灭酶活5 min，在5000 r/min条件下离心10 min，去除水不溶性物质获得玉米肽的混合物，分别测定玉米肽的溶解性、起泡性及泡沫稳定性，乳化性及乳化稳定性和黏度，试验结果如图1～图3和表1所示。

由图1可知，双酶复合水解后，玉米肽的溶解性随pH值的增大呈先增加后降低的趋势，在pH值4.0～7.0范围内较好，在pH值＞7.0时开始下降。原因是随着水解反应的进行，水解液中-NH4+和-COO-含量增加，在碱性条件下离子化的-COO-与水的结合力弱于-COOH，使玉米肽的溶解性降低。3个组合中，Alcalase酶和Flavourzyme酶复合玉米肽的溶解性最好，达96%，比Alcalase单酶水解时提高29%，与Protamex酶及Neutrase酶复合玉米肽的溶解性相当，均比Alcalase单酶水解时低，分析原因：蛋白质的溶解性受自身的疏水性和所带电荷性质的影响[13]，Alcalase酶的水解产物经Neutrase酶和Protamex酶进一步水解，疏水性降低，且在试验过程中发现，复合水解产物在pH值7.0条件下絮凝沉淀相对较多，可能是玉米肽的等电点在pH7.0附近，使得复合水解后玉米肽的溶解性低于单酶水解。

由图2和图3可知，双酶复合水解未能有效改善Alcalase酶水解产物的起泡性和乳化性，且起泡性和乳化性的变化规律与溶解性相反。蛋白质的乳化性与其溶解性及表面疏水性等因素有关，Alcalase酶是内切蛋白酶，作用位点是疏水性氨基酸，玉米醇溶蛋白中含有高比例的Ile、Leu、Ala等疏水性氨基酸，随着酶解反应的进行，包埋在蛋白质分子内部的疏水性氨基酸侧链逐渐外露，使玉米蛋白的溶解性逐渐增大、表面疏水性增强、表面吸附能力提高。当加入大豆色拉油后，大量玉米肽会迅速扩散到油水界面，通过静电排斥力阻止油滴的聚结，提高了乳化能力。起泡性除与蛋白质的溶解性有关外，还受表面张力等因素的影响。酶解作用使反应体系中水溶性蛋白含量增加，当受到急速机械搅拌时，大量气体混入形成气液界面，溶液中的蛋白质快速吸附至气液界面，表面张力降低，起泡性能增强。加入Flavourzyme酶后，玉米蛋白继续水解，肽链末端的疏水性氨基酸被切除，亲水性进一步增加，起泡及吸附油滴的能力下降，导致玉米肽的溶解性高但起泡性和乳化性低。

与单酶水解相比，Alcalase酶与Neutrase酶复合时玉米肽的泡沫稳定性最好，60min后仍然维持有45%的起始泡沫体积，与Flavourzyme酶复合时最差，甚至为0，这是由于Flavourzyme酶具有外切酶活性，可将玉米蛋白水解成游离的氨基酸或寡肽，这些小分子物质不足以稳定液膜，导致薄层排水和破裂，使泡沫稳定性降低。同时，水解后产生的小分子物质不易吸附在油水界面形成的黏弹性膜上，界面膜厚度减少、强度下降，导致乳化稳定性比Alcalase单酶水解时略微降低。

由表1可知，玉米肽黏度的变化规律也与溶解性相反，说明复合水解后玉米肽具有高溶解性低黏度的特点。黏度是流体流动性质的指标，与蛋白质的浓度、相对分子质量、大小、形状以及与溶剂的相互作用性质等因素有关[2]。在双酶复合水解过程中，玉米蛋白肽键逐渐裂解、肽链长度变短，使蛋白质水化能力增强，同时，溶液中静电荷量增加，肽分子之间的静电排斥增强，阻止了蛋白质分子之间的聚集，玉米肽的黏度下降。但与单酶水解相比，黏度的变化幅度不大，可根据此特性解决高蛋白流体食品腻口等口感问题。

2.2 Neutrase酶与其他蛋白酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

第1阶段水解，采用Neutrase酶，在其最适酶解条件下水解3 h后，分别加入Flavourzyme酶、Alcalase酶、Protamex 酶，分别水解 1、2、3 h，其余操作同 2.1，试验结果如图4~图6和表2所示。

表2 Neutrase酶与其他蛋白酶复合水解对黏度的影响Table 2 Effect of Neutrase adding other protease on viscosity of hydrolysates

由图4可知，当Neutrase酶作用玉米黄粉3 h后，破坏了玉米蛋白紧密的二级结构、多肽链部分展开，暴露出利于其他3种蛋白酶作用的位点，所以复合水解后玉米肽的溶解性均较Neutrase单酶作用时大幅度提高。其中，与Alcalase酶复合时溶解性最高，达97.85%，比Neutrase单酶水解时提高50%。Neutrase酶与Protamex酶复合效果最差，可能是因为二者均为中性蛋白酶，在作用位点上存在着竞争性抑制，使玉米肽的溶解性提高幅度较小。

由图5、图6和表2可以看出，复合水解后玉米肽的起泡性及泡沫稳定性、乳化性及乳化稳定性和黏度的变化规律均与溶解性呈正相关。溶解性是蛋白质最重要的物化性质之一，是其他物化性质得以发挥的先决条件。溶解性能好，说明反应体系中水溶性蛋白含量多，起泡性能增强、同时吸附在油-水界面的蛋白多，形成的乳状液界面面积大，乳化活力高。急速搅拌时，多肽分子相对运动时产生的位阻增大，黏度增加。综合考虑，Neutrase酶和Alcalase酶复合效果较好。

2.3 Flavourzyme酶与其他蛋白酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

第1阶段水解，采用Flavourzyme酶，在其最适酶解条件下水解1 h后，分别加入Protamex酶、Alcalase酶和 Neutrase 酶，分别水解 3、2、3 h，其余操作同 2.1，试验结果如图7~图9和表3所示。

表3 Flavourzyme酶与其他蛋白酶复合水解对黏度的影响Table 3 Effect of Flavourzyme adding other protease on viscosity of hydrolysates

由图7可知，Flavourzyme单酶水解时，玉米肽的溶解性受pH值的变化影响较小，在试验pH值2.0~9.0范围内未出现等电点。双酶复合水解后，玉米肽在pH值4.0附近出现等电点，此时水解产物中-NH4+和-COO-所带净电荷数相等，导致此处的溶解性最低。由于Flavourzyme酶酶解效率低，反应体系中水溶性蛋白质含量少，玉米肽的物化性质较差，起泡性及泡沫稳定性仅为14%和0。与其他3种蛋白酶复合水解，对玉米肽的溶解性提高幅度相对较小，使得乳化性和乳化稳定性和黏度的提高幅度也较小，但起泡性及泡沫稳定性明显改善，尤其与Alcalase酶复合时二者分别提高160%和61%。说明蛋白质的起泡性能不仅与水溶性的蛋白质有关，保留一定折叠结构的蛋白质在泡沫形成及稳定过程中也起着有益的作用[14]。

2.4 Protamex酶与其他蛋白酶复合水解对玉米肽物化性质的影响

第1阶段水解，采用Protamex酶，在最适酶解条件下水解3h后，分别加入Flavourzyme酶、Neutrase酶、Alcalase酶，分别水解 1、3、2 h，其余操作同2.1，试验结果如图10~图12和表4所示。

由图10~图12和表4可知，Protamex酶处理后玉米肽的物化性质较差，溶解性仅为15%。双酶复合水解后，玉米肽的物化性质均有不同程度的改善。其中与Alcalase酶的复合效果最好，在酸性条件下溶解性比单酶水解时提高56%，起泡性和泡沫稳定性分别提高182%和96%，乳化性提高18%，但乳化稳定性提高幅度小。双酶水解后获得的小分子物质使油状微粒周围的蛋白质层不稳定，不能有效防止油滴的聚结，乳化稳定性降低。综合考虑，Protamex酶与Alcalase酶复合效果较好。

表4 Protamex酶与其他蛋白酶复合水解对黏度的影响Table 4 Effect of Protamex adding other protease on viscosity of hydrolysates

3 结论

Neutrase酶与Alcalase酶及Protamex酶与Alcalase酶复合水解可有效改善玉米肽的物化性质，其中溶解性在pH值4.0～7.0范围内较大，pH值大于7.0时呈下降趋势，其他性质的变化规律基本与溶解性呈正相关。所以，玉米肽作为食品添加剂和乳化剂应用于食品行业时，需要选择低于7.0的pH值，这样有利于制造出高溶解性、起泡性和乳化性、低黏度的产品，并改善产品的口感和外观。

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The Effect of Double Proteases Multi-hydrolysis on Physico-chemical Properties of Corn Peptides

WANG Xiao-jie，ZHENG Xi-qun*，LIU Xiao-lan，CHAI Yun-lei
（Heilongjiang Key Laboratory of Agricultural Products Processing，College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，Heilongjiang,China）

2010-05-30

黑龙江省自然科学基金（B200919）

王晓杰（1980—），女（汉），讲师，硕士，研究方向：食品生物技术。