燕麦麸皮中分离蛋白的功能特性研究

何帼英，张丽萍，2

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆163319；2.国家杂粮工程技术研究中心/黑龙江八一农垦大学）

燕麦麸皮中分离蛋白的功能特性研究

何帼英1，张丽萍1，2

（1.黑龙江八一农垦大学食品学院，大庆163319；2.国家杂粮工程技术研究中心/黑龙江八一农垦大学）

以坝莜1号燕麦麸皮提取的分离蛋白为试验材料，通过pH、温度和离子强度三个关键因素的影响和交互作用，探究了燕麦麸分离蛋白的溶解性、起泡性和乳化性三种功能特性。结果表明：pH4时（等电点附近）溶解性、起泡性和乳化性最差，pH10时最好；在45℃时溶解性、起泡性和乳化性达到最大值，但继续升高温度时各项功能特性持续降低；NaCl浓度在0.6 mol·L-1时燕麦麸分离蛋白的溶解性、起泡性和乳化性达到最大值。说明pH、温度和离子强度能够调控燕麦麸皮蛋白的功能特性。

燕麦麸；分离蛋白；起泡性；乳化性

燕麦是一种低糖、高蛋白质食品，燕麦以水溶性膳食纤维的保健功能为突出特点，还富含维生素E、B族维生素、尼克酸、叶酸、泛酸。另外燕麦还富含优质蛋白质，优质蛋白的含量在11.3%～19.9%，大都在16%左右，在粮食作物中居首位，赖氨酸和精氨酸含量较高，其中必需氨基酸组成与每日摄取量的标准基本相同，是所有谷物中氨基酸最平衡的食品，可有效地促进人体生长发育［1］。燕麦还含有谷类食粮中均缺少的皂甙（人参的主要成分）。燕麦是一种多用途的谷物，由于燕麦的化学组成特点，燕麦可用于食品、饲料、医药、化妆品和工业原料等［2-4］。

燕麦麸皮是燕麦加工过程中的副产物，燕麦麸皮中除含有占燕麦80%的膳食纤维外，还含有大量的蛋白质以及多酚类、硫胺素、核黄素、钙、铁、维生素B等营养成分［5］，蛋白质含量约为20%，其中主要是谷蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和清蛋白［6］。

近几年有学者大量研究了燕麦蛋白、燕麦麸蛋白的提取方法，但是对燕麦麸蛋白的组成、功能特性研究甚少［7-9］。现以坝莜1号燕麦麸皮为原料提取燕麦麸皮蛋白，通过不同温度、pH和离子强度处理探究燕麦麸分离蛋白的溶解性、起泡性和乳化性的变化规律，为今后生产时间奠定重要理论基础。

1 材料与方法

1.1 主要材料与设备

燕麦麸分离蛋白，实验室自制（采用碱提酸沉法［16］，纯度为75.28%）；牛血清蛋白、考马斯亮蓝G-250，上海伯奥生物科技有限公司；氯化钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、柠檬酸、95%乙醇、磷酸（分析纯），西安试剂公司；浓盐酸、氢氧化钠、硫酸铵（分析纯），四川西陇化工有限公司。

KDN-01A型凯氏定氮仪、PHS-3C型酸度计、722型光栅分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；国华85-2恒温磁力搅拌器，常州国华电器有限公司；AnkeLXJ-IIB低速大容量多管离心机，上海安亭科学仪器厂；HHS-2S电力恒温水浴锅，上海卓爵仪器设备有限公司；LGJ-10D冷冻干燥机，北京四环科学仪器厂；高速组织捣碎机，上海比朗仪器有限公司等。

1.2 试验方法

1.2.1 燕麦麸分离蛋白溶解性的测定

［10，11］的方法。称取1 g样品加入50 mL蒸馏水中，选择浓度为0.1 mol·L-1的HCl或浓度为0.1 mol·L-1的NaOH调至不同pH，在不同温度条件下水浴，搅拌30 min，3 500 r·min-1离心15 min，将不溶蛋白沉淀，采用Bradford法测定上清液中蛋白含量，根据公式（1）计算燕麦麸蛋白溶解性。

1.2.2 燕麦麸皮分离蛋白起泡性及起泡稳定性的测定

参考文献［12-15］的方法。称取1 g的蛋白样品溶于50 mL蒸馏水中，选择浓度为0.1 mol·L-1的HCl或浓度为0.1 mol·L-1的NaOH调至不同pH，在不同温度条件恒温水浴中放置30 min，用高速组织捣碎机以10 000 r·min-1均质2 min，迅速记录均质停止时泡沫的体积，按照公式（2）计算燕麦麸蛋白的起泡性。

在室温条件下，记录均质停止30 min后泡沫的体积，根据公式（3）计算燕麦麸蛋白的起泡稳定性。

1.2.3 燕麦麸皮分离蛋白乳化性及乳化稳定性的测定

参考文献［16-17］的方法。称取1 g的蛋白样品溶于50 mL蒸馏水中，配制成一定质量浓度的蛋白质溶液，选择浓度为0.1 mol·L-1的HCl或浓度为0.1 mol·L-1的NaOH调至不同pH，加入相同体积的大豆色拉油，在不同温度条件恒温水浴放置30 min，采用高速组织捣碎机（10 000 r·min-1）均质2 min，迅速移取25 mL乳化溶液以2 000 r·min-1的速率离心10 min，按照公式（4）计算燕麦麸蛋白乳化性。

将上述测定完乳化性后的样品，于60℃恒温水浴中放置30 min，用自来水冷却至室温，以2 000 r·min-1的速率离心10 min，测定此时乳化层高度，根据公式（5）计算燕麦麸蛋白乳化稳定性。

2 结果与分析

2.1 燕麦麸皮分离蛋白的溶解性

2.1.1 不同温度不同pH燕麦麸分离蛋白的溶解性

图1是不同温度不同pH时测得的燕麦麸分离蛋白的溶解性。从图中可以看出，随着温度的增加，五种不同pH环境的燕麦麸蛋白的溶解性皆随之增大，且当温度达到45℃时溶解性达到最大值，随后随着温度的升高溶解性呈下降趋势。这是由于温度较低时蛋白质分子随着温度的升高分子构象发生轻微改变，立体构象发生伸展，蛋白分子与水分子相互作用增强，因此溶解性呈增大的趋势；当温度高于45℃时，蛋白质空间构象中弱键断裂，包含在分子内部的一些疏水基团暴露到分子表面，蛋白质发生热变性，蛋白分子间作用增强，出现凝聚现象，因此溶解度降低［18］。相同温度下，pH为4时，燕麦麸蛋白的溶解性最低，这是由于在燕麦麸蛋白质的等电点pI= 4.4附近时［19］，静电荷为零，使得蛋白质失去了相互排斥的能力，进而产生凝聚和沉淀，造成溶解度降低，同时在强碱性或强酸性条件下，由于琉基和酪氨酸残基的离子化，使蛋白质与水分子间作用增强，分散性增大，所以溶解性呈现逐渐增大趋势［20］。

图1 不同温度不同pH燕麦麸分离蛋白的溶解性Fig.1Solubility of oat bran protein isolate in different temperature and different pH

2.1.2 不同离子强度不同pH燕麦麸分离蛋白的溶解性

图2是不同离子强度不同pH时测得的燕麦麸分离蛋白的溶解性。随着离子强度的增大，五种不同pH环境的燕麦麸分离蛋白的溶解性也随之增高，在添加NaCl浓度为0.6 mol·L-1时，溶解性达到最大值，而再增加NaCl的浓度则溶解度逐渐下降。这是因为在低浓度电解质作用下，蛋白质分子表面所带电荷增加，与水分子结合能力增强，促使蛋白质分子在水中的溶解程度增大；相反，如果溶液中电解质浓度增加到一定值时，由于盐析效应，使蛋白质分子与水分子的结合能力减弱，溶解度降低［21］。而在相同离子强度下，pH对溶解性的影响与2.1.1结果类似，强碱性或强酸性条件能够增加燕麦麸分离蛋白的溶解性，其中pH为10时溶解性最高。

图2 不同离子强度不同pH燕麦麸分离蛋白的溶解性Fig.2Solubility of oat bran protein isolate in differentionic strength and different pH

2.1.3 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的溶解性

图3是不同温度不同离子强度时测得的燕麦麸分离蛋白的溶解性。从图中可以看出，相同离子强度下，随着温度的增加，燕麦麸分离蛋白的溶解性随之增加，在温度为45℃时，燕麦麸分离蛋白的溶解性达到最高。温度对溶解性的影响与2.1.2一致。相同温度下，不同离子强度对燕麦麸分离蛋白的溶解性具有明显影响，当NaCl浓度为0.6 mol·L-1，温度为45℃时，燕麦麸分离蛋白的溶解性达到最大值88.7%，明显高于图1和图2交互条件下的的溶解性。由此可知适宜的温度和离子强度可提高燕麦麸分离蛋白的溶解性。

图3 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的溶解性Fig.3Solubility of oat bran protein isolate in differenttemperature and different ionic strength

2.2 燕麦麸皮分离蛋白的起泡性及泡沫稳定性

2.2.1 不同温度不同pH燕麦麸分离蛋白的起泡性及泡沫稳定性

图4是不同温度下不同pH时测得的燕麦麸分离蛋白的起泡性；图5是不同温度不同pH时测得的燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性。从图中可以看出，在20～45℃范围内，燕麦蛋白的起泡性随温度的升高而升高，45℃时，不同pH条件的燕麦麸分离蛋白起泡性均达到最高值，其中，在实验所设置的温度范围内，pH在等电点附近时，即pH4时，燕麦麸分离蛋白的起泡性最差，当pH远离等电点时，燕麦麸分离蛋白的起泡性均程增大趋势，且碱性条件下的起泡性较酸性条件下高。而在燕麦麸分离蛋白起泡过程中，温度对泡沫稳定性的影响与其对起泡性的影响类似，即45℃时泡沫稳定性最好，但pH对泡沫稳定性的影响与其对起泡性的影响相反，pH为4时，泡沫稳定性最好，这可能是由于pH值在等电点附近时，溶解度降低导致形成泡沫的蛋白质浓度较低，所以泡沫量最少，而此时不溶性颗粒由于静电作用吸附于气-液界面，使得蛋白膜黏性、厚度增大，泡沫稳定性增加［21］。

2.2.2 pH与离子强度对燕麦麸分离蛋白起泡性及泡沫稳定性的影响

图6是不同pH时测得的不同离子强度燕麦麸分离蛋白的起泡性；图7是不同pH时测得的不同离子强度燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性。随着离子强度的增加，燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性也随之升高，当NaCl浓度达到0.6 mol·L-1时，燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性均达到最大值，继续增加离子强度，燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性开始下降。这是因为较低浓度的盐离子对蛋白质电荷具有中和作用，可以提高蛋白质的起泡性和泡沫稳定性；而盐浓度过高，使蛋白质析出，降低蛋白质的起泡性和泡沫稳定性［22-23］。当NaCl浓度为0.6 mol·L-1时，pH 4的燕麦麸分离蛋白的起泡性最低，但此时泡沫稳定性最好，pH对燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性的影响与2.2.1一致。结果如图6～7所示。

图4 不同温度不同pH燕麦麸分离蛋白的起泡性Fig.4Foaming of oat bran protein isolate separation in different temperature and different pH

图5 不同温度不同pH燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性Fig.5Foam stability of oat bran protein isolate in different temperature and different pH

图6 不同pH不同离子强度燕麦麸分离蛋白的起泡性Fig.6Foaming of oat bran protein isolate separation in different ionic strength and different pH

图7 不同pH不同离子强度燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性Fig.7Foam stability of oat bran protein isolate in different pH and different ionic strength

2.2.3 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的起泡性及泡沫稳定性

图8是不同温度不同离子强度时测得的燕麦麸分离蛋白的起泡性；图9是不同温度不同离子强度时测得的燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性。从图中可以看出，相同离子强度下，燕麦麸分离蛋白的起泡性与稳定性在实验设置温度范围内，随着温度的升高先上升后呈下降趋势，当45℃时，燕麦麸分离蛋白起泡性与稳定性最好，且在此时间点，NaCl添加浓度为0.6 mol·L-1时麦麸分离蛋白起泡性与稳定性最好。由图8、9可以看出温度对燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性的影响与2.2.1的研究结果一致，离子强度对燕麦麸分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性的影响与2.2.2的研究结果一致。

图8 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的起泡性Fig.8Foaming of oat bran protein isolate separation in different temperature and different ionic strength

2.3 燕麦麸皮分离蛋白乳化性及乳化稳定性

2.3.1 不同pH与不同温度燕麦麸分离蛋白的乳化性及乳化稳定性

图10是不同温度下不同pH时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化性；图11是不同pH不同温度时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性。从图中能够看出，在温度为25～45℃范围内，乳化性和乳化稳定性随着温度的升高而升高，在45℃时乳化性和乳化稳定性均达到最大值，再继续升高温度，燕麦麸蛋白乳化性和乳化稳定性出现缓慢下降趋势。这可能是由于45℃时蛋白质出现热变性，乳化性开始出现减弱但并不明显，再继续升高温度，蛋白质变性明显，溶解度降低，乳化性也随之降低［24-26］，而此时燕麦麸分离蛋白的乳化性和乳化稳定性在等电点附近最低，在碱性条件下乳化性能最好，这是由于等电点附近蛋白质大量沉淀，溶解度最小，蛋白质颗粒表面不能形成水化层，使乳化粒子易发生絮凝和聚集现象，乳化能力表现最弱［27-28］。

图9 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的泡沫稳定性Fig.9Foam stability of oat bran protein isolate in different temperature and different ionic strength

图10 不同pH不同温度燕麦麸分离蛋白的乳化性Fig.10Emulsion of oat bran protein isolate in different pH and different temperature

图11 不同pH不同温度燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性Fig.11Emulsion of oat bran protein isolate in different pH and different temperature

2.3.2 不同pH不同离子浓度燕麦麸分离蛋白的乳化性及乳化稳定性

图12是不同pH不同离子浓度时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化性。图13是不同pH不同离子浓度时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性。随着离子强度的增加，乳化性和乳化稳定性随之上升，在NaCl浓度为0.6 mol·L-1时达到最大值，再继续增加离子强度，燕麦麸分离蛋白的乳化性和乳化稳定性出现明显下降趋势。而此离子浓度下，随着pH的增加，燕麦麸分离蛋白的乳化性和乳化稳定性均增大，在等电点附近最低。pH对燕麦麸分离蛋白的乳化性和乳化稳定性的影响与2.3.1一致。而在较低的NaCl浓度作用下，参与乳化作用的蛋白质量浓度增大，因为电荷作用使得蛋白质分子间斥力减小，使油滴更易吸附在蛋白质界面，但是当NaCl浓度太高时，盐离子压缩了胶体的扩散双电层，破坏了静电复合物的形成，乳化能力下降［24］。

图13 不同pH不同离子强度燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性Fig.13Emulsion stability of oat bran protein isolate indifferent pH and different ionic strength

2.3.3 温度与离子浓度对燕麦麸分离蛋白乳化性及乳化稳定性的交互影响

图14是不同温度不同离子浓度时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化性，图15是不同温度不同离子浓度时测得的燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性。从图中可以看出，随着温度的升高，相同离子强度下，燕麦麸分离蛋白乳化性及乳化稳定性都随之增加，在45℃达到最大值，然后继续升温，蛋白的乳化性和乳化稳定性开始下降。由于离子强度的作用，在相同的温度下也提高了蛋白的乳化性和乳化稳定性，NaCl浓度为0.6 mol·L-1时效果最好，这是由于离子强度的增加电荷作用增大，使得蛋白质之间的分子间斥力减小，使油滴更容易吸附在蛋白界面，因此增加了燕麦麸分离蛋白的乳化性和乳化稳定性。

图14 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的乳化性Fig.14Emulsion of oat bran protein isolate in different temperature and different ionic strength

图15 不同温度不同离子强度燕麦麸分离蛋白的乳化稳定性Fig.15Emulsion stability of oat bran protein isolate in different temperature and different ionic strength

3 结论

（1）适当的提高温度可提高燕麦麸分离蛋白的溶解性、乳化性和起泡性，但当温度高于45℃时，蛋白质开始变性，继续升高温度时各项功能性反而下降。

（2）当pH处于等电点附近时，燕麦麸分离蛋白的溶解性、乳化性和起泡性最低，偏离等电点时各项功能性均随pH的增大而升高，在碱性条件下燕麦麸皮蛋白的功能性优于酸性条件下。

（3）适宜的离子强度可提高燕麦麸分离蛋白的溶解性、乳化性和起泡性，但离子强度过大会使这些特性降低。

通过研究表明：温度、pH和离子强度能够调控和改良燕麦麸分离蛋白的溶解性、起泡性和乳化性。温度45℃、pH10、NaCl浓度0.6 mol·L-1，燕麦麸分离蛋白的溶解性、起泡性、乳化性和乳化稳定性可达到最好效果。

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Study on Functional Properties of Oat Bran Protein Isolate

He Guoying1，Zhang Liping1，2
（1.College of Food Science，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.National Coarse Cereals Engineering Research Center，Heilongjiang Bayi Agricultural University）

Bayou1 oat bran protein isolate was used as the raw material to explore three functional properties of solubility，foaming and emulsifying of the oat bran protein isolate on the basis of the effects and interaction of three key factors from pH，temperature and ionic strength.The results showed that at pH4（around the isoelectric point）solubility，foaming and emulsion properties were the worst，pH10 the best，at 45 temperature，solubility，foaming ability and emulsifying property had reached the maximum value，but all of the functional characteristics found the phenomenon of decreased with increase of temperatures；when Nacl concentration at 0.6 mol·L-1the solubility，foaming capacity and emulsion of oat bran protein isolate reached a maximum，which indicated that pH，temperature and ionic strength could regulate the functional properties of oat bran protein isolate.

oat bran；protein isolate；foaming property；emulsifying property

TS201.1

A

1002-2090（2016）04-0049-06

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.04.012

2014-03-20

公益性行业（农业）科研专项（201303069）。

何帼英（1985-），女，黑龙江八一农垦大学食品学院2012级硕士研究生。

张丽萍，女，教授，博士研究生导师，E-mail：50752305@qq.com。