稳定化方法对小麦胚蛋白功能特性的影响

俞 凌，黄永军，周建新，沈新春

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023)

稳定化方法对小麦胚蛋白功能特性的影响

俞 凌，黄永军，周建新，沈新春

(南京财经大学食品科学与工程学院，江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心，江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏 南京 210023)

比较了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4种稳定化方法对小麦胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫稳定性等功能特性的影响。结果表明，对于麦胚蛋白提取率，臭氧处理的基本不变，而其他3种处理则明显下降；对于麦胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧处理的明显增加，而其他3种则不同程度下降；麦胚蛋白的起泡性和泡沫稳定性经稳定化处理后均有所提高；从DSC图谱分析，麦胚蛋白的热稳定性从大到小依次为：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破坏程度依次为：微波、烘烤、蒸汽、臭氧；从傅里叶红外图谱分析，对麦胚蛋白官能团影响从大到小依次为：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。小麦胚开发与利用麦胚蛋白时，可选择臭氧处理作为稳定化方法。

小麦胚；稳定化方法；麦胚蛋白；功能特性；微波；烘烤；蒸汽；臭氧

小麦胚约占籽粒质量的2%～3%，含有极其丰富的蛋白质、脂肪、酶、维生素、矿物质以及多种微量生理活性物质[1]，蛋白质质量分数高达30.2%左右，氨基酸全面平衡，易于被人体吸收，成为优质全价蛋白营养源[2]。同时麦胚蛋白具有良好的持水性、持油性和起泡性等功能性质，添加到食品中，可增加食品风味，改善食品品质和结构[3]。麦胚蛋白的良好功能性质为其在现代食品加工中的应用提供了广阔的空间。但小麦胚自身脂肪含量高，并富含活性较高的脂肪酶和脂肪氧化酶，加之附着在表面的微生物，导致其稳定性差，极易由于两者的协同作用而酸败变质形成游离脂肪酸和过氧化物[4]。因此，稳定化问题是麦胚蛋白开发利用的瓶颈。目前，国内外小麦胚的稳定化方法主要有热风干燥[5]、高压蒸汽[6]、微波加热[7]、红外烘烤[8]、挤压膨化处理[9]等，但这些方法并没有考虑对麦胚蛋白功能特性的影响，使得评价稳定化方法优劣时存在片面性。因此，通过4种稳定化方法对麦胚蛋白功能特性影响的比较，以期开发麦胚蛋白时能够选择合适的小麦胚稳定化处理方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

小麦胚，江苏省淮安市新象面粉有限公司；氯化钠、氢氧化钠、浓盐酸、浓硫酸、SDS、正己烷等，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

JR-Y10型臭氧灭菌箱，HG101-2型电热鼓风干燥箱，SYQ-DSX-280B型不锈钢压力蒸汽灭菌锅，P70D20TL-D4型微波炉，FW100 型高速万能粉碎机，DS-1型高速组织捣碎机，HH-4型数显恒温水浴锅，722型光栅分光光度计，TG16-S台式高速离心机，IKA T18型高速分散机，PE DSC-8000型差示扫描量热仪，Bruker tensor27型傅里叶红外分光光度计。

1.3 试验方法

1.3.1 麦胚的稳定化处理

烘烤处理：干燥箱内，料层厚1～2 cm，110℃烘干30 min；

微波处理：料层厚1～2 cm，600 W，处理2 min；

高压蒸汽处理：高压蒸汽灭菌锅，料层厚1～2 cm，压力0.1 MPa，处理20 min，冷风干燥20 min；

臭氧处理：双层纱布包装麦胚置于臭氧灭菌箱滚筒内，臭氧浓度80 mg/L，处理15 min。

处理后的麦胚用聚乙烯自封袋包装备用。

1.3.2 脱脂麦胚蛋白的制备

麦胚用80%的乙醇清洗，45℃烘干12 h，置于锥形瓶中，按1∶5的比例加入正己烷，在恒温振荡器下浸泡12 h，静置，倒掉上清液，再按1∶3比例加入正己烷，恒温振荡箱下浸泡12 h，静置，倒掉上清液，低温烘干，获得脱脂麦胚。

将脱脂麦胚粉碎，全部过80目筛，将细化的样品按料水比为1∶20搅拌均匀，用0.5 mol/L NaOH溶液调节pH9.0，搅拌浸提30 min，将浸提液于3 500 r/min离心20 min，取上清液，然后用1.0 mol/L HCl溶液将上清液的pH值调至6.3，加入适量的淀粉酶，并置于60℃的水浴锅中，酶解至遇碘不呈蓝色为止，将溶液pH值调为4.0，然后离心，去除上清液，冷冻干燥，得脱脂麦胚蛋白[10]。

1.4 测定指标与方法

脱脂麦胚蛋白功能特性的指标与测定方法：溶解度[11]；持水性[12]；持油性[13]；起泡性及泡沫稳定性[14]；DSC图谱及红外图谱[15]。

1.5 数据处理

数据为3次平行试验的平均值，测定结果用EXCEL作图并进行分析。

2 结果与分析

2.1 麦胚蛋白提取率

4种稳定化处理的麦胚蛋白提取率的结果如图1所示。由图1可知，与未经处理的麦胚(对照)相比，对于麦胚蛋白提取率，臭氧处理的基本不变，而微波、烘烤和蒸汽处理均明显降低，主要原因是臭氧热效应较少，对蛋白质等电点的改变不明显，而微波、烘烤和蒸汽处理等均有明显的热效应，造成了蛋白质等电点的明显改变[16]。所以稳定化处理方法不同，麦胚蛋白提取率有明显差异。

2.2 麦胚蛋白溶解度

蛋白质的溶解度是蛋白质-蛋白质和蛋白质-溶剂相互作用达到平衡的热力学表现形式，影响蛋白质增稠、起泡、乳化和凝胶等功能性质，是评价蛋白质潜在应用价值的一个指标[17]。4种稳定化处理的麦胚蛋白的溶解度如图2所示。

臭氧处理的麦胚，其蛋白溶解度明显提高，而微波、烘烤和蒸汽处理的麦胚蛋白溶解度均下降。蛋白质的溶解度与蛋白质中的化学键及空间结构有密切的关系，微波、烘烤和高压蒸汽处理的麦胚，由于较强的热效应，蛋白质空间构象中的某些弱键断裂，破坏了肽键的特定结构，使原来埋藏在分子内部的一些非极性基团暴露在分子表面，因而降低了蛋白质的溶解度，臭氧一方面由于其热效应较弱，对蛋白质空间结构改变较少，另一方面由于其具有的强氧化性，将蛋白质的一些化学键氧化成极性的双键或三键，增加了蛋白质与水之间相互作用，使其溶解度增加[18]。

2.3 麦胚蛋白持水性

蛋白质持水能力是指蛋白质吸收水并将水保留在蛋白质组织中的能力，不仅与绞肉制品的多汁性和嫩度有关，而且也与烘烤食品的质构密切相关[17]。4种稳定化处理所得麦胚蛋白的持水性如图3所示。从图3中可以看出，经臭氧处理的麦胚蛋白质持水性明显提高，而微波、烘烤和蒸汽处理的麦胚蛋白质持水性均略有下降。这主要是因为臭氧处理过的麦胚蛋白质溶解度较高，蛋白质与水分子之间的亲和力较强，持水性较高，微波、烘烤和蒸汽麦胚蛋白质溶解度小，蛋白质与水分子之间的亲和力相对较弱，持水性偏低[18]。

图3 稳定化方法对麦胚蛋白持水性的影响

2.4 麦胚蛋白持油性

蛋白质持油性反映其吸收脂肪并将脂肪保留在蛋白质组织中的能力，是蛋糕、肉制品、面包、冰激凌等食品加工过程中的重要特性，可以提高食品对脂肪的吸收与持留能力，显著改善食品的适口性及风味[22]。4种稳定化处理方法所得麦胚蛋白的持油性如图4所示。由图4可知，经臭氧处理的麦胚蛋白的持油性明显提高，而微波、烘烤和蒸汽的麦胚蛋白质持油性均略有下降。这主要是因为臭氧处理过的麦胚蛋白质溶解度较高，蛋白质与油分子之间的亲和力较强，持油性较高，微波、烘烤和蒸汽的麦胚蛋白质，由于高温的作用，使得蛋白质发生聚集，蛋白质与油分子之间的亲和力相对较弱，持油性偏低[18]。

图4 稳定化处理方法对麦胚蛋白持油性的影响

2.5 麦胚蛋白起泡性

泡沫是指蛋白质通过搅打在气液界面形成有一定刚性和弹性的薄膜，泡沫分散在含有表面活性剂的连续相或者半固体的分散体系，是食品加工的一项重要功能性质[19]。4种稳定化处理所得麦胚蛋白的起泡性如图5所示。由图5可知，臭氧处理对蛋白质的起泡性有降低作用，微波、烘烤和蒸汽处理对起泡性均有提高作用，这是因为热处理产生的明显热效应，使蛋白质的结构逐渐展开，形成更多的无规卷曲结构，蛋白质展开程度较大，展开的蛋白质分子间彼此作用形成更加稳定的网络结构及界面膜，使麦胚蛋白的起泡性增高。臭氧处理氧化了蛋白质分子中的部分基团，使得蛋白质分子与水分子之间的作用力增强，蛋白质起泡性降低[20]。

图5 稳定化方法对麦胚蛋白起泡性的影响

2.6 麦胚蛋白泡沫稳定性

泡沫稳定性是指蛋白质在气液界面形成的薄膜强度，影响着泡沫产品的性能和质构[19]。4种稳定化处理所得麦胚蛋白的泡沫稳定性如图6所示。由图6可知，4种不同处理对蛋白质的泡沫稳定性均有一定程度的提高，因为微波、蒸汽、烘烤均产生了较高的热效应，使得蛋白质分子内部基团暴露较多，疏水相互作用增强，蛋白质泡沫稳定性提高，微波处理后泡沫稳定性更高，说明在此条件下，蛋白质的疏水相互作用增高更多，臭氧由于蛋白质内部基团的氧化作用，产生更强的疏水相互作用，泡沫稳定性也有所提高[21]。

图6 稳定化方法对麦胚蛋白泡沫稳定性的影响

2.7 麦胚蛋白的DSC图谱特性

应用DSC对麦胚蛋白的变性程度进行表征，主要表现为两个指标，即变性温度和热焓变。变性温度可以推测蛋白质的稳定性，热焓变是疏水作用与蛋白质紧密性的重要指标[16]。由图7可知，未处理麦胚蛋白的变性温度为132.00℃，热焓变值为34.606 7 J/g，臭氧、微波、烘烤、蒸汽处理的麦胚蛋白变性温度分别为189.84、179.50、193.29、191.85℃，热焓变值为120.023 4、183.764 8、166.880 7、160.563 9 J/g。因此,麦胚蛋白的热稳定性依次为:烘烤、蒸汽、臭氧、微波、对照，蛋白质热焓变值越低，则可以体现其结构的完整性越高，所以不同处理对蛋白质破坏程度依次是：微波、烘烤、蒸汽、臭氧。

(a)未处理

(b)臭氧处理

(c)微波处理

(d)烘烤处理

(e)高压蒸汽处理

2.8 麦胚蛋白的红外图谱分析

在傅里叶红外图谱中，不同的官能团化学键的振动或转动，对不同波数的红外光有吸收，红外图谱可以据此反映出样品官能团或者化学键的变化，进行物质的定性定量[22]。4种不同的稳定化方法对麦胚蛋白红外图谱的影响见图8。

图8 稳定化方法对麦胚蛋白红外图谱的影响

由图8可知，4种不同稳定化处理的红外曲线图谱总体相似于对照所得的曲线，只有在波数2 328.033 cm-1到2 375.288 cm-1存在差异，而在此区间对应的基团主要是叁键或者累积双键区，说明4种不同稳定化处理均改变了这些官能团的量。分析4种不同处理曲线，只有臭氧处理所得曲线最接近于未处理，说明臭氧处理对蛋白质的各官能团影响最小，4种不同处理对蛋白质官能团影响程度大小依次是：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。

3 结论

比较了微波、臭氧、烘烤和蒸汽4种稳定化方法对小麦胚蛋白提取率和溶解性、持水性、持油性、起泡性、泡沫稳定性等功能特性的影响。结果表明，麦胚蛋白提取率，臭氧处理的基本不变，而其他3种处理则明显下降；麦胚蛋白的溶解性、持水性和持油性，臭氧处理的明显增加，而其他3种则不同程度下降；麦胚蛋白的起泡性和泡沫稳定性经稳定化处理后均有所提高；从DSC图谱分析，麦胚蛋白的热稳定性从大到小依次为：烘烤、蒸汽、臭氧、微波，破坏程度依次为微波、烘烤、蒸汽、臭氧；根据傅利叶红外图谱分析，对麦胚蛋白官能团影响依次为：烘烤、微波、蒸汽、臭氧。因此，在小麦胚开发与利用麦胚蛋白时，可选择臭氧处理作为稳定化方法。

[1] GE Y Q，SUN A D，NI Y Y，et al. Some nutritional and functional properties of defatted wheat germ protein[J].Journal of Agriculture and Food Chemistry，2000，48(12)：6215-6218.

[2] VASCONCELOS D，BENNETT R，CASTRO C，et al. Study of composition，stabilization and processing of wheat germ and maize industrial by-products[J]. Industrial crops and products，2013，42：292-298.

[3] 李天文. 麦胚蛋白的分级提取及其理化和功能特性研究[D]. 哈尔滨：黑龙江八一农垦大学，2009.

[4] 苗文娟，徐 斌，周世龙，等. 小麦胚芽的稳定化技术研究进展[J]. 中国粮油学报，2012，27(10)：123-128.

[5] SRIVASTAVA A K，SUDHA M L，BASKARAN V. Studies on heat stabilized wheat germ and its influence on rheological characteristics of dough [J]. European Food Research and Technology，2007，224(3)：365-372.

[6] 唐 云，郭贯新，马晓军. 小麦胚的稳定化[J]. 中国粮油学报，2002，17(5)：11-13.

[7] 吴 定，鞠兴荣，刘长鹏，等. 微波加热对麦胚品质稳定性研究[J]. 中国粮油学报，2008，23(4)：46-49.

[8] 张兰月，李文浩，罗琴贵，等. 红外烘烤处理对小麦胚储藏稳定性的影响 [J].食品科学，2013，34(16)：321-325.

[9] 顾 林，钱建亚，郑瑞昌. 挤压膨化对小麦胚芽储藏稳定性的影响[J].扬州大学学报，2002，23(3)：65-68.

[10] 马海乐，辛志宏，吴守一. 采用碱提酸沉与淀粉酶解复合法制备小麦胚芽蛋白的试验研究[J]. 农业工程学报，2004，20(6)：178-180.

[11] 王 一，曾茂茂，何志勇，等. 不同来源蛋白酶水解对大豆分离蛋白分散性及溶解性的影响[J]. 食品工业科技， 2012，33(17)：67-69.

[12] LQARI H，VIOQUE J，PEDROCHE J，et al. Lupinus angustifolius protein isolates: chemical composition, functional properties and protein characterization[J]. Food Chemistry，2002，76(3)：349-356.

[13] PEDROCHE J，YUST M M，LQARI H，et al. Brassica carinata protein isolates：chemical composition, protein characterization and improvement of functional properties by protein hydrolysis[J]. Food Chemistry，2004，88(3)：337-346.

[14] 王长远，郝天舒，张 敏. 干热处理对米糠蛋白结构与功能特性的影响[J]. 食品科学，2015，36 (7)：13-18.

[15] 陈美玲，胡 妍，韩 勇，等. 水解脱脂麦胚蛋白工艺及抗氧化性[J]. 食品科学，2014， 35 (22)：109-114.

[16] 李宝玉，代小容.玉米胚分离蛋白提取及影响收率因素的初探[J].山东食品发酵，2008，3：16-18.

[17] 王盼盼. 食品中蛋白质的功能特性综述[J]. 肉类研究，2010，5：62-71.

[18] 邓芝串，张 晖，张 超，等. 籽瓜种子蛋白质的持水及持油性研究[J]. 中国粮油学报， 2015，30(9)：49-54.

[19] 赵维高，刘文营，黄丽燕，等. 食品加工中蛋白质起泡性的研究[J]. 农产品加工·学刊，2012，11：69-72.

[20] HAMADA J S. Characterization and functional properties of rice bran proteins modified by commercial exoproteases and endoproteases[J]. Journal of Food Science，2000，65(2)：305-310.

[21] ZHOU P,LIU X M，LABUZA T P. Effects of moisture-induced whey protein aggregation on protein conformation，the state of water molecules，and the microstructure and texture of high-protein-containing matrix[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry，2008，56(12)：4 534-4 540.

[22] BRODSKY D B，BENDIT E G，BLOUT E R. Infrared spectroscopy of collagen and collagen like peptides[J]. Biopolymers，1975，14(5)：937-957.

(责任编辑：赵琳琳)

Effect of stabilization methods on functional properties of wheat germ protein

YU Ling， HUANG Yong-jun,ZHOU Jian-xin,SHEN Xin-chun

(College of Food Science and Engineering, Nanjing University of Finances and Economics;Jiangsu Center for Modern Grain Circulation and Safety;Jiangsu Key Laboratory of Grain Quality and Safety Control and Deep Processing, Nanjing 210023,China)

The effects of four different stabilization methods such as microwave，ozone，baking and steam on extraction rate，solubility，water-holding capacity，oil-absorbing capacity，foaming capacity，foaming stability of wheat germ protein were compared. The results showed that extraction rate of wheat germ protein basically remained unchanged in ozone treatment，but significantly decreased in the other three methods. The solubility，water-holding capacity and oil-absorbing capacity of wheat germ protein significantly increased in ozone treatment，but suffered a drop though to various degrees in the other three methods. The foaming ability and foam stability of wheat germ protein were improved after the stabilization treatment. The thermal stability of wheat germ protein was baking，steam，ozone，microwave;and the degree of damage was microwave，baking，steam，ozone by analysis of the DSC spectrum. The effect on the functional groups of wheat germ protein was baking，microwave，steam，ozone by analysis of FTIR spectrum. So the ozone treatment could be a good choice as a stabilization method in the development and utilization of wheat germ protein.

wheat germ；stabilization methods；wheat germ protein；functional properties；microwave；baking；steam；ozone

2016-10-28；

2017-02-28

国家自然科学基金项目(31271983)；江苏省自然科学基金(BK20141484)；2015江苏省高校优秀科技创新团队资助项目；江苏省“333工程”培养资金资助项目；江苏高校优势学科建设工程资助项目(PAPD)。

俞 凌(1982-)，女，实验师，主要研究方向为粮食工程。

周建新(1964-)，男，教授，研究方向为粮食工程。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.002

TS201.2+1;TS210.9

A

1003-6202(2017)03-0004-06