核桃分离蛋白溶解性、乳化性影响因素研究

易建华， 曹 灿， 朱振宝

(1.陕西科技大学 食品与生物工程学院， 陕西 西安 710021； 2.陕西科技大学 陕西省食品加工工程技术研究中心， 陕西 西安 710021)

核桃分离蛋白溶解性、乳化性影响因素研究

易建华1,2， 曹 灿1， 朱振宝1,2

(1.陕西科技大学 食品与生物工程学院， 陕西 西安 710021； 2.陕西科技大学 陕西省食品加工工程技术研究中心， 陕西 西安 710021)

通过酸沉碱溶法提取核桃分离蛋白，研究了不同因素(pH、离子强度、阿拉伯胶)对核桃分离蛋白溶解性、乳化性及乳化稳定性的影响，结果表明：pH 5.0附近，蛋白的溶解性、乳化性及乳化稳定性都较低.pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl、CaCl2、阿拉伯胶的加入均降低蛋白质的溶解性，其中在碱性条件下，NaCl、CaCl2对蛋白质溶解度影响较大，酸性条件下，阿拉伯胶对蛋白质溶解度影响较大，与NaCl相比，CaCl2对溶解度的影响更大.另外，pH 3.0、pH 8.0附近，NaCl的引入同时降低蛋白质乳化性和乳化稳定性，阿拉伯胶的引入提高乳化性，但乳化稳定性呈现先下降后提升的趋势.

核桃分离蛋白； 溶解性； 乳化性； 乳化稳定性

Abstract:In this study,walnut protein isolates were prepared by alkali extraction and acid precipitation.The effects of different factors(pH,ionic strength,gum arabic)on the solubility,emulsification activity and emulsification stability of walnut protein were studied.The results showed that the solubility,emulsification activity and emulsification stability were the lowest around isoelectric point (pH 5.0).At pH 3.0 and pH 8.0,the addition of NaCl,CaCl2and gum arabic decreased the solubility of the proteins.Arabia gum had greater effect on the solubility of the proteins in acidic condition,whereas,NaCl and CaCl2had greater effect on the solubility of proteins in alkali condition.In addition,the solubility of proteins was more greatly affected by CaCl2than by NaCl.At different pH,NaCl decreased the emulsifying activity and emulsifying stability of the proteins,meanwhile gum arabic increased the proteins′ emulsifying activity however,their emulsifying stability first drop and then increased.

Keywords:walnut protein isolates; solubility; emulsifying activity; emulsifying stability

0 引言

核桃位列世界四大坚果之首，素来享有“万岁子”、“长寿果”、“益智果”、“美容果”、“红枣加核桃，赛过灵芝草”等美誉[1].我国核桃品种繁多，云南的漾滇核桃、山西香玲核桃、新疆纸皮核桃等，且产量居世界首位[2].核桃的出仁率高达50%，核桃仁中蛋白质和脂质含量丰富，分别约占16.6%、65.5%.除此以外，核桃仁中含有丰富的维生素，如生育酚、维生素C、维生素B，人体所必须的微量矿质元素铁、锌、硒占有比例高[3].

核桃蛋白是一种优质的植物蛋白，主要由四种蛋白质组成，分别是谷蛋白、球蛋白、清蛋白、醇蛋白，其中谷蛋白含量高达70%.核桃蛋白中含有18种氨基酸，其中有8种人体必需氨基酸、精氨酸和谷氨酸含量很高[4].近年来，关于核桃分离蛋白特性的研究较多，研究发现核桃分离蛋白的溶解性较差，核桃分离蛋白可以作为一种表面活性剂，它能提高乳状液稳定性，其乳化性和乳化稳定性受pH、离子浓度、温度、蛋白质浓度等影响[5].

核桃产品的加工多以核桃仁的加工为主，产品类型相对比较简单，如核桃粉、核桃奶、核桃发酵乳、核桃酱等[6]，本文希望通过对核桃分离蛋白的溶解性、乳化性及乳化稳定性进行研究，为提高核桃产品的附加值，扩大核桃分离蛋白在食品行业的应用提供一定的理论依据.

1 材料和方法

1.1 实验材料与仪器

1.1.1 主要材料与试剂

核桃：市售；石油醚、氢氧化钠、无水氯化钙、氯化钠、磷酸、乙醇、阿拉伯树胶粉：分析纯，天津市天力化学试剂有限公司；磷酸氢二钠、 磷酸二氢钠、十二烷基磺酸钠：分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司；考马斯亮蓝G250：北京爱普华美生物科技有限公司；牛血清蛋白：上海源叶生物科技有限公司.

1.1.2 主要仪器

精密pH计：PB-10型，赛多利斯科学仪器北京有限公司；电子天平：JA5003B型，上海精科天美科学仪器有限公司；磁力搅拌器：84-1型，上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司；超细匀浆器：F6/10-G型，上海弗鲁克流体机械制造有限公司；

离心机：H1850型，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司；分光光度计：UV759S型，上海荆和分析仪器有限公司；涡旋振荡器：QL901型，海南市其林贝尔仪器制造有限公司；电热鼓风恒温干燥箱：GZX-GF101-1-BS型，上海跃进医疗器械有限公司；循环水真空泵：SHZ-Ⅲ型，上海亚荣生化仪器厂；料理机：JYL-C020型，九阳股份有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 核桃分离蛋白的制备

参照参考文献[7]，并稍做修改.核桃去壳，核桃仁水中浸泡去皮，核桃仁于40 ℃干燥并粉碎，核桃粉末经石油醚脱脂处理(料液比1∶6 g/mL，脱脂2次)，抽滤，溶剂挥发后过40目筛.核桃脱脂粉末与水以1∶15 g/mL料液比混合，0.5 mol/L NaOH调节溶液pH 9.0，磁力搅拌器匀速搅拌1 h，5 000 r/min 离心10 min，收集上清液，沉淀再用1∶5 g/mL的料液比提取2次；将上述收集得到的所有上清液用0.5 mol/L HCl调节溶液至核桃分离蛋白等电点pI 5.0，5 000 r/min 离心10 min，收集得到沉淀并水洗5次，冷冻干燥备用.

1.2.2 核桃分离蛋白溶解性测定

参照参考文献[8]的方法，并稍做修改.准确称取0.2 g蛋白质溶解于40 mL磷酸缓冲溶液或一定浓度NaCl、CaCl2、阿拉伯胶的磷酸缓冲溶液，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl调节pH，磁力搅拌1 h，5 000 r/min 离心10 min后备用，取样品溶液20μL，补水至100μL，加入5 mL考马斯亮蓝，涡旋振荡器上混匀，于595 nm处测定吸光度.蛋白溶解性计算公式：

(1)

1.2.3 核桃分离蛋白乳化性及乳化稳定性的测定

参照参考文献[9,10]的方法，并稍做修改.准确称取0.09 g蛋白质溶解于45 mL磷酸缓冲溶液或一定浓度NaCl、阿拉伯胶的磷酸缓冲溶液(pH 7.0 10 mmol/L)，用0.5 mol/L的NaOH或0.5 mol/L的HCl调节pH，磁力搅拌1 h，加入10 mL大豆油，手持超细匀浆机35 000 r/min均质2 min，从乳化液底部快速抽取50μL液体，加入10 mL 0.1%SDS溶液，迅速摇晃使其分布均匀，于波长500 nm 处测定吸光值，此吸光值为0 min 时样品的乳化活性指数，用A0表示；静置10 min后再吸取1次乳化液进行如上操作，此时吸光值作为10 min时样品的乳化活性指数，用A10表示.

(2)

式(2)中：T=2.303；C为蛋白质溶液的浓度；Φ为油相的体积比；A0为0 min时在500 nm处的吸光值.

(3)

式(3)中：A10为10 min后在500 nm处的吸光值.

2 结果与讨论

2.1 不同因素对核桃分离蛋白溶解性影响

2.1.1 pH影响

pH对溶解度的影响如图1所示，核桃分离蛋白的溶解性整体呈现出一个U形曲线与其它蛋白质溶解性曲线相似[11].由图1还可以看出，其等电点pI在5.0左右，当pH在等电点附近，蛋白质溶解性较低，偏离等电点越远，核桃分离蛋白的溶解性越好.当核桃分离蛋白处于等电点时，其自身的静电荷为零，蛋白之间的静电排斥力较低，导致蛋白相互聚集而产生沉淀，从而降低了溶解度[12]. 碱性条件中核桃分离蛋白的溶解性略微高于酸性条件.这可能是因为在偏离等电点的酸性和碱性条件下，蛋白带正电或负电，与水分子之间的相互作用增强，溶解度增加.

图1 pH对溶解度的影响

2.1.2 NaCl影响

图2是NaCl对溶解度的影响.由图2(a)、2(b)可以看出，NaCl的加入降低了溶解性.不同pH条件下，核桃分离蛋白的溶解性随NaCl浓度的增加而减小，这是由于NaCl的加入中和蛋白质所带电荷，破坏了蛋白质表面的水膜，从而降低了蛋白质的溶解度[13].碱性条件下NaCl对核桃分离蛋白溶解性的影响较酸性条件更大.这可能是因为pH 3.0和pH 8.0时，蛋白质分别带正负两种不同的电荷，引入NaCl使蛋白质溶解性表现出两种不同的变化趋势.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0图2 NaCl对溶解度的影响

2.1.3 CaCl2影响

图3所示为CaCl2对溶解度的影响.由图3(a)、3(b)可以看出，CaCl2的引入降低了蛋白质溶解性.当pH 3.0和pH 8.0时，在0～60 mmol/L的浓度范围内，溶解度随CaCl2浓度的增加而减小.这是因为CaCl2的引入中和蛋白所带电荷，破坏了蛋白表面的水化层，使体系变得不稳定，蛋白更容易絮凝沉淀.从图3(a)、3(b)还可以看出，酸性条件下CaCl2对核桃分离蛋白溶解性的影响较碱性条件更小.这可能是因为不同pH条件，蛋白质所带电荷性质和数量不同，CaCl2的加入会产生不同的影响.图2(a)、2(b)与图3(a)、3(b)比较可以得出，CaCl2较NaCl对蛋白质溶解性的影响更加明显.根据阳离子降低溶解度能力规律，Ca2+降低溶解度的能力大于Na+.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0图3 CaCl2对溶解度的影响

2.1.4 阿拉伯胶影响

阿拉伯胶对溶解度的影响如图4所示.由图4(a)、4(b)可知，加入阿拉伯胶会降低蛋白质的溶解性.pH 3.0和pH 8.0下，在0.00%～0.20%的浓度范围内，蛋白质的溶解度随阿拉伯胶浓度的增加而减小，这可能是因为阿拉伯胶本身是一种亲水性的胶体，会与蛋白质竞争性的与水结合，导致蛋白溶解性降低.从图4中还可以得出，pH 3.0时蛋白溶解度下降趋势更明显.pH 3.0时蛋白质带正电，阿拉伯胶是一种弱酸性大分子多糖，带负电，与蛋白表面电荷中和，导致蛋白质发生沉淀，从而使溶解度降低[14].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0图4 阿拉伯胶对溶解度的影响

2.2 不同因素对核桃分离蛋白乳化性和乳化稳定性的影响

2.2.1 pH影响

图5是pH对乳化性和乳化稳定性的影响.由图5可以看出，乳化性和乳化稳定性整体表现出先降低后上升的趋势.pH 5.0左右，蛋白质乳化性和乳化稳定性都较差，pH<5.0时，乳化性和乳化稳定性随pH增加而减小，pH>5.0时，乳化性和乳化稳定性随pH的增加而增加.原因是核桃分离蛋白的等电点在pH 5.0左右，此时蛋白质自身静电荷为零，蛋白质之间的静电排斥相互作用较弱，蛋白质容易絮凝聚集，溶解性最小，蛋白质向油水界面的吸附量少，吸附能力弱，乳化性和乳化稳定性较低，偏离等电点的环境下，蛋白质的溶解性提高，有助于提高蛋白界面载量和高黏弹膜的形成，提高了乳化性和乳化稳定性[15].

图5 pH对乳化性和乳化稳定性的影响

2.2.2 NaCl的影响

NaCl对乳化性和乳化稳定性的影响如图6所示.由图6(a)、6(b)可以看出，加入NaCl后核桃分离蛋白的乳化性和乳化稳定性整体呈下降趋势.pH 3.0和pH 8.0条件下，在0～100 mmol/L浓度范围内，随NaCl浓度增加，核桃分离蛋白的乳化性和乳化稳定性降低.可能是由于NaCl的引入中和了蛋白质表面所带电荷，蛋白质水化层遭到破坏，蛋白质溶解性下降，因此，吸附在油水界面的蛋白质的量减少，导致乳化性和乳化稳定性降低[16].

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0图6 NaCl对乳化性和乳化稳定性的影响

2.2.3 阿拉伯胶的影响

图7所示为阿拉伯胶对乳化性和乳化稳定性的影响.由图7(a)、7(b)可以看出，不论是pH 3.0或pH 8.0，加入阿拉伯胶均会使核桃分离蛋白的乳化性增加，且pH 3.0比pH 8.0乳化性更好，由于阿拉伯胶结构上带有部分蛋白物质及结构外表的鼠李糖，使得阿拉伯胶具有优良的亲水亲油性，能在油滴周围形成一层厚的、具有空间稳定性的大分子层[17]，是非常好的天然水包油型乳化剂，所以阿拉伯胶的引入会明显增加蛋白质的乳化性.从图7(a)、7(b)还可以得出，在0.00%～0.20%的浓度范围内，阿拉伯胶浓度使蛋白质乳化稳定性呈先减少后增加的趋势.

(a)pH 3.0

(b)pH 8.0图7 阿拉伯胶对乳化性和乳化稳定性的影响

3 结论

(1)核桃分离蛋白等电点在5.0左右，等电点附近蛋白的溶解性最低，偏离等电点溶解度提高，pH 3.0和pH 8.0时，NaCl、CaCl2和阿拉伯胶的加入均会使蛋白质的溶解性降低，碱性条件下NaCl、CaCl2蛋白质溶解性影响更大，两种盐相比较，CaCl2影响更大，酸性条件下阿拉伯胶对蛋白质溶解性影响更大.

(2)等电点附近，核桃分离蛋白乳化性和乳化稳定性最低，碱性条件下乳化性和乳化稳定性优于酸性条件.不同pH条件下，加入NaCl降低蛋白的乳化性和乳化稳定性，加入阿拉伯胶提高乳化性，乳化稳定性先下降后上升.

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【责任编辑：陈佳】

Studyontheinfluencingfactorsofsolubilityandemulsificationofwalnutproteinisolates

YI Jian-hua1,2， CAO Can1， ZHU Zhen-bao1,2

(1.School of Food and Biological Engineering, Shannxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.Shaanxi Province Research Center of Food Process Engineering and Technology, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

2017-05-01

国家自然科学基金项目(31671888)； 陕西科技大学博士科研启动基金项目(2017BJ-21)

易建华(1971-)，女，河南信阳人，教授，博士，研究方向：蛋白与油脂工程

2096-398X(2017)05-0128-05

TS201.2

A