小米蛋白及其酶解物的营养和功能特性研究

【摘要】：小米是一种高营养的、非糯性的,像荞麦、奎奴亚藜一样的,非酸性食物。小米具有镇定作用且易消化。事实上,小米被公认为是一种低致敏性和最易消化的谷物,它是一种暖性食物,能够在冷天或者雨季以及气候变化时帮助人们御寒。小米适口性较好、食味略甜、坚果风味,且含有大量的有益营养素。小米中含有约15%的蛋白质,其中必需氨基酸含量丰富且组成合理,此外还含有丰富的B族维生素(烟酸、硫胺素以及核黄素等)、卵磷脂以及维生素E。小米中的矿物质含量尤其高,富含镁和钾元素。另外,小米中还富含植物素,其中包括能够降胆固醇的酚酸和抗癌的肌醇六磷酸。 蛋白质作为必须氨基酸和氮的来源,是膳食结构的重要组成成分。为了将蛋白质用于一些食品工业和医药工业,对蛋白质进行水解是非常必要的。蛋白质水解酶种类和酶解条件的选择取决于所需的终产物肽。产物肽具有在分子水平上不同于原蛋白的性质如分子量和分子电荷性质,这些不同的性质造成产物肽不同的功能特性如溶解度、苦味、乳化性和起泡性。更重要的是,除了营养性不同外(消化性提高),酶解还能获得具有生物活性功能的肽。本文目的在于研究小米分离蛋白及其不同种酶酶解产物的营养和功能特性。为了阐述营养和功能特性的关系,对所得酶解物进行标准化处理,并采用多元数据分析方法对所得数据进行分析。通过全面仔细的查阅和分析文献资料,本文以购自无锡的乳黄小米和黄小米为原料,经正己烷脱脂后对两种脱脂小米粉的生物化学特性进行了评价和对比。结果表明,黄小米比乳黄小米具有相对较高的蛋白、脂肪和水分含量,而碳水化合物和灰分含量却低于黄小米。脱脂后两种小米的蛋白含量都有所提高,而且含有丰富的矿物质、糖和维生素。此外,两种小米中的不饱和脂肪酸都主要由油酸和亚油酸构成,而饱和脂肪酸则主要由棕榈酸和硬脂酸构成。两种小米的必需氨基酸含量都符合FAO/WHO/UNU推荐膳食标准。红外光谱表明,两种小米具有不同的峰且对应着不同的官能团。从以上分析结果来看,两种小米生物化学组成上具有共性但是也存在差异。从两种小米中分别提取了清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白四种主要蛋白组分,并分别对这些蛋白组分进行氨基酸分析、聚丙烯酰胺电泳和差示量热扫描分析。两种小米中醇溶蛋白是其蛋白质的主要组分,分别在乳黄小米和黄小米中占43.5和44.4%；其次为谷蛋白,分别为39.2和39.8%；最后为清蛋白(8.5和8.6%)和球蛋白(7.4和6.3%)。两种小米分离蛋白的组分含量在P0.05具有显著性差异。乳黄小米和黄小米的分离蛋白及其各蛋白组分的必需氨基酸组成比例均衡,具有相对含量较高的谷氨酸、精氨酸和亮氨酸,而半胱氨酸和赖氨酸(谷物中的第一限制性氨基酸)比较缺乏。氨基酸分析结果表明脱脂小米蛋白是一种品质良好的营养源。在DSC测定结果中,球蛋白组分具有最高的热稳定性(Tp=81.10℃和81.82；ΔH=5.21,5.11 J/g),其次为分离蛋白(Tp=79.87,80.05℃和ΔH=0.91,0.76 J/g,清蛋白热稳定性最低(Tp=66.23,66.42℃和AH=0.44,0.49 J/g。聚丙烯氨酰电泳表明小米分离蛋白及其蛋白组分的分子量介于14-97kDa。本文还对小米分离蛋白和大豆分离蛋白的功能特性和物理化学特性进行了比较,结果表明小米蛋白具有更好的体内胰蛋白酶消化性；两种小米分离蛋白都呈现典型的U型溶解度曲线；乳黄小米分离蛋白的吸水性和吸油性分别为6.0和7.0,而黄小米分离蛋白为5.0和7.0 g/g范围；黄小米分离蛋白的容积密度(0.22 g/mL)和乳化性高于乳黄小米分离蛋白和大豆分离蛋白。黄小米分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性分别为137和73 mL,大豆分离蛋白为124和61 mL,而乳黄小米分离蛋白为124和46mL。在此基础上,本文进一步研究了酶解对脱脂小米分离蛋白的功能特性的影响。采用复合蛋白酶、木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶、风昧蛋白酶和中性蛋白酶在其最佳酶解条件下对脱脂小米分离蛋白进行酶解制得小米蛋白酶解物,测得各酶解物的蛋白含量分别为84.74,85.88,91.84,88.92,和83.52%。酶底物浓度比为1%时,小米蛋白酶解在初始阶段进行很快,表现在水解度增加迅速,随后酶解减慢表现在水解度增加缓慢。两种小米分离蛋白及其酶解物的必需氨基酸含量都高于FAO/WHO/UNU推荐膳食标准,且各种蛋白的同一氨基酸含量在P0.05水平上存在显著差异。小米蛋白酶解物分子量低于200Da而小米分离蛋白则高于5000Da;分离蛋白及其酶解物的表面疏水性分别为166.05和122.75；在pH 7.0时,分离蛋白及其酶解物的溶解度均大于70%而低于91%,其中小米分离蛋白酶解物的溶解度(91%)稍高于其对应的分离蛋白(81%。分离蛋白及其酶解物的起泡性和泡沫稳定性分别介于111.1-185.33 mL和137.80-185.33 mL范围。这些数据说明酶解使得酶解产物具有原蛋白不同的功能特性。此外,通过SEM结果还可以看出小米分离蛋白酶解物具有比原分离蛋白更小的粒子和均匀分散性。蛋白酶解物因其较低的分子量可以作为蛋白补充剂应用。但是,营养性和功能性兼备的碱性蛋白酶酶解物却存在苦味和盐味的缺点。大孔吸附树脂结合不同浓度的醇洗(30,55和70%的乙醇)是一种廉价的脱苦和除盐的方法。30%乙醇能够完全除去蛋白酶酶解物的苦味和盐味,而55%乙醇处理后仍保留一定苦味。经脱苦除盐处理后,蛋白酶酶解物的功能特性、分子量分布和氨基酸及感官指标都有提高。最后,本文测定了蛋白酶解物的抗氧化性和自由基清除能力。碱性蛋白酶酶解物(水解度为45.15%)经G-25葡聚糖凝胶柱分离后,分别测定了氨基酸组成、ABTS、DPPH、抑制亚油酸、金属离子螯合能力和还原力。在亚油酸体系中,FⅣ组分的抗氧化性为85.71%,与α-生育酚相近(86.27%),但低于BHT(92.44%)。此外,FⅣ组分还在P0.05上表现出显著高于FⅠ,FⅡ和FⅢ的ABTS、DPPH和金属离子螯合力。氨基酸分析结果表明,具有最高抗氧化性的FⅣ组分具有最高的疏水性氨基酸含量(51.94%)和疏水性(8.62kJ/mol氨基酸残基)。FⅠ-Ⅳ组分的分子量介于77-1042Da之间。碱性蛋白酶酶解物分离组分有利于消化吸收,具有显著的还原力和螯合亚铁能力。综合抗氧化测定结果表明脱脂小米蛋白酶解物具有很好的抗氧化能力。