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大豆蛋白热聚集行为及其机理研究

袁德保  
【摘要】:在工业规模制造大豆蛋白的过程中,热处理是塑造大豆蛋白功能性质的重要手段。本质上讲,热处理对大豆蛋白的改性作用,主要源于大豆蛋白热聚集行为的变化。目前对大豆蛋白热聚集行为及相应的功能性质已有大量的研究,但这些研究主要采用常压热处理(100℃),不能反映生产实际,因此本研究首先系统比较了常压热处理(简称热处理)和水热处理(121℃,0.1MPa)下大豆蛋白功能性质及热聚集行为的差异,并对聚集体的结构进行了表征,最后对聚集物的形成机制进行了探讨。除环境因素之外,大豆蛋白组成亚基对其热聚集行为有重要影响,而目前尚未见从亚基角度,探讨大豆蛋白热聚集行为的报道。因此,本文最后从亚基层次揭示了大豆蛋白热聚集中分子间的相互作用及机制。本论文的主要结论如下: (1)系统比较了热处理(T)/水热处理(HT)对不同浓度大豆分离蛋白功能性质及聚集行为的影响。热处理产物具有较高的持水性、表观粘度及成凝胶能力,而水热处理产物具有远高于热处理的溶解性(80%-95%)和乳化活性(200-275 m2/g)。水热处理诱导的聚集程度更高,部分疏水基团内卷导致其表面疏水性指数更低。聚集体在粒径、表面电位、亚基参与程度方面具有显著差异。巯基乙醇能打断大部分热处理诱导聚集体,而对水热处理诱导聚集体影响不明显。 (2)系统分析了热处理(T)/水热处理(HT)诱导产生的可溶性聚集体的亚基组成、结构及分子间作用力,提出了聚集体形成机制。组成研究表明:热处理诱导可溶性聚集体的密度要大于水热处理;热处理生成了更多的高沉降系数聚集体,而水热处理生成了更多的低沉降系数聚集体。结构研究表明:热处理后的苯丙氨酸微环境变得更亲水,水热处理后的色氨酸、酪氨酸微环境变得更亲水,从而导致后者的表面疏水性指数低于前者。无规卷曲增加,部分β-折叠向α-螺旋转化,且水热处理后分子间β-折叠的氢键加强。分子间作用力研究表明:热处理时,疏水聚集、-SH氧化成-SS-同步进行,水热处理时,二硫键全部断裂并发生疏水聚集,卸压后-SH氧化成-SS-,并使二硫键大部分埋藏在聚集体内部。 (3)系统研究了大豆蛋白组成亚基的分离、纯化工艺,建立了较大制备量的色谱分离方法,对亚基的物理化学性质和功能性质进行了研究。通过对前人工作的改进,采用离子交换(DEAE-sepharose Fast Flow)方法,同时对大豆球蛋白亚基分离条件进行了优化,建立了远大于前人制备量的分离方法。首次使用离子交换(DEAE-sepharose Fast Flow)和金属螯合(Immobilized Metal Ion Affinity Chromatography)相结合的方法,得到了大豆伴球蛋白亚基较大制备量的分离方法。大豆蛋白组成亚基的酸性氨基酸含量与离子交换洗脱顺序呈正相关。大豆蛋白亚基的功能性质研究显示,大部分酸性亚基具有较好的溶解性,中性、碱性条件下α'α的乳化活性最好,β的起泡性和泡沫稳定性优于α'α。 (4)系统研究了大豆蛋白组成亚基的热聚集行为及影响因素。αα?和酸性亚基的热稳定性高于β,碱性亚基最差,且各亚基的热聚集体形貌学具有较大差异。加热时Zeta电位变化不大,各亚基疏水基团的暴露程度与加热温度和时间的依存关系导致不同的静电-疏水平衡,影响其聚集行为。离子强度对酸性亚基和αα?热聚集行为的影响符合上述规律。 (5)系统研究了α、α'、β与碱性亚基组合体系的热聚集行为,提出了相互作用模型。α、α?抑制碱性亚基热聚集的能力强于β,7S浓度较高时,体系中的β易形成可溶性聚集体,而浓度较低时,β易形成不溶性聚集体。αα'、β与碱性亚基相互作用模式存在如下共同点:加热前碱性亚基和αα'、β因带异种电荷而相互吸引,加热时αα'、β暴露的疏水性基团与碱性亚基发生了疏水相互作用形成复合物,复合物间的静电排斥作用阻止聚集体的进一步增大。αα'、β与碱性亚基相互作用模式存在如下差别:β与碱性亚基通过暴露疏水侧链形成疏水键的数量高于αα',从而导致β-碱性亚基体系的表面疏水性指数低于αα'-碱性亚基体系,而分布在αα'-碱性亚基复合物表面更多的负电荷以及柔性的亲水性肽链(αα'的延展区)能更大程度的阻止疏水聚集的发生。


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