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酶解—膜超滤改性小麦面筋蛋白功能特性研究

作　者: 王金水
导　师: 赵谋明
学　校: 华南理工大学
专　业: 食品科学
关键词: 小麦面筋蛋白酶解-膜分离接枝功能特性结构变化
分类号: TS201.2
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

面筋蛋白是小麦淀粉生产过程中的副产品,由于在水中溶解性差,限制了在食品中的应用,本文旨在通过酶解-膜超滤改性,改善面筋蛋白功能特性以拓宽其应用范围。研究面筋蛋白酶解优化条件及内在规律,探讨酶解产物对酶解过程的抑制作用及机理,对改性面筋蛋白功能特性变化进行研究,通过超声辐射研究酶解面筋蛋白-多糖之间接枝反应,深入探讨了改性面筋蛋白组成、结构与功能特性之间的关系。选用Protamex、PTN 6.0S、Alcalase、Neutrase、Papain酶解面筋蛋白,优化酶解条件。酶解产物中可溶性氮、氨基氮、肽基氮含量变化表明,Protamex最适合产生不同分子量的肽,Papain次之,Neutrase最低;SDS-PAGE和SE-HPLC分析表明:酶解过程中,醇溶蛋白和可溶性麦谷蛋白易于降解,部分高分子麦谷蛋白亚基对酶解表现出“抗性”。加热、超声、挤压和还原剂等预处理改变了面筋蛋白的结构(SH/S-S、亲水性/疏水性等),使其酶解过程中DH和蛋白回收率增加,酶解前预处理对改善面筋蛋白酶解特性有明显的促进作用。酶解产物对酶解抑制率(IR)与DH之间的关系曲线表现出明显不同的两个动力学区域:DH依赖区和DH非依赖区;酶解产物中分子质量<5kDa的肽组分对酶解起主要的抑制作用,酶解-膜分离耦联可以明显改善面筋蛋白的酶解特性,酶活力下降速度减缓。利用不同截留分子量的膜超滤分离酶解产物得到改性面筋蛋白组分(50-K、30-K、10-K和P组分), SDS-PAGE和红外光谱分析表明不同面筋蛋白组分组成及结构有明显的差异。酶解产物溶解性、乳化性、起泡性、持水能力等较对照显著改善(P<0.05),但与DH有密切的关系,酶解产物黏度变化与其浓度和DH有关。改性面筋蛋白组分溶解性在pH3-10特别是在pH7.0时比对照显著提高(P<0.05),pI向碱性或酸性方向偏移,热(50-90°C)稳定性明显提高,低浓度KCl/Cys对改性面筋蛋白有增溶作用;乳化、起泡和持水能力显著(P<0.05)改善,30-K组分增加最大,改性后乳化稳定性和泡沫稳定性降低;改性面筋蛋白黏度下降,但随浓度升高而增加;表面疏水性增加且随肽段分子量降低而下降;初始化成胶温度升高但随离子强度增加而降低,50-K组分凝胶具有相对高的G’,而30-K组分G’降低。DH8.8%的Protamex酶解产物-阿拉伯胶在超声辐射条件下接枝时,接枝度(DG)最大;接枝物溶解性、热稳定性、乳化性和起泡性显著(P<0.05)提高,特别是ES增加更显著,溶解性曲线在pH3-10范围内平缓,没有明显的等电点;红外吸收光谱酰胺I带吸收峰发生部分偏移。改性面筋蛋白中游离SH/S-S比值升高,醇溶蛋白、可溶性麦谷蛋白及不溶性麦谷蛋白含量减少;改性面筋蛋白显微结构明显改变,β-折叠增加,α-螺旋/β-折叠比值下降,接枝物中α-螺旋/β-折叠比值最低,改性后面筋蛋白变性温度升高。分子分布及分子结构的改变引起蛋白分子柔韧性升高和表面性质改变,是改性面筋蛋白功能特性改善的重要原因。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-48
  1.1 引言  13-14
  1.2 蛋白质的功能特性及影响因素  14-18
    1.2.1 蛋白质的组成与结构  14
    1.2.2 蛋白质的分类  14-15
    1.2.3 蛋白质的功能特性  15-17
    1.2.4 蛋白质结构与功能特性之间的关系  17-18
  1.3 蛋白质改性研究  18-24
    1.3.1 化学改性  18
    1.3.2 物理改性  18-20
    1.3.3 蛋白质的酶法改性  20-24
  1.4 小麦面筋蛋白改性研究现状  24-32
    1.4.1 我国小麦资源概述  24-25
    1.4.2 小麦面筋蛋白的生产  25-26
    1.4.3 小麦面筋的结构及组成  26-30
    1.4.4 小麦面筋蛋白的应用  30
    1.4.5 小麦面筋蛋白的改性研究现状  30-32
  1.5 本课题研究的立论依据和主要研究内容  32-35
    1.5.1 立论依据  32-33
    1.5.2 主要研究内容  33-35
  参考文献  35-48
第二章小麦面筋蛋白酶解特性研究  48-72
  2.1 引言  48-49
  2.2 材料与方法  49-52
    2.2.1 材料  49
    2.2.2 主要仪器  49-50
    2.2.3 酶解工艺的确定  50
    2.2.4 方法  50-52
  2.3 结果与讨论  52-67
    2.3.1 原料小麦面筋的组成  52-56
    2.3.2 小麦面筋蛋白的酶解特性  56-59
    2.3.3 小麦面筋蛋白酶解液中肽分子量分布的变化规律  59-61
    2.3.4 酶解小麦面筋蛋白SDS-PAGE 分析  61-64
    2.3.5 酶解小麦面筋蛋白分子量分布分析  64-65
    2.3.6 小麦面筋蛋白酶解过程中蛋白组分的变化  65-66
    2.3.7 小麦面筋蛋白酶解过程中游离氨基酸的变化  66-67
  2.4 本章小结  67-68
  参考文献  68-72
第三章预处理对小麦面筋蛋白酶解特性的影响研究  72-94
  3.1 引言  72-74
  3.2 材料与方法  74-77
    3.2.1 试验材料  74
    3.2.2 主要仪器设备  74
    3.2.3 主要试剂  74
    3.2.4 试验方法  74-77
  3.3 结果与讨论  77-89
    3.3.1 酶解前加热对小麦面筋蛋白酶解作用的影响  77-79
    3.3.2 超声波处理对小麦面筋蛋白酶解特性的影响  79-83
    3.3.3 挤压处理对小麦面筋蛋白酶解作用的影响  83-86
    3.3.4 Na_2SO_3处理对小麦面筋蛋白酶解特性的影响  86-88
    3.3.5 小麦面筋蛋白酶解条件的确立  88-89
  3.4 本章小结  89-90
  参考文献  90-94
第四章酶解产物对面筋蛋白酶解过程的抑制作用  94-107
  4.1 引言  94-95
  4.2 材料与方法  95-97
    4.2.1 材料与主要化学试剂  95
    4.2.2 主要仪器设备  95
    4.2.3 方法  95-96
    4.2.4 测定方法  96-97
    4.2.5 统计分析  97
  4.3 结果与讨论  97-104
    4.3.1 水解度(DH)与酶解反应抑制率之间的关系  97-99
    4.3.2 酶解小麦面筋蛋白组分对酶解过程的抑制作用  99-100
    4.3.3 抑制剂(酶解产物)的分子量分布  100-101
    4.3.4 酶解产物抑制酶解反应的类型  101-102
    4.3.5 酶解-膜超滤耦联状态下小麦面筋蛋白的水解度变化  102-103
    4.3.6 连续酶解时酶活力变化  103-104
  4.4 本章小结  104-105
  参考文献  105-107
第五章酶解-膜超滤制备改性小麦面筋蛋白  107-127
  5.1 引言  107-108
  5.2 材料与方法  108-110
    5.2.1 材料与化学试剂  108
    5.2.2 主要仪器  108-109
    5.2.3 方法  109-110
  5.3 结果与讨论  110-123
    5.3.1 超滤分离过程中膜性能分析  110-112
    5.3.2 影响超滤过程中膜通量变化的因素  112-115
    5.3.3 超滤分离过程中截留率的变化  115-116
    5.3.4 超滤膜的操作特性  116-117
    5.3.5 膜超滤分离后不同组分的蛋白质回收率和蛋白质含量  117-119
    5.3.6 酶解-膜超滤改性小麦面筋蛋白的SDS-PAGE 分析  119-120
    5.3.7 酶解-膜超滤改性小麦面筋蛋白组分中氨基酸组成及含量变化  120
    5.3.8 酶解-膜超滤改性小麦面筋蛋白傅立叶红外光谱(FT-IR)  120-123
  5.4 本章小结  123-124
  参考文献  124-127
第六章酶解-超滤膜改性小麦面筋蛋白功能特性  127-159
  6.1 引言  127-128
  6.2 材料与方法  128-131
    6.2.1 原料  128
    6.2.2 主要仪器及设备  128-129
    6.2.3 方法  129-131
  6.3 结果和讨论  131-151
    6.3.1 酶解小麦面筋蛋白功能特性与水解度之间的关系  131-137
    6.3.2 酶解-超滤膜改性小麦面筋蛋白功能特性的变化  137-151
  6.4 本章小结  151-153
  参考文献  153-159
第七章酶解面筋蛋白/多糖超声条件下接枝共聚及功能特性研究  159-181
  7.1 引言  159-161
  7.2 材料与方法  161-163
    7.2.1 材料  161
    7.2.2 主要仪器及设备  161
    7.2.3 研究方法  161-163
  7.3 结果与讨论  163-177
    7.3.1 超声辐射酶解面筋蛋白-多糖接枝反应单因素研究  163-166
    7.3.2 接枝反应条件的优化  166-171
    7.3.3 酶解面筋蛋白-多糖接枝物的功能特性变化  171-175
    7.3.4 接枝物的二级结构变化分析  175-177
  7.4 本章小结  177-178
  参考文献  178-181
第八章改性面筋蛋白结构及热特性研究  181-197
  8.1 引言  181
  8.2 材料与方法  181-183
    8.2.1 材料  181
    8.2.2 主要仪器  181-182
    8.2.3 研究方法  182-183
  8.3 结果与讨论  183-193
    8.3.1 改性面筋蛋白游离巯基/二硫键含量的变化  183-185
    8.3.2 改性面筋蛋白醇溶蛋白、可溶性麦谷蛋白和不溶性麦谷蛋白含量的变化  185-186
    8.3.3 改性面筋蛋白显微结构变化  186-188
    8.3.4 改性面筋蛋白二级结构的变化  188
    8.3.5 改性面筋蛋白热特性的变化  188-193
  8.4 本章小结  193-194
  参考文献  194-197
结论与展望  197-202
攻读博士学位期间取得的研究成果  202-205
致谢  205-206

酶解—膜超滤改性小麦面筋蛋白功能特性研究

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