pH、氯化钠对小麦面筋蛋白与羧甲基纤维素相互作用的影响

发布时间：2020-05-26 17:42

【摘要】：近年来,生产上常将亲水胶体加入面团中以提高面制品的感官品质与质地,亲水胶体对面制品的影响已成为食品学界的研究热点。羧甲基纤维素(CMC)是一种成本低廉且安全的阴离子多糖,广泛应用于如饼干、面条、面包等面制品中。CMC的添加,不仅满足大众对膳食纤维的需求,同时也通过与面筋蛋白作用而改善产品的感官与质地。然而实际生产加工过程中,一系列因素会影响CMC与面筋蛋白的相互作用(如蛋白质本身的性质、加工温度、盐浓度、pH等)。目前的研究大多数集中于探究加热和冷藏条件对两者相互作用的影响,氯化钠和pH两种因素的相关研究相对缺乏。此外,亲水胶体对面筋蛋白的两种组分(谷蛋白和醇溶蛋白)的影响也少有报道。因此,本文以小麦面筋蛋白为原料,模拟了两种生产加工条件(不同pH、不同氯化钠含量),探究羧甲基纤维素(CMC)与小麦面筋蛋白及其两个组分的作用情况,为拓展其品质改良提供一定的基础,同时对新产品开发及产品的实际应用具有重要的现实意义。主要研究内容与结果如下:(1)在不同pH和不同氯化钠含量条件下,研究CMC对面筋蛋白流变与质构特性的影响。结果发现:CMC使面筋蛋白的弹性模量G′和粘性模量G″降低,更容易发生形变,硬度、咀嚼性也明显降低,CMC弱化了面筋蛋白的网络结构。CMC-面筋蛋白体系在中性和碱性条件下的粘弹性、硬度、咀嚼性均高于酸性条件,酸性条件不利于CMC-面筋蛋白弹性的维持。添加氯化钠,CMC-面筋蛋白体系的粘、弹性模量均降低。(2)对不同pH下的三种复合物(CMC-面筋蛋白、CMC-谷蛋白、CMC-醇溶蛋白)的溶解性、表面疏水性等进行测量,并利用SDS-PAGE、FTIR技术探究其分子量分布及二级结构变化。结果表明:CMC能增加面筋蛋白和谷蛋白溶解性,而降低醇溶蛋白的溶解性,CMC能结合面筋蛋白和谷蛋白的疏水位点。CMC-面筋蛋白、CMC-麦谷蛋白的溶解性均有pH依赖性,随着pH的增加而增加,谷蛋白对CMC-面筋蛋白的溶解性贡献较大。CMC-面筋蛋白的电泳条带强度明显降低,CMC可能会破坏面筋蛋白的二硫键,促进非共价键的形成。归属于低分子量谷蛋白的电泳条带强度明显降低,CMC更容易与低分子量谷蛋白亚基作用而形成聚集体。三种蛋白的主要二级结构均为β-折叠,中性条件下,CMC使面筋蛋白的β-折叠向α-螺旋转化。(3)利用Raman、DSC、SEM技术对不同pH下的三种复合物进行分析,结果表明:pH影响面筋蛋白的氨基酸残基微环境,pH6~8时,CMC使面筋蛋白的酪氨酸残基趋于埋藏,使色氨酸趋于暴露。三种蛋白的主要二硫键构型均为g-g-g构型,pH7时,CMC使面筋蛋白的g-g-g构型含量降低,可破坏面筋蛋白的分子间作用。在中性和碱性条件下,CMC使面筋蛋白、谷蛋白与醇溶蛋白的变性温度均增加。中性条件下,CMC的添加使面筋蛋白网络结构更为松散,使谷蛋白能够形成网络结构,赋予醇溶蛋白成膜感。(4)对不同氯化钠含量条件下的三种复合物(CMC-面筋蛋白、CMC-谷蛋白、CMC-醇溶蛋白)的溶解性、表面疏水性、游离巯基含量进行测量,并利用SDS-PAGE、FTIR技术探究其分子量分布及二级结构变化。结果表明:随着氯化钠含量的增加,CMC-面筋蛋白、CMC-谷蛋白的溶解性先降低后增加,CMC-醇溶蛋白的溶解性降低,CMC-面筋蛋白的表面疏水性逐渐增加,而CMC-谷蛋白、CMC-醇溶蛋白的表面疏水性逐渐降低。2%NaCl时,CMC-面筋蛋白的游离巯基含量最低,蛋白聚集程度较大。氯化钠使面筋蛋白电泳条带强度增加,更多的二硫键形成。随着氯化钠含量的增加,面筋蛋白、谷蛋白的α-螺旋转变成β-折叠,氯化钠可诱导面筋蛋白、谷蛋白形成氢键。CMC能破坏氯化钠诱导蛋白形成的氢键,维持蛋白原有的二级结构。NaCl使CMC-醇溶蛋白无序结构增加。(5)利用Raman、DSC、SEM技术对不同氯化钠含量条件下的三种复合物进行分析,结果表明:在不同氯化钠含量条件下,CMC会使面筋蛋白的色氨酸和酪氨酸残基趋于埋藏,而使谷蛋白、醇溶蛋白的色氨酸和酪氨酸残基趋于暴露,埋藏/暴露程度因氯化钠含量而不同。随着氯化钠含量的增加,三种蛋白的g-g-g构型含量降低,氯化钠可破坏面筋蛋白分子间二硫键,CMC能一定程度抑制氯化钠对蛋白二硫键稳定性的降低。2%NaCl条件下,三种蛋白复合物体系的热稳定性较强。从微观结构上发现,在低含量氯化钠条件下,CMC-面筋蛋白形成网络结构,而高含量氯化钠使CMC-面筋蛋白结构塌陷。在不同氯化钠含量条件下,CMC对谷蛋白、醇溶蛋白主要起到填充作用。
【图文】：

面筋蛋白,结构模型

粘弹性[1]。面筋蛋白作为小麦粉的成分，通常用于制作面筋蛋白能赋予面团吸水能力及粘弹性，决定最终产品的对面包的制作很重要，面包制作性能与其蛋白质含量呈之间存在着不同的线性关系[2,3]。天然面筋蛋白的分子量之间不等。根据其在醇或水溶液中的溶解性，面筋蛋白可溶性醇溶蛋白（gliadin）（50~60%）和不溶性高分子谷蛋白（4]。面筋蛋白独特的粘弹性特性主要归因于粘性的醇溶蛋。这两种蛋白质从结构和功能上差别很大。在面筋蛋白中基酸（脯氨酸、甘氨酸）含量较高，侧链离子化的氨基酸含蛋白表现出高聚合行为，导致溶解度低，结晶度差，这是要障碍。Belton[5]提出了一个简化模型来解释面筋蛋白的模型中（图 1-1），，仅有两类蛋白质：线性蛋白代表高分子，球状蛋白包括了低分子量谷蛋白亚基（LMS）和单体二硫键和非共价键（如范德华力）与球状蛋白质作用，线性-球状蛋白质相互作用的数量取决于线性蛋白质的有效

醇溶蛋白,结构示意图,重复结构

西南大学硕士学位论文.2 醇溶蛋白根据其生化和遗传数据，醇溶蛋白（gliadin）可分为 /β-、ω-、γ-三种ω 型为贫硫亚基， /β-和 γ 型则为富硫亚基。 /β-和 γ-gliadin 中的半胱氨较为保守，全部参与链内 SS 键，阻止 gliadin 参与 glutenin 的四级结构，巯基-二硫键（SH-SS）交换反应。而 ω-gliadin 缺乏半胱氨酸残基。gliadi要结构由几个不同大小的区域组成（图 1-2）。N 端较短，包含 5~14 个氨基；中心重复结构域多达 100 个残基，主要由谷氨酰胺、苯丙氨酸、脯氨氨酸等组成的单元重复结构组成。C 末端非重复结构域是一系列的多聚谷、赖氨酸、精氨酸（包括所有含硫氨基酸）组成[7]。二级结构中， -和 γ-gl复域主要为 β-转角结构，非重复域则为 -螺旋结构，ω-gliadin 含有较多的旋结构， -gliadin 呈现的球状结构紧密连接，而 γ-醇溶蛋白呈现延伸螺旋构，ω-醇溶蛋白整体呈刚性线圈结构[8]。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS213.2

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