大豆蛋白的结构特征与营养价值的关系

发布时间：2017-04-20 05:11

  本文关键词：大豆蛋白的结构特征与营养价值的关系，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大豆是人和动物的营养中最重要和使用最广泛的植物蛋白原料。大豆加工副产品豆粕是全世界动物饲料中使用最多的蛋白原料。大豆中的两种贮藏蛋白—大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白占大豆总蛋白的70%左右,由于大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的含量高,使其成为影响大豆及其蛋白产品功能特点的重要因素。因此,大豆球蛋白和大豆伴球蛋白的分子结构和功能的关系成为广泛研究的问题。为了阐明加工过程大豆蛋白的结构变化对抗原蛋白免疫活性和消化率等营养价值的影响,本文采用了红外光谱、差热扫描和扫描电镜等技术对蛋白质的分子结构进行研究,并对提取的结构数据与免疫活性和消化率进行相关分析,以揭示加工过程大豆蛋白的结构特征与营养价值的关系。1.针对120℃干热和湿热处理的纯化固体大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白样品,本文采用红外光谱、差热扫描和扫描电镜等技术对其分子结构进行分析。DSC结果表明大豆球蛋白比β-伴大豆球蛋白的超分子结构更复杂,含更高的能值,并且大豆球蛋白柔性较低;扫描电镜结果显示:120℃湿热处理的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋比120℃干热处理大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白具有更强的聚集状态,而分子聚集不利于蛋白质的消化与吸收;红外光谱峰强变化数据显示:120℃湿热处理的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的峰强出现显著性变化(P0.05),表明120℃湿热处理引起大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白结构显著变化;红外光谱酰胺Ⅰ带解析结果显示120℃湿热处理引起大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白分子内聚集A1向分子间聚集A2转变,β-折叠显著下降(P0.05),α-螺旋和无规卷曲显著增加(P0.05);120℃干热处理引起β-伴大豆球蛋白β-折叠显著下降(P0.05)和β-转角显著增加(P0.05),而对大豆球蛋白的二级结构没有显著变化,表明大豆球蛋白比β-伴大豆球蛋白结构热稳定性更好,结构不易破坏。2.利用Native-PAGE电泳、荧光光谱和红外光谱方法对热处理溶液中的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的分子结构进行分析,运用ELISA检测其相应的免疫活性变化。Native-PAGE电泳结果显示随温度升高天然结构大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白减少同时聚集体增加,表明随温度升高疏水基团暴露增加分子聚集;荧光光谱结果同样检测到加热引起的疏水环境升高引起的热聚集。红外光谱酰胺Ⅰ带的去卷积峰位向低波数位移,表明加热处理引起的氢键作用变强,这对消化吸收是不利的。ELISA结果显示大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的β-折叠与免疫活性呈显著正相关(r=0.897,r=0.886),而无规卷曲与免疫活性呈显著负相关(r=-0.937,r=-0.714),表明热变性引起的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白构象变化显著影响其免疫活性的变化。3.采用TNBS、ELISA、Tricine-SDS-PAGE和SDS-PAGE检测不同蛋白酶酶解大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白产物的水解度、免疫活性和分子量变化,运用扫描电镜、差式量热扫描和红外光谱等技术分析蛋白酶解产物的结构变化。Tricine-SDS-PAGE结果显示大豆球蛋白酶解后的亚基含量变化,表明酸性亚基比碱性亚基更容易水解,SDS-PAGE结果显示酶解后β-伴大豆球蛋白的β-亚基最难降解;大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白的水解度与其相应的免疫活性呈极显著负相关(P0.0001),线性回归结果表明可以通过水解度预测蛋白质的免疫活性变化;扫描电镜显示大豆球蛋白与β-伴大豆球蛋白酶解产物原有的聚集结构消失和疏松程度增多,这是对消化有意义的变化;胃蛋白酶、黑曲霉酸性蛋白酶和枯草杆菌蛋白酶120min酶解大豆球蛋白产物的二级结构中β-折叠显著降低(P0.05),表明分子由有序结构变得无序;三种蛋白酶对β-伴大豆球蛋白酶解产物β-折叠均呈现升高变化,这意味着不利于进一步酶解。4.利用红外光谱分析六种不同大豆蛋白的结构特征,采用胃蛋白酶和胰蛋白酶两步消化法测定不同大豆蛋白的体外消化率。对不同大豆蛋白红外光谱数据进行主成分分析和聚类分析,不同大豆蛋白红外光谱的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的峰面积、拟合二级结构α-螺旋和β-折叠、酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅱ带峰面积比值结果呈显著差异(P0.05),表明红外光谱结构数据可以有效区分不同大豆蛋白。斯皮尔曼相关分析显示酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅱ带峰高比值和体外消化率呈显著负相关(P0.01),酰胺Ⅰ带与酰胺Ⅱ带峰面积比值和体外消化率呈显著负相关(P0.01);二级结构β-折叠与体外消化率呈显著负相关(P0.05);表明不同大豆蛋白的结构特征显著影响蛋白质的消化,中红外光谱产生的结构特征数据与大豆蛋白的营养成分和消化性的关系可以直接反映蛋白质的营养价值与消化利用价值。总之,基于中红外光谱的实验数据没有破坏饲料或纯蛋白质内在结构如α-螺旋、β-折叠、无规卷曲和β-转角的比例和平衡,这些蛋白质的结构特征影响着蛋白质的营养品质和动物的消化利用。红外光谱数据显示了不同饲料蛋白原料真实的内在结构特征,为分析蛋白质的结构变化提供了科学依据,在饲料蛋白检测应用中具有广阔的发展前景。
【关键词】：大豆球蛋白 β-伴大豆球蛋白 红外光谱 分子结构 营养价值
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S816.4
【目录】：

• 缩略词表2-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-43
• 1.1 研究的目的和意义14-15
• 1.2 大豆蛋白的结构与功能的关系15-27
• 1.2.1 蛋白质结构的理论基础15-16
• 1.2.2 大豆蛋白的分子结构16-24
• 1.2.3 蛋白质的功能特性24-27
• 1.3 大豆蛋白的营养价值与抗营养作用27-31
• 1.3.1 理想蛋白质与理想氨基酸模式27-28
• 1.3.2 大豆蛋白的营养价值28-29
• 1.3.3 大豆蛋白的抗营养作用29-31
• 1.4 大豆蛋白的加工处理31-36
• 1.4.1 大豆蛋白的热处理脱敏31-32
• 1.4.2 热处理大豆蛋白的构象变化32-34
• 1.4.3 大豆蛋白的酶法改性34-36
• 1.5 新技术在饲料蛋白加工中的应用及进展36-40
• 1.5.1 红外光谱的基本原理及其应用36-38
• 1.5.2 红外光谱在蛋白质结构研究中的应用38
• 1.5.3 饲料养分体内与体外消化的研究进展38-40
• 1.6 研究内容与方法40-43
• 1.6.1 研究内容40-41
• 1.6.2 技术路线41-43
• 第二章 热变性Glycinin和 β-Conglycinin分子结构与形貌特征分析43-60
• 2.1 前言43-44
• 2.2 材料与设备44
• 2.2.1 试剂44
• 2.2.2 仪器44
• 2.3 实验方法44-47
• 2.4 结果与分析47-58
• 2.4.1 SDS-PAGE和Native-PAGE电泳分析47-48
• 2.4.2 大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的DSC分析48-50
• 2.4.3 热变性大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白微观结构的扫描电镜分析50-51
• 2.4.4 热变性大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的FTIR光谱分析51-56
• 2.4.5 热变性大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的二级结构分析56-58
• 2.5 讨论58-60
• 2.6 小结60
• 第三章 Glycinin和 β-Conglycinin热稳定性与免疫活性关系的研究60-79
• 3.1 前言60-61
• 3.2 材料与设备61
• 3.2.1 试剂61
• 3.2.2 仪器61
• 3.3 实验方法61-65
• 3.4 结果与分析65-77
• 3.4.1 大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的DSC分析65
• 3.4.2 SDS-PAGE和Native-PAGE电泳分析65-67
• 3.4.3 热处理大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的浊度与溶解度分析67-68
• 3.4.4 热处理大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的荧光光谱分析68-69
• 3.4.5 热处理大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白的FTIR光谱分析69-74
• 3.4.6 热处理对大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白免疫活性的影响74-76
• 3.4.7 热处理大豆球蛋白和 β-伴大豆球蛋白结构与免疫活性的相关分析76-77
• 3.5 讨论77-78
• 3.6 小结78-79
• 第四章 β-Conglycinin酶解产物结构特征和免疫活性的研究79-96
• 4.1 前言79-80
• 4.2 材料与设备80
• 4.2.1 试剂80
• 4.2.2 仪器80
• 4.3 实验方法80-82
• 4.4 结果与分析82-94
• 4.4.1 β-伴大豆球蛋白酶解产物的SDS-PAGE电泳分析82-83
• 4.4.2 不同酶解时间的 β-伴大豆球蛋白的水解度分析83-84
• 4.4.3 不同蛋白酶酶解 β-伴大豆球蛋白的免疫活性分析84-86
• 4.4.4 β-伴大豆球蛋白酶解物的水解度和免疫活性的相关分析和线性回归86-87
• 4.4.5 β-伴大豆球蛋白酶解产物的DSC分析87-89
• 4.4.6 酶解 β-伴大豆球蛋白微观结构的扫描电镜分析89-91
• 4.4.7 β-伴大豆球蛋白酶解产物的FTIR光谱分析91-92
• 4.4.8 β-伴大豆球蛋白酶解产物的二级结构分析92-94
• 4.5 讨论94-95
• 4.6 小结95-96
• 第五章 glycinin酶解产物的结构特征和免疫活性的研究96-112
• 5.1 前言96-97
• 5.2 材料与设备97
• 5.2.1 试剂97
• 5.2.2 仪器97
• 5.3 实验方法97-98
• 5.4 结果与分析98-111
• 5.4.1 大豆球蛋白酶解产物的Tricine-SDS-PAGE电泳分析98-99
• 5.4.2 不同酶解时间的大豆球蛋白的水解度分析99-100
• 5.4.3 不同蛋白酶酶解大豆球蛋白的免疫活性分析100-102
• 5.4.4 不同蛋白酶酶解大豆球蛋白的水解度和免疫活性的相关分析102-103
• 5.4.5 大豆球蛋白酶解物的DSC分析103-106
• 5.4.6 酶解大豆球蛋白微观结构的扫描电镜分析106-107
• 5.4.7 大豆球蛋白酶解产物的FTIR光谱分析107-108
• 5.4.8 大豆球蛋白酶解产物的二级结构分析108-111
• 5.5 讨论111-112
• 5.6 小结112
• 第六章 不同加工大豆蛋白的结构特征与体外消化率关系的研究112-129
• 6.1 前言112-113
• 6.2 材料与设备113-114
• 6.2.1 试剂113
• 6.2.2 仪器113-114
• 6.3 实验方法114-115
• 6.4 结果与分析115-127
• 6.4.1 不同大豆蛋白产品的红外光谱分析115-118
• 6.4.2 不同大豆蛋白产品的聚类分析118-119
• 6.4.3 不同大豆蛋白产品的主成分分析119-120
• 6.4.4 主成分分析模型的载荷因子分析120-121
• 6.4.5 不同大豆蛋白产品的酰胺Ⅰ带、酰胺Ⅱ带与体外消化率的相关分析121-123
• 6.4.6 不同大豆蛋白产品的二级结构分析123-125
• 6.4.7 不同大豆蛋白产品的二级结构与体外消化率的相关分析125-127
• 6.5 讨论127-128
• 6.6 小结128-129
• 结论与创新129-131
• 参考文献131-145
• 个人简历145-146
• 致谢146

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