棉籽球蛋白热聚集行为及其凝胶特性研究

发布时间：2016-06-28 08:01

第一章 绪论

近年来，国内外科学家对棉籽蛋白的功能特性进行了大量的研究，并取得了一些成果。在国内，胡传荣[13]发现经醇法及酸法制备的棉籽浓缩蛋白功能特性较差。崔志芹[14]制备并分析了三种棉籽蛋白产品：棉籽浓缩蛋白、沉淀蛋白、溶解蛋白的功能特性，并在溶解性、乳化性、起泡性等方面与其它植物蛋白进行了对比。高海燕等[15]对棉籽球蛋白、清蛋白和谷蛋白的吸水性、吸油性、乳化性、起泡性等功能性质进行了比较研究。张汆等[16]用碱溶酸沉法制备了棉籽分离蛋白，并分析了蛋白产品的溶解性、乳化性、起泡性及流变特性。潘晶[17]在优化了碱溶酸沉法提取棉籽粕分离蛋白的基础上，对棉籽分离蛋白的功能性质进行了研究，并与大豆分离蛋白进行了对比。在国外，棉籽蛋白粉虽然很早即已应用到了食品工业中，但国外的科学家对其功能性质的研究并不广泛，也不够深入。这可以从目前所能查到的极少的文献资料中看出。Tsaliki等[18, 19]系统研究了棉籽分离蛋白的起泡性和乳化性，以及外界因素对这两个功能性质的影响。Konstantinos等[20]发明了一种简单易行的制备可食用棉籽蛋白的方法，并分析了该方法所制备蛋白的发泡能力和溶解性，发现该蛋白在极端的pH值下有很强的发泡能力，但泡沫稳定性较差；在中性条件下，发泡能力较弱，但泡沫稳定性好。该蛋白在低酸性和碱性条件下氮溶解性较高；而在pH4-7的条件下氮溶解性较低。

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第二章 棉籽分离蛋白及 7S、12S 球蛋白分离提取及理化性质研究

2.1 引言

棉籽分离蛋白的主要成分是球蛋白。研究者根据棉籽球蛋白在 pH 7.6，0.5 M 离子强度下的沉降系数不同，把棉籽球蛋白质划分为2S、7S和12S这3种组分，并且认为其中的7S和12S蛋白占较大比例（约为60%）[5-7, 148]，这在早期的研究中促进了对棉籽蛋白质构成的认识，为今后进一步的研究奠定了基础。目前，仅从棉籽分离蛋白的角度研究蛋白质的功能特性已经无法发现新的问题，而从蛋白质的组成成分，甚至亚基层面去研究蛋白质功能性质是主要的趋势。因此简便、高效的分离蛋白质组分的方法是研究蛋白质功能特性和制品的重要前提之一。随着对蛋白质研究的深入，仅靠超速离心得到的蛋白不论从纯度上还是产量上都不能满足现代实验的需要。虽然目前已有一些关于棉籽7S和12S蛋白分离纯化方法的研究[6, 149-151]，但总的来讲仍缺少有效的、具有一定制备量且具有一定纯度的、适合普通实验室的分离方法。本章的研究目的，即在前人研究的基础上，进一步优化棉籽分离蛋白的提取工艺，为早日实现棉籽分离蛋白的工业化生产提供进一步的实验依据；并找出一种即高效，又能得到纯度较高且具有一定制备量的棉籽7S和12S蛋白制备方法，为后续的研究做准备。此外，对得到的棉籽分离蛋白及其主要组分----7S和12S蛋白，进行溶解性、氨基酸组成及类型、表面电荷、等电点以及表面疏水性等物化性质的分析，为进一步的研究棉籽蛋白的聚集和凝胶性质做好铺垫。

2.2 材料与方法

Big-squid 磁力搅拌器，德国 IKA 公司；LD-750A 高速多功能性摇摆粉碎机，浙江红太阳机电有限公司；Brion 3 STAR 精密 pH 计，美国 Thermo 公司；CR22 冷冻离心机，日本 Hitachi 公司；DELTA 冷冻干燥机，德国 Christ 公司；BSA2245 电子天平，德国 Sartorious 公司；DYCZ-30 型电泳槽，北京六一仪器厂；PowerPac Basic 电泳仪，美国 Bio-Rad 公司；UV2300 紫外-可见分光光度计，上海天美公司；F7000 荧光分光光度计，日本 Hitachi 公司；Nano-ZS Zeta 电位及纳米粒度分析仪，英国 Malvern 公司；Q200 差示扫描量热仪（DSC），美国 TA 公司；835-50 氨基酸自动分析仪，日本 Htiachi公司； KTA pure 蛋白纯化系统，瑞典 GE Helthcare 公司；TW12 水浴锅，德国 Julabo公司。

第三章 棉籽蛋白凝胶特性及其影响因素的研究.....24

3.1 引言............ 24

3.2 材料与方法...... 25

3.3 实验方法...................... 25

3.4 结果与讨论............ 26

第四章 中性条件下棉籽蛋白的热聚集及其对凝胶特性的影响.............37

4.1 引言.................. 37

4.2 材料与方法...... 37

4.3 实验方法............ 38

4.4 结果与讨论....... 40

4.5 本章小结......... 53

第五章 低 pH 下棉籽蛋白的热聚集及其对凝胶特性的影响..........54

5.1 引言.......... 54

5.2 材料与方法............ 54

5.3 实验方法................ 55

第五章 低 pH 下棉籽蛋白的热聚集及其对凝胶特性的影响

5.1 引言

近年来，由于发现了纤维状聚集体在食品中所表现出的独特的功能性质，食源性蛋白质纤维化聚集也受到了广泛的关注。已有研究发现β -乳球蛋白[218-220]、乳清蛋白[221, 222]、大豆蛋白及其7S及11S组分[73, 74, 223]、芸豆蛋白[72, 78]等均可在一定条件下形成纤维结构。在食品体系中，球状蛋白的纤维化通常是在强酸环境中进行的[224]。通过调控（抑制或促进）蛋白的纤维化聚集过程，以此来改善蛋白制品功能性质[65, 225, 226]，研究者已在蛋白质纤维聚集的机理方面进行了大量的研究。纤维状结构的最大特点是拥有较大的长宽比例[215]，这一方面可使蛋白质在较低的浓度下就形成网络结构；另外，也可使得蛋白质在较低浓度下具有较高的黏性。这个优点使其成为一种良好的食品胶凝剂和增稠剂。因此到目前为止，蛋白质纤维凝胶的构建、凝胶结构的表征及其流变学特性分析仍是食品领域研究的热点之一。但目前研究较多的主要还是动物蛋白[227, 228]，关于植物蛋白的研究相对较少。由于植物蛋白凝胶的极大开发潜力，植物蛋白纤维化凝胶的研究也已提上日程。

5.2 材料与方法

TW12 水浴锅，德国 Julabo 公司；Big-squid 磁力搅拌器，德国 IKA 公司；Brion 3STAR 精密 pH 计，美国 Thermo 公司；CR22 高速冷冻离心机，日本 Hitachi 公司；DYCZ-30 型电泳槽，北京六一仪器厂；PowerPac Basic 电泳仪，美国 Bio-Rad 公司；UV2300 紫外可见分光光度计，上海天美公司；Nano-ZS Zeta 电位及纳米粒度分析仪，英国 Malvern 公司；F7000 荧光分光光度计，日本 Hitachi 公司；Agilent 1260 液相色谱仪，美国 Agilent 公司；AR-G2 旋转流变仪，美国 TA 公司；Dimension Icon 原子力显微镜，美国 Bruker 公司；MOS-450 圆二性色谱，法国 Bio-Logic 公司；YM-100 离心过滤管，美国 Millipore 公司。

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主要结论与展望

主要结论

在 pH3.0-7.0 这个范围内，蛋白质浓度 12% 是棉籽分离蛋白的最低凝胶点。蛋白浓度、pH 及盐离子浓度对棉籽分离蛋白凝胶特性有较大的影响。随着棉籽分离蛋白质浓度的增大，凝胶硬度、弹性和粘附性均呈现先增加后逐渐降低的趋势。棉籽蛋白浓度为 16%时，凝胶的硬度最大；浓度为 14%时，弹性和粘附性均达到最大值。pH3.8 时凝胶硬度和弹性达到最大，粘附性在 pH5.2 时达到最大。盐浓度对凝胶的硬度和弹性有着显著的影响，对粘附力的影响不显著。当盐浓度为 0.2 mol/L 时，棉籽分离蛋白形成凝胶的硬度和弹性均比较高。通过 pH 和盐离子和对凝胶流变性的交互影响可以看出，不论盐浓度如何变化，，低 pH 都更易形成凝胶，且其强度要大于较高 pH 下形成的凝胶。pH 值是影响棉籽蛋白凝胶微观结构的主要因素。不同 pH 的凝胶，其结构具有较大的差异。在酸性条件下（pH3.8、5.2），凝胶网络结构分布均匀且致密，在中性条件下，凝胶网络结构较为粗糙，分布均匀性下降。盐浓度对凝胶网络结构的类型没有太大的影响，但可以增强凝胶网络的刚性。

论文创新点

1、较为系统地研究了棉籽蛋白凝胶的形成条件及环境因素对其凝胶特性的影响；2、发现在 pH2.0 条件下长时间加热，棉籽 7S 球蛋白可生成纤维状聚集体，而 12S球蛋白形成无定形聚集体。

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参考文献（略）

本文编号：62642