Loading [MathJax]/jax/output/SVG/jax.js
  • EI
  • Scopus
  • 中国科技期刊卓越行动计划项目资助期刊
  • 北大核心期刊
  • DOAJ
  • EBSCO
  • 中国核心学术期刊RCCSE A+
  • 中国精品科技期刊
  • JST China
  • FSTA
  • 中国农林核心期刊
  • 中国科技核心期刊CSTPCD
  • CA
  • WJCI
  • 食品科学与工程领域高质量科技期刊分级目录第一方阵T1
中国精品科技期刊2020

糖基化改性制备核桃分离蛋白-菊粉共轭物及其性质分析

陈宇, 曹诗诺, 沈乙杰, 李畅, 杜建, 王丰俊

陈宇,曹诗诺,沈乙杰,等. 糖基化改性制备核桃分离蛋白-菊粉共轭物及其性质分析[J]. 食品工业科技,2023,44(18):268−275. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110144.
引用本文: 陈宇,曹诗诺,沈乙杰,等. 糖基化改性制备核桃分离蛋白-菊粉共轭物及其性质分析[J]. 食品工业科技,2023,44(18):268−275. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110144.
CHEN Yu, CAO Shinuo, SHEN Yijie, et al. Preparation of Glycosylated Walnut Protein Isolate-Inulin Conjugate and Analysis of Its Properties[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(18): 268−275. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110144.
Citation: CHEN Yu, CAO Shinuo, SHEN Yijie, et al. Preparation of Glycosylated Walnut Protein Isolate-Inulin Conjugate and Analysis of Its Properties[J]. Science and Technology of Food Industry, 2023, 44(18): 268−275. (in Chinese with English abstract). doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2022110144.

糖基化改性制备核桃分离蛋白-菊粉共轭物及其性质分析

基金项目: 新疆维吾尔自治区重大科技项目(2022A02009-4);北京林业大学科技创新项目(BFUKF202212)。
详细信息
    作者简介:

    陈宇(1997−),女,硕士研究生,研究方向:植物蛋白结构与性质,E-mail:chenyuyuu2016@163.com

    通讯作者:

    王丰俊(1975−),男,博士,教授,研究方向:植物蛋白、油脂加工利用,E-mail:wangfengjun@bjfu.edu.cn

  • 中图分类号: TS201.2

Preparation of Glycosylated Walnut Protein Isolate-Inulin Conjugate and Analysis of Its Properties

  • 摘要: 为提高核桃蛋白溶解性,对核桃蛋白进行糖基化改性,通过单因素及响应面试验优化核桃分离蛋白-菊粉共轭物的制备工艺,测定核桃分离蛋白-菊粉共轭物的红外光谱、内源荧光光谱、溶解度、乳化特性等结构特性及功能性质。结果表明:当反应温度为89 ℃、反应时间为75 min、蛋白与糖质量比为1:2时,核桃分离蛋白-菊粉共轭物可达到最大溶解度83%,比核桃分离蛋白的溶解度提高了47%。傅里叶红外光谱、扫描电镜分析结果表明,核桃分离蛋白与菊粉通过共价键结合,结构由散落小颗粒状变为片状。功能性结果显示,与核桃分离蛋白相比,核桃分离蛋白-菊粉共轭物起泡性、泡沫稳定性分别提高了49%和23%,乳化性指数增加了17%。说明糖基化改性能够改善产物的结构及性质,本研究为核桃分离蛋白的加工利用提供新的方法途径,拓宽了核桃蛋白加工利用的领域。
    Abstract: To improve the solubility of the walnut protein, it was modified through glycosylation. The preparation process of the walnut protein isolate-inulin conjugate was optimized by single-factor and response surface tests. To determine the structural and functional properties of walnut isolated proteins-inulin conjugate, infrared spectra, endogenous fluorescence spectra, solubility and emulsification properties were studied. Results showed that when the reaction temperature was 89 ℃, the reaction time was 75 min, the mass ratio of protein to sugar was 1:2, and the walnut protein isolate-inulin conjugate could reach a maximum solubility of 83%, which was 47% higher than that of walnut isolated protein. Fourier infrared spectroscopy and fluorescence spectroscopy analyses showed that the walnut isolated protein and inulin were joined by covalent bonding, that their shape changed from scattered small granular particles into a sheet structure, and that their fluorescence intensity remarkably reduced. Compared with walnut isolate protein, the foamability and foam stability of walnut protein isolate-inulin conjugate increased by 49% and 23%, respectively, and the emulsification index increased by 17%. These results indicate that protein modification through glycosylation improved the structure and properties of the products. This paper would provide a new method for the processing and utilisation of walnut isolate protein and broadening the field of walnut protein processing and utilization.
  • 核桃是我国主要农产品之一,2020年我国核桃产量达到479.59万吨,居世界首位[1]。核桃分离蛋白(walnut protein isolate,WPI)是制备核桃油脂的副产物,但因为其溶解性较低,通常被用做生产经济价值较低的饲料、肥料和其他材料,应用非常有限[2],但是核桃分离蛋白营养价值高,具有巨大发展潜力[3]

    为了提高WPI的溶解度,改善蛋白质的结构和功能特性,增加其加工利用度,需要对WPI进行改性处理。常见的物理改性方法效果不明显,酶解改性利用不同类型的酶使蛋白质适度、精准水解,虽然酶法改性反应条件温和、副反应较少,但是酶法反应条件苛刻,生物酶价格较高导致经济成本较高,另外会产生令人不愉快的风味物质。化学改性操作简单效果明显,但可能会因为化学物质的添加产生新的安全问题[4],而糖基化改性不同于一般的化学改性,该反应在控制糖蛋白比例、加热温度、湿度以及反应时间等条件下即可进行,不需要添加额外的化学试剂,反应过程温和,安全性高[5-6]。糖基化主要是还原糖链上的羰基与蛋白分子上的氨基发生羰氨缩合,形成较为稳定的蛋白质-糖共轭物。糖基化改性后的蛋白质结合了天然蛋白大分子特性及多糖的亲水特性,功能特性得到明显改善[7-8]。研究表明糖基化改性可使花生蛋白[9]、豌豆蛋白[10]、苦杏仁蛋白[11]、小麦蛋白[12]、大豆蛋白[13]等蛋白质的功能特性和营养性均得到明显的改善。但目前对糖基化改性WPI的研究较少。

    本研究以WPI为主要原料,选用具有调节肠道微生态、降血糖、降血脂等功能的菊粉[14],用糖基化改性的方法研究蛋白与糖质量比、反应温度、反应时间对WPI溶解度的影响,通过单因素实验与响应面优化实验确定最优的核桃分离蛋白-菊粉共轭物,即菊粉改性蛋白(Inulin modified protein,IMP)的制备工艺,对糖基化改性蛋白的结构特性及功能特性进行研究,以期获得高溶解的核桃蛋白,提高WPI的利用率,为WPI的精深加工利用提供有力支撑。

    核桃分离蛋白(87%) 实验室前期实验制备[15];菊粉 食品级,上海鑫泰实业有限公司;邻苯二甲醛、考马斯亮蓝G-250、20%十二烷基硫酸钠溶剂钠、牛血清蛋白 分析纯,北京蓝弋科技有限公司;β-巯基乙醇 分析纯,北京津同乐泰化工产品有限公司;其他试剂 均为分析纯。

    LGJ-12型真空冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司;524G型磁力搅拌器 上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司;GL20G-II型冷冻离心机 上海安亭仪器有限公司;L6型紫外可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司;FM-200A型高剪切分散乳化机 上海弗鲁克科发展有限公司;VERTEX70型傅里叶红外光谱仪 德国Bruker公司;GeminiSEM 300型扫描电子显微镜 德国蔡司公司;FLS1000型荧光分光光度计 英国爱丁堡仪器公司。

    称取0.5 g WPI溶于50 mL离子水中,于25 ℃室温下搅拌1 h,以不同比例加入一定量的菊粉混合均匀后,使用恒温磁力搅拌器,在不同的时间、温度条件下,反应结束后立即用冰浴处理,使其快速冷却至室温,使用高速冷冻离心机设置转速8000 r/min,离心时间10 min,将上清液于−4 ℃条件下置于食品级双层透析袋中(60 mm×70 mm×0.22 mm)透析24 h后冷冻干燥制得IMP。同时以未处理的WPI和相同条件下只加热处理的核桃分离蛋白(Heat treated walnut protein isolate,H-WPI)为对照。

    准确称取0.5 g WPI溶于50 mL去离子水中,在反应时间60 min、pH7.0、WPI与菊粉质量比1:1的条件下,以溶解度为指标,考察反应温度在50、60、70、80、90、100 ℃条件下对IMP溶解度的影响。

    准确称取0.5 g WPI溶于50 mL去离子水中,在反应温度90 ℃、pH7.0、WPI与菊粉质量比1:1的条件下,以溶解度为指标,考察反应时间在20、40、60、80、100、120 min条件下对IMP溶解度的影响。

    准确称取0.5 g WPI溶于50 mL去离子水中,在反应时间60 min、反应温度90 ℃、pH7.0的条件下,以溶解度为指标,考察WPI与菊粉质量比为3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4条件下对IMP溶解度的影响。

    响应面试验因素与水平见表1

    表  1  响应面试验因素与水平设计
    Table  1.  Response surface test factor level table
    水平因素
    A:反应温度(min)B:反应时间(min)C:WPI与菊粉质量比
    −180601:1
    090801:2
    11001001:3
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    按照Jiang等[16]改进的OPA试剂法测定,根据公式(1)计算。

    DG(%)=A0A1A0×100 (1)

    式中:A0为反应前样品吸光度;A1为反应后样品吸光度。

    取适量IMP样品溶于离心管中,使用高速冷冻离心机设置转速8000 r/min离心时间10 min除去不溶物,设定波长为420 nm,测定上清液的吸光度,以蒸馏水做空白对照。以此表示体系的褐变程度。

    取适量样品直接粘到导电胶上,喷淋金45 s,喷金为10 mA。通过ZEISS Gemini SEM 300扫描电子显微镜对镀金试样进行分析。在电子加速电压为3 kV、放大倍数为3000×时对样品进行观察,并拍摄图像。

    取1 mg样品与100 mg 干燥后的KBr混合后研磨,放入压片机上压成透明薄片,通过VERTEX 70红外光谱仪进行测定,扫描波长4000~400 cm−1,扫描次数为32次,分辨率为4 cm−1

    用10 mmol/L的pH7的磷酸盐缓冲溶液溶解样品,制备成浓度为0.1 mg/mL的溶液。使用FLS1000荧光分光光度计扫描样品。激发波长290 nm,扫描范围300~400 nm,狭缝宽5 nm,扫描速度200 nm/min,扫描间隔20 ms,反应时间0.1 s。

    采用牛血清蛋白配制标准蛋白溶液,绘制标准曲线为y=7.34x+0.1536,R²=0.9995。根据Horax等[17]的方法稍作改动,准确称取0.1 g冻干后的样品分散于10 mL去离子水中,在磁力搅拌器上搅拌均匀,用盐酸溶液或氢氧化钠溶液调节溶液pH,使用高速冷冻离心机设置转速8000 r/min离心10 min,收集上清液;取1 mL上清液和5 mL考马斯G-250染液于试管中,振荡混匀,避光放置3 min后,在波长595 nm处测定吸光度。以同体积去离子水作为对照。按照公式(2)计算溶解度。

    (%)=m1m0×100 (2)

    式中:m0为样品中蛋白质含量,mg/g;m1为上清液中蛋白质含量,mg/g。

    参考金凤[15]的测定方法,记录溶液和泡沫的总体积V1,将溶液静置30 min后,再次读取量筒内液体和泡沫的总体积V2。按照公式(3)、(4)计算FC和FS。

    FC(%)=V13030×100 (3)
    FS(%)=V230V130×100 (4)

    准确称取0.30 g WPI溶于30 mL去离子水中,混合均匀后,参考金凤[15]的方法进行测定,按照公式(5)、(6)计算EAI和ESI。

    EAI(m2/g)=2×2.303×A0×DFc×Φ×(1θ)×10000 (5)
    ESI(min)=A0A0A10×10 (6)

    式中:DF为稀释因子(100);c为样品的浓度(g/mL);Φ为光路(1 cm);θ为油相在乳液的分散系数(0.25);A0是样品在0 min的吸光值;A10是样品在10 min的吸光值。

    通过Design Expert 8.0.6分析实验数据;采用Origin 8.0软件作图。使用SPSS 20.0软件进行方差分析,显著性差异的分析选择Duncan法多重比较,结果表示为平均值±标准差,P<0.05为显著性差异。实验均重复3次,结果用平均值±标准误差表示。

    图1a所示,随着反应温度的升高,IMP的溶解度先上升后趋于平缓,在温度为90 ℃时达到最大溶解度82.00%。有研究表明,适度的热处理有利于蛋白质和多糖的相互结合,对WPI的溶解性起到促进作用。但是当加热温度过高或加热时间过长有可能会使蛋白质分子内部的疏水基团暴露,结构疏水性增强,溶解度降低[18]。此外,温度过高使WPI发生变性、聚集和沉淀,结合水的能力降低。因此,选择温度80~100 ℃进行响应面试验。

    图  1  反应条件对IMP溶解度的影响
    注:折线上方不同字母表示不同处理条件下差异显著(P<0.05)。
    Figure  1.  Effect of reaction conditions on the solubility of IMP

    图1b可知,随着反应时间的延长,IMP的溶解度总体呈现先增加后降低的趋势,在反应时间为80 min时溶解度达到最高值81.00%。随着反应时间的继续增加,原本断裂的肽键重新聚合,蛋白的疏水基团变多,不溶于水的大分子聚合物增多,从而导致溶解度下降[19]。因此,选择反应时间为60~100 min进行响应面试验。

    图1c可知,随着菊粉占比增加,IMP的溶解度先上升后降低,这是由于随着菊粉浓度的不断提高,多糖提供的反应位点逐渐变多,蛋白与多糖碰撞结合的可能性逐渐变大,在WPI与菊粉质量比为1:2时,溶解度达到最大值79.00%。菊粉比例增加过多时,溶液黏度不断增强,反而不利于糖基化反应的发生,这与王棋等[20]的研究结果一致。因此,选择WPI与菊粉质量比为1:1、1:2、1:3进行响应面试验。

    利用Design-Expert 8.0软件的中心组合设计,以A、B、C为响应变量,IMP溶解度为响应值,开展响应面试验,试验结果和回归分析分别见表2表3。得到回归方程为:

    表  2  响应面试验方案及结果
    Table  2.  Design of response surface test scheme and results
    实验号ABCY:溶解度(%)
    100083.41±0.65
    200082.91±0.78
    310−171.83±0.32
    401168.32±0.45
    501−176.08±0.61
    6−1−1077.27±0.23
    7−10169.89±0.56
    8−11079.12±0.43
    90−1−169.87±0.28
    100−1165.01±0.45
    1100084.68±0.34
    1200084.11±0.36
    13−10−173.89±0.27
    141−1070.98±0.45
    1500084.71±0.33
    1611081.21±0.32
    1710164.16±0.51
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格
    表  3  响应面回归方程方差分析结果
    Table  3.  Results of variance analysis of response surface regression equation
    方差平方和自由度均方FP显著性
    模型793.76988.2122.22<0.0001**
    A17.97117.9724.90.0016**
    B58.32158.3280.82<0.0001**
    C73.75173.75102.2<0.0001**
    AB17.56117.5624.330.0017**
    AC3.3713.374.670.0676
    BC2.112.12.910.1316
    A247.2147.265.41<0.0001**
    B250.72150.7270.29<0.0001**
    C2479.661479.66664.69<0.0001**
    残差5.0570.72
    失拟性2.5430.851.350.3767
    纯误差2.5140.63
    总差798.8116
    注:**、*分别表示在1%、5%统计水平上显著。
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    Y=83.96−1.50A+2.70B−3.04C+2.09AB−0.92AC−0.73BC−3.35A2−3.47B2−10.67C2

    表3可知,该模型P<0.0001,R2=0.9736,失拟项不显著(P>0.05),说明该模型的显著性较高,方程的可行性较好,该模型可用来预测制备IMP的最优条件。根据表3可知,各因素对IMP溶解度影响的大小顺序为C>B>A,模型中一次项A、B、C对IMP溶解度的影响达到极显著水平(P<0.01)。

    图2可知,在因素较低水平条件下响应值随着每个因素的增大而增大,当响应值增大到极值后,又逐渐减小。溶解度与AB、AC、BC等高线均为椭圆形,AB的交互作用图椭圆形更明显、曲面最陡,在两两因素的交互作用对溶解度大小的影响中,PAB=0.0017<0.01,即AB对IMP溶解度的交互作用影响有极显著影响。利用Design-Expert 8.0软件对反应条件进行优化组合,得到最佳工艺参数:反应温度88.73 ℃、反应时间75.09 min、蛋白与糖质量比1:2.08,在此条件下菊粉修饰WPI制备IMP的溶解度为83.00%。考虑到实际实验条件,最终调整工艺参数:蛋白与糖质量比1:2、反应温度89 ℃、反应时间75 min。实验进行3次取平均值,得到的溶解度为83.00%±0.37%,与模型相符,说明通过响应面优化IMP的制备条件是可行的,所得优化工艺条件可靠。

    图  2  影响IMP溶解度的各个因素之间的交互作用图
    注:图(a)为反应时间和反应温度交互作用对IMP溶解度的影响;图(b)为反应温度和蛋白与糖质量比交互作用对IMP溶解度的影响;图(c)为反应时间和蛋白与糖质量比交互作用对IMP溶解度的影响。
    Figure  2.  Interaction between factors affecting the solubility of modified protein of inulin

    接枝度和褐变度可以用来判断糖基化反应发生的程度。由表4可知,经工艺优化后IMP的接枝度为41.73%,IMP的褐变度为0.29。说明WPI与菊粉发生的糖基化反应较为充分。同时糖基化反应伴随着褐色产物的产生,但褐变程度低,糖基化反应生成的高级产物较少。反应结果与Zhang等[21]的研究结果相似。

    表  4  IMP的接枝度与褐变程度
    Table  4.  Grafting degree and browning degree of IMP
    样品接枝度(%)褐变(A420
    IMP41.73±0.890.29±0.76
    下载: 导出CSV 
    | 显示表格

    图3可以看出,相同放大倍数下,WPI呈大小不一的散落小颗粒状堆积结构或块状结构,H-WPI呈现破碎的细小片状结构,出现大量不规则碎片,这主要是因为原来包埋在WPI内部的疏水基团外露,表面疏水性增加,蛋白质分子间会发生聚集反应,形成热聚集体,从而导致表面结构的变化[22]。IMP的结构变得更加规整,呈更大更厚的片状结构。推测原因为WPI与菊粉通过共价键结合形成大分子的共轭物,表面疏水性降低,亲水的糖链和疏水的蛋白质部分整齐排列,发生大量的结合聚集现象,因此接枝物呈大块状,本实验结果与张桢玉[23]的研究结果相似。

    图  3  不同改性方法对WPI微观结构的影响
    Figure  3.  Effect of different modification methods on the microstructure of walnut protein

    图4可知,在3700~3200 cm−1波数范围内IMP相比于WPI透过率下降,光谱强度明显增强,表明糖分子与蛋白以共价键形式结合,-OH的数量增多,游离-OH的伸缩振动引起透过率的下降[24]。在1600~1700 cm−1波数范围内,H-WPI、IMP都发生了明显的振动(主要是由C=O伸缩振动),说明加热处理和糖基化改性处理都使WPI的二级结构发生了变化[25]。从图中可以看出在1050 cm−1波数附近IMP的透过率下降,吸收峰光谱强度明显增强,是糖环存在的典型特征,这与李灵诚[26]的研究结果一致,表明菊粉与WPI通过共价键结合,生成了糖环,发生了糖基化反应,因此导致蛋白分子侧链振动。

    图  4  不同改性方法对WPI二级结构的影响
    Figure  4.  Effect of different modification methods on the secondary structure of walnut proteins

    蛋白与糖发生糖基化反应会生成有色物质,而荧光物质是有色物质的前体物,在290 nm的荧光激发波长下,以色氨酸为发射基团的荧光光谱可以准确地描述蛋白结构的改变以及氨基酸的损失[27]。由图5可以看出,在320 nm处WPI与荧光反应最剧烈,H-WPI、IMP的内源荧光光谱都低于WPI,这可能是由于核桃分离蛋白经过加热处理后,使蛋白质的三级结构发生了改变,导致荧光强度降低[28]。IMP的荧光光谱峰值波长出现明显的红移(2~3 nm)且IMP荧光强度减弱程度最大,这可能是因为多糖链的存在,糖分子和蛋白分子之间发生了共价结合等相互作用,蛋白表面引入羟基对荧光产生屏蔽,导致其荧光减弱程度大[29]

    图  5  不同改性方法对WPI内源荧光谱图的影响
    Figure  5.  Effect of different modification methods on the endogenous fluorescence spectra of walnut protein

    图6可知,WPI、H-WPI、IMP在酸性环境中溶解度的变化不明显,随着pH不断增加,WPI、H-WPI、IMP的溶解度都得到明显的改善,这主要是因为碱性环境下提高了蛋白质与水分子的亲和力,从而增加了溶解度。在pH 6~11环境下,IMP、H-WPI溶解度均明显高于WPI,WPI经过加热处理后使得蛋白质内部结构暴露,结构更加疏松,从而H-WPI溶解度变大。菊粉的加入使溶解度得到进一步提高,结果表明糖基化反应可以有效改善WPI的溶解度,在pH 6~10环境下效果改善最明显。

    图  6  不同改性方法对WPI溶解度的影响
    Figure  6.  Effect of different treatments on the solubility of walnut protein

    图7可知,WPI改性后的起泡性和泡沫稳定性均显著提升。IMP的起泡性明显增加,这主要是因为糖基化反应使产物溶解性提高,蛋白溶解性提高能够促使大量蛋白分子扩散至气/液界面,导致其起泡能力增加[27]。同时IMP的泡沫稳定性也得到改善,这主要是因为添加的菊粉本身具有粘性,在空气与水交界处会更容易形成薄膜从而减缓了水分的流失,增强了泡沫的稳定性[30]

    图  7  不同改性方法对WPI起泡性、泡沫稳定性的影响
    注:柱上方字母表示不同处理组间差异显著(P<0.05);图8同。
    Figure  7.  Effect of different modification methods on foamability and foam stability of walnut protein

    图8可知,H-WPI的乳化性及乳化稳定性对比WPI都得到较大程度的改善。说明加热处理可以使蛋白分子的空间结构变的松散,溶解度得到提高,较高的溶解度可促进蛋白质在乳化相中的分散和吸附[31],H-WPI的乳化稳定性略高于IMP主要原因可能是多糖的加入使界面的膜的机械强度增加,提高了粘弹性,但较H-WPI不足够支撑空间稳定。IMP的乳化特性对比WPI也得到较大程度的改善。随着菊粉的加入,蛋白与糖形成了分子量更大的共价复合物,分散在油水界面上,产生了空间位阻效应,糖基化产物不易聚集,使液滴短时间内无法快速聚集,糖链的加入也增加了蛋白膜厚度,从而增加了IMP的乳化性指数[32]。并且由于菊粉为多糖,分子量大,抑制蛋白分子聚集的能力更强,蛋白质的部分吸附能力和糖的高亲水性相结合,导致在油水界面附近形成强溶剂化层,从而使乳液油滴具有空间稳定性[33],所以乳化稳定性较WPI提高显著。

    图  8  不同改性方法对WPI乳化性、乳化稳定性的影响
    Figure  8.  Effect of different modification methods on emulsifying property and emulsion stability of walnut protein

    糖基化改性可以改变核桃分离蛋白的结构,有效改善核桃分离蛋白在溶液中的分散性,增强蛋白质与水的结合作用并改善功能特性。本研究通过响应面优化制备条件后,制备的IMP溶解度可达到83%,显著提高了核桃蛋白的溶解性。同时,通过对IMP结构特性研究发现,其红外光谱图出现明显特征峰的波动,内源荧光光谱图出现明显的红移,荧光强度明显降低,说明糖基化改性技术能够改变WPI的结构,并且使其功能特性获得改善。以上试验结果为研究糖基化改性制备核桃蛋白菊粉共轭物的结构及功能特性研究奠定了理论基础,该研究有利于拓宽WPI在食品工业应用范围,有利于核桃产业的发展。然而目前关于糖基化改性核桃分离蛋白的研究还不够深入,单糖、二糖以及其他多糖对WPI的影响尚不全面,在未来可加强不同糖对糖基化改性WPI的研究,运用超声波或者微波等方法辅助糖基化改性进行研究以期获得更高功能特性的产品,开发新型功能性食品。

  • 图  1   反应条件对IMP溶解度的影响

    注:折线上方不同字母表示不同处理条件下差异显著(P<0.05)。

    Figure  1.   Effect of reaction conditions on the solubility of IMP

    图  2   影响IMP溶解度的各个因素之间的交互作用图

    注:图(a)为反应时间和反应温度交互作用对IMP溶解度的影响;图(b)为反应温度和蛋白与糖质量比交互作用对IMP溶解度的影响;图(c)为反应时间和蛋白与糖质量比交互作用对IMP溶解度的影响。

    Figure  2.   Interaction between factors affecting the solubility of modified protein of inulin

    图  3   不同改性方法对WPI微观结构的影响

    Figure  3.   Effect of different modification methods on the microstructure of walnut protein

    图  4   不同改性方法对WPI二级结构的影响

    Figure  4.   Effect of different modification methods on the secondary structure of walnut proteins

    图  5   不同改性方法对WPI内源荧光谱图的影响

    Figure  5.   Effect of different modification methods on the endogenous fluorescence spectra of walnut protein

    图  6   不同改性方法对WPI溶解度的影响

    Figure  6.   Effect of different treatments on the solubility of walnut protein

    图  7   不同改性方法对WPI起泡性、泡沫稳定性的影响

    注:柱上方字母表示不同处理组间差异显著(P<0.05);图8同。

    Figure  7.   Effect of different modification methods on foamability and foam stability of walnut protein

    图  8   不同改性方法对WPI乳化性、乳化稳定性的影响

    Figure  8.   Effect of different modification methods on emulsifying property and emulsion stability of walnut protein

    表  1   响应面试验因素与水平设计

    Table  1   Response surface test factor level table

    水平因素
    A:反应温度(min)B:反应时间(min)C:WPI与菊粉质量比
    −180601:1
    090801:2
    11001001:3
    下载: 导出CSV

    表  2   响应面试验方案及结果

    Table  2   Design of response surface test scheme and results

    实验号ABCY:溶解度(%)
    100083.41±0.65
    200082.91±0.78
    310−171.83±0.32
    401168.32±0.45
    501−176.08±0.61
    6−1−1077.27±0.23
    7−10169.89±0.56
    8−11079.12±0.43
    90−1−169.87±0.28
    100−1165.01±0.45
    1100084.68±0.34
    1200084.11±0.36
    13−10−173.89±0.27
    141−1070.98±0.45
    1500084.71±0.33
    1611081.21±0.32
    1710164.16±0.51
    下载: 导出CSV

    表  3   响应面回归方程方差分析结果

    Table  3   Results of variance analysis of response surface regression equation

    方差平方和自由度均方FP显著性
    模型793.76988.2122.22<0.0001**
    A17.97117.9724.90.0016**
    B58.32158.3280.82<0.0001**
    C73.75173.75102.2<0.0001**
    AB17.56117.5624.330.0017**
    AC3.3713.374.670.0676
    BC2.112.12.910.1316
    A247.2147.265.41<0.0001**
    B250.72150.7270.29<0.0001**
    C2479.661479.66664.69<0.0001**
    残差5.0570.72
    失拟性2.5430.851.350.3767
    纯误差2.5140.63
    总差798.8116
    注:**、*分别表示在1%、5%统计水平上显著。
    下载: 导出CSV

    表  4   IMP的接枝度与褐变程度

    Table  4   Grafting degree and browning degree of IMP

    样品接枝度(%)褐变(A420
    IMP41.73±0.890.29±0.76
    下载: 导出CSV
  • [1] 国家林业和草原局. 中国林业和草原年鉴[M]. 北京: 中国林业出版社, 2021.

    National Forestry and Grassland Administration. China forestry and grassland yearbook[M]. Beijing: China Forestry Press, 2021: 217.

    [2] 贾晋茹, 王颖, 高爽, 等. 冷榨脱脂核桃仁的营养和蛋白质特性分析[J]. 食品工业,2020,41(9):344−348. [JIA Jinru, WANG Ying, GAO Shuang, et al. Analysis of nutrition and protein characteristics of cold-pressed degreased walnut kernel[J]. The Food Industry,2020,41(9):344−348.

    JIA Jinru, WANG Ying, GAO Shuang, et al. Analysis of nutrition and protein characteristics of cold-pressed degreased walnut kernel[J]. The Food Industry, 2020, 41(9): 344-348.

    [3] 豁银强, 刘传菊, 聂荣祖, 等. 核桃蛋白的组成、制备及特性研究进展[J]. 中国粮油学报,2020,35(12):191−197. [HUO Yinqiang, LIU Chuanju, NIE Rongzu, et al. Research progress on the composition, preparation and properties of walnut protein[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils,2020,35(12):191−197.

    HUO Yinqiang, LIU Chuanju, NIE Rongzu, et al. Research progress on the composition, preparation and properties of walnut protein [J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils, 2020, 35(12): 191-197.

    [4] 孙乾, 张爱琴, 薛雨菲, 等. 化学改性对核桃谷蛋白结构表征及功能特性的影响[J]. 食品科学,2019,40(20):87−93. [SUN Qian, ZHANG Aiqin, XUE Yufei, et al. Effect of chemical modification on structural characteristics and functional properties of walnut glutenin[J]. Food Science,2019,40(20):87−93.

    SUN Qian, ZHANG Aiqin, XUE Yufei , et al. Effect of chemical modification on structural characteristics and functional properties of walnut glutenin[J]. Food Science, 2019, 40 (20 ): 87-93.

    [5] 张玥, 薛雨菲, 李芳, 等. 糖基化修饰对核桃谷蛋白结构和功能特性的影响[J]. 食品与发酵工业,2020,46(17):60−66. [ZHANG Yue, XUE Yufei, LI Fang, et al. Effects of glycosylation on structural and functional properties of walnut gluten[J]. Food and Fermentation Industries,2020,46(17):60−66.

    ZHANG Yue, XUE Yufei, LI Fang, et al. Effects of glycosylation on structural and functional properties of walnut gluten[J]. Food and Fermentation Industries, 2020, 46(17): 60-66.

    [6]

    PIRESTANI S, NASIRPOUR A, KERAMAT J, et al. Effect of glycosylation with gum Arabic by Maillard reaction in a liquid system on the emulsifying properties of canola protein isolate[J]. Carbohydrate Polymers,2017,157:1620−1627. doi: 10.1016/j.carbpol.2016.11.044

    [7] 张园园, 王聪, 马琴, 等. 糖基化对分离乳清蛋白结构和功能特性的影响[J]. 中国食品学报,2023,23(1):54−65. [ZHANG Yuanyuan, WANG Cong, MA Qin, et al. Effects of glycosylation on the structural and functional properties of whey protein isolate[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology,2023,23(1):54−65.

    ZHANG Yuanyuan, WANG Cong, MA Qin , et al. Effects of glycosylation on the structural and functional properties of whey protein isolate[J]. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2023, 23 (01): 54-65.

    [8] 张玥. 苦杏仁谷蛋白-糖复合物的制备及多级结构与功能特性的研究[D]. 乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2021.

    ZHANG Yue . Study on the preparation, multilevel structure and functional properties of bitter apricot kernel gluten-sugar conjugates[D]. Urumqi: Xinjiang Agricultural University, 2021.

    [9] 杨伟强, 杜德红, 江晨, 等. 超声波辅助花生浓缩蛋白糖基化改性研究[J]. 食品安全质量检测学报,2020,11(3):830−840. [YANG Weiqiang, DU Dehong, JIANG Chen, et al. Evaluation of ultrasonic assisted glycosylation modification of peanut protein concentrate[J]. Journal of Food Safety & Quality,2020,11(3):830−840.

    YANG Weiqiang, DU Dehong, JIANG Chen, et al. Evaluation of ultrasonic assisted glycosylation modification of peanut protein concentrate[J]. Journal of Food Safety & Quality, 2020, 11(3): 830-840.

    [10]

    ZHAO S, HUANG Y, MCCLEMENTS D J, et al. Improving pea protein functionality by combining high-pressure homogenization with an ultrasound-assisted Maillard reaction[J]. Food Hydrocolloids,2022,126:107441. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.107441

    [11] 张玥, 李芳, 李菊梅, 等. 葡萄糖修饰苦杏仁粕谷蛋白糖基化反应条件的优化[J]. 食品研究与开发,2022,43(3):94−101. [ZHANG Yue, LI Fang, LI Jumei, et al. Optimization of conditions for glycosylation of glucose modified gluten in bitter apricot kernel meal[J]. Food Research and Development,2022,43(3):94−101.

    ZHANG Yue, LI Fang, LI Jumei, et al. Optimization of conditions for glycosylation of glucose modified gluten in bitter apricot kernel meal[J]. Food Research and Development, 2022, 43(3): 94-101.

    [12]

    ZHANG Z Y, ZHOU H M, BAI Y P. Use of glycosylated wheat protein in emulsions and its application as a fat replacer in microwave cakes[J]. Journal of Cereal Science,2021,100:103256. doi: 10.1016/j.jcs.2021.103256

    [13]

    LIU J, WAN Y, REN L, et al. Physical-chemical properties and in vitro digestibility of phosphorylated and glycosylated soy protein isolate[J]. LWT-Food Science and Technology,2021,152:112380. doi: 10.1016/j.lwt.2021.112380

    [14]

    JIANG W, ZHANG Y, MCCLEMENTS D J, et al. Impact of pea protein-inulin conjugates prepared via the Maillard reaction using a combination of ultrasound and pH-shift treatments on physical and oxidative stability of algae oil emulsions[J]. Food Research International,2022,156:111161. doi: 10.1016/j.foodres.2022.111161

    [15] 金凤. 核桃分离蛋白及其酶解产物复合多糖乳液稳定性研究[D]. 北京: 北京林业大学, 2019.

    JIN Feng, Stability of hydrolyzed walnut protein isolate emulsions complexed with polysaccharide[D]. Beijing: Beijing Forestry University, 2019.

    [16]

    JIANG W, WANG Y, MA C, et al. Pea protein isolate-inulin conjugates prepared by pH-shift treatment and ultrasonic-enhanced glycosylation: Structural and functional properties[J]. Food Chemistry,2022,384:132511. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132511

    [17]

    HORAX R, HETTIARACHCHY N, KANNAN A, et al. Protein extraction optimisation, characterisation, and functionalities of protein isolate from bitter melon (Momordica charantia) seed[J]. Food Chemistry,2011,124(2):545−550. doi: 10.1016/j.foodchem.2010.06.068

    [18] 董艳娇, 张浩, 赵城彬, 等. 响应面试验优化超声系统中玉米醇溶蛋白-葡聚糖糖基化及其性质分析[J]. 食品科学,2018,39(12):247−253. [DONG Yanjiao, ZHANG Hao, ZHAO Chengbin, et al. Response surface optimization of ultrasonic zein-dextran glycosylation and functional properties of products[J]. Food Science,2018,39(12):247−253.

    DONG Yanjiao, ZHANG Hao, ZHAO Chengbin, et al. Response surface optimization of ultrasonic zein-dextran glycosylation and functional properties of products[J]. Food Science, 2018, 39(12): 247-253.

    [19]

    WANG Y, GAN J, LI Y, et al. Conformation and emulsifying properties of deamidated wheat gluten-maltodextrin/citrus pectin conjugates and their abilities to stabilize β-carotene emulsions[J]. Food Hydrocolloids,2019,87:129−141. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.07.050

    [20] 王祺. 糖基化(果胶)改性对卵白蛋白功能特性的影响、机制初探及应用[D]. 长春: 吉林大学, 2019.

    WANG Qi. The effect of glycosylation (pectin) modification on the functional properties of ovalbumin, its mechanism and its application[D]. Changchun: Jilin University, 2019.

    [21]

    ZHANG Q, YUE W, ZHAO D, et al. Preparation and characterization of soybean protein isolate-dextran conjugate-based nanogels[J]. Food Chemistry,2022,384:132556. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132556

    [22] 尚静. 热处理及超临界脱脂对核桃蛋白结构与功能特性的影响[D]. 西安: 陕西师范大学, 2021.

    SHANG Jing. Effect of heated treatment and supercritical defatted on the structural and functional properties of walnut proteins[D]. Xi’an: Shaanxi Normal University, 2021.

    [23] 张桢玉. 大麦β-葡聚糖复合小麦蛋白脂肪替代物的制备及应用研究[D]. 无锡: 江南大学, 2021.

    ZHANG Zhenyu. Preparation and application of a fat replacer compounding barley β-glucan with wheat protein[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2021.

    [24]

    WANG C, WANG H, SUN X, et al. Heat-induced interactions between whey protein and inulin and changes in physicochemical and antioxidative properties of the complexes[J]. International Journal of Molecular Sciences,2019,20(17):4089. doi: 10.3390/ijms20174089

    [25]

    LI S, ZHANG S, LIU Y, et al. Effects of ultrasound-assisted glycosylation on the interface and foaming characteristics of ovotransferrin[J]. Ultrasonics Sonochemistry,2022,84:105958. doi: 10.1016/j.ultsonch.2022.105958

    [26] 李灵诚. 大米蛋白糖基化接枝产物的制备及理化与功能特性研究[D]. 南宁: 广西大学, 2020.

    LI Lingcheng. Study on the preparation, physicochenmical and functional properties of rice protein glycosylated graft products[D]. Nanning: Guangxi University, 2020.

    [27]

    GUO X, GUO X X, YU S, et al. Influences of the different chemical components of sugar beet pectin on the emulsifying performance of conjugates formed between sugar beet pectin and whey protein isolate[J]. Food Hydrocolloids,2018,82:1−10. doi: 10.1016/j.foodhyd.2018.03.032

    [28]

    LIU X, YANG Q, YANG M, et al. Ultrasound-assisted Maillard reaction of ovalbumin/xylose: The enhancement of functional properties and its mechanism[J]. Ultrasonics Sonochemistry,2021,73:105477. doi: 10.1016/j.ultsonch.2021.105477

    [29]

    CHEN W, LV R, WANG W, et al. Time effect on structural and functional properties of whey protein isolate-gum acacia conjugates prepared via Maillard reaction[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture,2019,99(10):4801−4807. doi: 10.1002/jsfa.9735

    [30]

    SHEN Y, LI Y. Acylation modification and/or guar gum conjugation enhanced functional properties of pea protein isolate[J]. Food Hydrocolloids,2021,117:106686. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.106686

    [31]

    ZHANG Q, WU D, LUO W, et al. Molecular structure and functional properties of glycinin conjugated to k-carrageenan and guar gum: A comparative study[J]. Food Chemistry,2022,386:132810. doi: 10.1016/j.foodchem.2022.132810

    [32]

    SETIOWATI A D, WIJAYA W, VAN DER MEEREN P. Whey protein-polysaccharide conjugates obtained via dry heat treatment to improve the heat stability of whey protein stabilized emulsions[J]. Trends in Food Science & Technology,2020,98:150−161.

    [33] 张瑶. 不同糖化方法对提高大豆分离蛋白功能性质的对比研究[D]. 哈尔滨: 东北农业大学. 2017.

    ZHANG Yao. Research on comparison of functional properties of soy protein isolate prepared by different saccharification methods[D]. Harbin: Northeast Agricultural University, 2017.

  • 期刊类型引用(3)

    1. 刘曼丽,屈佰锁,舒钰博,李伟,张天宇,裴龙英. 鹰嘴豆蛋白糖基化产物的制备及性能研究. 发酵科技通讯. 2024(03): 168-173 . 百度学术
    2. 任娟蕊,金丽娜,赵习爱,傅婧. 糖基化改性对亚麻籽蛋白理化性质的研究. 中国粮油学报. 2024(10): 118-127 . 百度学术
    3. 张斌,李聪方,杨莉,马芳,马子尧,王立杰,葛梦尧,董娟. 亚麻籽胶糖基化改性核桃蛋白及性质分析. 中国粮油学报. 2024(12): 88-96 . 百度学术

    其他类型引用(0)

图(8)  /  表(4)
计量
  • 文章访问数:  99
  • HTML全文浏览量:  19
  • PDF下载量:  11
  • 被引次数: 3
出版历程
  • 收稿日期:  2022-11-13
  • 网络出版日期:  2023-07-20
  • 刊出日期:  2023-09-07

目录

/

返回文章
返回
x 关闭 永久关闭