蛋白质动态超高压微射流改性研究及机理初探

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高压处理技术被认为是新的食品加工与保藏技术中最有潜力和发展前途的一种物理改性技术。在动态超高压微射流均质的过程中,物料受到强烈剪切、高速撞击、剧烈震荡、压力瞬间释放等动力作用,可能会导致生物大分子结构的变化,尤其是蛋白质。针对国内外用超高压微射流技术对蛋白质进行改性的研究少、功能性质变化研究深度不够的现状,本论文以大豆分离蛋白、花生蛋白、蛋清蛋白为研究对象,研究动态超高压微射流技术对蛋白进行改性后功能性质的变化规律,初步探讨了蛋白质动态超高压微射流技术改性的机理,并对蛋白经过动态超高压微射流改性后的产物进行了安全性评价。本论文为蛋白改性和动态超高压微射流技术的应用提供了一条新途径,为蛋白质资源的综合利用提供一种新方法。本论文的实验和研究结果如下:1.蛋白经过动态超高压微射流均质后平均颗粒大小有较大的变化:大豆分离蛋白、花生蛋白、蛋清蛋白经过动态超高压微射流均质后平均颗粒尺寸显著减小。大豆分离蛋白在140MPa达到最低为167.2nm,花生蛋白在140MPa达到最低为281.8nm,蛋清蛋白在160MPa达到最低为229.0nm。2.蛋白经过动态超高压微射流均质后功能性基团的变化如下:大豆分离蛋白巯基含量随着压力的升高而升高,在100MPa稍下降后,持续上升至160MPa,花生分离蛋白溶液经过动态超高压微射流处理后,巯基含量随着压力的升高而降低,蛋清蛋白经过动态超高压微射流处理后,巯基含量随着压力的升高而降低,在120MPa又有升高,并且持续上升至160MPa;大豆蛋白、蛋清蛋白疏水基团的含量在100MPa时最高,花生蛋白疏水基团的含量随着处理压力的增大而增大;大豆分离蛋白和蛋清蛋白的紫外吸收都是在80MPa时最高;经过处理后大豆蛋白、蛋清蛋白的DSC曲线波峰均向右偏移。3.不同浓度的蛋白经过动态超高压微射流均质后功能性质变化如下:大豆分离蛋白和花生蛋白的变化相同,低浓度蛋白溶解性的提高更为显著,较高浓度(4%、6%、8%)的蛋白经过动态超高压均质后乳化性均降低了,较高浓度的大豆分离蛋白起泡性会优于较低浓度的起泡性,粘度随着大豆分离蛋白浓度的增大而增大;蛋清蛋白的溶解性随着浓度的增大而增大,2%、4%蛋清蛋白经过动态超高压均质后乳化性会增大,6%、8%的蛋清蛋白溶液的乳化性会降低,6%、8%的起泡性会优于4%的起泡性,不同浓度的蛋清蛋白的流变特性不同。4.不同温度的蛋白经过动态超高压微射流均质后功能性质变化如下:较低温度有利于大豆分离蛋白溶解性的改善,温度对大豆分离蛋白其他功能性质影响不大;温度对花生蛋白的功能性质影响不大;温度会引起蛋清蛋白流变特性发生变化,对其他的功能性质影响不大。5.蛋白经过动态超高压微射流不同均质压力后功能性质变化如下:随着压力的增大,动态超高压微射流处理能使大豆分离蛋白、花生蛋白的溶解性、起泡性、凝胶性、流变性得到改善;随着压力的增大,动态超高压微射流处理对蛋清蛋白的溶解性没有什么影响,而起泡性、凝胶性、流变性得到了改善。6.蛋白经过动态超高压微射流不同均质次数后功能性质变化如下:动态超高压微射流均质次数会使大豆分离蛋白溶解性、乳化性和乳化稳定性降低,起泡性略微改善,但是会获得好的起泡稳定性,同时也会获得更好的流变特性;动态超高压均质次数对花生蛋白的溶解度、乳化性和乳化稳定性、起泡性和起泡稳定性影响不大,会获得更好的流变特性;动态超高压微射流均质次数能使蛋清蛋白溶解度增强,乳化性和乳化稳定性降低,会使起泡性略微改善,而蛋清蛋白的流变特性发生了改变,流变特性发生变化。7.蛋白经过动态超高压微射流均质后二级结构的变化如下:园二色谱的结果表明,大豆分离蛋白中的7S球蛋白受动态超高压微射流的影响比较大,7S球蛋白的α-螺旋比例在经过普通均质后有了提高,β-折叠比例有所下降。动态超高压微射流对11S球蛋白的结构影响不大;红外光谱的结果表明,N-H伸缩振动峰往低波数迁移,说明动态超高压均质对大豆分离蛋白的氢键影响较大,酰胺基吸收峰往高波数迁移,说明β-折叠的减少,不同的均质压力对蛋白的二级结构影响程度不一样。8.动态超高压微射流影响大豆分离蛋白功能性质的机理初探:溶解度的改善可能是由于动态超高压微射流均质使凝聚的球状的大豆分离蛋白逐渐解缔和伸展,蛋白质的水化作用增强;乳化性的影响可能由于动态超高压微射流均质破坏了蛋白质分子内部的疏水相互作用,产生和暴露了更多的疏水性区域,增强了蛋白的表面疏水性,乳化性增强,压力升高到100MPa以上,蛋白质分子的聚集,疏水性的下降,乳化性随之下降;起泡性改善的原因可能是由于动态超高压微射流能使大豆分离蛋白溶解性提高,且使更多的疏水区域暴露了出来;流变性改变的机理可能是由于动态超高压微射流使原来聚集体中存在的弱结合的键断裂了,使蛋白质聚集体解聚,摩擦阻力减小,出现剪切稀化的现象,且流体趋近于牛顿流体;凝胶性的改善可能是由于大豆分离蛋白颗粒的尺寸大大减小,疏水基团的暴露,蛋白质构象的变化,都有利于凝胶网络的形成;成膜性的改善可能是由于动态超高压微射流均质使更多的疏水键打开,蛋白质分子的结合点会增强,相互作用也增强了。9.蛋白经过动态超高压微射流均质后产物的安全性评测如下:经过动态超高压微射流均质处理后的大豆分离蛋白、花生蛋白、蛋清蛋白不影响小鼠的正常生长,没有毒副作用。
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