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马铃薯分离蛋白凝胶性的研究
齐斌 朴金苗
常熟理工学院 生物与食品工程学院
3034pv 】 【发表评论
 

摘 要:以新鲜马铃薯为原料,采用等电点沉淀法制备马铃薯分离蛋白。确定马铃薯分离蛋白的最低凝胶点蛋白浓度为6%。考察蛋白质浓度、pH值、加热温度、加热时间四个单因素对凝胶形成的影响,采用物性仪对不同条件下制备的凝胶的质构特性进行研究,通过硬度、稠度、粘聚性、黏着性和脆度这五个指标对马铃薯分离蛋白的质构特性进行说明。优化结果表明不同评价指标得出的结论不尽相同。对马铃薯分离蛋白凝胶特性进行综合评价,可选用蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min制备凝胶。

关键词:马铃薯;分离蛋白;凝胶性;物性仪;质构特性

 

随着蛋白质的凝胶特性在食品中应用极为广泛,可添加到西式火腿、火腿肠等肉类制品中,赋予其良好的凝胶组织结构,增加咀嚼感,并为肉制品保持水分和脂肪提供基质[1]。由于蛋白质在加热形成凝胶过程中,使较多的水分包埋在蛋白质凝胶中,可以提高产品的持水性和肉制品的嫩度,改善制品切片性、风味等。蛋白质形成凝胶的特性是蛋白产品在食品中应用的一项非常重要的指标,但目前为止国内外还没有形成统一制备凝胶和测定凝胶质构特性的方法。现在的测定方法主要有压力破裂法[2]、流变仪测定法[3]等,物性仪法是近几年才发展起来的一种测定凝胶的方法。

马铃薯(Solanum tuberosum L.)是世界第四大粮食作物。过去10年,我国马铃薯种植面积增加了30,到2007年,我国年产量已突破7000万吨,种植面积和总产量均跃升至世界首位。就单位面积出产的干物质而言,它高于小麦、大麦和玉米,就单位面积出产的蛋白质而言,分别为小麦、水稻和玉米的2.021.331.20[4]。随着马铃薯加工业的发展,尤其是淀粉生产工业中,蛋白质经常作为废物流失,造成很大的浪费[5-6]。所以,对马铃薯蛋白质的开发利用,从中回收优质蛋白,对于提高马铃薯附加值、提高环保性能、发展可循环经济具有十分重要的作用。

作为植物蛋白质的重要来源,国外对马铃薯分离蛋白的制备方法及功能性质[7-10]研究较多,如溶解性、乳化性、吸水(油)性和起泡性等功能性质,对马铃薯蛋白的分离纯化[11-13]研究也较多。然而,对于马铃薯分离蛋白的凝胶性研究国内外尚无报道。

蛋白质凝胶的类型主要决定于蛋白质分子的形状。由于凝胶过程是一个动态过程,也受外界环境的pH、离子强度及加热温度和时间影响。因此,本研究综合考虑这些因素对马铃薯分离蛋白凝胶性的影响,优化制备马铃薯分离蛋白的凝胶性。

1  材料与方法

1.1  材料与仪器

新鲜马铃薯:市售;

CR22G高速冷冻离心机:日本东京日立KoKi有限公司;

W201数控恒温水浴锅:上海申顺生物科技有限公司;

pH计:瑞士梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;

Vortex Genie 2涡旋器:美国Scientific industries Inc

Christ冷冻干燥机:德国Christ公司;

TA-XT Express物性仪:英国SMS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯分离蛋白的制备[14]

马铃薯分离蛋白(PPI)由等电点酸沉的方法制得。将马铃薯洗净,切块,放入包含0.12%亚硫酸钠的蒸馏水中(每 kg新鲜马铃薯中加4 L蒸馏水),经打浆机打碎后,室温搅拌浸提2 h,经双层滤布过滤的滤液在4 ℃3000 ×g离心15 min。将上清液用1 M HClpH调到4左右(这个pH依据我们先前的研究,此时PPI沉淀量最大),磁力搅拌1 h。浆液之后在4 ℃3000 × g离心15 min。通过将沉淀物在蒸馏水中复溶,调pH7.0后,透析24 h后冷冻干燥得到马铃薯分离蛋白制品。最后将蛋白粉保存在4 ℃冰箱中备用。

1.2.3 马铃薯分离蛋白凝胶的制备[17]

马铃薯分离蛋白凝胶形成受溶液的离子强度和溶液pH的影响[15,16],为了使蛋白溶液处于相对稳定的pH环境,故将其溶于0.02 mol/L Na2HPO4 -NaH2PO4缓冲液中。用不同pH值的磷酸盐缓冲液配成不同浓度的分离蛋白溶液,放入50 ml烧杯中,以保鲜膜封口,在一定温度水浴中加热一定时间,取出后在流水中快速冷却,然后在4 ℃下静置24 h

1.2.3 马铃薯分离蛋白最低凝胶点(least gelation concentration endpoint, LGE)的确定

0.40.9 g样品溶于10 ml pH 7.0的磷酸盐缓冲液中,用磁力搅拌器搅拌20 min 均匀样品,制成4%9%(w/v)的蛋白溶液,90 水浴加热30 min,水冷至室温,于4 条件下静置24 h ,观察凝胶情况:把试管倒置,凝胶不流出来的样品定义为“+ ”,可形成自持凝胶;反之为“-”,不能形成凝胶。可形成自持凝胶的最低蛋白质浓度称为LGE[18]

1.2.4 凝胶质构特性的测定

采用TA-XT Express物性仪进行测定[19],主要参数如下:Mode: Cycle TestPre-Test Speed: 0.5 mm/sTrigger Force: 5.0 gTest Speed: 2.0 mm/sReturn Speed: 5.0 mm/sTest Distance: 5.0 mmTest Cycles: 1,探头:P/0.5圆柱型。马铃薯分离蛋白特性图见图1

1.2.5   马铃薯分离蛋白凝胶性单因素试验

1)蛋白质浓度对马铃薯分离蛋白质凝胶性的影响

pH 7.0的磷酸盐缓冲液中,配成浓度分别为6%8%10%,和12%的马铃薯分离蛋白溶液,放入50 ml烧杯中,以保鲜膜封口,在90 ℃水浴中加热30min,取出后在流水中快速冷却,然后在4 ℃下静置24 h,测定不同马铃薯分离蛋白浓度对凝胶性的影响。

2pH对马铃薯分离蛋白质凝胶性的影响

采用pH值分别为6.57.07.5的磷酸盐缓冲液配成10%浓度的马铃薯分离蛋白溶液,放入50 ml烧杯中,以保鲜膜封口,在90 ℃水浴中加热30min,,取出后在流水中快速冷却,然后在4 ℃下静置24 h,测定不同 pH的磷酸盐缓冲液对马铃薯分离蛋白凝胶性的影响。

1.2.6   优化马铃薯分离蛋白凝胶性的试验

根据单因素实验结果,确定了四因素三水平L9 (34) 正交实验,对影响各种凝胶指标的因素进行实验分析[26],见表2

根据设定的因素安排实验,每个实验重复3次,取平均值。

 

 

 

1 马铃薯分离蛋白凝胶特性图

Fig.1 The gel characteristics graph of PPI by texture analyzer

 

1 物性仪实验参数及定义

Table 1 The parameters and definition of Texture analyzer

参数     定义

脆度   曲线上的正向上第一个破折处,即下压过程中凝胶表面破碎的力

硬度   曲线上的正向上最大力,即下压过程中受到的最大力

稠度   力与时间形成的正峰面积

粘聚性 负向最大力,用于模拟表示样品的内部粘合力

黏着性 力与时间形成的负峰面积,反映了样品对返回的探头有粘着力

 

2 正交试验分析表

Table 2 The analysis table of orthogonal experiments

水平  A 蛋白浓度(% B pH C 加热温度(℃) D 加热时间(min

1          10          6.5         75           15

2          11          7.0         85           25

3          12          7.5         95           35

 

2    结果与讨论

2.1   马铃薯分离蛋白最低凝胶点的确定

由表3可以看出,当马铃薯分离蛋白浓度达6%以上时,可以形成自持凝胶。由此可以看出形成自持凝胶的最低蛋白质浓度(LGE)为6%

3 蛋白浓度对凝胶性的影响

Table 3 Effects of protein concentration on gelation of PPI

浓度       4%     5%     6%    7%     8%     9%

凝胶

情况                               

 

2.2   马铃薯分离蛋白单因素试验

2.2.1   蛋白质浓度对马铃薯分离蛋白凝胶性g/g.s的影响

蛋白质浓度对马铃薯分离蛋白凝胶性的影响见图22表明随着马铃薯分离蛋白浓度的增加,凝胶趋势的五个指标硬度、稠度、粘聚性、黏着性和脆度也随之上升。其中稠度、硬度和脆度上升的较明显一些。而粘聚性和黏着性这两个指标随马铃薯分离蛋白浓度的增加,变化不大。说明蛋白质浓度对粘聚性和黏着性这两个指标的影响不是很明显。

2 不同蛋白浓度对PPI凝胶性的影响

Fig.2  Protein concentration impact on gelation characteristic of PPI

脆度(╳)、硬度(◆)、稠度(■)、粘聚性(○)、黏着性(▲)

3 不同pHPPI凝胶性的影响

Fig.3 Different pH impact on gelation characteristic of PPI

脆度(╳)、硬度(◆)、稠度(■)、粘聚性(○)、黏着性(▲)

 

 

2.2.2   不同pH值对马铃薯分离蛋白质凝胶性g/g.s的影响

实验结果见图3,结果表明随着溶液pH6.5增加到7.5,凝胶趋势的五个指标硬度、稠度、粘聚性、黏着性和脆度也随之上升。其中稠度、硬度和脆度上升的较明显一些。而粘聚性和黏着性这两个指标随马铃薯分离蛋白浓度的增加,变化不明显。说明pH对粘聚性和黏着性的影响不显著。

2.3   优化马铃薯分离蛋白凝胶性的试验

正交实验结果见表4,由表4可以看出:形成凝胶脆度最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min。各因素影响凝胶脆度的顺序为A3C3D1B2,由此可知蛋白质浓度是影响凝胶脆度最重要的因素,其次是加热温度,而加热时间与pH对凝胶的脆度影响都较小。

 

4 正交试验的极差分析

Table 4 Range analysis of  orthogonal experiments

 

组别   A蛋白浓度   B pH   C 温度   D 时间         脆度      硬度        稠度       粘聚性       黏着性

%                min)           (g)         (g)         (g.s)         (g)          (g.s)

 

1       1           1        1        1             41.76       53.62      100.23       22.47        18.44

 

2       1           2        2        2             93.16       102.73     219.54       38.39        27.60

 

3       1           3        3        3             119.05      141.26     278.83       37.90        51.92

 

4       2           1        2        3             98.97       120.68     218.72       41.47        25.59

 

5       2           2        3        1             206.97      237.96     476.61       51.28        65.91

 

6       2           3        1        2             69.45       83.46      163.87       34.21        26.73

 

7       3           1        3        2             204.09      295.45     486.66       40.36        27.57

 

8       3           2        1        3             170.36      216.53     409.71       41.87        48.26

 

9       3           3        2        1             260.56      283.54     541.04       38.38        46.84

 

正交实验评价结果                                   A3C3D1B2      A3C3D1B2    A3C3B2D1      C3A2B2D3      B2C3D1A3

形成凝胶硬度最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min。各因素影响凝胶脆度的顺序为A3C3D1B2,影响凝胶脆度最重要的因素是蛋白浓度,其次是加热温度,而加热时间与pH对凝胶的硬度影响都较小。

形成凝胶稠度最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min。各因素影响凝胶脆度的顺序为A3C3B2D1,影响凝胶稠度最重要的因素是蛋白浓度,而加热温度、pH和加热时间对于凝胶的稠度影响依次减小。

形成凝胶粘聚性最大的条件为:蛋白浓度11%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间35 min。各因素影响凝胶脆度的顺序为C3A2B2D3,影响凝胶粘聚性最重要的因素是加热温度,其次是蛋白浓度和pH,而加热时间对凝胶的粘聚性影响很小。

形成凝胶黏着性最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min。各因素影响凝胶脆度的顺序为 B2C3D1A3pH、加热温度和加热时间依次是影响凝胶黏着性的重要因素,而蛋白浓度对于凝胶的黏着性影响很小。

根据正交试验分析结果,四个因素对凝胶的脆度、硬度、稠度、粘聚性、黏着性有着不同程度的影响,其中,蛋白浓度对这五个指标的影响最为显著。在选定的试验范围内,加热时间对凝胶性的这五个指标的影响都较小。对马铃薯分离蛋白凝胶特性进行综合评价,可选用蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min制备凝胶。

 

 

3  

采用TA-XT Express物性仪,对马铃薯分离蛋白的凝胶特性进行评价,通过硬度、稠度、粘聚性、黏着性和脆度这五个指标对马铃薯分离蛋白的质构特性进行说明。马铃薯分离蛋白的最低凝胶点(LGE)为6%。正交试验的结果表明,形成凝胶脆度最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min;形成凝胶硬度最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min;形成凝胶稠度最大的条件为:蛋白浓度1 %pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min;形成凝胶粘聚性最大的条件为:蛋白浓度11%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间35 min;形成凝胶黏着性最大的条件为:蛋白浓度12%pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min

综合以上五个指标,对马铃薯分离蛋白凝胶特性进行综合评价时,可选用蛋白浓度 12 %pH 7.0,加热温度95 ℃,加热时间15 min制备凝胶。

 

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编辑:www.cnpotato.com 
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