大米蛋白脫酰胺改性研究進(jìn)展

1、 大米蛋白脫酰胺改性研究進(jìn)展（中南林業(yè)科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院 蔡亭）摘要：該文綜述大米蛋白脫酰胺的方法，目前對(duì)于大米蛋白脫酰胺的主要研究?jī)?nèi)容以及主要結(jié)果與討論。關(guān)鍵詞：大米蛋白；脫酰胺；微觀結(jié)構(gòu)；功能性質(zhì)；流變性Research Development of Deamidated Rice ProteinAbstract: This article surveyed the method on deamidation of rice protein, the main research content of deamidated rice protein, as well as the

2、main results and discussion.Key Words: Rice protein; deamidation; microstructure; functional property; rheology1 引言 食品工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)作為食品的原料成分或添加基料提出更高的功能和營(yíng)養(yǎng)需求。因此，一方面要大力開(kāi)發(fā)具有優(yōu)良特性的蛋白質(zhì)資源，另一方面要對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，提高其功能性質(zhì)，以滿(mǎn)足食品工業(yè)的特許要求。大米作為世界上最重要的糧食資源之一,是世界上50%以上人口的主食,是大部分人口的能量及蛋白質(zhì)來(lái)源。大米中含蛋白質(zhì)為8% 13%,研究發(fā)現(xiàn)大米蛋白是谷物蛋白中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的

3、一種,具有無(wú)色、味道溫和、必需氨基酸含量豐富、低過(guò)敏性及低膽固醇等特點(diǎn),因此對(duì)大米蛋白的提取,特別是對(duì)碎米及大米淀粉副產(chǎn)物中大米蛋白的提取,可以顯著提高其產(chǎn)品附加值;如果得到的蛋白產(chǎn)品具有較好的功能性質(zhì)則更有利于其在食品加工中的應(yīng)用。但由于大米蛋白質(zhì)中含量有大量不帶電荷的極性谷氨酰胺及天冬酰胺，它們通過(guò)氫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并且使得蛋白與蛋白緊密相連，而導(dǎo)致大米蛋白的溶解度很低，低溶解度也會(huì)影響到蛋白的其他功能性質(zhì)例如起泡性、乳化性及凝膠性等11。因此，極大的限制了大米蛋白的深加工以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。研究表明通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)脫酰胺能改善其溶解度及其他功能性質(zhì),即使較低的脫酰胺度也可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能

4、性質(zhì)的顯著改善。研究顯示，脫酰胺反應(yīng)原理是將天門(mén) 冬氨酰胺和谷氨酰胺的中性酰胺側(cè)鏈轉(zhuǎn)變成帶負(fù)電荷的羧酸基6，如圖1所示：蛋白中含有大量不帶電荷的極性天門(mén)冬酰胺和谷氨酰胺，它們通過(guò)氫鍵穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)并且使得蛋白與蛋白緊密相連，因此，通過(guò)去除此類(lèi)蛋白質(zhì)的酰胺基團(tuán)使其脫酰胺基生成天冬氨酸和谷氨酸，蛋白內(nèi)氫鍵將減少，蛋白表面負(fù)電荷增加，蛋白靜電排斥的增加，伸展蛋白分子空間結(jié)構(gòu)。從而改善蛋白質(zhì)溶解性13。 圖1 脫酰胺過(guò)程中酰胺基團(tuán)暴露到蛋白表面的步驟Fig.1 Exposure of amides to protein surfaces目前，所用于脫酰胺改性大米蛋白的方法基本分為非酶法、酶法、混合脫酰

5、胺三種。其中，非酶法脫酰胺改性蛋白包括物理法（濕熱、雙螺桿擠壓）和化學(xué)法（溫和酸/堿、鹽改性）9。研究方向主要集中在脫酰胺方法的比較，脫酰胺對(duì)大米蛋白溶解性，微觀結(jié)構(gòu)，功能特性的影響以及脫酰胺大米蛋白/葡聚糖體系微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究等。2 脫酰胺的方法脫酰胺的方法基本分為非酶法、酶法、混合脫酰胺三種。需要注意的是：1、目前所有的脫酰胺改性的方法都是在有水的條件下，在無(wú)水的環(huán)境下也有脫酰胺的作用，但是有水的環(huán)境更利于提高蛋白分子柔性更利于反應(yīng)的進(jìn)行；2、化學(xué)方法的改性蛋白并不是單一的化學(xué)作用，都是有一定熱作用的混合改性；3、混合脫酰胺一般指幾種方法混合連用；4、溫度，pH值，離子強(qiáng)度，緩沖溶液的性質(zhì)

6、以及其他溶液特性是影響蛋白或者肽脫酰胺反應(yīng)速率的重要因素，可通過(guò)改變蛋白分子大小，表面凈電荷和表面疏水性改善蛋白功能特性。2.1 非酶法脫酰胺2.1.1 物理法 濕熱（雙螺桿擠壓）脫酰胺溫度是影響蛋白脫酰胺的重要條件之一，一般在較高的溫度下，有利于加快脫酰胺反應(yīng)進(jìn)程。另外，同時(shí)控制溫度、濕度和pH值的雙螺桿擠壓法會(huì)產(chǎn)生更好的脫酰胺效果。2.1.2 化學(xué)法 化學(xué)法脫酰胺的方法基本分為酸法脫酰胺，堿法脫酰胺，鹽法脫酰胺三種。其中酸法脫酰胺是大米蛋白脫酰胺使用較多的一種方法；堿法脫酰胺在一定溫度范圍內(nèi)，雖然比酸法脫酰胺速度要快，但是堿性脫酰胺會(huì)破壞Cys，形成賴(lài)氨酸丙氨酸，毒理研究表明對(duì)小鼠腎有毒害

7、作用，從而導(dǎo)致蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)的下降，所以實(shí)際上使用較少，研究也甚少；鹽法脫酰胺中磷酸鹽、磺酸鹽作為脫酰胺試劑的應(yīng)用較多7。 酸法脫酰胺多采取溫和酸與濕熱結(jié)合最大米蛋白進(jìn)行脫酰胺，可有有效的提高大米蛋白的功能特性。蛋白質(zhì)在酸性條件下脫酰胺反應(yīng)機(jī)理為：蛋白質(zhì)分子中天門(mén)冬酰氨和谷氨酰氨殘基的酰胺基水解反應(yīng)為親核取代（加成一消除）歷程，反應(yīng)分兩步進(jìn)行。次方法的具有的有點(diǎn)是：改性后的蛋白質(zhì)的脫酰胺度高，改性后蛋白的溶解度明顯增加，其他性質(zhì)例如乳化性和起泡性也顯著提高；有利于增加必需氨基酸（如賴(lài)氨酸）的消化和吸收量。 2.2 酶法脫酰胺酶法對(duì)蛋白質(zhì)脫酰胺具有專(zhuān)一性強(qiáng)、無(wú)副作用、良好保持蛋白營(yíng)養(yǎng)特性等優(yōu)點(diǎn)4。目

8、前，有許多學(xué)者開(kāi)始研究酶法脫酰胺，發(fā)現(xiàn)木瓜蛋白酶，鏈酶蛋白酶，胰凝乳蛋白酶等對(duì)相應(yīng)的植物蛋白具有很好的脫酰胺作用。其中有報(bào)道認(rèn)為木瓜蛋白酶脫酸胺改性蛋白最實(shí)際、可行，然而前提條件是，蛋白質(zhì)需要先用蛋白酶或其它方法預(yù)處理后，才可以成為此酶的最適底物。2.3 混合處理脫酰胺 脫酰胺混合處理一般為酶法和化學(xué)處理方法連用，例如酶法與磷酸處理連用，酶法與鹽酸、堿連用，或多酶混用。此方法集合了酶法與化學(xué)法脫酰胺的有點(diǎn)，并在提高蛋白質(zhì)功能特性上有的很好的效果。3 主要研究方法及主要結(jié)果與討論通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)脫酰胺能改善其溶解度及其他功能性質(zhì),即使較低的脫酰胺度也可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的顯著改善。因此，大米蛋白脫

9、酰胺改性十分有利于大米蛋白的深加工以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用。大米蛋白脫酰胺引起了許多學(xué)者的興趣，他們的研究主要集中在脫酰胺方法的比較，脫酰胺對(duì)大米蛋白溶解性，微觀結(jié)構(gòu)，功能特性的影響以及脫酰胺大米蛋白/葡聚糖體系微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究等。3.1 方法一 大米蛋白脫酰胺的方法有多種，不同的脫酰胺方法具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。易翠平等（2005）3探討了酸法與酶法兩種脫酰胺工藝對(duì)大米濃縮蛋白酰胺作用的優(yōu)劣，并對(duì)酸法脫酰胺工藝的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明酸法脫酰胺優(yōu)于酶法脫酰胺。溫度是影響大米濃縮蛋白脫酰胺作用最重要的因素，并得出酸法脫酰胺度最高且水解度最低時(shí)的工藝條件組合為鹽酸濃度0.2N 大米蛋白含量5% 反應(yīng)時(shí)間

10、4h 反應(yīng)溫度85C。 大米蛋白酸法脫酰胺優(yōu)于酶法脫險(xiǎn)的主要原因在于大米蛋白本身的性質(zhì)以及在加工過(guò)程中形成的聚集結(jié)構(gòu)，使得酶法脫酰胺中作用最好的木瓜蛋白酶在對(duì)大米蛋白脫酰胺時(shí)最高只能達(dá)到13.3%。說(shuō)明酶法脫酰胺改性的程度非常有限，不適宜于大米蛋白功能改性的脫酰胺作用。3.2 方法二 不溶性蛋白質(zhì)在食品中的應(yīng)用是非常有限的,脫酰胺改性可以使蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)尤其是溶解性可以得到很大提高,而溶解性往往影響蛋白質(zhì)其它功能性質(zhì)如增稠、起泡、乳化和膠凝作用14。易翠平，姚惠源（2005）6測(cè)定了酸法脫酰胺改性不同脫酰胺度大米蛋白的溶解性、乳化性、起泡性、持水性、持油性等5項(xiàng)功能性質(zhì)及氨基酸組成、體外消化

11、率等兩項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)。結(jié)果表明改性大米蛋白的功能性質(zhì)均有不同程度的提高,在脫酰胺度從063.5%的范圍內(nèi),蛋白在pH7.0的溶解度呈線性增加至99.4%,脫酰胺度超過(guò)63.5%,溶解度略有下降。脫酰胺度在25.1%33.4%范圍,大米蛋白的乳化性能最好;59.5%的脫酰胺度起泡性比較理想。此外,改性蛋白與未改性蛋白比較,持水性提高1.551.78倍,持油性提高3.283.64倍。從氨基酸組成、蛋白含量及蛋白質(zhì)的消化率來(lái)看,脫酰胺改性可以提高大米蛋白的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。 其中酸脫酰胺程度的高低對(duì)其持水，持油性之間的差異沒(méi)有顯著的差異。以及酸法脫酰胺改性對(duì)大米蛋白的氨基酸組成沒(méi)有不利影響，此外，脫酰胺大米蛋白

12、最蛋白酶的敏感性增加說(shuō)明其分子柔性增加。3.3 方法三 大米蛋白經(jīng)酸法脫酰胺改性使其溶解性、乳化性、起泡性和持水持油性等功能性質(zhì)得到加強(qiáng)。蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)很大程度取決于其理化特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),比如氨基酸的組成、排列順序、空間構(gòu)象、蛋白分子的形狀和大小等。易翠平，姚惠源（2007）1探討了酸法脫酰胺對(duì)大米蛋白超微結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量的影響，結(jié)果表明隨著脫酰胺度增大,蛋白的聚集程度逐漸減小。脫酰胺度52. 3%、89. 78%以上肽鏈的相對(duì)分子質(zhì)量集中在25 000u、11 000u;至脫酰胺度為69. 4%,大米蛋白的肽鍵大部分水解,相對(duì)分子質(zhì)量為25 000u、11 000u的成分含量占31. 1

13、9%。 酸法脫險(xiǎn)會(huì)使大米蛋白的相對(duì)分子質(zhì)量減小，但沒(méi)有無(wú)限制的水解成更小相對(duì)分子質(zhì)量的肽鍵或是氨基酸。這可作為方法二中酸法脫酰胺改性對(duì)大米蛋白的氨基酸組成沒(méi)有不利影響的參考解釋。3.4 方法四 限制大米蛋白應(yīng)用的原因除了其溶解度低外，另一方面原因則是其凝膠后不能形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。一些食品科學(xué)家利用蛋白質(zhì)和多糖的相互作用獲得這種網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu),因?yàn)檫@兩種生物分子間的相互作用對(duì)產(chǎn)品的宏觀性質(zhì)例如流動(dòng)性、穩(wěn)定性、質(zhì)構(gòu)及口感具有重要影響5,通過(guò)合適的控制其相互作用可以設(shè)計(jì)出具有良好結(jié)構(gòu)和質(zhì)構(gòu)的產(chǎn)品15。劉永樂(lè)等（2010）1研究了酸法脫酰胺大米蛋白(ADRP) /葡聚糖混合體系的微觀結(jié)構(gòu)及流變性質(zhì)。結(jié)果

14、表明ADRP之間產(chǎn)生了有效的交聯(lián),并且在蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的混合體系中形成了蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；蛋白質(zhì)交聯(lián)程度較高的體系黏度增加明顯,并證實(shí)此體系凝膠結(jié)構(gòu)的形成;混合體系凝膠比單一ADRP的蛋白凝膠具有更高的破裂強(qiáng)度。 但并沒(méi)有進(jìn)一步研究混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的具體原因，而只是提出ADRP和葡聚糖的相分離和/或溶劑在兩相間的重新分布是混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的可能原因。4 展望 對(duì)現(xiàn)有蛋白質(zhì)進(jìn)行改性，是現(xiàn)在食品工業(yè)發(fā)展的方向。目前對(duì)于大米蛋白脫酰胺改性的研究較多，但仍有許多研究的空間。如以下三方面的問(wèn)題值得進(jìn)一步研究與探討：（1） 目前酸法脫酰胺的研究中多局限于無(wú)機(jī)酸，對(duì)于有

15、機(jī)酸改性蛋白質(zhì)的研究還比較少。研究人員可以有機(jī)酸的脫酰胺作用以及探討某一種有機(jī)酸在不同脫酰胺程度對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的作用差異。（2） 酶法改性蛋白優(yōu)點(diǎn)較多，但目前多數(shù)關(guān)于蛋白質(zhì)脫酰胺改性的研究多為非酶法（尤其是酸法脫酰胺），而且酶法脫酰胺發(fā)現(xiàn)的酶種比較少，今后可加強(qiáng)對(duì)酶法脫酰胺方面的研究。（3） 凝膠后不能形成黏彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是另一個(gè)限制大米蛋白應(yīng)用的重要原因，蛋白質(zhì)和多糖的相互作用獲得這種網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)則可以很好的解決這一問(wèn)題。但并沒(méi)有并沒(méi)有進(jìn)一步研究混合體系中蛋白質(zhì)粘彈性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的具體原因，這是值得研究人員研究的方向。參考文獻(xiàn)1 Xianghong Li, Yongle Liu, et a

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