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1、常規(guī)改性對(duì)大豆蛋白化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
常規(guī)改性對(duì)大豆蛋白化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響
2014/08/05
《浙江林業(yè)科技雜志》2014年第二期
1試驗(yàn)方法
分別以溫度、pH(酸和堿)、蛋白酶為單因素設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),采用紅外光譜分析儀對(duì)改性前后大豆蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。①將30g豆粕粉加入到裝有100g水的燒瓶中,在常溫下使用攪拌機(jī)攪拌30min,得到均勻的豆粕溶液(未處理);②將30g豆粕粉加入到裝有100g水的燒瓶中,在恒溫槽中加熱并保持溫度為75℃,使用攪拌機(jī)攪拌30min,得到大
2、豆蛋白的熱改性溶液(熱改性);③將30g豆粕粉加入到裝有100g水的燒瓶中,在恒溫槽中加熱并保持溫度為39℃,用硫酸調(diào)溶液的pH為2.0,加入5000U/g的胃蛋白酶,使用攪拌機(jī)攪拌30min,然后用氫氧化鈉調(diào)溶液的pH為5.6,得到大豆蛋白的酶改性溶液(酶改性);④將30g豆粕粉加入到裝有100g水的燒瓶中,用硫酸調(diào)溶液的pH為2.0,并使用攪拌機(jī)攪拌30min,得到大豆蛋白的酸改性溶液(酸改性);⑤將30g豆粕粉加入到裝有100g水的燒瓶中,用氫氧化鈉調(diào)溶液的pH為12.0,并使用攪拌機(jī)攪拌30min,得到大豆的堿改性溶液(堿改性)。將上述制備的各豆粕溶液先用粘度計(jì)測(cè)試各溶液(25℃)的粘
3、度,然后取少部分放入冰箱中,在-18℃下冷凍24h,隨后用真空冷凍干燥箱對(duì)樣品進(jìn)行冷凍干燥,并使用紅外光譜儀對(duì)冷凍干燥后的樣品粉末進(jìn)行分析。
2結(jié)果與分析
表1和圖1分別為改性前后豆粕溶液的粘度和紅外光譜圖。
2.1熱改性對(duì)大豆蛋白的影響由圖1可知,豆粕中主要含有-OH、-NH2、-COOH等活性基團(tuán),其中波數(shù)為3411.16cm-1處的寬的吸收峰是分子間氫鍵O-H伸縮振動(dòng)和N-H伸縮振動(dòng)吸收的特征峰;波數(shù)為2929.50cm-1處的峰是CH2的伸縮振動(dòng)特征峰;波數(shù)為1654.22cm-1處的峰是C=O伸縮振動(dòng)(酰胺Ⅰ譜帶);波數(shù)為1541.43cm-1處的峰是N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)和C-N
4、伸縮振動(dòng)的偶合峰(酰胺Ⅱ譜帶);波數(shù)為1241.75cm-1處的峰是C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶);在波數(shù)為1399.92cm-1處的峰是COO-的特征峰,波數(shù)為1053.50cm-1處的峰是伯醇吸收帶。從圖1可以看到,與未改性豆粕的譜圖相比,熱改性豆粕的紅外光譜圖中各峰形和峰位都沒有變化。這說(shuō)明熱改性沒有改變大豆蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)(多肽鏈上氨基酸的排列順序),而由表1又可知,熱改性豆粕溶液的粘度要比未改性的明顯增大,這可能是大豆蛋白發(fā)生了熱變性。在加熱條件下,大豆蛋白質(zhì)分子由原來(lái)的卷曲緊密結(jié)構(gòu)舒展開來(lái),使分子內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露在外部,從而使分子外部的親水基團(tuán)相對(duì)減少,致使溶解度降低,并且蛋白質(zhì)分子在受
5、熱后可能發(fā)生了締合作用[9],從而使得粘度增加。
2.2酶改性對(duì)大豆蛋白的影響由圖1可知,與未改性豆粕的譜圖相比,酶改性豆粕的紅外光譜圖中峰的變化主要是在波數(shù)為1241.75cm-1處的C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)和波數(shù)為1053.50cm-1處的伯醇吸收帶。C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)吸收強(qiáng)度的減弱說(shuō)明在蛋白酶的作用下,部分肽鍵或酰胺鍵發(fā)生了水解;波數(shù)為1053.50cm-1處的伯醇吸收帶的消失以及出現(xiàn)波數(shù)為1111.38cm-1的特征峰,說(shuō)明大豆蛋白肽鏈水解后的小分子中的伯醇基團(tuán)在濃硫酸的催化作用下生成了醚鏈。與酸改性豆粕的譜圖相比,在波數(shù)為1541.43cm-1處的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜
6、帶)吸收強(qiáng)度減弱,說(shuō)明一部分的-NH2參與了交聯(lián)反應(yīng)。此外,由表1可知,經(jīng)蛋白酶改性后的豆粕溶液的粘度有所增大,這可能是部分?jǐn)嗔验_的多肽鏈的分子內(nèi)或分子間交聯(lián),致使分子量增大,從而使粘度升高。蛋白酶改性大豆蛋白的作用機(jī)理主要在于能夠改變大豆蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu),有限度地水解酰胺鍵使大豆蛋白部分降解,增加其分子內(nèi)或分子間交聯(lián)或連接其他特殊功能基團(tuán)[1]。圖1改性前后豆粕溶液的紅外光譜圖波數(shù)/cm-14000350030002500200015001000500酸改性堿改性酶改性未改性熱改性
2.3酸改性對(duì)大豆蛋白的影響由圖1可知,與未改性豆粕的譜圖相比,酸改性豆粕的紅外光譜圖中峰的變化主要是在波數(shù)為
7、1241.75cm-1處的C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)和波數(shù)為1541.43cm-1處的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜帶)。C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)吸收強(qiáng)度的減弱說(shuō)明在強(qiáng)酸的作用下,部分肽鍵發(fā)生了水解;波數(shù)為1541.43cm-1處的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜帶)吸收強(qiáng)度的增強(qiáng)說(shuō)明在濃硫酸的作用下,大豆蛋白的空間球狀結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化,球蛋白中的多肽鏈被解離開來(lái),暴露出更多的-NH2,并且-NH2也沒有被反應(yīng)掉。由圖1還可知,酶和酸改性豆粕的譜圖與未改性豆粕的譜圖相比,各酰胺譜帶發(fā)生了不同程度的藍(lán)移,這可能是酸的誘導(dǎo)效應(yīng)。此外,由表1可知,濃硫酸改性過(guò)的豆粕溶液的粘度下降明顯,這可能是在酸的作用
8、下被解離的大豆蛋白的多肽鏈?zhǔn)嬲归_來(lái),另外,對(duì)比圖1中酶改性豆粕的譜圖可知,雖然蛋白分子在酸的作用下發(fā)生了部分肽鍵或酰胺鍵的水解,但對(duì)整條肽鏈的影響不大,斷開的肽鍵部位也沒有出現(xiàn)分子內(nèi)或分子間交聯(lián)的跡象。
2.4堿改性對(duì)大豆蛋白的影響由圖1可知,與未改性豆粕的譜圖相比,堿改性豆粕的紅外光譜圖中峰的變化主要是在波數(shù)為1241.75cm-1處的C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)和波數(shù)為1541.43cm-1處的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜帶)。但與酸改性和酶改性的譜圖相比可以發(fā)現(xiàn),堿水解肽鍵或酰胺鍵的能力要高于酸和酶,在波數(shù)為1241.75cm-1處的C-N伸縮(酰胺Ⅲ譜帶)幾乎完全消失了,堿水解肽鍵或酰胺
9、鍵的能力比胃蛋白酶強(qiáng),這可能是胃蛋白酶對(duì)肽鏈中的肽鍵或酰胺鍵的水解具有專一性,并不能水解所有肽鏈中的肽鍵或酰胺鍵,而強(qiáng)堿對(duì)肽鍵或酰胺鍵的水解并沒有這方面的限制。此外,由波數(shù)為1541.43cm-1處的N-H面內(nèi)彎曲振動(dòng)(酰胺Ⅱ譜帶)吸收強(qiáng)度的減弱可知,大部分的-NH2被反應(yīng)掉了。由圖1還可知,堿改性豆粕的譜圖與未改性豆粕的譜圖相比,各酰胺譜帶也發(fā)生了不同程度的藍(lán)移,這可能是具有兩性的蛋白質(zhì)在堿的作用下也發(fā)生了的誘導(dǎo)效應(yīng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隨著溶液pH值的上升,攪拌越來(lái)越困難,并且由表1可知,堿改性的豆粕溶液的粘度達(dá)到83417mPa/s,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未改性和其他常規(guī)改性的豆粕溶液。堿改性豆粕的機(jī)理主要在
10、于大程度的水解肽鍵和酰胺鍵,并催化一些活性基團(tuán)參與各分子內(nèi)或分子間的交聯(lián)反應(yīng)[10]。綜合以上的分析可知,熱改性,酶改性,酸、堿改性等常規(guī)改性方法均能導(dǎo)致大豆蛋白的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,這些變化也反應(yīng)出不同改性方法改性大豆蛋白的機(jī)理和程度也各有所異。單一的改性往往有著局限性,聯(lián)合使用兩種或多種方法對(duì)大豆蛋白進(jìn)行改性才是今后研究的重點(diǎn)。
3結(jié)論
(1)熱改性不會(huì)對(duì)大豆蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)造成影響,會(huì)使大豆蛋白的溶解度降低;大豆蛋白會(huì)在受熱時(shí)發(fā)生熱變性,并且可能發(fā)生了締合作用,使溶液的粘度升高。(2)酶改性會(huì)在一定程度上水解肽鏈中的肽鍵或酰胺鍵,增加肽鏈分子內(nèi)或分子間交聯(lián)或連接其他特殊功能基團(tuán),并且水解
11、后生成的部分小分子已經(jīng)發(fā)生了交聯(lián)。(3)酸改性會(huì)部分水解肽鍵,但這種改性對(duì)肽鏈的影響不大,并且水解出來(lái)的小分子沒有發(fā)現(xiàn)交聯(lián)的跡象,另外酸還會(huì)對(duì)大豆球蛋白進(jìn)行解離,致使改性后的豆粕溶液的粘度大幅降低。(4)堿改性會(huì)大程度地水解肽鍵或酰胺鍵,使得多肽鏈上大量的極性基團(tuán)暴露出來(lái);水解出來(lái)的小分子會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng),生成分子量更大的分子,使溶液的粘度急劇升高。
作者:朱勁單人為李琴李延軍袁少飛王洪艷單位:浙江農(nóng)林大學(xué)浙江省林業(yè)科學(xué)研究院浙江省竹類研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室江西廣播電視大學(xué)
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