黑龍江省小米主栽品種蛋白質功能性質分析

張卓敏 張洪微 左豫虎 高玉榮 崔素萍

(黑龍江八一農墾大學食品學院1，大慶 163319)(黑龍江八一農墾大學農學院2，大慶 163319)

小米又名粟，在我國，小米間的蛋白質含量差異不大，但高于普通禾谷類糧食，低于豆類[1]。為了進一步提高小米的加工品質，國內外學者在小米蛋白質的功能性質方面做了很多研究。Arzeni[2]、Ramisetty[3]等研究表明，分離蛋白經超聲波處理后，其體積平均粒徑降低，與水分子的作用機率增加，從而使蛋白質的溶解度增加。范冬雪等[4]研究發現蒸煮加工后，小米蛋白質中的醇溶蛋白溶解性降低，并形成二硫鍵。溫煥斌等[5]研究發現，米糠蛋白與大豆分離蛋白相比，其乳化性、持油性高，持水性低，起泡性與之接近。而顧鎳等[6]發現， pH值在等電點附近時，各功能性質較低，而偏離等電點時有所提高；在pH為7.0時，小米糠蛋白的起泡性、乳化性和乳化穩定性，溶解性、吸水性較高。

充分了解不同產區小米蛋白質的功能性質，可為小米的加工提供理論和技術支持。黑龍江省是我國綠色農產品生產基地，且是小米的主產區之一，雖然張敏等[7]對黑龍江小米的化學組分、物理特性和加工品質等指標進行了測定，但有關黑龍江省主栽小米品種蛋白質的功能性質鮮見報道。本研究擬以黑龍江6種小米主栽品種為材料，研究小米蛋白質的功能特性，以期為小米的加工提供依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

紅谷子、大金苗、張雜谷、朝新谷8號、噸谷1號、貢米，2016年采集于黑龍江省龍江縣。花生油：市售。

1.2 實驗儀器與試劑

Ellman試劑；Tris-Gly 緩沖液。

KDN-103F型自動凱氏定氮儀；RF-5301PC型熒光分光光度計；CHRISTALpha型冷凍干燥機；TD5A-WS型臺式低速離心機；SPECORD?200 PLUS紫外分光光度計。

1.3 實驗方法

1.3.1 小米全粉的制備

將6種不同品種小米洗凈后用粉碎機粉碎，過40目篩子，備用。

1.3.2 小米蛋白質的提取

小米蛋白質的提取方法見參考文獻[8]，用凱氏定氮法測定蛋白質含量[9]，分別計算6種小米蛋白質提取率和蛋白質純度。

1.3.3 小米蛋白質功能性質的分析

小米蛋白質溶解性的測定方法見參考文獻[10]；表面游離巰基含量的測定方法見參考文獻[11]；總巰基含量測定方法見參考文獻[12]；表面疏水性測定方法見參考文獻[13]；起泡力及起泡穩定性測定方法見參考文獻[14]；乳化性及乳化穩定性測定方法見參考文獻[15]；吸油性測定方法見參考文獻[16]；吸水性測定方法見參考文獻[17]；最低凝膠點測定方法見參考文獻[18]。

1.4 統計分析

所有試驗均設3次重復，取平均值，利用SPSS12.0 分析系統對數據進行統計分析，用GraphPad Prism 5進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 小米蛋白質含量

6種小米蛋白質的含量見作者之前的研究成果：大金苗(11.20±0.07)%、朝新谷8號(9.32±0.11)%、張雜谷(10.57±0.13)%、紅谷子(10.18±0.10)%、噸谷1號(9.27±0.12)%、貢米(11.88±0.11)%[19]。

2.2 小米蛋白質提取率和純度測定

小米蛋白質的提取率分別為大金苗83.25%、朝新谷8號79.37%、張雜谷81.20%、紅谷子87.12%、噸谷1號82.74%、貢米80.64%，平均提取率為82.39%，因提取率較高，所以該提取方法可行。此外測得小米蛋白質的純度分別為大金苗90.48%、朝新谷8號89.26%、張雜谷90.34%、紅谷子92.27%、噸谷1號89.77%、貢米91.56%，平均純度為90.61%。

2.3 蛋白質功能性質分析

2.3.1 蛋白質的溶解性

溶解度是衡量蛋白質結構變化及功能特性的重要指標。小米蛋白質溶解性如圖1所示。由圖1可知，小米蛋白質的溶解性變化趨勢基本一致，在pH 4.0時，溶解性均最小；當pH<4.0時，隨著pH值的降低，溶解性升高；當pH>4.0

圖1 小米蛋白質溶解性

時，隨著pH值的升高，溶解性升高。因此，6種小米蛋白質的等電點接近pH 4.0。6種小米蛋白質的溶解性結果與Mohamed等[20]的研究結果相似。在pH 10.0時，蛋白質的溶解性均最大，其中，紅谷子小米蛋白質的溶解性為71.91%，噸谷1號小米蛋白質溶解性最小為62.68%。小米蛋白質的溶解度高于小麥蛋白和大米蛋白，其原因可能是小麥蛋白中非極性氨基酸和谷氨酰胺側鏈含量高且易形成疏水鍵和氫鍵。大米蛋白質中的二硫鍵較多，使蛋白分子形成更大的聚合體，導致大米蛋白溶解度較低[21]。

2.3.2 表面游離巰基含量及總巰基含量分析

小米蛋白質游離巰基含量及總巰基含量見表1。表1可知，小米品種間蛋白質游離巰基含量(除張雜谷和噸谷1號之間不顯著外)和總巰基含量差異性顯著(p<0.05)。其中，朝新谷8號游離巰基含量和總巰基含量均最大，分別為40.23、45.78 μmol/g，而噸谷1號含量均最小，分別為20.12、36.59 μmol/g。實驗結果與許晶等研究結果相似[22]。

2.3.3 表面疏水性分析

小米蛋白質的疏水性指數見表2。小米各品種間蛋白質的疏水性指數差異顯著(P<0.05)。一般來說，蛋白質的表面疏水性越強，它的親水性就越弱，表現為溶解度越小。這可能是由于蛋白質分子表面的疏水性殘基暴露，導致蛋白質具有較低溶解性；此外，溶解度高的蛋白質分子表面存在著較少的疏水性殘基，這就可能是蛋白質溶解度較高，卻表面疏水指數較低的原因[23]。由疏水性指數可知，噸谷1號小米蛋白質疏水性指數較大為533.25，所以其溶解性較小，而紅谷子疏水性指數較小為246.61，所以其溶解性較大。這與2.3.1中溶解性的測定結果相符合。且這一結果與許晶等人[22]研究的大豆分離蛋白表面疏水性與溶解性呈負相關的結果相一致。

表1 小米蛋白質巰基含量

注：同一行不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

表2 小米蛋白質疏水性指數

注：同一行不同字母表示差異顯(P<0.05)。

2.3.4 起泡力和起泡穩定性分析

小米蛋白質的起泡力和起泡穩定性如圖2和表3所示。

圖2 小米蛋白質的起泡力

表3 小米蛋白質的起泡穩定性測定結果/%

起泡性反映了蛋白質溶解擴散到氣-水界面，并能在氣-水界面發生構相轉變的能力，可賦予食品以疏松的結構和良好的口感[24]。由圖2可知，6種小米蛋白質溶液質量濃度在1～5 g/100 mL之間時，隨著蛋白質濃度的增加，起泡力隨之增大；當小米蛋白質質量濃度為5 g/100 mL左右時，6種小米蛋白質的起泡力均達到最大值，在13.7%～20.4%之間，最大的是張雜谷為20.4%，最小的是朝新谷8號為13.7%。當蛋白質濃度持續增大時，起泡力反而隨著濃度的增大而減小。蛋白質濃度增加，蛋白質與蛋白質的相互作用導致形成較厚的吸附膜，且蛋白質分子在空氣-水界面間的相互作用增強，提高了起泡的穩定性[25]。如表3所示，實驗結果與以上結論相似。此外，在相同濃度下，小米蛋白質溶液的起泡穩定性隨著時間的延長而降低。其中當溶液質量濃度為9 g/100 mL，時間為20 min時，噸谷1號起泡穩定性最高為81.63%，朝新谷8號起泡穩定性最低為74.73%。本研究的小米蛋白的起泡穩定性與Singh等[26]的研究結果相比略低。可能是由于本實驗中小米蛋白質溶解度較高，致使較多的蛋白分子分散在水相中，且可溶性蛋白具有較低表面活性，進而造成體系的不穩定，泡沫穩定性降低。而與張慧娟等[27]研究的大米的溶解度低相比，大米蛋白質的溶解度較低，是由于大米蛋白質不能充分分散于溶液中，導致起泡性和泡沫穩定性較差。

2.3.5 乳化性及乳化穩定性分析

小米蛋白質的乳化性及乳化穩定性分析如圖3和圖4所示。

組成蛋白質的氨基酸有帶電氨基酸，不帶電極性氨基酸和非極性氨基酸，使得蛋白質可能具有乳化性[28]。如圖3所示，蛋白質質量濃度在1～7g/100 mL之間時，小米蛋白質的乳化性隨著蛋白質濃度的增加而緩慢增強。其中張雜谷的乳化性最高，為53.49%；紅谷子最低，為39.50%。小米蛋白質的乳化穩定性如圖4所示，隨著蛋白質濃度的增加，乳化穩定性增加緩慢。其中，張雜谷的乳化性及乳化穩定性高于其他品種，為56.30%；最低的是紅谷子，為50.19%。小米蛋白質具有較高的乳化性可能是由于小米蛋白質中含有較高的疏水殘基，使蛋白質表面具有較高的張力，使油滴易分散在水溶液連續分散相里[29]。

圖3 小米蛋白質的乳化性

圖4 小米蛋白質的乳化穩定性

2.3.6 吸油性分析

小米蛋白質的吸油性如圖5所示。

圖5 小米蛋白質的吸油能力

蛋白質與水或油的相互作用對食品體系非常重要，因為它影響著食品的滋味和質地。蛋白質吸油性與蛋白質的種類、來源、加工方法、溫度及所用的油脂均有關。如圖6所示，蛋白質和油的比例(g∶mL)在1∶6～1∶14之間時，隨著油的比例增大，6種小米蛋白質的吸油能力緩慢增強。通常來說，蛋白質的表面疏水基團越多，疏水性越強，則吸油能力越強，而溶解性就越弱。由圖6可知，噸谷1號的吸油能力最強，為3.822%；而紅谷子的吸油能力最弱，為2.64%。由表2中疏水性測得的結果看，其中紅谷子的疏水性較弱，吸油能力較弱，溶解性較強。相反，噸谷1號的疏水性較強，吸油能力較強，它的溶解性最弱。本研究結論與李桂杰[30]等人的研究結論相似，即蛋白質分子結構疏松，疏水基團暴露，會導致結合更多數量的油，促使持油力增強。但吸油性顯著低于小麥面筋蛋白的原始樣品的33.83%[30]，略低于蕓豆蛋白的5.53%[31]。

2.3.7 吸水性分析

小米蛋白的吸水性分析如圖6所示。

圖6 小米蛋白質的吸水能力

由圖6可知，6種小米蛋白質量濃度在2～10g/100 mL之間時，其吸水能力隨著蛋白質濃度的增大而增強，其質量濃度在2～8 g/100 mL之間時，吸水能力增幅較大，之后趨于平緩。蛋白質吸水能力的強弱取決于其分子表面的極性基團的多少和極性分子的親和性的強弱，極性基團越多，吸水性越強，則溶解度也就越強。其中紅谷子的吸水能力較強，最大值分別為3.272%，而其溶解度也是最大的。本研究小米吸水性最大值低于前人研究的3.87%[32]，也低于大豆蛋白。由于大豆蛋白肽鏈骨架結構較疏松，沿著肽鏈骨架含有很多極性基團如羧基、氨基等，有些極性基團被離子化，與制品原料中各種離子間相互作用，形成松散結構，因此大豆蛋白能夠較好的吸收性能[33]。

2.3.8 最低凝膠點分析

小米蛋白質的最低凝膠點分析如表4所示。

蛋白質凝膠的形成即蛋白質分子的聚集現象，在聚集過程中，分子間形成相互作用力，排斥力和吸引力，若吸引力占主導，則形成凝結物，水分從凝膠基體排除出來[34]。6種小米蛋白質的最低凝膠點的蛋白質質量濃度在10 g/100 mL左右。其中噸谷1號和貢米小米在蛋白質溶液濃度為11 g/100 mL時產生凝膠；張雜谷、大金苗和朝新谷8號在蛋白質溶液濃度為10 g/100 mL時產生凝膠。而紅谷子在蛋白質溶液濃度為8 g/100 mL時產生凝膠。

表4 小米蛋白質的凝膠情況

3 結論

黑龍江省小米主栽品種的蛋白質的起泡能力及起泡穩定性、乳化性及乳化穩定性、吸水能力及吸油能力等各項指標在品種間存在著差異；6種小米蛋白質的最低凝膠點的蛋白質質量濃度在10 g/100 mL左右。

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