酶法水解对薏米粉溶解与吸湿特性的影响

王 辰 邹小华 严奉伟

(长江大学生命科学学院,荆州 434025)

酶法水解对薏米粉溶解与吸湿特性的影响

王 辰 邹小华 严奉伟

(长江大学生命科学学院,荆州 434025)

通过酶法水解提高薏米粉的溶解性。应用木瓜蛋白酶、胰蛋白酶和风味蛋白酶对薏米蛋白进行水解,测定水解度,结果表明:按木瓜蛋白酶 50%,风味蛋白酶 50%的比例,最适加酶量为 4.0%([E]/[S]),采用双酶水解薏米粉,其固形物溶解度指数 (DSI)提高了 32.5%,但当相对湿度大于 43.16%时,水解薏米粉的吸湿性也增强。根据薏米粉在 25℃,相对湿度范围 32.78%～97.30%的吸湿量及等温吸湿曲线,Henderson方程能较好的拟合试验结果。

薏米粉 酶法水解 溶解性 吸湿性

薏米 (Coix Lacrym a-jobiL.)又叫苡米、苡仁,含粗蛋白 13%～14%,脂类 2%～8%及薏仁酯、薏仁油、谷甾醇、生物碱等营养成分[1-2]。《本草纲目》中记载:薏米能“健脾益胃,补肺清热,去风胜湿”。在高温作用下,蛋白质发生变性、重组,蛋白质水溶性和生物学效价下降[3-4],酸法水解和碱法水解的条件比较激烈,会破坏部分 L-型氨基酸,产生 D-型氨基酸,同时也可能产生一些有毒物质,而采用酶法水解则具有不会降低营养价值、反应条件温和、效率高、反应具有独特专一性、反应进程容易控制、无不良副反应和不会造成不安全因素等优点。

本试验通过在薏米粉生产过程中添加蛋白酶水解薏米蛋白,提高薏米粉的溶解性,比较木瓜蛋白酶、胰蛋白酶及风味蛋白酶的使用与蛋白质水解度的关系,并对酶解薏米粉的吸湿特性进行研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器

薏米:荆州市两湖平原农产品交易市场。木瓜蛋白酶 (≥5.0×105U/g):北京奥博星生物技术责任有限公司;胰蛋白酶 (≥2.5×105U/g)、风味蛋白酶(≥2×104U/g):中国医药 (集团)上海化学有限公司。试剂 MgCl2、K2CO3、KI、NaCl、KCl、KNO3饱和溶液在 25℃对应的相对湿度分别为 32.78%、43.16%、68.86%、75.50%、84.34%、97.30%。

PL303电子分析天平:梅特勒 -托利多仪器 (上海)有限公司生产;UV755B-分光光度计:上海精密科学仪器有限公司生产。

1.2 试验方法

1.2.1 完全水解液标准曲线的绘制

取薏米粉 1.023 g,放入培养瓶中,加入100 mL 6 mol/L的盐酸,在 130℃的烘箱中水解12 h后,添加100 mL 6 mol/L的盐酸继续水解 12 h后,冷却,过滤,滤液减压浓缩至 0.5 mL左右,加蒸馏水 90 mL,用 1 mol/L NaOH中和至 pH 6.0得完全水解液[5-6]。

取完全水解液 0.2～2.0 mL于 25 mL比色管中,蒸馏水稀释至 4.0 mL,加 pH 8.0缓冲溶液1.0 mL,茚三酮溶液 1.0 mL,混匀,沸水浴加热15 min,冷却,蒸馏水稀释至 25 mL。570 nm测光密度值,绘制标准曲线。

图 1 水解液标准曲线

1.2.2 水解度的测定

将一定量薏米粉溶解,加入不同的酶制剂,在40、50、60 ℃下水浴 2 h,在 80 ℃下灭酶 15 min,过滤,将滤液定容到 100 mL,取 2 mL滤液测光密度值。

其中:A为查得的蛋白质含量/mg/L;W为称样质量/g;V1为水解液体积/mL;V2为所用稀释液的体积/mL。

1.2.3 薏米粉固形物溶解度指数 (DSI)测定

分别取 3.0 g木瓜蛋白酶、风味蛋白酶溶于100 mL的容量瓶中,定容。薏米粉经 0.1 MPa蒸煮20 min,摊凉后根据薏米粉用量按比例添加木瓜蛋白酶、风味蛋白酶液,拌匀,于 50℃协同作用 2 h,然后在 80℃下灭酶,烘干至含水量为 (7.0% ±0.5)%[5],按文献[7]方法进行测定。

1.2.4 薏米粉的吸湿性研究

将薏米粉放入康维皿内室,利用外室的饱和盐溶液设定稳定的相对湿度,在 25℃恒温条件下,每隔 0.5 h测定一次样品的质量,以薏米粉吸湿增重质量与薏米粉质量比表示吸湿率。待样品质量达到或接近恒重,则认为达到平衡,测其含水率,以干基含水量表示,每次试验重复 3次,测得的平均值为薏米在设定温度和相对湿度条件下的平衡含水率(Me)[8]。

1.3 数据处理

数据处理采用 SAS(V8.0)软件。

2 结果与分析

2.1 薏米的酶法水解

2.1.1 蛋白酶作用与水解度的关系

选择木瓜蛋白酶与胰蛋白酶为薏米蛋白的内切酶,风味蛋白酶为薏米蛋白的外切酶对薏米蛋白进行水解,对酶的单一及联合使用效果作比较。按[E]/[S]用量 0.3%添加 ,分别在 40、50、60 ℃作用2 h后测水解度值。

对表 1中不同蛋白酶水解的 7组 DH值进行单因素方差分析,显著性检验 F=32.47>F0.01(6,12)=4.82,表明组间差异达到极显著水平。以第 5组 (木瓜蛋白酶与底物浓度比 0.15%,风味蛋白酶与底物浓度比 0.15%组合使用)的水解效果最好。木瓜蛋白酶具有较宽的底物特异性,能作用于蛋白质中 L-精氨酸、L-赖氨酸、甘氨酸和 L-瓜氨酸残基羧基参与形成的肽键,而胰蛋白酶对底物的选择性强,风味蛋白酶能从肽链的 C端和 N端水解多肽为氨基酸,木瓜蛋白酶与风味蛋白酶组合作用即内切酶与外切酶双酶水解,有利于提高薏米粉的蛋白质水解度。因此,选择第 5组用酶及比例在 50℃作用 2 h进行后续试验。

表 1 蛋白酶作用与薏米蛋白水解度的关系

2.1.2 组合蛋白酶用量对薏米粉的影响

薏米蛋白质结构比较紧密,在酶用量 0.1%以下时,酶与薏米蛋白接触位点少,对酶的水解有限,在低水解度情况下,部分肽键被切断,原先包埋在蛋白质结构内部的疏水基团暴露出来,薏米粉的溶解性降低。当酶添加量逐渐增大时,水解度也逐渐增大,蛋白质与其他组分之间的结合减少[4],薏米的蛋白质肽链展开后又被切断,形成长度比较短的肽链,使溶解性增强。当酶用量为 0.4%时,薏米粉的溶解性指数增加了 32.5%,继续增大酶用量,水解度与溶解性指数增加不明显。因而,选木瓜蛋白酶 0.2%,风味蛋白酶 0.2%组合进行水解作用。

图 2 酶用量对水解度和溶解性指数的影响

2.2 薏米粉的吸湿特性

2.2.1 薏米粉的吸湿性

由图 3可知,在温度 25℃,空气相对湿度为32.78%时,水解薏米粉与未水解薏米粉相比,吸湿量增加不明显。在此相对湿度下,约 2 h达到吸湿平衡,薏米粉的吸湿率不再增加。当空气相对湿度大于 43.16%,薏米蛋白水解后吸湿能力增强。因为蛋白质水解后形成的多肽与水分子结合的位点增加,薏米粉的颗粒减小也增加了与水分结合的表面积。在 25℃,空气相对湿度 43.16%～75.50%的范围保藏,薏米粉在前 6 h吸湿性增加明显,在相对湿度为97.30%时,3.5 h之前就表现出很强的吸湿性能,由于在此阶段空气中的水蒸气分压与薏米粉表面水蒸气分压的差较大,水分子的外扩散能力较大,3.5 h后随着薏米粉含水量增加,逐渐达到吸湿平衡。薏米粉在 97.30%的相对湿度下保藏 7.5 h后吸湿量明显增大,可能与淀粉溶胀有关,淀粉溶胀吸收水分的同时也使水分在薏米粉内的扩散速率增加。在空气相对湿度 43.16%与 75.50%之间水解后的薏米粉存放相同时间,其吸湿量差别不大,可能与物料结合水分的能力有关,主要表现对多分子层水分的结合较弱[8],两种未水解薏米粉表现了相同的特点。

图 3 水解与未水解薏米粉的吸湿曲线

2.2.2 薏米粉的平衡吸湿曲线

图 4 薏米粉的等温吸湿线 (25℃)

从图 4看出,在 25℃条件下保藏,加酶水解后的薏米粉吸湿性增加明显,吸湿平衡含水率随相对湿度的增大而升高,在不同的相对湿度区间,平衡含水率的变化不同。如吸湿平衡含水率在 43%以前的相对湿度区间变化较大,在 43%～70%区间变化较小,而当相对湿度超过 70%以后,则平衡含水率随相对湿度的增大上升较快。

Henderson平衡含水率模型常由于植物颗粒物料的吸湿特性的研究[8-10],对图 4曲线拟合,由表 2可知,Henderson模型拟合精度高 (P<0.01),未水解薏米粉吸湿性小,但与水解薏米粉表现出相同的趋势,因而,除薏米蛋白的吸湿性外,淀粉及其它成分的吸湿性对薏米粉的平衡含水量也有重要影响。

表 2 薏米粉等温吸湿模型的拟和结果

3 结论

木瓜蛋白酶与风味蛋白酶组合作用有利于提高薏米蛋白质水解程度,在 50℃条件下,采用 [E]/[S]为 0.4%,以木瓜蛋白酶为 0.2%,风味蛋白酶为0.2%组合水解 2 h,薏米蛋白的水解使薏米粉的溶解性能提高 32.5%。

薏米蛋白水解后增大了薏米粉的吸湿能力,在25℃条件下保藏,当空气相对湿度大于43.16%时,薏米粉在前 6 h吸湿性最强,薏米粉的等温吸湿平衡含水率与相对湿度的关系适合 Henderson模型。

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[4]杜双奎,魏益民,张 波.挤压膨化过程中物料组分的变化分析[J].中国粮油学报,2005,20(3):39-43

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Effects of Enzymatic Hydrolysis on Solubility and Moisture Absorption Characteristics ofAdlay Powder

Wang Chen Zou Xiaohua Yan Fengwei
(College ofLife Sciece,Yangtze University,Jingzhou 434025)

To improve the solubility of adlay powder,the hydrolysis degree of protein in adlay powder by papa2 in,trypsin and flavorzymewere investigated.Results:At enzyme proportion of papain 50%and flavorzyme 50%,the optimum enzyme dose is 0.4%([E]/[S]).The dried matter solubility index(DSI)of adlay powder hydrolyzed with the double enzymatic hydrolysis increases by 32.5%comparedwith the control sample,but the moisture absorp2 tion of the hydrolyzed adlay power increases in relative humidity(RH)above 43.16%.Based on the equilibrium moisture contents for absorption of adlay power determined at 25℃and RH range of 32.78%～97.30%and the moisture absorption isothermal curves,Henderson equation fits experi mental resultswell.

adlay powder,enzymatic hydrolysis,solubility,moisture absorption

TS210.1

A

1003-0174(2010)01-0033-04

湖北省教育厅 (A类)重点项目 (D200712007)

2009-03-01

王辰,男,1965年出生,副教授,农产品加工与储藏技术