马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性的初步研究

张 轶，马长路，任海伟，张百刚，赵 萍

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050;2.北京农业职业学院，北京102442)

马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性的初步研究

张 轶1，马长路2，任海伟1，张百刚1，赵 萍1

(1.兰州理工大学生命科学与工程学院，甘肃兰州730050;2.北京农业职业学院，北京102442)

采用盐酸法对马铃薯蛋白进行脱酰胺改性，实验得出最佳工艺条件为:盐酸浓度0.5mol/L，80℃下反应2.5h，此条件下马铃薯蛋白的脱酰胺度为44.76%。该脱酰胺度下，马铃薯蛋白的溶解性能、持水性及乳化性、乳化稳定性较改性前样品都有显著增加。

马铃薯蛋白，酸法脱酰胺，改性

马铃薯蛋白系马铃薯淀粉加工后的副产物，从淀粉废水中回收后目前仅作为饲料应用，附加值低。对其进行基础及改性研究有助于扩大其应用范围，并提升利用价值，为马铃薯产业链的延伸开辟新的方向。蛋白质的脱酰胺化是指蛋白质中的天门冬酰胺和谷氨酰胺侧链酰胺基脱去氨基而变成高亲水性的羧基的过程［1］。其中，酸法脱酰胺是一种常用且有效的脱酰胺方法，对植物蛋白质的溶解性、乳化性等性质有较大程度的提高［2］。但将该法应用于马铃薯蛋白的改性尚未见报道。本实验采用盐酸法对马铃薯蛋白进行脱酰胺改性的初步研究，以期为马铃薯蛋白的开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯蛋白粉 蛋白含量65%，黑龙江嵩天薯业有限公司;盐酸、硼酸、氢氧化钠、甲基红、溴甲酚绿、牛血清白蛋白、考马斯亮兰G－250、乙醇、磷酸以上均为分析纯。

FD－I－55冷冻干燥机 梅特勒－托利多上海有限公司;Mark500sR电子分析天平(BEL)、PHS－3D型pH计 上海雷磁仪器厂;UV－9200紫外分光光度计 北京瑞利分析仪器公司;HH－4数显恒温水浴锅

郑州长城科工贸有限公司;FSH－2A可调高速匀浆机 江苏金坛市医疗仪器总厂;TDL－5－A型高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂;JB－50D型电动搅拌机 上海标本模型厂。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯蛋白酸法脱酰胺样品的制备［3－4］准确称取5g马铃薯蛋白粉，分散于100mL一定浓度的盐酸溶液中，采用电磁搅拌，在一定温度下反应一段时间后，迅速在冰浴中冷却，用10mol/L的氢氧化钠溶液调节pH为7.0，离心得到上清液，冷冻干燥，得到改性蛋白样品。

1.2.2 马铃薯蛋白酸法脱酰胺程度的测定［2］准确称取0.5g蛋白样品，加5mL 2mol/L盐酸，抽真空封于硬质玻璃管中，在125℃下水解3h，水解完毕取出，待冷后打开玻璃管。在微量弥散皿中央加入含甲基红－溴甲酚绿指示剂的2%硼酸作为吸收剂，外围加入2mL样品，用薄膜覆盖，留一定空隙，在外围再加入40%NaOH溶液3mL，立即封上薄膜避免漏气，轻轻摆动，使外围的样品与NaOH溶液充分混合，平放桌上反应3h，揭开薄膜后用0.01mol/L标准盐酸溶液滴定至略带微红，记录消耗盐酸的体积，按下式计算脱酰胺度。

式中:C0－未处理蛋白质的酰胺氮含量(mmol/g);Cn－改性后蛋白质的酰胺氮含量(mmol/g)。1.2.3 马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性反应条件的选择

以马铃薯蛋白的脱酰胺度为指标，考察盐酸浓度、反应温度及时间对马铃薯蛋白脱酰胺改性的影响。

1.2.3.1 盐酸浓度对脱酰胺度的影响 设置盐酸浓度分别为:0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mol/L，其他条件为:温度50℃，时间2h，料液比1∶25(g/mL)。

1.2.3.2 反应温度对脱酰胺度的影响 设置脱酰胺反应温度分别为:40、50、60、70、80、90℃。其他条件为:盐酸浓度0.4mol/L，时间2h，料液比1∶25(g/mL)。

1.2.3.3 反应时间对脱酰胺度的影响 设置脱酰胺反应时间分别为:0.5、1.0、1.5、2.0、2.5h。其他条件为:盐酸浓度0.4mol/L，温度50℃，料液比1∶25(g/mL)。

1.2.4 马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性最优反应条件的确定 根据单因素实验的结果，以脱酰胺度为指标，进行L9(34)正交实验，确定马铃薯蛋白脱酰胺改性的最优反应条件。正交实验因素水平见表1。

表1 马铃薯蛋白酸法脱酰胺正交因素水平表

1.2.5 改性前后马铃薯蛋白质部分功能性质的测定［6］

1.2.5.1 溶解性能测定 准确称取改性前后的马铃薯蛋白各0.5g，分别溶于50mL蒸馏水中，配制成1% (W/V)的样品溶液，平衡30min后于3000r/min转速下离心15min。吸取1mL上清液采用考马斯亮蓝法测定溶解蛋白含量。

1.2.5.2 乳化活性及乳化稳定性测定 准确称取改性前后的马铃薯蛋白各0.5g分别溶于0.02mol/L、pH7.0的磷酸盐缓冲液中，配制浓度为1.0g/L的蛋白质溶液，静置30min使蛋白样品充分浸润。

分别取30mL各蛋白溶液，加入10mL大豆色拉油，于室温下，以10000r/min速度均质1min后用微量注射器迅速从底部吸取乳化液100μL稀释于装有20mL的0.1g/L SDS溶液的比色管中，以0.1g/L SDS溶液为空白参比，立即用分光光度计在500nm下测定吸光值(A)，乳化活性(EA)用吸光值表示。

测定后的乳液在室温下放置24h，在80℃加热30min，冷却至室温，摇匀，按上述方法测定乳化活性(EA80)，并按照下式计算乳化稳定性:

式中:ES－搅打后立即测定的乳化活性值; EA80－乳化液放置24h，并在80℃加热30min破乳后所测定的乳化活性值。

1.2.5.3 持水性与吸油性测定 分别准确称取改性前后的马铃薯蛋白置于已干燥、称重的10mL离心管中，准确称重，之后加入7mL蒸馏水(或大豆色拉油)，用细钢丝搅拌，使样品充分与水(油)混匀，在搅拌过程中尽可能地减少损失。将离心管在60℃水浴中加热 30min，然后用冷水冷却 30min，接着在2000r/min转速下离心10min，去除上清液(或油)后再次准确称重离心管与沉淀总质量。按下式计算持水性(或吸油性)。

式中:W0－分离蛋白样品的质量(g);W1－离心管和干燥样品的总质量(g);W2－离心后离心管和沉淀的总质量(g)。

2 结果与分析

2.1 马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性反应条件的选择

2.1.1 盐酸浓度对酸法脱酰胺改性的影响 马铃薯蛋白与不同浓度的盐酸在50℃下作用2h的结果见图1。由图1可知，马铃薯蛋白脱酰胺度随着盐酸浓度的增加而增加，当盐酸浓度达到0.4mol/L，脱酰胺度的增加趋缓。考虑到盐酸浓度过高，会导致蛋白肽键的水解，因此盐酸浓度0.4mol/L较为适宜。

图1 盐酸浓度对脱酰胺度的影响

2.1.2 反应温度对酸法脱酰胺改性的影响 马铃薯蛋白与0.4mol/L盐酸，在不同温度下作用2h结果见图2。由图2可知，马铃薯蛋白质的脱酰胺度随反应温度的增加而提高，当温度介于60～80℃之间时，变化趋势更为显著，80℃后脱酰胺度提高幅度不大。

图2 反应温度对脱酰胺度的影响

2.1.3 反应时间对酸法脱酰胺改性的影响 马铃薯蛋白与0.4mol/L盐酸，在50℃下作用不同反应时间结果见图3，由图3可知，反应时间对马铃薯蛋白脱酰胺度有较大影响，随着反应时间的延长，马铃薯蛋白的脱酰胺度随之增大，到2h后，脱酰胺度的增加趋于平缓。

图3 反应时间对脱酰胺度的影响

2.2 马铃薯蛋白酸法脱酰胺改性条件的优化

正交实验结果见表2。

表2 马铃薯蛋白酸法脱酰胺正交实验结果及极差分析表

经验证，马铃薯蛋白脱酰胺化反应的最佳条件为:盐酸浓度0.5mol/L，80℃下反应2.5h，此条件下马铃薯蛋白的脱酰胺度为44.76%。

2.3 脱酰胺改性对马铃薯蛋白功能性质的比较

对正交实验最优条件下得到的改性蛋白进行功能性质的测定，并随行对照，比较结果见表3。

表3 马铃薯蛋白质功能性质的比较

表3结果表明，除了吸油性未见明显改善外，改性后的马铃薯蛋白溶解性、持水性及乳化性、乳化稳定性较对照都有显著增加。其原因主要是由于脱酰胺引起天冬酰胺和谷氨酰胺转化为天冬氨酸和谷氨酸，使净电荷增加，对水的吸引能力增强。而在脱酰胺过程中可能存在的少量水解亦会引起蛋白质溶解度的增大。

3 结论与讨论

3.1 马铃薯蛋白脱酰胺改性的最适条件:盐酸浓度0.5mol/L，80℃下反应2.5h，此条件下马铃薯蛋白的脱酰胺度为44.76%。该脱酰胺度下，马铃薯蛋白的溶解性能、持水性及乳化性、乳化稳定性较改性前样品都有显著增加，这与文献报道的马铃薯蛋白含有较高天冬氨酸和谷氨酸相一致［7］，因此脱酰胺改性对马铃薯蛋白而言是有效的改性方法，有助于扩大马铃薯蛋白的应用范围。

3.2 酸法脱酰胺改性是在酸性条件下的高温反应，必然伴随着马铃薯蛋白的水解和变性过程，该过程的变化趋势和这部分改变对马铃薯蛋白营养价值、功能性质的影响以及脱酰胺度与马铃薯蛋白功能性质的关系等问题将在今后的研究中进一步深入探讨。

［1］董奋强，崔英德，崔亦华，等.蛋白质化学修饰及其工业应用［J］.河南化工，2006，23(4):1－4.

［2］那治国，王成波，张浩，等.大豆蛋白酸法去酰胺改性及对蛋白溶解性的影响［J］.现代食品科技，2009，25(6):600－603.

［3］李红梅，侯立琪，马兴胜.玉米蛋白去酰胺改性的研究［J］.粮食与饲料工业，2007(4):19－21.

［4］孔祥珍，周惠明.小麦面筋蛋白改性的研究［J］.食品科学，2003，24(12):47－50.

［5］易翠平，姚慧源.大米浓缩蛋白脱酰胺研究(1)酸法脱酰胺与酶法脱酰胺工艺比较与参数优化［J］.食品科学，2005，26 (1):145－159.

［6］朱科学，周音卉，周惠明.小麦胚芽球蛋白的提取及功能性质研究［J］.中国粮油学报，2008，23(5):19－21.

［7］张泽生，刘素稳，郭宝芹，等.马铃薯蛋白质的营养评价［J］.食品科技，2007，23(11):219－221.

Preliminary research of modification of potato protein by acid deamidation

ZHANG Yi1，MA Chang－lu2，REN Hai－wei1，ZHANG Bai－gang1，ZHAO Ping1
(1.College of Life Science and Engineering，Lanzhou University of Technology，Lanzhou 730050，China; 2.Beijing Vocational College of Agriculture，Beijing 102442，China)

Potato protein was deamidated by hydrochloric acid.The experiments showed that the optimal conditions: the concentration of HCl 0.5mol/L，reaction time 2.5h at temperature 80℃，the deamidation degree was 44.76%. After deamidation，the solubility，holding water capacity and emulsifying activity of potato protein were improved greatly.

potato protein;acid deamidation;modification

TS201.2+1

A

1002－0306(2011)12－0152－03

2011－08－30

张轶(1976－)，女，硕士，副教授，研究方向:农产品加工与贮藏。

甘肃省自然科学研究基金(1107RJZA204)。