小麦醇溶蛋白磷酸化改性工艺及性质的研究

张利兵，赵妍嫣，姜绍通

(合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽合肥 230009)

小麦醇溶蛋白磷酸化改性工艺及性质的研究

张利兵，赵妍嫣*，姜绍通

(合肥工业大学生物与食品工程学院，安徽合肥 230009)

小麦醇溶蛋白是一种新型的食品添加剂和品质改良剂，为了探讨其在增稠剂方面的应用，采用多聚磷酸钠对小麦醇溶蛋白进行磷酸化改性，以粘度为评价指标进行单因素实验和正交实验，确定了最佳改性工艺条件，并研究磷酸化改性后小麦醇溶蛋白的性质。实验结果表明最佳改性工艺为聚磷酸钠添加量与底物小麦醇溶蛋白添加量之比为1∶2，反应时间1.0h，反应温度25℃以及pH9.5，改性后的蛋白粘度、溶解性、乳化性及乳化稳定性、起泡性及其稳定性均有显著改善。

小麦醇溶蛋白，磷酸化改性，粘度

小麦醇溶蛋白约占小麦面筋蛋白总量的40%～50%，是胚乳的主要贮藏蛋白之一［1］。小麦醇溶蛋白的氨基酸组成比较齐全，是小麦面筋蛋白的主要组成成分之一，它赋予面筋延展性，是影响小麦面筋烘烤品质的重要因素，具有强的吸水性、粘弹性、薄膜成型性、黏附热凝固性和吸脂乳化性，具有清淡醇香或略带谷物品味等多种独特的物理特性。因此，小麦醇溶蛋白被广泛应用于面粉和面包品质的改善、蛋白复合膜和脂肪模拟物的制备［2－5］。然而由于小麦醇溶蛋白不易溶于水而限制了其在食品添加剂方面的应用，经过改性后，其溶解性增加，乳化性及起泡性等功能特性都得到较大的改善，有利于提升其应用价值。目前，蛋白的改性方法主要有化学法、物理法、基因工程法和生化法(即酶促改性)等［6］，其中化学改性是研究的热点。本研究利用多聚磷酸钠对小麦醇溶蛋白进行修饰改性，以改善小麦醇溶蛋白的功能特性，来拓宽小麦醇溶蛋白的应用范围，以期为食品工业提供一种新的品质改良剂。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

小麦面筋蛋白 安徽瑞福祥食品有限公司;多聚磷酸钠 化学纯，国药集团化学试剂有限公司;大豆油 上海嘉里食品工业有限公司;其他所用试剂均为分析纯。

NDJ－旋转式粘度仪、721G可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司;UDK152全自动定氮仪嘉盛(香港)科技有限公司;TDL－40B高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂;FK－A组织搅碎机 江苏金坛市金城国胜实验仪器厂;DZF－6020真空干燥箱上海三发科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 小麦醇溶蛋白的提取及含量测定 参照荣建华等［7］的方法并加以优化提取醇溶蛋白，并采用自动凯氏定氮法测定提取蛋白质的含量。

1.2.2 磷酸化小麦醇溶蛋白的制备［8］

1.2.3 小麦醇溶蛋白磷酸化改性优化工艺

1.2.3.1 单因素实验 分别选取改性pH、温度、时间、蛋白底物(小麦醇溶蛋白)添加量和改性剂添加量5个因素，以改性蛋白的粘度作为指标进行实验，做为正交实验的依据。

1.2.3.2 正交实验 根据单因素实验结果，选取L9(34)正交表进行实验，因素水平表如表1所示。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experimental design

1.2.4 粘度测定 采用NDJ－旋转式粘度仪测定醇溶蛋白溶液的粘度。

1.2.5 溶解度测定 采用双缩脲法测定［9］。

1.2.6 乳化性及乳化稳定性测定 测定方法参照文献［10］。

1.2.7 起泡性及起泡稳定性测定 测定方法参照文献［11］。

2 结果与分析

2.1小麦醇溶蛋白的提取

小麦醇溶蛋白的提取率为29.5%，蛋白质质量分数经自动凯氏定氮测定为96.88%。

2.2 小麦醇溶蛋白磷酸化改性条件优化

2.2.1 pH对小麦醇溶蛋白磷酸化改性的影响 从图1中可以看出改性蛋白质的粘度随着pH的增大而增大，当pH在9左右达到最大值，达到了1.82mPa·s。在醇溶蛋白中引入大量磷酸根基团后，增加了蛋白质体系的电负性，提高了蛋白质分子之间的静电斥力。使之在水中更易分散，相互排斥，分子链较为舒展，从而粘度增大，而随着pH的增大，进一步增加了溶液体系的电负性，粘度也就随之增大。

图1 pH对改性醇溶蛋白粘度的影响Fig.1 Effect of pH on viscosity ofmodified gliadin

2.2.2 反应时间对小麦醇溶蛋白磷酸化改性的影响 从图2中可以看出在0.5～1h，改性蛋白的粘度η不断增大，在1h时达到最大值1.74mPa·s，1～1.5h中间虽有波折但粘度值总体呈下强趋势，1.5～2.5h间改性蛋白的粘度基本不变。由于在0.5～1h之间由于磷酸根的加入，溶液电负性增加，提高了分子间静电斥力，分子链更为分散，粘度值增大，但随着反应的进行，原来蛋白质内部的亲水基团可能暴露出来，与磷酸化的氨基酸以氢键相连使蛋白质又重新聚合，导致蛋白质的粘度下降。

2.2.3 底物(小麦醇溶蛋白)添加量对小麦醇溶蛋白磷酸化改性的影响 由图3可以看出改性蛋白的粘度在醇溶蛋白浓度5%时达到最大，η值为1.41mPa·s，在蛋白质浓度3%～5%范围内，改性蛋白的粘度值直线增大，5%～7.5%则开始下降，7.5%之后则趋于稳定。随着小麦面筋蛋白质量分数的增大，磷酸化程度逐渐增加后趋于平缓。可能当醇溶蛋白质量分数较低时蛋白质分子处于溶解状态，和多聚磷酸钠分子碰撞的几率多，磷酸化程度也大。当质量分数进一步增大时，磷酸化的反应程度不再发生明显变化。因蛋白质通过磷酸化反应引入净负电荷使溶解度增加，水合作用增加，蛋白的粘度也不再增大，还有稍下降的趋势。

图2 反应时间对改性蛋白粘度的影响Fig.2 Effect of reaction time on viscosity ofmodified gliadin

图3 小麦醇溶蛋白添加量对改性蛋白粘度的影响Fig.3 Effect of gliadin concentration on viscosity ofmodified gliadin

2.2.4 多聚磷酸钠添加量对小麦醇溶蛋白磷酸化改性的影响 从图4中可以看出在多聚磷酸钠添加量为10%～50%范围内时，改性蛋白的粘度值持续增大，在50%达到最大值1.70mPa·s，可能因为多聚磷酸钠用量增加，小麦醇溶蛋白的磷酸化程度也增加，能够被磷酸化的－OH残基已基本反应完毕，在50%～100%范围内改性蛋白的粘度值开始平缓下降。

2.2.5 温度对小麦醇溶蛋白磷酸化改性影响 从图5中可以看出，改性蛋白的粘度先随着温度升高而升高，在25℃是最大，随后显著下降。在一定的温度范围内，随反应温度的升高，小麦醇溶蛋白的磷酸化程度和粘度由低到高;温度继续升高，则蛋白引入亲水性基团的数目增加以及蛋白质分子的伸展程度提高，使得蛋白的粘度呈下降趋势。

2.2.6 小麦醇溶蛋白磷酸化改性条件的优化 根据单因素实验结果，综合考虑选取pH、时间、温度和多聚磷酸钠添加量与底物之比四个因素设计正交实验，选取L9(34)正交表，具体方案和结果见表2。

图4 多聚磷酸钠添加量对改性蛋白粘度的影响Fig.4 Effect of sodium polyphosphate concentration on viscosity ofmodified gliadin

图5 反应温度对改性蛋白粘度的影响Fig.5 Effect of reaction temperature on viscosity ofmodified gliadin

表2 正交实验方案及结果Table 2 Orthogonal experimental design scheme and results

对表2正交实验进行极差分析后结果表明，影响小麦醇溶蛋白改性效果(以粘度为指标)的因素大小依次是A＞B＞D＞C，由实验结果可得出其最佳组合为A1B3D3C3，而直接分析的最佳组合是A1B2D2C2，与计算分析结果不一致。为了确定最优的改性工艺条件，对方案A1B3D3C3和A1B2D2C2同时进行验证实验，验证结果为改性后的粘度分别为1.94、2.31mPa·s。因此，从节约开支和时间的角度考虑，选择最优方案A1B2D2C2，即磷酸化改性醇溶蛋白的最佳条件为pH9.5，反应时间1.0h，多聚磷酸钠与小麦醇溶蛋白的用量比为1∶2，反应温度设为25℃，这时的得到的改性蛋白质粘度可达2.31mPa·s。与之前未改性的醇溶蛋白在相同条件下比较，即pH7.0，温度25℃下测得的粘度1.21mPa·s，提高了1.9倍。

2.3 磷酸化改性后小麦醇溶蛋白的性质研究

2.3.1 溶解度 从图6中可以看出改性醇溶蛋白的溶解度与未改性相比有了相当显著地提高，在pH为7时，原始小麦醇溶蛋白的溶解度为0.218g/L，改性后则为0.734g/L，提高了3.37倍。

图6 不同pH下的溶解度Fig.6 Solubility in different pH

2.3.2 乳化性及乳化稳定性 由图7a可以看出未改性醇溶蛋白在pH3时乳化性达到68.2%;而pH 7时乳化性仅为40.7%。改性后小麦醇溶蛋白的乳化性得到了显著提高，pH为3时，达到92.2%。从图7b可以看出改性蛋白质的乳化度比较稳定，小麦醇溶蛋白经磷酸化处理后，带上大量亲水的磷酸根基团，蛋白质分子伸展，与水作用的极性基团或离子基团增多，亲水性增加，乳化性能得到提高。

图7 不同pH下的乳化性和乳化稳定性Fig.7 Emulsifying capacity and emulsion stability in different pH

2.3.3 起泡性及起泡稳定性 由图8可以看出，与未改性的小麦醇溶蛋白相比，磷酸化改性后的小麦醇溶蛋白的起泡性和起泡稳定性均有了明显提高。起泡性在pH9.0有最大值120%，比原始蛋白提高了1.9倍。改性后的小麦醇溶蛋白的起泡稳定性随着pH的增大而增大，在pH9左右，达到最大值70%，相比未改性的增大了2倍。

图8 不同pH下蛋白起泡性和起泡稳定性Fig.8 Foaming capacity and foam stability in different pH

3 结论

以粘度为指标，得到了磷酸化改性小麦醇溶蛋白的最优制备工艺，即多聚磷酸钠添加量与小麦醇溶蛋白添加量之比为1∶2，反应时间1.0h，反应温度25℃以及pH9.5。小麦醇溶蛋白经磷酸后改性后，粘度、溶解度、乳化性及乳化稳定性和起泡性及起泡稳定性都有显著提高。这可以说明小麦醇溶蛋白有可能作为新型的蛋白类增稠剂使用，要真正的应用还需更进一步地探索实验。

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Study on phosphorylated modification technology and properties ofwheat gliadin

ZHANG Li－bing，ZHAO Yan－yan*，JIANG Shao－tong
(School of Biotechnology and Food，Hefei University of Technology，Hefei230009，China)

Wheat g liad in p rotein was one kind of w idely used food add itive，in order to study the app lication in thickener，Sod ium polyphosphate was used to phosphorylate wheat g liad in w ith the viscosity index for the evaluation of sing le fac tor experiments and orthogonalexperimental，the functionalp roperties ofwheatg liadin after being phosphorylated was studied.The op timum cond itions were sod ium polyphosphate/wheat g liadin 1∶2 at25℃and pH9.5 for 1.0h.Com pared to the originalg liadin，the solubility，emulsib ility，em ulsion stability and foam ab ility of mod ified g liad in was im p roved obviously.

wheat g liadin;phosphorylated modify;viscosit

TS210.1

B

1002－0306(2012)12－0318－04

2011－10－19 *通讯联系人

张利兵(1988－)，男，硕士研究生，研究方向:农产品生物技术。

安徽省2008年科技攻关计划项目(2008A08010302209)。