超声波处理对杏仁粕蛋白质理化和功能性质的改性研究

谢为峰，罗丰收，解超男，王 胜，孔令明

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.乌鲁木齐西部康维生物科技有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

超声波处理对杏仁粕蛋白质理化和功能性质的改性研究

谢为峰1，罗丰收1，解超男1，王 胜2，*孔令明1

（1.新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.乌鲁木齐西部康维生物科技有限公司，新疆乌鲁木齐 830000）

以杏仁粕为原料，通过预处理后得到杏仁粕蛋白，并采用不同的超声功率对杏仁粕蛋白进行处理，探究超声功率、蛋白浓度及超声时间对蛋白质的溶解度、巯基及二硫键的影响。结果表明，其最佳条件为超声功率500 W，蛋白浓度4 g/mL，超声时间15 min；此时，蛋白质的溶解度达到最大为160 mg/g。

杏仁粕；超声功率；溶解度；巯基；二硫键

杏仁是蔷薇科杏的种子，分为甜杏仁和苦杏仁，主要含有蛋白质、脂肪、糖、微量苦杏仁苷［1］。脂肪的组成中主要是油酸和亚油酸。被工业榨油后的杏仁粕里所含60%以上的蛋白质能够被提取利用［2］。因此，本研究可以提高杏仁粕的利用率，促进杏仁蛋白产业的发展。超声处理是利用声波产生的高频振荡，作用于液体对物料产生的一种空化作用，能在瞬间产生较强的机械剪切力，使蛋白质的空间构象发生改变，进一步改变蛋白质的性质［3］。

1 材料与方法

杏仁蛋白粉，实验室制备；NaOH（分析纯），杭州恒鑫达化工有限公司产品；HCl（分析纯），西安三浦化学试剂有限公司产品。

SK2200LH型双频清洗器，上海精密仪器仪表有限公司产品；台式低温高速离心机，湖南沪康离心机有限公司产品；FSH-2型可控高速均质机，北京中盛利杨科技有限公司产品；PHS-3C型实验室pH计，上海昂禹环保科技有限公司产品；EU-2800DS型紫外可见分光光度计，上海昂立仪器有限责任公司产品；SJIA-10N小型台式真空冷冻干燥机，宁波市双嘉仪器有限公司产品。

1.3.1 杏仁粕蛋白提取流程［4］

杏仁粕→粉碎→脱脂→配制溶液→调节pH值→离心→取上清液→调节pH值→离心→取沉淀物→真空冷冻干燥→杏仁蛋白粉。

1.3.2 杏仁粕蛋白质溶解度（NSI）的测定

精确称取杏仁粕蛋白粉末1.000 g，溶于100 mL蒸馏水中，pH值调至7.0，然后分别在超声功率为100，200，300，400，500，600 W下处理15 min，于转速4 500 r/min的条件下离心30 min，取上清液，以考马斯亮蓝法测定上清液的蛋白含量。计算蛋白溶解度的公式如下：

式中：C——测得蛋白质量浓度，g/mL；

V——蛋白液体积，mL；

M——杏仁粕蛋白量，g。

1.3.3 杏仁粕蛋白质乳化性及乳化稳定性测定

取1.000 g杏仁粕蛋白粉，溶于100 mL蒸馏水中，将杏仁粕蛋白溶液pH值调至7.0，于100，200，300，400，500，600 W超声功率下处理15 min，取50 mL的杏仁粕蛋白液，添加50 mL的花生油，用可控高速均质机均质5 min，然后使用离心机以转速4 500 r/min离心30 min之后，测量杏仁粕蛋白液的乳化层高度，蛋白的乳化性可以用乳化层高度和总液体高度比来衡量。将离心后的溶液于80℃的条件下水浴保温1 h，放置冷却后蛋白质乳化稳定性为再次测定乳化层高度与第1次测得乳化高度的比。

1.3.4 杏仁粕蛋白起泡性和起泡稳定性测定

取1.000 g杏仁粕蛋白粉，并将其溶于100 mL的蒸馏水中，将杏仁粕蛋白溶液pH值调至7.0，于100，200，300，400，500，600 W的超声功率下处理15 min后，用可控高速均质机均质5 min，然后快速加到量筒中读出泡沫的体积。杏仁粕蛋白的起泡性就是其与蛋白液总体积的比。室温放置30 min后，第2次读出泡沫的体积，泡沫稳定性即为其与第1次读数之比。

1.3.5 杏仁粕蛋白中巯基、二硫键的测定

（1）巯基的测定。取1.000 g杏仁粕蛋白，放入烧杯中溶解在Tris-Gly缓冲液（pH值8.0）中，并于容量瓶中定容至100 mL，取一定量的杏仁粕蛋白液于100，200，300，400，500，600 W的超声功率下处理15 min。量取0.5 mL超声处理过的杏仁粕蛋白液，添加2.5 mL Tris-Gly缓冲液（pH值8.0）的尿素（8 mol/L），再加入0.02 mL的Ellman试剂，将混合液摇匀，并在室温下放置30 min，然后于波长412 nm处测量其吸光度。计算巯基含量的公式如下：

式中：A0——巯基杏仁粕蛋白液吸光度；

C0——杏仁粕蛋白液质量浓度，μmol/g。

（2）二硫键的测定。取1.000 g杏仁粕蛋白溶于100 mL，Tris-Gly缓冲溶液（pH值8.0）中，取蛋白液于100，200，300，400，500，600 W的超声功率下处理15 min。量取0.2 mL超声处理过的蛋白液，加入10 mol/L脲1 mL与0.02 mL巯基乙醇混合，放置1 h后用12%三氯乙酸沉淀蛋白10 mL。接着取0.5%SDS 3 mL溶解沉淀，然后用同样的试剂稀释10倍，加0.05 mL Ellman试剂，采用紫外分光光度计于波长412 nm处测定其吸光度。计算二硫键质量浓度的公式如下：

式中：A1——二硫键样液吸光度；

C1——巯基质量浓度，μmol/g；

C0——样品质量浓度，μmol/g。

2 结果与分析

超声功率对杏仁粕蛋白溶解度的影响见图1。

图1 超声功率对杏仁粕蛋白溶解度的影响

蛋白质最重要的特性之一就是其溶解度，也是影响蛋白品质的一个重要指标。由图1可知，超声功率在100～500 W时，杏仁蛋白的溶解度随着超声功率的增大而增加，当超声功率达到600 W时，杏仁蛋白的溶解度基本没有变化，即溶解度达到了最大值。因此，随超声功率的增加蛋白溶解度也随之增大，这是由于杏仁粕蛋白有18种氨基酸，经超声处理后会使其空化效应破坏蛋白分子构象，使杏仁粕蛋白分子产生降解，生成多种氨基酸，这些氨基酸对水有一定的亲和作用。由于氨基酸的氨基与邻近的羧基会有静电作用，蛋白质聚沉产生沉淀，然而太强的超声功率会使空化效应起反作用，阻碍蛋白质间的聚集，因此能增加蛋白质的溶解度。

蛋白质量浓度对杏仁粕蛋白溶解度的影响见图2。

图2 蛋白质量浓度对杏仁粕蛋白溶解度的影响

分别精确称取一定量的杏仁粕蛋白，并配制1，2，3，4，5 g/mL一系列浓度梯度的杏仁粕蛋白液，在500 W的超声功率下处理15 min，采用紫外光度计对其进行蛋白测定。由图2可知，在一定范围内，随着蛋白质量浓度的增加其溶解度增大；蛋白浓度为5 g/mL时，溶解度最大，之后基本不变。超声波的作用会促使蛋白质的三级结构发生改变，使分子内部的亲水基暴露出来，易与水结合，使溶解度增加。蛋白质量浓度增加至6 g/mL时，超声作用于蛋白质的平均力降低，其亲水基不会再增多，蛋白溶解度持平。综合来看，杏仁粕蛋白质量浓度在5 g/mL时，溶解度最大。

超声时间对杏仁粕蛋白溶解度的影响见图3。

图3 超声时间对杏仁粕蛋白溶解度的影响

称取定量的杏仁粕蛋白，配制质量浓度为5 g/mL的蛋白液，分别在700 W超声功率下处理5，10，15，20，25 min，然后以转速4 500 r/min离心，并弃去沉淀，剩下的溶液采用考马斯亮蓝比色法确定蛋白含量。由图3可知，在一定范围内，超声处理时间越久蛋白质的溶解度越大，在超声时间15 min时，溶解度最大。这是由于超声波的作用使蛋白质的构象发生改变，使其亲水基团暴露在外，可以与水相结合。但随超声时间的持续进行，蛋白质分子的空间结构较大程度的被破坏，最终导致蛋白质变性，溶解度降低。

超声功率对杏仁粕蛋白起泡性及稳定性的影响见图4。

图4 超声功率对杏仁粕蛋白起泡性及稳定性的影响

蛋白质的起泡性和起泡稳定性是影响食品的质构、口感以及品质的重要因素，蛋白质可用于表面活化剂被广泛应用在食品的生产加工中。

由图4可知，在一定范围内，随着超声功率的不断增大，蛋白质的起泡性和起泡稳定性均与其呈正相关关系。超声功率在400 W时，起泡性达到最大值为50%；超声功率在300 W时，起泡稳定性达到最大值84%。蛋白质的起泡性及起泡稳定性均是随超声功率的增大呈现先升高后下降的趋势，这可能因为超声波的空化效应促使蛋白质分子结构改变，影响了分子结构的稳定性，从而致使杏仁粕蛋白质的起泡性及起泡稳定性的升高或降低。

超声功率对杏仁粕蛋白乳化性及乳化稳定性的影响见图5。

图5 超声功率对杏仁粕蛋白乳化性及乳化稳定性的影响

蛋白质的乳化性质是使油、水形成的稳定乳状液，蛋白质的乳化性和乳化稳定性可以作为食品工业加工上的一个重要衡量指标。蛋白质中存在亲油性基团与亲水性基团，可在水油混合的界面相互结合形成乳状液体，蛋白质具有促进油、水相互乳化的作用，从而形成乳状液，并能长久保持其稳定的能力，这就是蛋白质的乳化性。

由图5可知，随着超声功率的增加，蛋白质的乳化性也在逐渐增加，当超声功率达到500 W时蛋白质的乳化性达到最大；随后，超声功率增加到300 W，蛋白质的乳化性却出现了下降的趋势，这可能是由于蛋白质的溶解性会影响到蛋白质的乳化性，但是随着超声功率的提高，超声波会产生强烈空化效应导致蛋白质分子的化学键发生断裂，部分蛋白质发生变性，进而致使溶解度与乳化性均下降。同时，蛋白质的乳化性及稳定性与蛋白质的分子结构都具有一定的相关性，超声功率会在一定程度上破坏蛋白质的结构，使疏水基和亲水基都呈现在分子表面，而乳化体系的形成就是靠这2类的基团与油、水相互作用产生的乳化现象，故而可以提高蛋白质的乳化性。但是，超声功率太高同样也会阻止疏水基的暴露，导致乳化能力降低。因此，超声功率是改性杏仁粕蛋白乳化性能的重要影响因素。

超声功率对杏仁粕蛋白结构的影响见图6。

图6 超声功率对杏仁粕蛋白结构的影响

二硫键是反映蛋白分子立体结构的重要特征，由图6可知，超声功率为100～400 W时，巯基含量逐渐降低，并且400 W时最低；但二硫键却是在400 W时最高，随后当超声功率进一步增加时，巯基的含量升高、二硫键的含量出现了下降。二硫键含量下降，表明蛋白质中的多肽链被降解，进一步会是蛋白质变性，丧失生物活性；二硫键增加表明蛋白分子的空间构象发生了折叠重排。因此，巯基和二硫键含量的变化，都表明超声处理可改变蛋白质分子的立体结构，以达到改变蛋白质性质的效果。

3 结论

在试验中，超声功率、蛋白质量浓度、超声时间对蛋白质的溶解度均有显著影响。其最佳条件为超声功率500 W，蛋白质量浓度4 g/mL，超声时间15 min。此时，蛋白质的溶解度达到最大为160 mg/g。巯基和二硫键含量的变化，都表明超声处理可改变蛋白质分子的立体结构，以达到改变蛋白质功能特性的效果。

［1］ 陈贵堂，赵霖.植物蛋白的营养生理功能及开发利用 ［J］.食品工业科技，2004（9）：137-140.

［2］ 徐建国，胡青平，王迎籽，等.碱溶酸沉法提取桑椹籽蛋白质的工艺优化 ［J］.中国粮油学报，2010（6）：98-101.

［3］ 贾俊强，马海乐，赵伟睿，等.超声波处理对小麦胚芽球蛋白理化和功能性质的影响 ［J］.农业机械学报，2009（8）：105-110.

［4］ 汤茜.碱溶酸沉法制备火麻仁蛋白工艺研究 ［J］.中国酿造，2011（3）：108-110.◇

Almond meal as a raw material，obtained by pretreatment almond meal protein，and using different ultrasonic power for protein processing，explore the ultrasonic power，protein concentration，protein solubility and the thiol groups，the impact of disulfide bonds ultrasonic time.The results show that the optimum conditions are the ultrasonic power 500 W，concentration 4 g/mL，ultrasonic time 15 min.In this case，the maximum solubility of the protein is 160 mg/g.

almond meal；ultrasonic power；solubility；mercapto；disulfide bond

1671-9646（2016）09a-0001-03

TS229

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.09.001

2016-06-30

乌鲁木齐高新技术产业开发区创新基金项目（CXJJ2014002）。

谢为峰（1990— ），男，在读硕士，研究方向为植物蛋白加工。

孔令明（1976— ），男，博士，教授，研究方向为农产品加工与贮藏。