黑龙江省小米主栽品种蛋白质功能性质分析

张卓敏 张洪微 左豫虎 高玉荣 崔素萍

(黑龙江八一农垦大学食品学院1，大庆 163319)(黑龙江八一农垦大学农学院2，大庆 163319)

小米又名粟，在我国，小米间的蛋白质含量差异不大，但高于普通禾谷类粮食，低于豆类[1]。为了进一步提高小米的加工品质，国内外学者在小米蛋白质的功能性质方面做了很多研究。Arzeni[2]、Ramisetty[3]等研究表明，分离蛋白经超声波处理后，其体积平均粒径降低，与水分子的作用机率增加，从而使蛋白质的溶解度增加。范冬雪等[4]研究发现蒸煮加工后，小米蛋白质中的醇溶蛋白溶解性降低，并形成二硫键。温焕斌等[5]研究发现，米糠蛋白与大豆分离蛋白相比，其乳化性、持油性高，持水性低，起泡性与之接近。而顾镍等[6]发现， pH值在等电点附近时，各功能性质较低，而偏离等电点时有所提高；在pH为7.0时，小米糠蛋白的起泡性、乳化性和乳化稳定性，溶解性、吸水性较高。

充分了解不同产区小米蛋白质的功能性质，可为小米的加工提供理论和技术支持。黑龙江省是我国绿色农产品生产基地，且是小米的主产区之一，虽然张敏等[7]对黑龙江小米的化学组分、物理特性和加工品质等指标进行了测定，但有关黑龙江省主栽小米品种蛋白质的功能性质鲜见报道。本研究拟以黑龙江6种小米主栽品种为材料，研究小米蛋白质的功能特性，以期为小米的加工提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

红谷子、大金苗、张杂谷、朝新谷8号、吨谷1号、贡米，2016年采集于黑龙江省龙江县。花生油：市售。

1.2 实验仪器与试剂

Ellman试剂；Tris-Gly 缓冲液。

KDN-103F型自动凯氏定氮仪；RF-5301PC型荧光分光光度计；CHRISTALpha型冷冻干燥机；TD5A-WS型台式低速离心机；SPECORD®200 PLUS紫外分光光度计。

1.3 实验方法

1.3.1 小米全粉的制备

将6种不同品种小米洗净后用粉碎机粉碎，过40目筛子，备用。

1.3.2 小米蛋白质的提取

小米蛋白质的提取方法见参考文献[8]，用凯氏定氮法测定蛋白质含量[9]，分别计算6种小米蛋白质提取率和蛋白质纯度。

1.3.3 小米蛋白质功能性质的分析

小米蛋白质溶解性的测定方法见参考文献[10]；表面游离巯基含量的测定方法见参考文献[11]；总巯基含量测定方法见参考文献[12]；表面疏水性测定方法见参考文献[13]；起泡力及起泡稳定性测定方法见参考文献[14]；乳化性及乳化稳定性测定方法见参考文献[15]；吸油性测定方法见参考文献[16]；吸水性测定方法见参考文献[17]；最低凝胶点测定方法见参考文献[18]。

1.4 统计分析

所有试验均设3次重复，取平均值，利用SPSS12.0 分析系统对数据进行统计分析，用GraphPad Prism 5进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 小米蛋白质含量

6种小米蛋白质的含量见作者之前的研究成果：大金苗(11.20±0.07)%、朝新谷8号(9.32±0.11)%、张杂谷(10.57±0.13)%、红谷子(10.18±0.10)%、吨谷1号(9.27±0.12)%、贡米(11.88±0.11)%[19]。

2.2 小米蛋白质提取率和纯度测定

小米蛋白质的提取率分别为大金苗83.25%、朝新谷8号79.37%、张杂谷81.20%、红谷子87.12%、吨谷1号82.74%、贡米80.64%，平均提取率为82.39%，因提取率较高，所以该提取方法可行。此外测得小米蛋白质的纯度分别为大金苗90.48%、朝新谷8号89.26%、张杂谷90.34%、红谷子92.27%、吨谷1号89.77%、贡米91.56%，平均纯度为90.61%。

2.3 蛋白质功能性质分析

2.3.1 蛋白质的溶解性

溶解度是衡量蛋白质结构变化及功能特性的重要指标。小米蛋白质溶解性如图1所示。由图1可知，小米蛋白质的溶解性变化趋势基本一致，在pH 4.0时，溶解性均最小；当pH<4.0时，随着pH值的降低，溶解性升高；当pH>4.0

图1 小米蛋白质溶解性

时，随着pH值的升高，溶解性升高。因此，6种小米蛋白质的等电点接近pH 4.0。6种小米蛋白质的溶解性结果与Mohamed等[20]的研究结果相似。在pH 10.0时，蛋白质的溶解性均最大，其中，红谷子小米蛋白质的溶解性为71.91%，吨谷1号小米蛋白质溶解性最小为62.68%。小米蛋白质的溶解度高于小麦蛋白和大米蛋白，其原因可能是小麦蛋白中非极性氨基酸和谷氨酰胺侧链含量高且易形成疏水键和氢键。大米蛋白质中的二硫键较多，使蛋白分子形成更大的聚合体，导致大米蛋白溶解度较低[21]。

2.3.2 表面游离巯基含量及总巯基含量分析

小米蛋白质游离巯基含量及总巯基含量见表1。表1可知，小米品种间蛋白质游离巯基含量(除张杂谷和吨谷1号之间不显著外)和总巯基含量差异性显著(p<0.05)。其中，朝新谷8号游离巯基含量和总巯基含量均最大，分别为40.23、45.78 μmol/g，而吨谷1号含量均最小，分别为20.12、36.59 μmol/g。实验结果与许晶等研究结果相似[22]。

2.3.3 表面疏水性分析

小米蛋白质的疏水性指数见表2。小米各品种间蛋白质的疏水性指数差异显著(P<0.05)。一般来说，蛋白质的表面疏水性越强，它的亲水性就越弱，表现为溶解度越小。这可能是由于蛋白质分子表面的疏水性残基暴露，导致蛋白质具有较低溶解性；此外，溶解度高的蛋白质分子表面存在着较少的疏水性残基，这就可能是蛋白质溶解度较高，却表面疏水指数较低的原因[23]。由疏水性指数可知，吨谷1号小米蛋白质疏水性指数较大为533.25，所以其溶解性较小，而红谷子疏水性指数较小为246.61，所以其溶解性较大。这与2.3.1中溶解性的测定结果相符合。且这一结果与许晶等人[22]研究的大豆分离蛋白表面疏水性与溶解性呈负相关的结果相一致。

表1 小米蛋白质巯基含量

注：同一行不同字母表示差异显著(P<0.05)。

表2 小米蛋白质疏水性指数

注：同一行不同字母表示差异显(P<0.05)。

2.3.4 起泡力和起泡稳定性分析

小米蛋白质的起泡力和起泡稳定性如图2和表3所示。

图2 小米蛋白质的起泡力

表3 小米蛋白质的起泡稳定性测定结果/%

起泡性反映了蛋白质溶解扩散到气-水界面，并能在气-水界面发生构相转变的能力，可赋予食品以疏松的结构和良好的口感[24]。由图2可知，6种小米蛋白质溶液质量浓度在1～5 g/100 mL之间时，随着蛋白质浓度的增加，起泡力随之增大；当小米蛋白质质量浓度为5 g/100 mL左右时，6种小米蛋白质的起泡力均达到最大值，在13.7%～20.4%之间，最大的是张杂谷为20.4%，最小的是朝新谷8号为13.7%。当蛋白质浓度持续增大时，起泡力反而随着浓度的增大而减小。蛋白质浓度增加，蛋白质与蛋白质的相互作用导致形成较厚的吸附膜，且蛋白质分子在空气-水界面间的相互作用增强，提高了起泡的稳定性[25]。如表3所示，实验结果与以上结论相似。此外，在相同浓度下，小米蛋白质溶液的起泡稳定性随着时间的延长而降低。其中当溶液质量浓度为9 g/100 mL，时间为20 min时，吨谷1号起泡稳定性最高为81.63%，朝新谷8号起泡稳定性最低为74.73%。本研究的小米蛋白的起泡稳定性与Singh等[26]的研究结果相比略低。可能是由于本实验中小米蛋白质溶解度较高，致使较多的蛋白分子分散在水相中，且可溶性蛋白具有较低表面活性，进而造成体系的不稳定，泡沫稳定性降低。而与张慧娟等[27]研究的大米的溶解度低相比，大米蛋白质的溶解度较低，是由于大米蛋白质不能充分分散于溶液中，导致起泡性和泡沫稳定性较差。

2.3.5 乳化性及乳化稳定性分析

小米蛋白质的乳化性及乳化稳定性分析如图3和图4所示。

组成蛋白质的氨基酸有带电氨基酸，不带电极性氨基酸和非极性氨基酸，使得蛋白质可能具有乳化性[28]。如图3所示，蛋白质质量浓度在1～7g/100 mL之间时，小米蛋白质的乳化性随着蛋白质浓度的增加而缓慢增强。其中张杂谷的乳化性最高，为53.49%；红谷子最低，为39.50%。小米蛋白质的乳化稳定性如图4所示，随着蛋白质浓度的增加，乳化稳定性增加缓慢。其中，张杂谷的乳化性及乳化稳定性高于其他品种，为56.30%；最低的是红谷子，为50.19%。小米蛋白质具有较高的乳化性可能是由于小米蛋白质中含有较高的疏水残基，使蛋白质表面具有较高的张力，使油滴易分散在水溶液连续分散相里[29]。

图3 小米蛋白质的乳化性

图4 小米蛋白质的乳化稳定性

2.3.6 吸油性分析

小米蛋白质的吸油性如图5所示。

图5 小米蛋白质的吸油能力

蛋白质与水或油的相互作用对食品体系非常重要，因为它影响着食品的滋味和质地。蛋白质吸油性与蛋白质的种类、来源、加工方法、温度及所用的油脂均有关。如图6所示，蛋白质和油的比例(g∶mL)在1∶6～1∶14之间时，随着油的比例增大，6种小米蛋白质的吸油能力缓慢增强。通常来说，蛋白质的表面疏水基团越多，疏水性越强，则吸油能力越强，而溶解性就越弱。由图6可知，吨谷1号的吸油能力最强，为3.822%；而红谷子的吸油能力最弱，为2.64%。由表2中疏水性测得的结果看，其中红谷子的疏水性较弱，吸油能力较弱，溶解性较强。相反，吨谷1号的疏水性较强，吸油能力较强，它的溶解性最弱。本研究结论与李桂杰[30]等人的研究结论相似，即蛋白质分子结构疏松，疏水基团暴露，会导致结合更多数量的油，促使持油力增强。但吸油性显著低于小麦面筋蛋白的原始样品的33.83%[30]，略低于芸豆蛋白的5.53%[31]。

2.3.7 吸水性分析

小米蛋白的吸水性分析如图6所示。

图6 小米蛋白质的吸水能力

由图6可知，6种小米蛋白质量浓度在2～10g/100 mL之间时，其吸水能力随着蛋白质浓度的增大而增强，其质量浓度在2～8 g/100 mL之间时，吸水能力增幅较大，之后趋于平缓。蛋白质吸水能力的强弱取决于其分子表面的极性基团的多少和极性分子的亲和性的强弱，极性基团越多，吸水性越强，则溶解度也就越强。其中红谷子的吸水能力较强，最大值分别为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。由于大豆蛋白肽链骨架结构较疏松，沿着肽链骨架含有很多极性基团如羧基、氨基等，有些极性基团被离子化，与制品原料中各种离子间相互作用，形成松散结构，因此大豆蛋白能够较好的吸收性能[33]。

2.3.8 最低凝胶点分析

小米蛋白质的最低凝胶点分析如表4所示。

蛋白质凝胶的形成即蛋白质分子的聚集现象，在聚集过程中，分子间形成相互作用力，排斥力和吸引力，若吸引力占主导，则形成凝结物，水分从凝胶基体排除出来[34]。6种小米蛋白质的最低凝胶点的蛋白质质量浓度在10 g/100 mL左右。其中吨谷1号和贡米小米在蛋白质溶液浓度为11 g/100 mL时产生凝胶；张杂谷、大金苗和朝新谷8号在蛋白质溶液浓度为10 g/100 mL时产生凝胶。而红谷子在蛋白质溶液浓度为8 g/100 mL时产生凝胶。

表4 小米蛋白质的凝胶情况

3 结论

黑龙江省小米主栽品种的蛋白质的起泡能力及起泡稳定性、乳化性及乳化稳定性、吸水能力及吸油能力等各项指标在品种间存在着差异；6种小米蛋白质的最低凝胶点的蛋白质质量浓度在10 g/100 mL左右。

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