超声波技术对燕麦中蛋白质加工特性及抗氧化性的影响

马利华,王 露

(徐州工程学院 食品与生物工程学院,江苏 徐州 221018)

燕麦为禾本科一年生草本植物,属小杂粮.燕麦中含有脂质、蛋白质、抗氧化物等营养成分，是一种优质谷物[1].在食品加工中，蛋白质特性的变化不仅影响食品的营养价值，而且关乎食品的物理特性、品质特性及感官特性[2].采用超声波加工的食品，随着其振荡频率的增加，液体中的压力增大，使得超声波的空气化作用和机械剪切力作用得到增强，加快了细胞壁的破坏速度，从而有利于蛋白质分子展开并与溶剂接触，最终促进了蛋白质溶解于提取液中[3].超声处理改变了蛋白质的空间结构，进而改变了蛋白的功能[4].超声波加工食品具有效率高、成本低、操作简单、污染小等优点，对其应用已成为食品加工研究的热点之一.邵婷等[5]以脱脂辣木籽粉为原料，采用超声辅助法提取蛋白质，最高提取率可达88.09%；李超楠等[6]采用超声波辅助提取碎米蛋白，提取率高于碱溶酸沉法，且时间缩短了 2～3 h，其持水性、持油性、泡沫稳定性、乳化性均有所提高；耿军凤等[7]在超声波功率密度3.17 W/cm2、时间30 min、温度35 ℃、占空比50 %的条件下，改善了花生蛋白的溶解度、持水性、起泡性等功能与特性.本研究以燕麦为原料，考察不同超声功率、不同超声时间处理后燕麦中可溶性蛋白质含量、蛋白质的加工特性及抗氧化性的变化，以求为燕麦蛋白质相关产品的开发与利用提供理论参考.

1材料与方法

1.1 实验材料与设备

燕麦，本地大润发超市.

YM-1000Y超声波细胞粉碎仪，上海新芝科技股份有限公司；VFD-1000冷冻干燥机，天津东美仪器公司；RE-2000A旋转蒸发仪，上海华科仪器仪表有限公司；ZNCL-BS恒温磁力加热搅拌器，上海越众仪器设备有限公司；高速离心机TG-16W-I，济南鑫宇医疗设备有限公司.

石油醚、NaOH、HCl、考马斯亮蓝G-250、磷酸、95%乙醇，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；ABTS、DPPH，sigma试剂公司.

1.2 燕麦蛋白质的制备

采用碱溶酸沉法[8]提取燕麦蛋白，即将粉碎后的燕麦粉按料液比(g/mL)1∶2 添加石油醚，浸泡30 min后将石油醚倒掉并待石油醚挥发完全，得到脱脂燕麦粉.按料液比(g/mL)1∶10加入蒸馏水，调节溶液pH为10，40 ℃下水浴2 h，以4 000 r/min离心20 min，收集上清液，调节pH为4时有沉淀析出，静置，离心，将沉淀物水洗至中性，进行冷冻干燥，得到燕麦蛋白质.

1.3 燕麦中可溶性蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝G250法进行测定[9].

1) 标准曲线的制备

以牛血清白蛋白为标准溶液，得到标准曲线C=0.009 0X-0.041 8，R2=0.993 5，

式中：X为吸光度；C为蛋白质质量浓度，μg/mL.

2) 可溶性蛋白质含量测定

式中：V为样液总体积，mL；W为样品质量，g.

1.4 燕麦蛋白质持油性的测定

称取1 g燕麦蛋白质样品于离心管中，称量离心管和蛋白质样品的总质量，加入5 mL大豆油，搅拌后以4 000 r/min离心15 min，离心后取出游离油，称量离心管与管中沉淀物的总质量[10].

式中：m为蛋白质样品的质量，g；m1为离心管和蛋白质样品的总质量，g；m2为离心管和管中沉淀物的总质量，g.

1.5 燕麦蛋白质乳化性的测定

取燕麦蛋白质样品0.50 g于10 mL蒸馏水中，加入等体积大豆油，用磁力搅拌器以1 800 r/min搅拌5 min，然后2 000 r/min下离心10 min，记录乳化层高度，计算其乳化性[11].

式中：h为乳化层高度，cm；H为离心管中液体高度，cm.

1.6 燕麦蛋白质氮溶指数测定

称0.50 g样品，加入蒸馏水并定容至50 mL，搅拌混匀后以2 000 r/min离心15 min，取上清液，用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量，计算氮溶指数[12]

式中：N1为上清液中蛋白质质量，mg；N2为燕麦中提取的总蛋白质质量，mg.

1.7 燕麦蛋白质DPPH抑制率测定

称取0.012 8 g DPPH，溶解于50 mL容量瓶，定容，摇匀配置成DPPH溶液[13].反应液的添加具体见表1.

表1 反应液的添加

按表1添加反应液进行计算，

1.8 燕麦蛋白质ABTS+自由基清除率的计算[14]

式中A为样液吸光度值.

2 结果与分析

2.1 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质含量的影响

提取率的提高不仅与超声波独特的热效应、机械效应、空化效应密不可分，也与超声波对物质结构的影响有一定联系[15].不同超声功率、时间对燕麦蛋白质含量的影响如图1所示.实验结果显示：不同功率的超声波通过不同时间的处理，燕麦中可溶性蛋白质含量均高于未处理的.超声波功率的加强、超声时间的延长可以在20 min内提高燕麦中可溶性蛋白质的溶出，达到最大值；但是超声功率过大、时间过长反而会使蛋白质变性，影响燕麦蛋白质的溶出率.

超声功率100 W下超声20 min时燕麦蛋白质含量达到最高值57.07 mg/g；超声功率200、300 W下超声15 min时，燕麦蛋白质含量分别达到最高值65.02、61.07 mg/g；超声功率400 W下超声10 min时，燕麦蛋白质含量达到最高值59.42 mg/g.由此可见，超声功率200 W下超声15 min时的处理效果最佳，比未超声处理的提高了46.6%.

图1 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质含量的影响

2.2 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质持油性的影响

持油性是指蛋白产品吸附油脂的能力，是非极性脂肪族链与蛋白质非极性区之间的疏水性互相作用的结果[16].不同超声功率、时间对燕麦蛋白质持油性的影响如图2所示.实验结果显示超声处理后燕麦蛋白质的持油性均高于未处理，其原因是超声波与脂肪分子中的烃链相互作用后非极性残基侧链暴露于分子表面，导致油脂更易渗出[17].随着超声功率加强、超声时间的延长，20 min内燕麦蛋白持油性达到最高值后有所下降，这可能是因为超声波的处理使蛋白质部分变性，结构变得紧密，不溶性蛋白增多，导致其持油性下降.超声功率200 W下超声15 min时处理的燕麦蛋白质持油性最佳，达到1.5 g/g,比未超声处理的提高了40.2%.

图2 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质持油性的影响

2.3 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质乳化性的影响

蛋白质作为一种表面活性物质，既含有亲水性基团又含有亲油性基团，具有降低水-油界面表面张力的作用，表现为乳化稳定性，故而在食品加工中可应用这一特性，使产品保持乳化稳定状态，以延长产品货架期[18].蛋白质分子的空间结构随着超声波处理时间的增加而愈加疏松，从而使极性部分朝向水相，非极性部分朝向脂质，因而适当的超声处理可以提高燕麦蛋白质的乳化性能[19].不同超声功率、时间对燕麦蛋白质乳化性的影响如图3所示.实验结果显示：超声功率200 W下超声15 min时达到最大51.82%；随着超声时间继续延长，燕麦蛋白质乳化性有所下降，比未超声处理的提高了23.1%.

图3 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质乳化性的影响

2.4 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质氮溶指数的影响

超声波处理能够一定程度提高燕麦蛋白质的氮溶指数，这可能是由于超声处理过程中超声空穴效应增大了固液接触的表面积，大量的空穴气泡使得蛋白颗粒周围形成较大的压强，充分伸展了蛋白质的空间结构，导致肽键断裂，相互间的作用力下降，亲水性氨基酸暴露出来，从而增强了溶解性[20].不同超声功率、时间对燕麦蛋白质氮溶指数的影响如图4所示.实验结果显示：超声功率100 W下处理20 min时达到最大值24.88%，蛋白质变性程度随着超声时间继续延长而加大，氮溶指数有所下降；超声功率200 W下处理15 min时氮溶指数达到最高，比未超声处理的提高了43.5%.

图4 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质氮溶指数的影响

2.5 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质DPPH自由基清除率的影响

蛋白质的结构是其功能特性的基础，空间结构的改变会在一定程度上引起蛋白质功能特性的变化[21].不同超声功率、时间对燕麦蛋白质DPPH自由基清除率的影响如图5所示.超声波处理不只对蛋白质的理化功能特性有影响，对蛋白质的生物活性也有一定程度的影响,即燕麦蛋白质对DPPH自由基具有清除的作用，随着超声时间和功率的变化，燕麦蛋白质对DPPH自由基的清除作用均有一定程度的提高.这可能是与超声波处理改变了燕麦蛋白质的结构有关.实验结果显示：超声功率200 W下处理15 min时DPPH自由基清除率达到最高85.03%，比未超声处理的提高了39.3%.

图5 不同超声功率、时间对燕麦蛋白DPPH自由基清除率的影响

2.6 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质ABTS+自由基清除率的影响

不同超声功率、时间对燕麦蛋白质ABTS+自由基清除率的影响如图6所示.实验结果显示：超声波处理能够提高燕麦蛋白质对ABTS+自由基的清除作用，随着超声时间的增加，各功率下燕麦蛋白质对ABTS+自由基的清除率呈现先增长后降低的趋势；超声功率200 W下处理15 min时ABTS+自由基清除率达到最高81.93%，比未超声处理的提高了33.9%.

图6 不同超声功率、时间对燕麦蛋白质 ABTS+自由基清除率的影响

3 结语

适当的超声波处理可以提高燕麦蛋白质的含量，改善燕麦蛋白质功能特性和抗氧化性，但是超声时间过长、功率过大会破坏蛋白质空间结构，改变蛋白质分子聚集程度以及蛋白质表面的疏松程度等，致使蛋白质变性以及蛋白质持油性、乳化性等蛋白质特性以及DPPH自由基清除率、ABTS+自由基清除率出现下降的趋势，从而对蛋白质食品及生物活性产生不利影响.关于超声波加工对燕麦蛋白质的影响研究有益于燕麦及其相关产品的开发与生产.