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齐齐哈尔大学许英一教授等：热处理及转谷氨酰胺酶对糖基化燕麦蛋白凝胶性质的影响

2022-12-12作者：来源：食品科学杂志责任编辑：食品界字体A+AA-

在谷物类食品中，燕麦蛋白质含量居首位（11.19%～19.85%）。其蛋白组成中氨基酸均衡且配比合理，其中球蛋白占总蛋白质含量的70%～80%，主要由12S、7S和3S蛋白组成，因燕麦蛋白溶解性等功能性质较差，限制了其在食品加工领域中的应用。对蛋白进行糖基化、胶凝化等改性处理，将改性蛋白作为添加剂应用于食品配方中是一种极具潜力的方法。

为了将改性蛋白作为添加剂更好地应用于食品工业中，齐齐哈尔大学食品与生物工程学院的许英一、马鑫蕊等对燕麦蛋白及其糖基化产物分别进行热处理和TG改性，测定改性蛋白凝胶的结构和凝胶性质，探究糖基化改性结合热处理或TG改性对燕麦蛋白凝胶性质的影响。以期为燕麦蛋白的开发及应用提供一定理论依据。

1、HIGLGOP的工艺优化分析

由表1可知，各因素对HIGLGOP凝胶强度的影响大小为：蛋白质量分数＞pH值＞反应时间＞反应温度。由表2可知，蛋白质量分数和pH值对HIGLGOP凝胶强度的影响显著（P＜0.05），而反应时间和反应温度对凝胶强度无显著影响。结合表1和表3得到最优组合为A2B2C2D2，即蛋白质量分数8%、pH 10、反应时间2 h、反应温度95 ℃，通过最优组合进行实验，得到HIGLGOP凝胶强度为（186.13±1.97）g，高于表1中9 个正交试验的结果。后续实验在此最优条件组合下进行。

2、LGOPIG的工艺优化分析

由表4可知，各因素对凝胶强度的影响大小为：酶添加量＞蛋白质量分数＞pH值＞反应时间＞反应温度。由表5可知，酶添加量对凝胶强度的影响显著（P＜0.05），而蛋白质量分数、pH值、反应时间和反应温度对其无显著影响；结合表4和表6得到最优组合为A4B3C1D2E2，即蛋白质量分数8%、酶添加量40 U/g、pH 6.5、反应时间2.0 h、反应温度55 ℃，通过最优组合进行实验，得到凝胶强度为（159.64±1.83） g，高于表4中16 个正交试验的结果。后续实验在最优组合下进行。

3、燕麦蛋白凝胶质构性质分析

由图1可以看出，与HIGOP相比，其他3 种燕麦蛋白凝胶的弹性和硬度均显著提高（P＜0.05）；4 种燕麦蛋白凝胶中，LGOPIG的质构性质最好。与HIGOP相比，LGOPIG的弹性、硬度和胶黏性分别提高了7.27%、9.49%和13.01%。LGOPIG的弹性和胶黏性显著高于HIGLGOP（P＜0.05）；LGOPIG的质构特性显著高于OPIG（P＜0.05）。

4、燕麦蛋白凝胶持水性分析

由图2可以看出，4 种燕麦蛋白凝胶中，LGOPIG的持水性最好。与HIGOP相比，其他3 种燕麦蛋白凝胶的持水性都显著提高（P＜0.05），HIGLGOP、OPIG、LGOPIG的持水性分别提高了14.21%、4.86%、22.22%。两种酶诱导蛋白凝胶（OPIG、LGOPIG）的持水性分别高于两种热诱导蛋白凝胶（HIGOP、HIGLGOP）；两种糖基化改性蛋白凝胶（HIGLGOP、LGOPIG）的持水性分别高于两种未糖基化改性蛋白凝胶（HIGOP、OPIG）。

5、燕麦蛋白凝胶表面疏水性分析

由图3可以看出，两种酶诱导蛋白凝胶（OPIG、LGOPIG）的H0分别高于两种热诱导蛋白凝胶（HIGOP、HIGLGOP）；两种糖基化改性蛋白凝胶（HIGLGOP、LGOPIG）的H0分别低于两种未糖基化改性蛋白凝胶（HIGOP、OPIG）。有可能是H0由蛋白质的表面残基暴露的程度所决定。暴露于分子表面的疏水性残基越多，H0越强。燕麦蛋白经TG催化后，蛋白结构发生了改变，多肽链展开，疏水区域从分子内部基团暴露出来，使H0升高，这与臧学丽等的结论一致。

6、燕麦蛋白凝胶的SDS-PAGE分析

由图4可以看出，与热诱导蛋白凝胶（HIGOP、HIGLGOP）相比，TG交联后的蛋白凝胶（OPIG、LGOPIG）在分离胶顶端有大量大分子质量的蛋白交联产物，且其31.0、21.0 kDa处的颜色相对热诱导蛋白凝胶明显变浅，同时还有大分子质量的蛋白堆积在槽内无法向下迁移，不能进入凝胶（箭头处）。结果表明，TG引起燕麦蛋白发生分子间或分子内交联而形成大分子质量的交联产物。

7、燕麦蛋白凝胶荧光光谱分析

由图5可知，两种酶诱导蛋白凝胶（OPIG、LGOPIG）的荧光强度分别高于两种热诱导蛋白凝胶（HIGOP、HIGLGOP）；两种糖基化改性蛋白凝胶（HIGLGOP、LGOPIG）的荧光强度分别高于两种未糖基化改性蛋白凝胶（HIGOP、OPIG）。HIGOP、HIGLGOP、OPIG、LGOPIG的最大荧光发射波长分别为358、355、349、353 nm，说明TG交联后的蛋白最大荧光发射波长减小，发生了蓝移。酶诱导蛋白凝胶的荧光强度高于热诱导凝胶，原因为TG使得燕麦蛋白交联，引起蛋白结构发生变化，色氨酸、酪氨酸等发色氨基酸暴露，引起荧光强度增大。

8、燕麦蛋白凝胶的FTIR分析

如图6所示，与未糖基化改性燕麦蛋白凝胶（HIGOP、OPIG）相比，糖基化蛋白凝胶（HIGLGOP、LGOPIG）在3 200～3 700 cm^-1范围内吸收峰变宽，证明燕麦蛋白与乳糖共价结合之后，复合物的羟基数量增加，引起C—OH的伸缩振动。在酰胺I带区域（1 600～1 700 cm^-1）中，吸收导致C＝O键的拉伸振动，因此被认为是用于研究蛋白质结构变化最敏感的区域。由图6可知，经TG改性处理后的蛋白，其波形均向高波数偏移约1～2 cm^-1。这说明在TG影响下，蛋白结构不稳定，氢键作用变弱，使得C＝O化学键的键长减小，而化学键的伸缩振动与键长的平方根呈反比，由于键长减小使伸缩振动频率增加，因此导致波数增加。

9、燕麦蛋白凝胶微观结构分析

从图7可以看出，与未糖基化的燕麦蛋白凝胶（图7A和C）相比，LGOP凝胶（图7B和D）的表面结构变得更加疏松和多孔。这可能是糖基化反应形成了不均匀结构，使蛋白结构改变，导致燕麦蛋白凝胶的功能性质发生变化。与未经TG交联的燕麦蛋白（图7A和B）相比，经TG交联的燕麦蛋白凝胶（图7C和D）中的蛋白大小发生了很大的变化且凝胶空间中孔径减少。这说明TG能够降低蛋白质分子间的无序聚集形成更加有序的结构。

结论

采用热处理及TG处理对燕麦蛋白及其糖基化产物进行胶凝化改性，TG处理的蛋白凝胶的质构性质、持水性、H0均高于热处理蛋白凝胶，糖基化改性燕麦蛋白凝胶的质构性质、持水性均高于未糖基化改性的燕麦蛋白凝胶，而糖基化改性燕麦蛋白凝胶的H0低于未糖基化改性的燕麦蛋白凝胶。结果说明TG与蛋白发生交联降低了蛋白质分子之间的静电斥力，易形成结构致密的凝胶网络，提高了蛋白凝胶的质构性、持水性及H0；连接了许多亲水羟基的糖基化蛋白易形成分子间氢键，提高了蛋白凝胶的质构性、持水性，降低了蛋白凝胶的H0。

通过SDS-PAGE、荧光光谱、FTIR光谱和SEM分析，证明TG能够改变蛋白质之间的相互作用，形成更稳固的三维网络凝胶结构，且凝胶微观结构更加均匀致密。因此，可以认为TG预处理比热处理能够有效地改善燕麦蛋白凝胶的性质和微观结构，可以为改善燕麦蛋白凝胶的性质及其在食品工业的应用提供新思路。

第一作者简介

许英一，教授，齐齐哈尔大学食品与生物工程学院。

1993年7月毕业于齐齐哈尔轻工学院食品工程专业，获工学学士学位；2003年6月毕业于东北农业大学食品科学专业，获工学硕士学位。
主要研究方向：食品化学、植物蛋白的提取、纯化及酶法改性，及黄酮类物质的提取及生物活性研究。
科研及获奖情况：任黑龙江省食品科学技术学会第四届理事会理事和黑龙江省天然产物工程学会理事。《食品安全质量检测学报》审稿专家，2017、2018年黑龙江省自然科学基金评审专家，2019年浙江省自然科学基金评审专家。近几年来主持和参与科研项目20余项，主持并完成省部级项目2项，主持并完成市厅级项目6项，主持市厅级在研项目2项。获齐齐哈尔市科技进步二等奖1项（第一名），黑龙江省高校科学技术奖一等奖1项(第二名）。授权国家发明专利2项。出版编著3部。发表中文核心期刊论文30余篇，其中CSCD期刊3篇。

本文《热处理及转谷氨酰胺酶对糖基化燕麦蛋白凝胶性质的影响》来源于《食品科学》2022年43卷18期62-68页，作者：许英一，马鑫蕊，王宇，徐艳霞，林巍，王彪，王德香。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211103-034。点击 https://www.spkx.net.cn/article/2022/1002-6630/2022-43-18-009.html 即可查看文章相关信息。