改性玉米醇溶蛋白結(jié)構(gòu)形態(tài)與功能關(guān)系的研究.pdf

1、玉米醇溶蛋白(zein)是玉米蛋白的主要成分，其含有較高比例（約50％）的疏水氨基酸，不能分散在純水介質(zhì)中。而在食品加工過程中所用介質(zhì)大部分為水，所以其在食品行業(yè)的應(yīng)用受到很大程度的限制。已有文獻(xiàn)指出，通過十二烷基磺酸鈉(SDS)、堿和熱修飾玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)，可以提高在水中的分散性和改善其他的理化和功能性質(zhì)。但是，目前文獻(xiàn)中的改性研究主要針對性能結(jié)果的提高，缺少改性后玉米醇溶蛋白結(jié)構(gòu)變化與功能性質(zhì)提升之間關(guān)系的探討，同時，對改性條件研

2、究時也忽略了溶劑自身的影響。因此，本研究在2種極性不同的介質(zhì)（水和70％乙醇）中利用常規(guī)改性方法中堿或SDS對玉米醇溶蛋白以及玉米醇溶蛋白的兩種重要組分（α和γ-玉米醇溶蛋白）進(jìn)行改性，借助透射電鏡(TEM)、圓二色譜(CD)、動態(tài)光散色(DLS)、高分辨透射電鏡等工具，系統(tǒng)地研究了介質(zhì)極性對玉米醇溶蛋白結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響，以及在兩種介質(zhì)中改性后玉米醇溶蛋白的功能性質(zhì)和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。同時，采用乳清濃縮蛋白纖維核（一種具有高活化能的蛋白質(zhì)

3、獨(dú)特聚合形式）與玉米醇溶蛋白復(fù)合形成膠體顆粒，研究其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的獨(dú)特變化。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)改性α/γ-玉米醇溶蛋白的微觀形態(tài)和分散性能
　　介質(zhì)極性與改性α/γ-玉米醇溶蛋白在水中分散性提高有很大關(guān)系，在極性強(qiáng)的介質(zhì)（水）中，堿或SDS結(jié)合加熱10 h改性的γ-玉米醇溶蛋白在水中的分散性分別提高了94.50％和95.65％;在弱極性介質(zhì)（70％乙醇）中，堿或SDS結(jié)合加熱10 h改性的γ-玉米醇溶蛋白分散性分別

4、提高了50.81％和69.25％。改性后的α-玉米醇溶蛋白的分散性的變化和改性后γ-玉米醇溶蛋白分散性的變化結(jié)果相一致。說明極性強(qiáng)的介質(zhì)有利于堿或SDS改性的α/γ-玉米醇溶蛋白分散性的提高。介質(zhì)極性也影響著改性后玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)形態(tài)，在弱極性介質(zhì)中，α/γ-玉米醇溶蛋白形成了顆粒粒徑較大的球狀形態(tài)聚合物，這種球形結(jié)構(gòu)形態(tài)與改性前玉米醇溶蛋白的形態(tài)一致，只是粒徑大小上存在不同，在極性強(qiáng)的介質(zhì)中球狀結(jié)構(gòu)聚合物被破壞，形成了顆粒較小的無規(guī)

5、則聚合物。
　　(2)改性后α/γ-玉米醇溶蛋白的雙親性
　　兩種改性方法使玉米醇溶蛋白雙親性發(fā)生完全不同的變化，在水介質(zhì)中堿改性方式明顯改善了α/γ-玉米醇溶蛋白的雙親性，而水介質(zhì)中SDS改性方式?jīng)]有改善α/γ-玉米醇溶蛋白的雙親性。在介質(zhì)極性從弱（70％乙醇）到強(qiáng)（25％乙醇）的過程中，在水介質(zhì)中堿改性的γ-玉米醇溶蛋白均保持著較高的分散性(＞95％)，聚合物從球狀形態(tài)變?yōu)闊o規(guī)則形態(tài)，粒徑從353 nm降至237 nm;

6、而SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的分散性隨介質(zhì)改變變化不大，分散性較低（從43.61％到67.89％），其聚合物的形態(tài)從大的無規(guī)則聚合物變成小的球狀顆粒聚合物，粒徑從3326 nm降低至295.40 nm。而且2種方式改性的α-玉米醇溶蛋白的變化規(guī)律相似。
　　(3)改性α/γ-玉米醇溶蛋白的結(jié)構(gòu)逆轉(zhuǎn)能力
　　利用Wang和Padua提出動力學(xué)公式擬合出介質(zhì)極性變化過程中堿和SDS改性的α/γ-玉米醇溶蛋白聚合物粒徑變化和時間

7、的關(guān)系模型。利用最小二乘法，計(jì)算出了堿和SDS改性后γ-玉米醇溶蛋白的親水常數(shù)(K)分別為1.49×1013和3.22×10-5，表明堿改性后γ-玉米醇溶蛋白的親水能力比SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的親水能力要高。堿改性后α-玉米醇溶蛋白的親水常數(shù)(3.07×106)比SDS改性α-玉米醇溶蛋白的親水常數(shù)（1.63×10-7）。
　　2種改性方式修飾的玉米醇溶蛋白產(chǎn)生性能差異與其不同的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，堿改性γ-玉米醇溶蛋白具有較強(qiáng)的

8、α-螺旋恢復(fù)能力，在水介質(zhì)中堿改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量僅為8.06％，而當(dāng)把介質(zhì)變?yōu)?0％乙醇后，其α-螺旋恢復(fù)至27.06％，這個值接近于在乙醇介質(zhì)中堿改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量(27.94％)。但是，具有較差親水能力的SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋恢復(fù)能力很差，在水介質(zhì)中SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量為7.97％，而當(dāng)把介質(zhì)變?yōu)?0％乙醇后其α-螺旋含量卻降低至2.45％。疏水性更強(qiáng)的較強(qiáng)的

9、α-玉米醇溶蛋白也表現(xiàn)出較強(qiáng)的α-螺旋恢復(fù)能力。而且α-螺旋恢復(fù)能力賦予了較高的結(jié)構(gòu)逆轉(zhuǎn)能力，從高分辨透射電鏡(RH-TEM)結(jié)果可以更直觀地觀察到結(jié)構(gòu)變化情況，在介質(zhì)從極性較強(qiáng)的水變?yōu)槿鯓O性70％乙醇時，堿改性的γ-玉米醇溶蛋白從伸展的波紋狀結(jié)構(gòu)恢復(fù)至其在若極性介質(zhì)中的卷曲狀結(jié)構(gòu)。但是，在水介質(zhì)中SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的水波紋狀的結(jié)構(gòu)無法恢復(fù)至卷曲狀態(tài)。
　　(4)纖維核-玉米醇溶蛋白膠體顆粒的性質(zhì)
　　纖維核是乳清

10、濃縮蛋白(WPC)納米纖維形成過程中的一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)，與玉米醇溶蛋白復(fù)合可以制得膠體顆粒。該膠體顆粒中玉米醇溶蛋白仍然保持著球形結(jié)構(gòu)，在水中的分散性卻可以達(dá)到71.59％，而且該膠體顆粒可以降低玉米醇溶蛋白的成膠濃度，成膠濃度從20％（玉米醇溶蛋白單獨(dú)成膠濃度）降低至12％。流變學(xué)的結(jié)果表明纖維核-玉米醇溶蛋白膠體顆粒分散液比WPC-玉米醇溶蛋白膠體顆粒分散液具有更好的表觀粘度、較好的乳化性、較高的黏性模量和彈性模量。
　　(5)改

11、性方法—性能—結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系
　　良好的功能性質(zhì)需要獨(dú)特的結(jié)構(gòu)變化，水中良好的分散性要求玉米醇溶蛋白失去原有的球形顆粒結(jié)構(gòu)，形成更小的無規(guī)則聚合顆粒，這種形態(tài)變化需要蛋白分子中的α-螺旋結(jié)構(gòu)展開;而乙醇中良好分散性要求玉米醇溶蛋白保留球形顆粒結(jié)構(gòu)，這種球形顆粒結(jié)構(gòu)需要α-螺旋結(jié)構(gòu)的存在。不同改性方法賦予玉米醇溶蛋白不同的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變能力，水中堿改性的方法使玉米醇溶蛋白分子中的α-螺旋結(jié)構(gòu)可以隨著介質(zhì)極性不同發(fā)生可逆性轉(zhuǎn)變，賦予其優(yōu)良的

12、雙親特性。SDS改性的玉米醇溶蛋白分子中的α-螺旋結(jié)構(gòu)在介質(zhì)極性變化時不能發(fā)生可逆性轉(zhuǎn)變，其雙親性較差。
　　纖維核改性的玉米醇溶蛋白保持著較好的球狀結(jié)構(gòu)，而堿改性破壞了玉米醇溶蛋白的球狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的變化帶來了功能性質(zhì)的差異。與堿改性的玉米醇溶蛋白相比較，纖維核改性的玉米醇溶蛋白在較低的濃度(12％)下可以達(dá)到較高的表觀粘度、黏性模量和彈性模量。纖維核改性的玉米醇溶蛋白的持水性、泡沫穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性分別比堿改性玉米醇溶蛋白的