豌豆-草鱼共沉淀双蛋白的结构表征及功能特性研究

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优质的动物蛋白与植物蛋白混合使用具有营养优势,符合我国提出的“双蛋白工程”发展战略。目前,双蛋白在加工时以直接混合为主,两种异源蛋白的协同作用不显著,甚至出现拮抗效应,严重限制了双蛋白在食品工业中的应用。国内外学者对双蛋白的研究亦多见于混合比例、加工条件等,而不同制备方法对双蛋白结构和功能的影响缺乏系统研究。本课题选择质优价廉的豌豆和草鱼为原料,以等电增溶/沉淀(ISP)法在同一分散系同时完成溶解-沉淀,制得共沉淀双蛋白(Co);同样采用ISP法分别制备豌豆分离蛋白(PPI)和草鱼分离蛋白(CPI),另将两种单蛋白粉进行机械混合得到共混合双蛋白(BL)。以PPI、CPI为对照,对Co与BL的结构表征以及营养、乳化、凝胶等特性进行全面的比较分析,重点评价Co的功能特性及分析其构效关系,试图探明Co的相对优势,揭示共沉淀法对双蛋白结构和功能的影响机制,并探究Co在鱼糜体系中的应用,为拓宽其在食品工业中的应用提供科学依据,具体研究结果如下:(1)ISP法制备共沉淀双蛋白的参数优化。以提取率为考查目标确定了豌豆和草鱼蛋白进行共沉淀的最适p H为5.0,该p H处于豌豆和草鱼蛋白等电点中间,有利于异源蛋白互作。通过比较分析5种提取p H制备的Co的亚基组成、基本成分和功能特性,发现碱法(Co9、Co10、Co11)明显优于酸法(Co2、Co3)。Co10的亚基vicilin/leguminα+β的比值最高,其溶解、乳化、凝胶特性总体上具有优势,选择p H=10.0作为制备共沉淀双蛋白的最适提取p H。(2)共沉淀双蛋白结构表征与营养特性研究。采用体积排阻色谱-多角度光散射仪联用、透射电镜、2D电泳表征BL和Co蛋白质构成,发现Co的聚集体组分较多,Mw为~1200 k Da的组分占比达18.4%,微观形貌呈现“簇状接枝”特征,与BL比较的差异蛋白点86个。进一步通过光谱学表征二级和三级结构及还原和非还原SDS-PAGE电泳分析四级结构,表明共沉淀使二级结构β-折叠向α-螺旋转化,三级结构非共价交联程度更大且趋向于共折叠态,四级结构发生更多的二硫键共价交联,生成更多可溶性聚集体,浓缩了亚基vicilin,其vicilin/leguminα+β的数值为BL的2.82倍,这些结构特征的差异说明Co的功能特性具有超越PPI和CPI的可能。分析氨基酸组成发现Co的Met+Cys-s和Lys含量显著高于BL,消化率修正的氨基酸评分为1.00(成人)和0.87(儿童)。相关性分析表明Co较高的消化率归因于共沉淀增加了α-螺旋/β-折叠以及降低了Arg/Lys比值。(3)共沉淀双蛋白乳化特性研究。以4种蛋白为乳化剂分别制备O/W型乳液,测定其溶解性、表面疏水性、EAI、ESI等乳化能力指标以及乳液的粒径分布、zeta-电位、界面蛋白吸附率和含量、激光共聚焦成像等理化指标,结果显示Co和BL总体上优于PPI、CPI,表现为双蛋白的协同作用,且Co明显优于BL。采用圆二色光谱测定界面蛋白二级结构发现Co的α-螺旋/β-折叠比值显著高于BL(p<0.05)。通过乳析指数测试、动态剪切流变、多重光散射、冷冻扫描电镜等方法分析乳液稳定性,结果显示Co乳液比PPI、CPI、BL更为稳定。相关性分析表明Co乳化特性优势是由溶解性和净电荷主导,归因于其界面蛋白的吸附率及α-螺旋比例更大。(4)共沉淀双蛋白热诱导凝胶特性研究。通过分析蛋白质的游离巯基、表面疏水性、热稳定性以及凝胶的分子二级结构、分子间作用力、持水性、质构、微观结构等,结果表明PPI和CPI的热诱导凝胶特性介于BL和Co之间。PPI和CPI的热变性温差大,凝胶网络结构迥异,导致BL在凝胶时出现了严重空间位阻,孔洞较多,结构松散,表现出明显的拮抗效应。Co蛋白的游离巯基含量最大(p<0.05),使二硫键成为贡献率最大的凝胶分子间作用力(p<0.05);Co凝胶的β-折叠含量最大,持水性和硬度有显著优势,表现为协同增效。相关性分析结果将Co凝胶特性优势解释为凝胶中β-折叠含量较大以及二硫键贡献率较高。(5)共沉淀双蛋白预乳化对鱼糜凝胶特性的影响。为了解Co的乳化和凝胶特性优势在复杂食品体系中的实际表现,将Co预乳化大豆油替代脂肪制作了鱼肠,并分析鱼肠凝胶特性。结果表明Co鱼肠凝胶品质整体上与CPI相当,感官评分略低于CPI,但显著高于BL和PPI。Co鱼肠中植物蛋白占全重3.16%,满足双蛋白食品要求,迎合健康消费趋势,具有商业推广价值。
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