微胚乳超高油玉米粕蛋白特性及氨基酸组成研究

汤星月，吴建文，李秋庭，*

（1.广西大学轻工与食品工程学院，广西南宁530004；2.广西壮族自治区林业科学研究院，广西南宁530006）

“华建1 号”微胚乳超高油玉米（以下简称油玉米）于2011年通过广西品种审定委员会审定，是迄今世界唯一的油用玉米新品种，其含油率高达27%[1-3]、蛋白质含量达24%[4]、淀粉含量达30%[5]。为了得到营养丰富、高品质的玉米油，企业对油玉米一般采用压榨法制取玉米油。由于油玉米胚乳部位较小且含油率高，压榨制油时可省去传统提胚工艺直接整粒进行压榨。提取玉米油后的玉米粕含有大量的蛋白质，是良好的食品或者饲料原料。本研究中对热榨法和冷榨法制得的油玉米粕中蛋白质的特性及氨基酸组成进行了研究，探讨不同的压榨工艺对油玉米粕蛋白质特性及氨基酸组成的影响，为得到高品质油玉米粕蛋白提供理论数据支撑，为充分开发油玉米营养价值和经济价值奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本试验所用油玉米、油玉米冷榨粕、油玉米热榨粕均由南宁桂福园公司提供。其中，油玉米冷榨粕为原料干燥至一定水分含量，在室温（25 ℃）下整颗投入压榨机制油后得到的饼粕；油玉米热榨粕为原料干燥至一定水分含量在120 ℃下整颗投入压榨机制油后得到的饼粕。

1.2 仪器与设备

UV-1800 紫外分光光度计：日本岛津公司；L-8900高速全自动氨基酸分析仪：日本日立公司；F16502 扫描电镜（表面微观测试仪）：荷兰PHENOM 公司。

1.3 方法

1.3.1 油玉米蛋白样品分离

油玉米蛋白样品分离方法参照文献[6-7]，并根据实际情况稍作修改。称取一定量的原料，以原料∶水为1 ∶10（g/mL）加入水，用 1 mol/L NaOH 调节 pH 值至12，在45 ℃下提取2 h，提取过程不断搅拌，使料液充分接触。提取结束后于4 500 r/min 离心15 min 分离上清液，沉淀重复上述操作2 次，合并3 次提取所得上清液，并用 1 mol/L HCl 调节 pH 值至 4.5，4 500 r/min 离心15 min，沉淀在4 ℃下透析48 h，冻干 48 h 即得微胚乳超高油玉米分离蛋白（micro-endosperm ultrahigh-oil corn isolated protein，MIP）、微胚乳超高油玉米冷榨粕分离蛋白（cold-press micro-endosperm ultrahigh-oil corn isolated meal protein，CIP）、微胚乳超高油玉米热榨粕分离蛋白（heat-press micro-endosperm ultra-high-oil corn isolated meal protein，HIP）。其中，MIP中蛋白质含量为（71.455±0.19）g/100 g，CIP 中蛋白质含量为（73.535±0.39）g/100 g，HIP 中蛋白质含量为（74.226±0.8）g/100 g。

1.3.2 油玉米分离蛋白持水性、持油性测定

油玉米分离蛋白持水性及持油性的测定参照Abugoch Lilian E 等[8]的方法，稍作修改。准确称取0.1 g 分离蛋白（记为m）于10 mL 离心管（样品质量和离心管质量记为m1）中，加水或精制茶籽油至10 mL，在室温（25 ℃）下低速振荡2 h 使蛋白质与水或茶籽油充分混合，振荡结束后于4 500 r/min 离心10 min，弃去上层水或茶籽油，用滤纸吸干多余的水分或茶籽油，称重记为m2，计算方法如公式（1）：

1.3.3 油玉米分离蛋白溶解性测定

油玉米分离蛋白溶解性测定方法参照崔淼等[9]的方法稍作改动。配置质量浓度分别为0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL 的 NaCl 溶液，称取一定量的分离蛋白制成3 g/100 mL 的蛋白溶液，在室温（25 ℃）下低速振荡5 h 使蛋白质充分溶解。于4 500 r/min 下离心5 min，取1 mL 上清液使用考马斯亮蓝法在595 nm下测定蛋白质含量。

1.3.4 油玉米分离蛋白乳化性及乳化稳定性测定

油玉米分离蛋白乳化性测定采用浊度法[10]，配置质量浓度分别为 0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL的NaCl 溶液，称取一定量的分离蛋白制成3 g/100 mL的蛋白溶液，在室温（25 ℃）下低速振荡5 h 使蛋白质充分溶解。振荡后取2.5 mL 蛋白溶液，加入2.5 mL 茶籽油，中速均质2 min，吸取50 μL 乳化层溶液，加入5 mL 0.1 %十二烷基磺酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS） 溶液在 500 nm 下测定其吸光值（A0），0.1%SDS溶液为空白对照，于室温（25 ℃）下放置30min 后再测一次（A30）。乳化性及乳化稳定性的计算如公式（2、3）：

式中：T 为 2.303；C 为乳化前蛋白液浓度，g/100 mL；φ 为乳化液中油脂的体积，mL。

1.3.5 油玉米分离蛋白起泡性及泡沫稳定性测定

油玉米分离蛋白起泡性及泡沫稳定性检测方法参照Dabbour Mokhtar 等[11]的方法稍作改动。配置质量浓度分别为 0.05、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g/100 mL的NaCl 溶液，称取一定量的分离蛋白制成0.5 g/100 mL的蛋白溶液20 mL，在室温（25 ℃）下低速振荡5 h 使蛋白质充分溶解。振荡后中速均质2 min，读出总体积V1，室温（25℃）下放置 30 min 后再次读出总体积 V2。起泡性和泡沫稳定性计算见公式（4）和（5）：

1.3.6 油玉米分离蛋白表面微观形态

涂抹少量油玉米分离蛋白冻干粉末于贴有双面制胶的制样台上，喷涂导电金，置于扫面电镜样品仓中进行放大扫描。

1.3.7 油玉米分离蛋白氨基酸含量测定

油玉米分离蛋白氨基酸测定方法参照Chambal等[12]的方法稍作改动。准确称取0.1 g 分离蛋白，加入8 mL 6 mol/L 优级纯 HCl 于 110 ℃下水解 22 h。待冷却至室温（25 ℃）后过滤，滤液定容至50 mL。取1 mL 定容后的水解液于100 mL 小烧杯中，于60 ℃下水浴赶酸，中途补加1 mL 超纯水。赶酸完成后，用超纯水分数次冲洗烧杯，洗液并入10 mL 容量瓶中，并用0.02 mol/L优级纯HCl 定容。0.22 μm 滤膜过滤至棕色进样小瓶，4 ℃放置待测。

1.3.8 数据处理

以上试验操作均重复测定3 次，试验结果为平均值±标准差。数据处理使用SPSS19.0 软件，图绘制使用OriginPro 9.1 软件。

2 结果与分析

2.1 持水性、持油性结果

3 种分离蛋白持水性、持油性测定结果如表1所示。

由表1 可知，3 种分离蛋白的持油性均高于持水性；两种经过压榨的分离蛋白较没有压榨过的分离蛋白表现出更优越的持水和持油性质。蛋白质是双亲物质，表面带有不同数目的极性和非极性基团，压榨时的机械压力对蛋白质的挤压以及摩擦热都会使蛋白质分子旋转或延伸，或者降解为多个较小分子[13]，更多的基团暴露出来，使得两种压榨过的分离蛋白表现出更加优越的持水性和持油性。热榨粕蛋白比冷榨粕蛋白表现出更好的持水性，原因是在压榨之前经过高温烘炒使蛋白质长链解折叠，使得更多的亲水性基团暴露出来。

表1 3 种分离蛋白持水性持油性测定结果Table 1 The measurement results of water-holding properties and oil-holding properties of three isolated proteins

2.2 NaCl浓度对溶解性的影响

NaCl 浓度对3 种分离蛋白溶解性影响测定结果如图1 所示。

图1 NaCl 浓度对3 种分离蛋白溶解性的影响Fig.1 Effect of NaCl concentration on the solubility of three isolated proteins

3 种分离蛋白的溶解度走势都呈倒“V”形，即随着NaCl 溶液浓度的升高，溶解性呈现先增大后降低的趋势，且3 种分离蛋白取得最大溶解度的NaCl 浓度不同。如图1 中所观察到的，当NaCl 浓度浓度为0.1 g/100 mL时，玉米分离蛋白溶解度达到最大；当NaCl 浓度浓度为1 g/100 mL 时，冷榨粕分离蛋白溶解度达到最大；当NaCl 浓度浓度为2 g/100 mL 时，热榨粕分离蛋白溶解度达到最大。从上述结果来看，压榨后的两种粕蛋白均有更高的耐盐能力。压榨使得蛋白质表面带有更多的电荷，少量的中性盐可增强蛋白质表面的电荷，增强蛋白质与水分子的作用，在高浓度的中性盐溶液中表现出了更好的溶解性。但过量的中性盐会竞争与蛋白质结合的水分子，破坏蛋白质表面的水化膜，并中和蛋白质表面电荷，使蛋白质聚集沉降[14]。

2.3 NaCl浓度对乳化性及乳化稳定性的影响

NaCl 浓度对3 种分离蛋白乳化性及乳化稳定性影响测定结果如图2 所示。

图2 NaCl 浓度对3 种分离蛋白乳化性和乳化稳定性的影响Fig.2 Effect of NaCl concentration on the emulsification and emulsion stability of three isolated proteins

蛋白质是天然的双亲物质，在油/水体系中能自发迁移到油-水界面，形成蛋白质吸附层[15]。在不同的盐浓度下表现出不同的乳化性及乳化稳定性。3 种分离蛋白的乳化性均呈现先升高后降低的趋势，且在不同的盐浓度下取得最佳的乳化性。由图2 可知，当NaCl浓度浓度为0.1 g/100 mL 时，玉米分离蛋白乳化性达到最大；当NaCl 浓度浓度为1 g/100 mL 时，冷榨粕分离蛋白乳化性达到最大；当NaCl 浓度浓度为2 g/100 mL 时，热榨粕分离蛋白乳化性达到最大。乳化稳定性呈现一定的波动性，当NaCl 浓度浓度为1.5 g/100 mL 时，玉米分离蛋白和冷榨粕分离蛋白乳化稳定性最好；当NaCl 浓度浓度为1 g/100 mL 时，热榨粕分离蛋白乳化稳定性最好。

从上述结果来看，压榨后的两种粕蛋白在高盐浓度下都表现出了良好的乳化性，且是在溶解度最佳条件下获得最好乳化性。多肽链在适当的压力和温度共同作用下解折叠，蛋白质具有更大的表面积[16]，表面电荷斥力使蛋白质更容易迁移到两相界面形成乳化层，当盐浓度继续升高时，盐离子中和蛋白质表面电荷，蛋白质变性沉降，乳化层被破坏。

2.4 NaCl浓度对起泡性及泡沫稳定性的影响

NaCl 浓度对3 种分离蛋白起泡性及泡沫稳定性影响测定结果如图3 所示。

图3 NaCl 浓度对3 种分离蛋白起泡性和泡沫稳定性的影响Fig.3 Effect of NaCl concentration on the foaming and foam stability of three isolated proteins

3 种分离蛋白的起泡性和泡沫稳定性都呈现先升高后降低的趋势。由图3 可知，当NaCl 浓度浓度为2 g/100 mL 时，玉米分离蛋白起泡性最佳，当NaCl 浓度浓度为2 g/100 mL 时，形成的泡沫最稳定；当NaCl浓度浓度为1.5 g/100 mL 时，冷榨粕分离蛋白起泡性最佳，当NaCl 浓度浓度为1 g/100 mL 时，形成的泡沫最稳定；当NaCl 浓度浓度为2.5 g/100 mL 时，热榨粕分离蛋白起泡性最佳，当NaCl 浓度浓度为2 g/100 mL时，形成的泡沫最稳定。蛋白质在气液界面吸附从而降低液面表面张力，均质过程中高速剪切变性，在气液接触面形成有一定刚性和弹性的薄膜，使得泡沫稳定[17]。从上述结果来看，在设定的盐浓度范围内热榨粕分离蛋白的起泡性优于其它两种分离蛋白，冷榨粕蛋白的起泡性相对较差。在NaCl 浓度＜1 g/100 mL 时，冷榨粕分离蛋白表现出最优越的泡沫稳定性，而当NaCl浓度＞1 g/100 mL 时，两种压榨过的分离蛋白的泡沫稳定性都明显低于玉米分离蛋白。原因在于温度和压力共同作用使蛋白质链延伸，甚至变性，也会使蛋白质织构化[18]，表面的基团也会重排，因此冷榨粕和热榨粕的分离蛋白表现出不同的起泡性和泡沫稳定性。

2.5 3种分离蛋白的表面微观形态

3 种分离蛋白表面微观形态如图4 所示。

图4 3 种分离蛋白的表面微观形态Fig.4 Surface micromorphology of three isolated proteins

使用扫描电镜在放大1 200 倍下观察到3 种分离蛋白的表面都有不同程度的蜂窝状，还有很多的不规则的颗粒聚集物分布在其表面。这可能也是导致3 种分离蛋白在盐溶液中表现出较差的溶解性的原因之一。在两种压榨过的分离蛋白表面，有观察蜂窝状的断层，是压榨过程中，机械挤压力和温度的共同作用使得原本的聚集体破碎，形成若干小聚集体或重组成新的聚集体，暴露更多基团[19]，使得压榨过的两种粕分离蛋白表现出不同的性质。热榨粕的分离蛋白表面破碎程度相较冷榨粕的分离蛋白更胜一筹，因为在烘烤过程中蛋白质长链充分伸展[20]，基团释放，在外力挤压过程中更大程度的伸展断裂。

2.6 3种分离蛋白的氨基酸含量

3 种分离蛋白氨基酸含量检测结果如表2 所示。

表2 3 种分离蛋白的氨基酸含量Table 2 The content of amino acids of three isolated proteins

续表2 3 种分离蛋白的氨基酸含量Continue table 2 The content of amino acids of three isolated proteins

两种经过压榨的饼粕因油脂的部分脱除使得分离蛋白中氨基酸含量较没有压榨过的分离蛋白均有所增加。冷榨粕分离蛋白中必需氨基酸的含量高于热榨粕分离蛋白和油玉米分离蛋白，其中冷榨粕分离蛋白中苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸的含量均为三者中最高，热榨粕分离蛋白中亮氨酸、苯丙氨酸的含量均为三者中最高，油玉米分离蛋白中蛋氨酸的含量均为三者中最高。压榨过程中因挤压升温使得蛋白质分子发生一定的变化[21]，产生一定的风味，但油玉米热榨前于高温下烘炒一定时间会使氨基酸特别是芳香族氨基酸和杂环氨基酸被氧化而发生含量的变化[22]。

3 结论

对微胚乳超高油玉米而言，压榨可以改变原本的蛋白质分子的聚集状态，使蛋白质解聚或者重新聚集，微胚乳超高油玉米冷榨粕分离蛋白和热榨粕分离蛋白在持水性、持油性、溶解性、乳化性及乳化稳定性、起泡性和泡沫稳定性都得到改善。压榨使微胚乳超高油玉米分离粕蛋白中必需氨基酸含量升高，冷榨粕分离蛋白中必需氨基酸含量为三者中最高。冷榨既可以改善微胚乳超高油玉米分离蛋白的特性，又能提高必需氨基酸的含量。