曲家妮 楊曉泉

(華南理工大學輕工與食品學院食物蛋白工程研究中心,廣州 510640)

大豆蛋白組分功能性質的比較研究

曲家妮 楊曉泉

(華南理工大學輕工與食品學院食物蛋白工程研究中心,廣州 510640)

系統(tǒng)比較了兩種大豆蛋白分級方法所得蛋白組分的亞基組成、蛋白質得率以及組分流向、溶解性和乳化活性等物化性質和功能性質,結果表明兩種方法的蛋白組分在不同性質上表現(xiàn)各有異同。Nagano的IM和 Samoto的LP組分的亞基組成差異較大。Nagano組分總蛋白得率略高于 Samoto。相對于 7S組分,兩種分級方法的大豆蛋白均更多地集中于 11S和 I M/LP組分。Nagano和 Samoto法的蛋白質分別在 11S和LP組分富集。11S和7S組分的脂量分布低于 I M或LP組分,Samoto的LP組分脂分布率明顯高于其他組分。Naga2 no和 Samoto蛋白組分等電點在 pH 4.5左右,Samoto的LP組分由于其較高脂含量而溶解度最低且對 pH不敏感。Nagano和 Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP由于其低溶解性而使乳化活性最低。

大豆蛋白 分級 11S 7S 功能性質

大豆是重要的植物蛋白來源之一,電泳分析表明大豆蛋白主要由功能和營養(yǎng)特性各異的 2S、7S、11S和15S球蛋白組成。隨著科技和工業(yè)的發(fā)展,越來越精細的大豆蛋白分級方法逐步實現(xiàn)了不同功能性質蛋白的生產和加工,從而拓寬大豆蛋白的應用領域。大豆7S球蛋白具有較高的營養(yǎng)保健功能,通過降低血液膽固醇[1-3]和甘三脂[4-6]等降低心腦血管疾病的功效, Tsuruki等[7]發(fā)現(xiàn) 7S球蛋白還具有抗癌作用。

近年來新發(fā)明的大豆蛋白分級方法主要有 Na2 gano法[8]和 Samoto法[9],這兩種方法都采用三步法分級大豆蛋白。Nagano法用亞硫酸鈉代替以往使用的巰基乙醇作為還原劑,結合 11S球蛋白的低溫冷沉性質將大豆蛋白分為三種組分:富含 11S和 7S球蛋白的組分,以及 11S和 7S混合的 I M(Inter midiate Protein)組分,其中富含 11S和 7S組分的純度均在90%以上。Nagano法成為目前實驗室分離大豆蛋白廣泛使用的方法,其富含 11S和 7S球蛋白的組分已廣泛用于 11S和 7S球蛋白功能性質的研究[10-11]。大豆蛋白經 Samoto法分級得到 11S和 7S組分的同時,還可以得到脂質量分數(shù)高達 11%的親脂性蛋白 (Lipophilic Protein,LP)組分。這些親脂性蛋白主要是與磷脂、糖脂等極性脂相結合,Samoto法作為新近提出的大豆蛋白分級分離方法,對其蛋白組分功能性質的研究還未見報道。

通過系統(tǒng)比較 Nagano和 Samoto組分的亞基組成、蛋白質得率、組分的分布、溶解性和乳化活性等性質,從分級方法的角度研究大豆蛋白的物化和功能性質。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

低溫脫脂豆粕:許昌邦迪蛋白有限公司,蛋白質質量分數(shù) 55.0%(干基),含水量 10.0%。

搖擺式高壓萬能粉碎機DYF-500:溫嶺市林大機械有限公司;水浴恒溫振蕩器 THZ-82:江蘇金壇宏華儀器廠;冷凍干燥機DELTAT-24/LSC:德國 Christ公司;高速冷凍離心機CR22G:日本日立公司;三恒電泳儀 ECP3000:北京市六一儀器廠;快速定氮儀 Rapid N Cube:德國 Elementrar公司;流變儀 RS600,德國Hakke公司;均質機 T25,德國 IKA公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 大豆蛋白組分的制備

將低溫脫脂豆粕常溫粉碎后過 60目篩,分別按照Nagano法和 Samoto法將大豆蛋白分級分離,得到11S、中間蛋白組分 (Inter mediate Protein,I M)或親脂性蛋白以及 7S組分,冷凍干燥后置于 4℃密封備用。

1.2.2 聚丙烯酰胺凝膠電泳 (SDS-PAGE)

根據(jù) Laemmli[12]的方法進行 SDS-PAGE分析,濃縮膠和分離膠質量分數(shù)分別為 12.5%和 3%,考馬斯亮藍 R250染色。參照Mujoo等[13]的方法辨別11S和 7S各亞基,通過QuantityOne軟件分析各亞基對應光密度,其中 11S和 7S組分的純度為各自亞基的密度之和與 11S和 7S總密度的比值。

1.2.3 蛋白質含量和得率的測定

采用 Duams定氮的方法測定樣品的蛋白質含量,蛋白質轉換系數(shù)為 6.25。根據(jù)所得各蛋白組分的蛋白質含量、脫脂豆粉的質量和總蛋白質含量,可得各組分的蛋白質得率,即各組分蛋白質得率 =各組分中蛋白質的質量/原脫脂豆粉中蛋白質的質量 × 100%。3次測量取平均值。

1.2.4 脂含量的測定

參考 GB 2906—1982采用索氏抽提法測定各級分的脂含量,以氯仿:甲醇 (體積比 2:1)為抽提劑。其中:脂含量(干基)=脂類質量/試樣質量/(1-含水量)×100%。

1.2.5 溶解度

采用Lowry法于 500 nm處測吸光值的方法測定樣品溶解性:將蛋白樣品溶于去離子水使其質量分數(shù)為 1%。用2 mol/L NaOH調pH至2、3、4、4.5、5、6、7、8、9、10、11和 12,攪拌 1 h。取適量溶液于 50 mL離心管,離心(10 000×g,10 min,20℃)后取上清液,樣品平行測量 3次。

1.2.6 乳化活性

乳化活性系數(shù) EA I測定按照 Rickert法[15]略有改動。將蛋白組分溶于去離子水配成 0.1%,將 3 mL蛋白溶液和 1 mL大豆油于 10 000×g均質 1 min。立即用0.1%SDS溶液將其稀釋 50倍,于 500 nm處測吸光值近似比較樣品的 EA I。樣品重復測定 3次。

2 結果與討論

2.1 SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳(SDS-PAGE)

圖 1表明兩種方法對應組分的亞基組成情況各有異同。其中 Nagano 11S組分的純度與 Samoto相似,I M組分的亞基組成主要是 11S和 7S球蛋白的亞基、LP組分 11S和 7S球蛋白含量相對較低而雜帶較多,Nagano的 7S組分純度明顯低于 Samoto。圖 1表明Nagano和 Samoto分級所得 11S組分中酸性 A和堿性B亞基比例相當,污染的 7S亞基的比例不同, Nagano的 11S組分中含有較多的α亞基。

圖1 Nagano和 Samoto組分的 SDS-PAGE

結合表 1數(shù)據(jù)表明,I M和LP組分儲藏蛋白中均含有將近 60%的 11S亞基,LP組分中除含有 7S和11S亞基條帶外還有較多雜帶,其儲藏蛋白所占比例低于 I M,主要是由于 I M和 LP聚集沉淀方式不同。在分離 11S后所得上清液中,Nagano法采用NaCl鹽析方法沉淀 I M,而 Samoto法則通過加熱和回調 pH的方法使包括LP在內更多的雜蛋白不溶。結合圖 1和表 1數(shù)據(jù),Nagano的 7S組分的純度比 Samoto低7.9%且含有更多的α亞基,污染在這兩種 7S組分中的 11S主要是酸性亞基A。

2.2 蛋白質得率及分布

表1 Nagano和 Samoto組分的 SDS-PAGE分析數(shù)據(jù)

Samoto法有較多蛋白質富集于 LP組分,總蛋白質得率比Nagano法的低 2.14%。由于 Samoto法的脫脂豆粉經過 75℃預熱處理,引起部分蛋白質結構和性質的變化,使 Samoto的總蛋白得率降低。不同方法分級的大豆蛋白經分布情況不同。蛋白質在11S和 I M/LP組分的分布率大于 7S組分,Nagano法的蛋白質在 11S組分富集最多,而 Samoto法在LP最多。圖 2表明蛋白質在Nagano組分的分布較為均勻且以 11S組分蛋白質總量最高,在 Samoto組分中LP的蛋白質總量明顯高于其他兩種組分。以上結果表明大豆蛋白質富集方向與分級方法有關。

圖 2 Nagano和 Samoto組分的蛋白質分布

2.3 脂分布

11S和 7S組分的脂量低于 I M或LP組分,Samo2 to法的LP組分的脂分布率明顯高于其他組分。圖 3以各分級方法所得脂總量為 100%,其結果顯示Na2 gano法的脂類分布較 Samoto法均勻,11S和 7S組分的脂量大致相等,I M組分的脂量略高于其他兩個組分;Samoto的 11S和 7S組分脂量均低于Nagano的對應組分,但LP組分脂量遠遠高于其他組分。說明大豆蛋白經 Nagano法分級后脂類在組分間分布較均勻,經 Samoto法分級后脂類主要集中于LP組分且與Samoto[9]測定的組分脂含量趨勢相似。

圖 3 Nagano和 Samoto組分的脂分布

2.4 溶解度

Nagano和 Samoto蛋白組分的溶解度在 pH 4.5左右最低,LP組分的溶解度明顯低于其他組分。如圖 4和 5所示,除 Nagano的 7S組分在 pH 4.0時溶解度最低外,其他 5種蛋白組分等電點均在 pH 4.5, pH接近 3或 6～7時大部分組分的溶解度開始達到最大值。當 pH逐漸遠離等電點時,11S組分中 Na2 gano的溶解度比 Samoto更早達到最大值。Samoto的LP組分在 pH 2～12的溶解度是所有組分中最低的,其對 pH不敏感且只在 pH 11以上是溶解度開始接近其他組分。聯(lián)系圖 2中LP組分的脂量較高,LP組分溶解性差的主要原因是蛋白質與大量脂類結合使得LP組分大多以乳狀液的形式存在。Nagano的 I M組分主要是 11S和 7S球蛋白的混合物,其溶解性較高。這與 Rickert等[15]證實的 I M組分溶解度較低的結果不一致。Samoto的 7S組分溶解度高于Nagano。說明同Nagano法通過 NaCl鹽析分離 I M組分相比, Samoto法在LP分離前恒溫處理和回調 pH使較多不溶性或引起組分不溶的物質富集在 LP組分從而更有利于隨后分離的 7S組分溶解性。

圖 4 Nagano蛋白組分的溶解度曲線

圖5 Samoto蛋白組分的溶解度曲線

2.5 乳化活性

Nagano和 Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP組分乳化活性最低。Nagano蛋白組分的乳化活性優(yōu)于對應的 Samoto組分。圖 6數(shù)據(jù)經分析顯示 7S組分的乳化活性高于 11S和 LP組分,這與前人結果[6,8-9]一致。6種組分中以 Nagano的7S組分乳化活性最大,Samoto的 LP組分最低,I M組分的乳化活性介于 7S和11S組分之間。結合圖3和5中 Samoto的LP溶解性較低、極性脂含量較高是其乳化活性較低的主要原因。

圖 6 Nagano和 Samoto蛋白組分的乳化活性

3 結論

對大豆蛋白分級的兩種方法,即 Nagano法和Samoto法所得 11S,I M或 LP以及 7S組分在亞基組成、蛋白質得率及組分流向、溶解性和乳化活性等物化和功能性質進行了探索和比較,研究表明兩種方法的蛋白組分在不同性質上表現(xiàn)各有異同。SDSPAGE表明兩種分級方法對應組分在 I M和 LP之間亞基差異顯著。I M主要是 11S和 7S球蛋白亞基的混合物,而LP中除含有 11S和 7S球蛋白亞基外還有較多雜帶。Nagano組分總蛋白得率略高于 Samoto。相對于 7S組分,兩種分級方法的大豆蛋白均更多地集中于 11S和 I M/LP組分。Nagano和 Samoto法的蛋白質分別在 11S和LP組分富集。11S和 7S組分的脂量分布低于 I M或LP組分,Samoto的LP組分脂分布率明顯高于其它組分。Nagano和 Samoto蛋白組分等電點在 pH 4.5左右,Samoto的LP組分由于其較高脂含量而溶解度最低且對 pH不敏感。Nagano和Samoto組分中 7S組分的乳化活性較高,Samoto的LP由于其低溶解性而使乳化活性最低。

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Comparative Studies on Functional Properties of Soy Protein Fractions

Qu Jiani Yang Xiaoquan
(Depar tment of Food Science and Technology,South China University of Technology,Guangzhou 510640)

Characteristics of soy protein fractions generated with Nagano procedure or Samoto procedure in sub2 unit composition,protein yield and ingredient distribution,solubility and emulsification were investigated.Results: The above characteristics differ between the fractionations from Nagano or Samoto procedure.Prominent difference in subunit composition is found between I M and LP fractionswith reference to SDS-PAGE.Totalprotein yield ofNaga2 no procedure is a little higher than Samoto procedure.More soy proteins are distributed in 11S and I M/LP fractions than in 7S fractions for both procedures.Soy proteinsmostly are distributed in 11S fraction forNagano procedure and in LP fraction for Samoto procedure.Fewer lipids are distributed in 11S and 7S fractions than in I M orLP fractions with LP richest in lipids than any other fraction.The isoelectronic points of protein fractions discussed above are pH 4.5.The solubility ofLP produced from Samoto procedure is insensitive to pH in wide range.The emulsification ac2 tivities are relatively high for both 7S-rich fractionswith emulsification stabilities for both 11S-rich fractions.The emulsification activities of 11S-and 7S-rich fractions produced from Nagano procedure are superior to 11S-and 7S-rich fractions from Samoto procedure,whereas that ofLP is inferior due to its undesirable solubility.

soy protein,fractionation,11S,7S,functional property

S207.3 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)06-0026-05

國家自然科學基金(20776050),廣東省自然科學基金(7006508)

2009-07-08

曲家妮,女,1984年出生,碩士,糧食、油脂與植物蛋白工程

楊曉泉,男,1965年出生,教授,博士生導師,大豆蛋白的開發(fā)利用