段慶松，段玉敏，肖志剛,，王可心，李 航，王 娜，王依凡，高育哲

·農(nóng)產(chǎn)品加工工程·

擠壓穩(wěn)定化處理對(duì)米糠各組分蛋白結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的影響

段慶松1，段玉敏2，肖志剛1,3，王可心3，李 航3，王 娜1，王依凡3，高育哲3※

（1. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，沈陽 110886；2. 沈陽師范大學(xué)學(xué)前與初等教育學(xué)院，沈陽 110034；3. 沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，沈陽 110034）

為了研究擠壓穩(wěn)定化處理對(duì)米糠各組分蛋白結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)的影響，選取龍粳31號(hào)大米米糠做為原料，采用雙螺桿擠壓技術(shù)對(duì)該原料進(jìn)行穩(wěn)定化處理。結(jié)果表明：米糠各組分蛋白在擠壓處理后溶解性、起泡性和持油性顯著降低（0.05），持水性、起泡穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性升高，谷蛋白持水性提高的幅度最大，較擠壓前提高了39%。米糠谷蛋白的乳化活性與其他2種組分蛋白差異顯著，清蛋白和球蛋白較擠壓前分別降低5%和10%，谷蛋白乳化活性增加，較擠壓前增加8%。結(jié)構(gòu)特性分析結(jié)果表明產(chǎn)生這種差異的主要原因不是分子間作用力，而是擠壓后各組分蛋白發(fā)生重組，形成大的聚集體過程中二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化截然相反，米糠清蛋白螺旋、轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲含量都有所降低，折疊含量增勢明顯提高。擠壓后的米糠谷蛋白結(jié)構(gòu)與白蛋白顯示出不同的趨勢，谷蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)在酰胺I帶變化顯著，螺旋、轉(zhuǎn)角與無規(guī)則卷曲的含量有所提高，折疊的含量下降。結(jié)果可為米糠各組分蛋白的工業(yè)化制備及在各種食品配方中的應(yīng)用提供理論支撐。

蛋白；穩(wěn)定化；溶解性；米糠；清蛋白；球蛋白；谷蛋白

0 引 言

米糠是大米碾磨過程中主要副產(chǎn)物[1]，蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%～20%，較為豐富，趨近于大豆蛋白，并且其所含的必需氨基酸組成也比較完整，被稱為“天賜營養(yǎng)源”，是中國寶貴的資源和財(cái)富[2-4]。米糠蛋白主要由清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白這4種蛋白組成。米糠中含有活性較強(qiáng)的脂肪水解酶和脂肪氧化酶，這些物質(zhì)可通過水解脂質(zhì)產(chǎn)生游離脂肪酸，導(dǎo)致米糠酸敗。同時(shí)，由于米糠復(fù)雜的成分及植酸等因素的影響，在生產(chǎn)和加工中存在著各成分之間分離困難、應(yīng)用方面局限等問題。目前，常用于穩(wěn)定化米糠的方法有擠壓法、化學(xué)處理法、冷凍法、輻照法、熱處理法、微波法等。在食品加工過程中，物理方法穩(wěn)定化米糠往往比化學(xué)方法更可取[5]，其對(duì)食品本質(zhì)的影響較小，物理方法作用于米糠使細(xì)胞解體，釋放蛋白質(zhì)[6]。從成本和操作上考慮，擠壓法普遍被采用。筆者前期研究中發(fā)現(xiàn)利用擠壓穩(wěn)定化技術(shù)可以抑制酶的活性，從而延長米糠的貯藏時(shí)間[7-9]。

擠壓穩(wěn)定化處理在溫度80 ℃、高壓、剪切力的作用下對(duì)米糠中解酯酶的活性進(jìn)行抑制[10]，使米糠中成分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生變化，李紅玲[11]等研究發(fā)現(xiàn)淀粉經(jīng)過擠壓穩(wěn)定化處理后，剪切作用破壞淀粉粒，打開分子間的氫鍵，促進(jìn)了淀粉的糊化。擠壓穩(wěn)定化處理使米糠中淀粉組分排列緊密的膠束會(huì)隨著溫度升高而降解，利于消化吸收。同時(shí)，也能提高膳食纖維利用率，維持膳食纖維對(duì)于人體的保健功能[12-14]。在受到物理、化學(xué)手段修飾后米糠蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化[15]。Fang[16]等研究了擠壓與蛋白分子質(zhì)量的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在高溫、高壓和高剪切力共同作用下，擠壓后蛋白分子質(zhì)量提高。目前，關(guān)于擠壓穩(wěn)定化處理米糠的研究，大多集中在優(yōu)化穩(wěn)定化參數(shù)，而較少有對(duì)已經(jīng)發(fā)生一定結(jié)構(gòu)改變的米糠進(jìn)行穩(wěn)定化處理的研究[17-19]。本文將新鮮米糠作為原料，比較擠壓穩(wěn)定化處理前后米糠各組分蛋白溶解性、乳化性、二硫鍵等指標(biāo)的變化，為米糠各組分蛋白的開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

龍粳31號(hào)大米米糠，遼寧盛寶天隆米業(yè)；SDS-PAGE凝膠電泳試劑盒，考馬斯亮藍(lán)R-250，十二烷基硫酸鈉，美國Sigma公司；鹽酸胍，5,5二硫基-2,2二硝基苯甲酸，上海瑞永生物科技有限公司；其他試劑均為分析純，天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DWF-100型電動(dòng)粉碎機(jī)，河北省科研儀器廠；GL-21M高速冷凍離心機(jī)，上海市離心機(jī)械研究所；Ntcolet 5DXC紅外光譜儀，美國Ntcolet 公司；SU3500掃描電鏡，日本日立公司；DELTA320型pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；1645050伯樂電泳儀，美國Bio-rad公司；DS56-Ⅲ型雙螺桿擠壓機(jī)，濟(jì)南賽信膨化機(jī)械有限公司；Zetasizer Nano ZS90分子粒度和zeta電位分析儀，英國Malvern公司；

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 擠壓穩(wěn)定化

使用螺桿擠壓機(jī)進(jìn)行處理，基于此前團(tuán)隊(duì)研究結(jié)果[10]，選擇了機(jī)筒溫度80 ℃，電機(jī)功率30 kW，螺桿轉(zhuǎn)速200 r/min，物料含水率20%作為擠壓條件，擠出后干燥過篩。

1.3.2 米糠蛋白組分的分離提取

根據(jù)Osborn分級(jí)原理[20]，本試驗(yàn)選用原料新鮮米糠過0.3 mm篩，過篩后粒度范圍在250～300m，取100 g放入400 mL蒸餾水中，在40 ℃條件下攪拌2 h，之后在5 000 r/min離心20 min，上清液調(diào)pH值4.0，離心沉淀即米糠清蛋白，再通過透析24 h冷凍干燥備用。將沉淀再按100 g:400 mL的比例在鹽溶液攪拌2 h，條件同上得米糠球蛋白。將提取球蛋白后殘留的殘?jiān)恋戆?00 g:400 mL的比例在醇溶液攪拌2 h，條件同上得米糠醇溶蛋白。提取醇溶蛋白后的殘?jiān)恋戆?00 g:400 mL的比例在堿溶液攪拌2 h，條件同上得米糠谷蛋白。4種蛋白凍干備用。米糠組分中醇溶蛋白含量較低并且內(nèi)部組分復(fù)雜，難于溶出，限制米糠發(fā)展，所以本試驗(yàn)不對(duì)米糠醇溶蛋白做深入研究。

1.3.3 米糠蛋白溶解性的測定

準(zhǔn)確量取2 mL的蛋白溶于10 mL蒸餾水中。轉(zhuǎn)速8 000 r/min離心20 min，之后采用凱氏定氮法測定上清液的蛋白。用氮溶解度指數(shù)表示溶解度，按式（1）計(jì)算。

1.3.4 米糠蛋白乳化活性及乳化穩(wěn)定性的測定

采用Song等[21]的方法進(jìn)行，取15 mL不同組分蛋白分別與5 mL大豆油混合，以10 000 r/min的速度均質(zhì)3 min。將50L的乳液與5 mL0.1%（g/mL）的十二烷基硫酸鈉完全混合，然后在500 nm處測量（對(duì)照組為0.1%（g/mL）十二烷基硫酸鈉）。靜置10 min后再次從底部各取50L樣品，用5 mL0.1%SDS溶液稀釋，測吸光度10。乳化性和乳化穩(wěn)定性分別按式（2）和式（3）計(jì)算。

式中0為吸光度值；為稀釋倍數(shù)；為體系中油相所占比數(shù)；為比色池光徑，1 cm；為蛋白濃度，g/mL；Δ為2次靜置間隔時(shí)間差，min。

1.3.5 米糠蛋白的起泡性及起泡穩(wěn)定性的測定

采用文獻(xiàn)[22]的方法進(jìn)行測定，并加以修改，準(zhǔn)確稱量0.2 g米糠蛋白樣品和20 mL磷酸鹽緩沖液（pH 7.0，0.05 mol/L）于50 mL燒杯中混勻。使用均質(zhì)機(jī)以10 000 r/min均質(zhì)3 min，測均質(zhì)后體積0，在室溫下靜置30 min后再此讀取液面體積30。起泡能力和起泡穩(wěn)定性分別按照式（4）和式（5)計(jì)算：

式中0為均質(zhì)后液面高度，mL；30為靜置30 min之后的液面高度，mL。

1.3.6 米糠蛋白持水、持油性的測定

根據(jù)Maneerat等[23]的方法并進(jìn)行修改，稱取0.1 g左右米糠蛋白組分溶于5 mL磷酸鹽緩沖溶液（pH7.0，0.05 mol/L ）和5 mL大豆油中放入10 mL的離心管中，室溫下渦旋3 min，速度為5 000 r/min離心20 min，稱取質(zhì)量。持水（油）性按照式（6）計(jì)算。

式中為米糠組分蛋白的質(zhì)量，g；1為米糠組分蛋白質(zhì)量+離心管質(zhì)量，g；2為離心后除去上清液后的質(zhì)量，g。

1.3.7 米糠蛋白巰基、二硫鍵含量的測定

量取50 mg的米糠蛋白樣品，用1 mLTris-甘氨酸緩沖液均勻混合后加入4.7 g的鹽酸胍，用緩沖液定容至10 mL。在測定巰基的時(shí)候，量取1 mL該液加4 mL脲-鹽酸胍溶液和0.05 mLEllman’s試劑，在412 nm處測取吸光值。在測定二硫鍵的時(shí)候，量取1 mL該溶液，加入0.05 mL的巰基乙醇與4 mL的脲-鹽酸胍溶液，在25 ℃的溫度條件下保溫1 h，之后加入10 mL體積分?jǐn)?shù)為12%三氯乙酸，保持25 ℃恒溫1 h，速度為5 000 r/min離心10 min，用5 mL體積分?jǐn)?shù)為12%三氯乙酸分兩次清洗沉淀物，把沉淀物溶于10 mL的8 mol/L脲中，加0.04 mL的Ellman’s試劑，測取412 nm處的吸光值。

1.3.8 米糠蛋白粒徑及電位的測定

根據(jù)文獻(xiàn)[24]的方法并進(jìn)行修改，把米糠各組分蛋白溶于磷酸鹽緩沖溶液（pH值7.0，0.05 mol/L ）中，并配置溶液質(zhì)量濃度為1 mg/mL，在室溫的條件下磁力攪拌3 h之后，采用Zeta sizer Nano ZS 粒度電位儀分析測定。

1.3.9 米糠蛋白掃描電鏡的觀察

米糠各組分蛋白的微觀結(jié)構(gòu)由SEM確定。將米糠各組分蛋白冷凍干燥處理，并用SEM對(duì)經(jīng)穩(wěn)定化處理和未處理的米糠各組分蛋白進(jìn)行形貌觀察，待觀察的樣品涂在導(dǎo)電膠帶上，并涂上一層5 mm厚的金屬，電壓5 kV，于500×放大倍數(shù)下選擇合適視野，拍攝米糠各組分蛋白形貌特征。

1.3.10 米糠蛋白的SDS-PAGE電泳

參考Mehment等[25]的方法，分離膠和濃縮膠分別為12%、5%。蛋白凝膠電泳的上樣量為10L。電泳過程中將濃縮膠電壓調(diào)為80 V，分離膠電壓調(diào)為120 V。待條帶跑完，先用固定液固定再用染色液染色最后用脫色液脫色3～4次，直到蛋白條帶清晰，將處理后的凝膠置于凝膠成像系統(tǒng)中進(jìn)行成像。

1.3.11 米糠蛋白紅外光譜測定

取米糠蛋白組分樣品1 mg和100 mg溴化鉀均勻混合，壓制成片，光譜掃描范圍為400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1。使用Peak Fitv4.12軟件進(jìn)行分析，將1 700～1 600 cm-1酰胺Ⅰ帶圖譜對(duì)曲線依次進(jìn)行平滑、基線校正、Gaussian去卷積、二階導(dǎo)數(shù)擬合等數(shù)據(jù)處理[26]。

1.3.12 米糠蛋白圓二色光譜測定

利用J-810圓二色譜儀研究擠壓穩(wěn)定化處理對(duì)米糠組分蛋白的影響，選用擠壓前蛋白和擠壓后蛋白作為待測樣品，分別檢測擠壓前后各組分蛋白的圓二色譜。參考Urszula等[27]的方法，并加以改進(jìn)，取10 mg待測樣品加入10 mL的磷酸鹽緩沖試劑（pH值7.5，0.005 mol/L)。充分混合之后，把溶液倒入吸收池，將其放在色譜儀中掃描，以190～250 nm作為掃描范圍，以100 nm/min為掃描速度，利用Spectra Analysis軟件對(duì)圖譜進(jìn)行函數(shù)平滑，利用儀器附帶Jasco二級(jí)結(jié)構(gòu)估值程序估算待測樣品的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS Statistics 24軟件進(jìn)行ANOVA差異顯著分析，顯著差異通過鄧肯多重范圍檢驗(yàn)得到，＜0.05，差異顯著。采用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和圖表處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分功能性質(zhì)的影響

擠壓穩(wěn)定化前后米糠各組分蛋白的功能性質(zhì)如表1。米糠經(jīng)過穩(wěn)定化后，谷蛋白持水性提高的幅度最大，較擠壓前提高39%。提取的米糠各組分蛋白溶解性下降，清蛋白從81%降到70%，球蛋白從69%降到54%，谷蛋白從56%降到46%。擠壓后米糠各組分蛋白持油性分別升高至3.59、3.39和3.69 mL/g。該結(jié)果與Kristiawan等[28]的研究結(jié)果一致。經(jīng)過高溫、高壓高剪切形成難溶聚集體，使蛋白溶解性下降。米糠蛋白各組分的起泡能力下降，但谷蛋白的起泡性及起泡穩(wěn)定性在擠壓前后都優(yōu)于清蛋白和球蛋白，新鮮米糠谷蛋白起泡性及起泡穩(wěn)定性分別為57%和62%。米糠谷蛋白起泡能力主要是因?yàn)樵跀D壓過程中，高溫、高壓使得谷蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成更多的無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)，展開的蛋白質(zhì)分子間彼此作用構(gòu)成更加穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而使谷蛋白起泡穩(wěn)定性增加[29]。米糠谷蛋白的乳化活性與其他兩種組分蛋白差異顯著，清蛋白和球蛋白較擠壓前分別降低5%和10%，谷蛋白增加8%，穩(wěn)定化后蛋白的乳化能力與溶解性等因素有關(guān)[30]，對(duì)其造成的熱變性降低了米糠各組分的乳化能力。擠壓前后米糠各組分蛋白的乳化穩(wěn)定性均有所提高，其中球蛋白乳化穩(wěn)定性提高幅度最大。造成這種現(xiàn)象的原因是蛋白經(jīng)擠壓處理后，蛋白本身結(jié)構(gòu)由于受到壓力和溫度的影響，疏松的二級(jí)鍵締合形成聚合物，各組分米糠蛋白具有親水和疏水基團(tuán)，可以吸附油水界面，有穩(wěn)定乳液的效果，與文獻(xiàn)[31]研究結(jié)果一致。因此，蛋白質(zhì)常被作為乳化劑用于乳液食品體系中[32]。

表1 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分功能性質(zhì)的影響

注：同列不同字母表示差異顯著（<0.05）。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences (<0.05).

2.2 掃描電鏡觀察

圖1所示為米糠穩(wěn)定化處理前后掃描電鏡下的觀察影像。圖中可見：擠壓過后的米糠各組分蛋白細(xì)胞壁被打碎，這是因?yàn)閿D壓過程中經(jīng)過高剪切的作用，使得米糠各組分蛋白發(fā)生形態(tài)的改變，同時(shí)也改變其組分，形成了不可溶的顆粒，導(dǎo)致擠壓過后的米糠各組分蛋白難于溶解，這與之前的溶解性相對(duì)應(yīng)。

2.3 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分蛋白電位的影響

Zeta電位與蛋白溶液穩(wěn)定性密切相關(guān)，對(duì)不同處理的米糠蛋白進(jìn)行Zeta電位測定，結(jié)果如圖2所示。穩(wěn)定化處理后的米糠各組分蛋白Zeta電勢均有所提高。從圖2可見，擠壓前后米糠清蛋白Zeta電位從22升到28 mV、米糠球蛋白電位從16到19 mV、米糠谷蛋白電位從23到26 mV，這種變化主要是由于米糠在穩(wěn)定化處理時(shí)高溫糊化淀粉，在酸沉過程中與蛋白共沉，使得蛋白表面電荷上升，電勢升高。同時(shí)在高溫條件下蛋白肽鏈展開，有更多的帶電氨基酸富集在蛋白表面，從而使得Zeta電位增加[33]。

注：放大倍數(shù)為500。

圖2 穩(wěn)定化對(duì)米糠蛋白電位的影響

2.4 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分蛋白粒徑的影響

如圖3所示，米糠蛋白各組分粒徑分布均勻，均在1 000 nm左右，均呈單峰，在穩(wěn)定化處理后，可以看出清蛋白左移，粒徑變小。球蛋白右移，粒徑變大。從圖中可以看出穩(wěn)定化處理對(duì)米糠清蛋白、球蛋白影響不大。影響大的是米糠中的谷蛋白，由原來的雙峰變成了單峰，粒徑均右移，同時(shí)體積比也變大了，這跟上文的溶解性相對(duì)應(yīng)，穩(wěn)定化處理后溶解性降低。吳偉等[34]研究發(fā)現(xiàn)花生蛋白形成可溶聚集體粒徑增加，本試驗(yàn)的米糠蛋白也論證了這一點(diǎn)。

圖3 穩(wěn)定化對(duì)米糠蛋白粒徑的影響

2.5 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

酰胺I帶是表征蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)最常用的特征頻率區(qū)域，如圖4和表2所示，米糠谷蛋白在1 700 cm-1附近的振動(dòng)峰是由C—N伸縮振動(dòng)和N—H面內(nèi)變形振動(dòng)所形成的螺旋和折疊，在3 000 cm-1附近的振動(dòng)峰均是由—CH2和—CH3伸縮振動(dòng)引起的，表明蛋白部分發(fā)生變性[35]。經(jīng)過穩(wěn)定化處理后米糠各組分蛋白的螺旋結(jié)構(gòu)、-折疊結(jié)構(gòu)、-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)以及無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)都隨之改變。但谷蛋白與清蛋白、球蛋白顯著不同，米糠清蛋白-螺旋、轉(zhuǎn)角與無規(guī)則卷曲的含量都有所下降，折疊的含量有所提升，米糠谷蛋白螺旋、-轉(zhuǎn)角與無規(guī)則卷曲的含量有所提升，折疊含量有所下降，米糠球蛋白的變化相對(duì)較小。這是由于水溶性的清蛋白通過高溫高壓的處理之后，其蛋白質(zhì)的氫鍵會(huì)產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象，所以使得蛋白發(fā)生了部分變性，其結(jié)構(gòu)也就發(fā)生了改變。

圖4 穩(wěn)定化對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)的影響

表2 穩(wěn)定化對(duì)米糠蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響

2.6 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分蛋白巰基和二硫鍵的影響

擠壓穩(wěn)定化處理對(duì)米糠各組分蛋白游離巰基、總巰基、二硫鍵含量的影響可見表3，擠壓處理后米糠清蛋白、球蛋白、谷蛋白的游離巰基、總巰基、二硫鍵含量降低。這與文獻(xiàn)[36]中所提到的當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)處于加熱環(huán)境，溫度升高導(dǎo)致蛋白分子展開，然后通過氫鍵、二硫鍵等相互作用發(fā)生聚集，對(duì)二硫鍵造成影響的結(jié)論相符合。本試驗(yàn)米糠在高溫高壓情況下，發(fā)生部分變性，米糠中的二硫鍵發(fā)生斷裂，導(dǎo)致游離巰基含量和二硫鍵含量降低。

2.7 穩(wěn)定化對(duì)米糠各組分分子量的影響

如圖5可見，從左到右依次為Marker、擠壓清蛋白、新鮮清蛋白、擠壓球蛋白、新鮮球蛋白、擠壓谷蛋白、新鮮谷蛋白。米糠清蛋白條帶在94、69、48、30、15 kDa，球蛋白分子量為74、48、30、15 kDa，谷蛋白分子量為48、27、14 kDa。擠壓前后的米糠各組分蛋白分子量差異不大，可以從圖中看出條帶顏色擠壓后比擠壓前要深，這也說明米糠在擠壓后蛋白含量不變，溶解性隨著米糠高壓高溫的處理也隨之下降，使得條帶顏色變淺。

表3 擠壓前后米糠蛋白游離巰基、總巰基、二硫鍵含量

注：同列不同字母表示差異顯著（＜0.05）。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences (<0.05).

注：1.擠壓清蛋白；2.新鮮清蛋白；3.擠壓球蛋白；4.新鮮球蛋白；5.擠壓谷蛋白；6.新鮮谷蛋白；M.標(biāo)準(zhǔn)品。

3 結(jié) 論

1）米糠各組分蛋白在擠壓穩(wěn)定化后功能性質(zhì)發(fā)生了改變，其中米糠谷蛋白持水性顯著提高（<0.05），作為功能性的食品配料具有可行性。米糠谷蛋白的乳化活性與其他2種組分蛋白變化相反，谷蛋白乳化活性顯著增加（<0.05），蛋白質(zhì)的乳化特性常應(yīng)用于肉制品、乳制品、飲料制品及面制品。

2）米糠各組分蛋白在擠壓穩(wěn)定化后結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生了改變，清蛋白、球蛋白、谷蛋白顆粒表面多孔，比表面積較大，對(duì)油脂有較大截留作用，可用于乳化劑及改善食品口感及品質(zhì)。米糠谷蛋白在擠壓穩(wěn)定化后小分量蛋白發(fā)生聚集過程中二級(jí)結(jié)構(gòu)-折疊結(jié)構(gòu)向-螺旋、-轉(zhuǎn)角與無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化是提高其乳化活性的主要原因。

[1] Chagam R, Lalmuan K et al. Effects of polishing on proximate composition, physico-chemical characteristics, mineral composition and antioxidant properties of pigmented rice[J]. Rice Science, 2017, 24(5): 241-252.

[2] 黃皓，王珍妮，李莉，等. 甘油水溶液提取米糠多酚綠色工藝優(yōu)化及多酚種類鑒定[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(4)：305-312.

Huang Hao, Wang Zhenni, Li Li, et al. Optimization of green extraction process and identification of polyphenols variety from rice bran using glycerol/water system[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(4): 305-312. (in Chinese with English abstract)

[3] Bhagavathi S S, Periyanaina K, Chaiyavat C. A comprehensive review on anti-diabetic property of rice bran[J]. Asian Pacific Journal of Tropical Biomedicine, 2018, 8(1): 79-84.

[4] 鄭煜焱，曾潔，李晶，等. 米糠蛋白的組成及功能性[J].食品科學(xué)，2012，33(23)：143-149.

Zheng Yuyan, Zeng jie, Li Jing, et al. Composition and functionality of rice bran protein[J]. Food Science, 2012, 33(23): 143-149. (in Chinese with English abstract)

[5] Singh T P, Sogi D S. Comparative study of structural and functional characterization of bran protein concentrates from superfine,fine and coarse rice cultivars[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2018, 111: 281-288.

[6] Luca A, Jonathan O, Alan L. Kelly, et al. The composition, extraction, functionality and applications of rice proteins: review[J]. Trend in Food Science and Technology, 2017, 64(6): 1-12.

[7] 王長遠(yuǎn)，郝天舒，張敏. 干熱處理對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)與功能特性的影響[J]. 食品科學(xué)，2015，36(7)：13-18.

Wang Changyuan, Hao Tianshu, Zhang Min. Effect of dry heat treatment on the structure and functional properties of rice bran protein[J]. Food Science, 2015, 36(7): 13-18. (in Chinese with English abstract)

[8] 肖俊琪，翟愛華，李嘉慶，等. 蒸汽爆破預(yù)處理輔助提取米糠蛋白的工藝研究[J]. 中國食品添加劑，2018(9)：134-141.

Xiao Junqi, Zhai Aihua, Li Jiaqing, et al. Study on the technology of steam explosion pretreatment assisted extraction of rice bran protein[J]. Chinese food additives, 2018(9): 134-141. (in Chinese with English abstract)

[9] Suphat Phongthai, Seung-Taik Lim, Saroat Rawdkuen. Optimization of microwave-assisted extraction of rice bran protein and its hydrolysates properties[J]. Journal of cereal Science, 2016, 70(7): 146-154. (in Chinese with English abstract)

[10] 高洋，肖志剛，劉海飛，等. 全脂米糠過氧化物酶擠壓鈍化參數(shù)研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2014，29(6)：79-86.

Gao Yang, Xiao Zhigang, Liu Haifei, et al. Study on extrusion passivation parameters of peroxidase of whole fat rice bran[J]. Chinese Journal of cereals and oils, 2014, 29(6): 79-86. (in Chinese with English abstract)

[11] 李紅玲，田娟娟，劉冰，等. 中試生產(chǎn)穩(wěn)定化全脂米糠粉中淀粉糊化度的研究[J]. 糧食與飼料工業(yè)，2013(4)：34-37，43.

Li Hongling, Tian Juanjuan, Liu Bing, et al. Study on the gelatinization degree of starch in the pilot production of stabilized whole-fat rice bran powder[J]Food and feed industry, 2013(4): 34-37, 43. (in Chinese with English abstract)

[12] 于殿宇，王彤，王旭，等. 擠壓膨化預(yù)處理工藝優(yōu)化提高大豆蛋白粉品質(zhì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(4)：285-292.

Yu Dianyu, Wang Tong, Wang Xu, et al. Optimization of extrusion pretreatment process to improve the quality of soybean protein powder[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 285-292. (in Chinese with English abstract)

[13] 蔣雅茜. 米糠膳食纖維對(duì)大米淀粉理化特性的影響[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2014.

Jiang Yaqian. The Effect of Rice Bran Dietary Fiber on the Physical and Chemical Properties of Rice Starch[D]. Changsha: Central South University of Forestry and Technology, 2014. (in Chinese with English abstract)

[14] 徐樹來. 擠壓加工對(duì)米糠主要營養(yǎng)成分影響的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2017(3)：12-16.

Xu Shulai. Study on the effect of extrusion processing on the main nutrients of rice bran[J]. Chinese Journal of cereals and oils, 2017(3): 12-16. (in Chinese with English abstract)

[15] Zhu S M. Lin S L, Yu Y. et al. Enhancement of functional properties of rice bran proteins by high pressure treatment and their correlation with surface hydrophobicity[J]. Food Bioprocess Technol, 2017, 10: 417-317.

[16] Fang Yanqiang, Zhang Bo, Wei Yimin. Effects of the specific mechanicalenergy on the physicochemical properties of texturized soy protein during high-moisture extrusion cooking[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 121(1): 32-38.

[17] 周麟依，孫玉鳳，吳非. 丙二醛氧化對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué)，2019，40(12)：98-107.

Zhou Linyi, Sun Yufeng, Wu Fei. The effect of malondialdehyde oxidation on the structure and functional properties of rice bran protein[J]. Food Science, 2019, 40(12): 98-107. (in Chinese with English abstract)

[18] 尤翔宇. 過氧自由基和丙二醛氧化對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)、功能性質(zhì)和消化性質(zhì)的影響[D]. 長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2019.

Long Xiangyu. Effects of Peroxy Free Radicals and Malondialdehyde Oxidation on the Structure, Functional Properties and Digestibility of Rice Bran Protein[D]. Shangsha: Central South University of Forestry and Technology, 2019. (in Chinese with English abstract)

[19] Lv Shiwen , He Leiyu, Sun Lihui. Effect of different stabilisation treatments on preparation and functional properties of rice bran proteins[J]. Czech Journal of Food Sciences, 2018, 36: 57-65.

[20] Li Hongrui, Guo Hai ,Zhu Liqin, et al. Optimization of extraction technology for rice bran Oil[J]. Agricultural Biotechnology, 2013, 2(5): 52-54, 57.

[21] Song Yongling, Qin Ruiqi, Yang Shaoming, et al. Improvement of foaming and emulsifying properties of gluten by conjugation with Fructose through maillard reaction[J]. Grain Oil Science and Technology, 2018, 1(3): 119-125.

[22] 黎衛(wèi). 芡實(shí)蛋白組分的結(jié)構(gòu)表征及其理化性質(zhì)研究[D]. 無錫：江南大學(xué)，2015.

Li Wei. The Structural Characterization and Physical and Chemical Properties of Gorgon Protein Components[D]. Wuxi: Jiangnan University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[23] Maneerat J, Suchada P, Hirofumi T, et al. Effect of high-pressure homogenization on stability of emulsions containing zein and pectin[J]. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 2017, 12(1): 21-27.

[24] Li Dan, Zhao Yue, Wang Xu, et al. Effects of (+)-catechin on a rice bran protein oil-in-water emulsion: Droplet size, zeta-potential, emulsifying properties, and rheological behavior[J]. Food Hydrocolloids, 2020, 98(6): 145-156.

[25] Mehment Hayta. Optimization of antihypertensive and antioxidant hydrolysate extraction from rice bran proteins using ultrasound assisted enzymatic hydrolysis[J]. Journal of Food Measurement and Characterization, 2020, 14: 2578-2589.

[26] 夏寧. 噴射蒸煮制備米糠、碎米蛋白及其功能性研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

Xia Ning. Study on the Preparation of Rice Bran and Broken Rice Protein by jet Cooking and Their Functions[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2012. (in Chinese with English abstract)

[27] Urszula, Katarzyna W. The interaction between human serum albumin and antidiabetic agent-exenatide: determination of the mechanism binding and effect on the protein conformation by fluorescence and circular dichroism techniques[J]. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, 2020, 38(8): 2267-2275.

[28] Kristiawan M, Micard V, Maladira P, et al. Multi-scale structural changes of starch and proteins during pea flour extrusion[J]. Food Research International, 2018, 108: 203-215.

[29] Li Rui, Cui Qiang, Wang Guorong, et al. Relationship between surface functional properties and flexibility of soy protein isolate-glucose conjugates[J]. Food Hydrocolloids, 2019, 95: 349-357.

[30] 吳曉娟，王曉嬋，張家妮，等. pH堿性偏移結(jié)合熱處理對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)的影響[J]. 食品科學(xué)，2020：1-13.

Wu Xiaojuan, Wang Xiaochan, Zhang Jiani, et al. Effects of pH alkaline shift combined with heat treatment on the structure and functional properties of rice bran protein[J]. Food Science, 2020: 1-13. (in Chinese with English abstract)

[31] 王婧. 熱處理對(duì)燕麥蛋白質(zhì)理化與功能特性影響的研究[D]. 西安：陜西師范大學(xué)，2019.

Wang Jing. Study on the Effect of Heat Treatment on the Physical, Chemical and Functional Properties of Oat Protein[D]. Xi’an: Shanxi Normal University. (in Chinese with English abstract)

[32] He Yao. Structure and functional properties of protein from defatted Camellia oleifera seed cake[J]. International Journal of Food Properties, 2019, 22(1): 1283-1295.

[33] Ferraris S, Cazzola M, Peretti V, et al. Zeta potential measurements on solid surfaces for in vitro biomaterials testing: Surface charge, reactivity upon contact with fluids and protein absorption[J]. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2018, 6: 60.

[34] 吳偉，吳曉娟，蔡勇建，等. 米糠貯藏期間米糠谷蛋白結(jié)構(gòu)變化的研究[J]. 中國糧油學(xué)報(bào)，2017，32(7)：98-102，120.

Wu Wei, Wu Xiaojuan, Cai Yongjian, et al. Study on the structural changes of rice bran gluten during storage of rice bran[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2017, 32(7): 98-102, 120. (in Chinese with English abstract)

[35] 謝鳳英，馬巖，王曉君，等. 拉曼光譜分析蕎麥多酚對(duì)米糠蛋白結(jié)構(gòu)的影響[J]. 食品科學(xué)，2017，38(3)：32-36.

Xie Fengying, Ma Yan, Wang Xiaojun, et al. Raman spectroscopy analysis of the effect of buckwheat polyphenols on the structure of rice bran protein[J]. Food Science, 2017, 38(3): 32-36. (in Chinese with English abstract)

[36] 何興芬. 熱處理對(duì)藜麥蛋白質(zhì)功能特性、結(jié)構(gòu)及體外消化的影響[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2020.

He Xingfen. The Effect of Heat Treatment on the Functional Properties, Structure and in Vitro Digestion of Quinoa Protein[D]. Lanzhou: Agricultural University of Gansu, 2020. (in Chinese with English abstract)

Effects of extrusion stabilization on protein structure and functional properties of rice bran components

Duan Qingsong1, Duan Yumin2, Xiao Zhigang1,3, Wang Kexin3, Li Hang3, Wang Na1, Wang Yifan3, Gao Yuzhe3※

(1.,,110886,; 2.,,110034,;3.,,110034,)

Rice bran is the main by-product of the rice milling process with high protein content. Although there is a large amount of rice bran in China, most of it is used to raise animals. Therefore, for the economic benefits of the rice processing industry, it is inevitable to fully develop the added value of rice bran. Longjing No.31 rice bran was chosen as the protein sourcein order to study the effect of extrusion stabilization treatment on the protein structure and functional properties of each component of rice bran, , and effects of rice bran extrusion stabilization using twin-screw extruder on structural and functional properties of rice bran protein fractions were also investigated. The results showed that the solubility, foamability and oil-holding capacity of each component protein of rice bran were significantly reduced after extrusion treatment (<0.05), this is because insoluble aggregates are formed after high temperature, high pressure and high shear. The water-holding capacity, foaming stability and emulsion stability were increased, among which the water holding capacity of gluten increased the most, 39% higher than that before extrusion. After extrusion, the structure of gluten changed, forming more random coil structures, and the unfolded protein molecules interacted with each other to form a more stable network structure, thereby increasing the foaming stability of gluten.As well as, its emulsifying activity was significantly different from that of other protein fractions. On the other hand, the albumin and globulin contents decreased by about 5% and 10%, while gluten increased by about 8% after extrusion, respectively. The emulsifying ability of rice bran protein was related to factors such as solubility, and the thermal denaturation caused by stabilization reduced the emulsifying ability of each component of rice bran. Structural analysis indicated that changes in protein fractions after extrusion mainly attributed to a recombination among them, which indicated by differences in the secondary structure. The-helix,-turn, and random coil contents of the albumin decreased significantly after extrusion, while the content of-sheet folding increased significantly. Moreover, the rice bran gluten showed a different trend from that of albumin, and the secondary structure of gluten changed significantly in the amide I zone, the content of-helix,-turn and random coil increased, and the content of-sheet decreased. After high temperature and high pressure treatment, the hydrogen bond of the protein was broken, so the protein was partially denatured and its structure was also changed. The results can help in understanding changes occur in structural and functional properties of rice bran protein fractions during extrusion to promote the utilization of rice bran protein in the food industry.

protein; stabilization; solubility; rice bran; albumin; globulin; gluten

段慶松，段玉敏，肖志剛，等. 擠壓穩(wěn)定化處理對(duì)米糠各組分蛋白結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(19)：283-290.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.032 http://www.tcsae.org

Duan Qingsong, Duan Yumin, Xiao Zhigang, et al. Effects of extrusion stabilization on protein structure and functional properties of rice bran components[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(19): 283-290. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.032 http://www.tcsae.org

2020-07-18

2020-09-10

遼寧省農(nóng)業(yè)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目（2019JH8/10200020）；遼寧省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（1584949193607）；遼寧省高等學(xué)校基本科研項(xiàng)目（LQN201704）

段慶松，研究方向?yàn)榧Z食油脂及植物蛋白工程。Email：1392694031@qq.com

高育哲，博士，講師，研究方向?yàn)榧Z食油脂及植物蛋白工程。Email：gaoyuzhe_66@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.19.032

TS213.3

A

1002-6819(2020)-19-0283-08