pH值處理對黑豆分離蛋白結構、流變特性及乳化性能的影響

　　作為一種植物蛋白資源，黑豆分離蛋白（BBPI）來源廣泛，胺基酸構成比例合適，較大豆蛋白更為優越，是優質蛋白資源之一。隨著社會的發展，人們對食品營養和安全越發重視，對蛋白質的需求量日益增加。蛋白質的乳化性和流變性是食品加工製造過程中需要考慮的重要性質，許多研究發現，pH值處理可以使胺基酸帶電，通過蛋白質與水分子間的離子-偶極相互作用進而改變蛋白質的溶解性，帶同種電荷的蛋白質之間相互排斥導致亞基的解離和結構的展開，蛋白質的溶解性和表面疏水性顯著影響著蛋白質其他功能性質的發揮。

　　目前，關於黑豆的研究主要集中在抗氧化機理及品種之間的營養成分、功能性質差異及產品的研發，有關黑豆蛋白的研究集中於熱處理及超聲處理對黑豆蛋白結構和功能性質的影響。關於pH值處理對BBPI的表面性質、流變性質及其穩定乳液的相互關係的研究較少，植物蛋白的相互關係的研究可用於乳劑製備、長期穩定性預測和食品質量控制。

　　

　　東北農業大學食品學院的曾琪、胡淼、齊寶坤*和江連洲*等人採用不同pH值條件處理BBPI後調節回中性條件，研究pH值對蛋白質的功能性質、流變性、乳化性的影響以及與穩定乳液的相互關係，使黑豆的資源能夠得到更好的發掘。

　　1 溶解性與表面疏水性

　　

　　由圖1可知，BBPI的等電點在pH 4.0～5.0之間，表面疏水性在遠離等電點的兩側均呈現下降趨勢且在等電點附近出現最大值，溶解性在pH 5.0時最低，遠離pH 5.0的兩側時隨酸鹼度的增加而增加，這表明在遠離等電點時溶解性與表面疏水性呈負相關。

　　pH值處理通過改變蛋白質的電離情況進而改變BBPI的溶解度；蛋白質的疏水性殘基大部分位於蛋白質內部，pH值處理後BBPI發生不同程度的變性，蛋白質之間的相互作用改變導致蛋白質的表面疏水性發生改變，隨酸鹼度增加，疏水基團暴露增多，當疏水基團增加到一定程度時，蛋白質分子間會通過疏水鍵相互聚集，發生疏水坍塌，從而引起表面疏水性下降。等電點附近表面疏水性出現最高值（pH 3.0）可能是因為蛋白質亞基解離後經過重摺疊呈現舒展的狀態，位於α-螺旋內部的疏水胺基酸殘基暴露，導致疏水性增高。

　　2 pH值處理對BBPI螢光強度的分析

　　

　　由圖2可以看出，相比於未經pH值處理的BBPI，pH值處理後，BBPI的螢光強度均有所下降且最大吸收波長發生不同程度的紅移，說明pH值處理改變了蛋白質色氨酸殘基的微環境，BBPI色氨酸殘基暴露；結果顯示，BBPI的最大吸收波長（λmax）分布在325～340?nm之間；pH值處理條件下，隨酸處理程度加深，螢光強度從202.6增長到265.4，最大吸收波長從330?nm紅移到332?nm；隨鹼處理程度加深，螢光強度從324.6增長到408.2，蛋白質的最大吸收波長從330?nm紅移到333?nm，由此可見，經pH值處理後的蛋白質的色氨酸殘基所處的微環境極性有所提高且鹼處理對BBPI影響較大。

　　λ max 與色氨酸殘基所處的環境有關，λmax＜330?nm表示色氨酸殘基位於非極性環境，相反λmax＞330?nm則表示色氨酸殘基位於極性環境，結果顯示，未經pH值處理的BBPI的最大吸收波長為328?nm，表明蛋白質色氨酸殘基仍位於蛋白質內部非極性環境中，而螢光強度為464.9?nm，明顯大於pH值處理後的樣品螢光強度；經pH值處理後蛋白質的色氨酸殘基不同程度的暴露在外部的極性環境中且BBPI的螢光強度隨著pH值處理程度加深而增加，反映了這種結構變化屬於一種動態過程，pH值處理後的蛋白樣品螢光強度低於未處理組。

　　3 pH值處理對BBPI傅立葉紅外光譜分析

　　結果顯示，BBPI含有4種二級結構組分：α-螺旋、β-摺疊、β-轉角和無規捲曲，其中α-螺旋和β-摺疊為BBPI的有序結構，β-轉角和無規捲曲為無序結構；與未處理BBPI樣品對比，pH值處理條件下BBPI的α-螺旋結構含量減少，無規捲曲含量增加；在遠離等電點的pH值處理下，α-螺旋含量顯著增加，β-摺疊含量顯著下降，且隨著酸鹼度的增加，這些變化更加明顯；靠近等電點時，α-螺旋含量減小、β-摺疊含量增多。β-摺疊比例增加的同時α-螺旋結構的比例減小。通過與表面疏水性變化規律相關性分析表明，表面疏水性與β-轉角含量負相關（r=－0.423，P＜0.05），表面疏水性與β-摺疊含量正相關（r=0.502，P＜0.05），說明蛋白質的二級結構變化影響了其功能性質的表達。

　　4 pH值處理對BBPI乳化性的分析

　　

　　如圖3所示，在pH值處理下，BBPI的乳化性及乳化穩定性呈現先下降後上升的趨勢，等電點附近乳化性及乳化穩定性最低，可能是因為等電點時，蛋白質表面電荷量少，缺乏靜電排斥的相互作用會使得乳液中蛋白質絮凝、聚集導致乳化性降低，偏離等電點時，蛋白質表面靜電荷含量增加，增加了蛋白質的溶解性進而提高蛋白質的乳化活性及乳化穩定性，隨酸鹼度增加，蛋白質逐漸變性，變性蛋白所含胺基酸殘基的疏水基團指向油相，而親水性基團指向水，越偏離等電點乳化活性越好，可能是因為蛋白質發生了改性，增強了與油相之間的作用，乳化活性更好。

　　5 pH值處理對BBPI流變學特性的分析

　　5.1 表觀黏度

　　

　　由圖4可知，在同一剪切速率下，不同pH條件處理後BBPI溶液的表觀黏度不同，pH值處理後的蛋白質溶液的表觀黏度大於未處理組，說明處理後的蛋白體系趨於穩定；不同pH條件處理的蛋白溶液樣品間表觀黏度值和變化趨勢差異較大，等電點時的表觀黏度最低，所有樣品的表觀黏度隨剪切速率的增加均呈現降低的趨勢，即表現出剪切稀釋的現象，符合非牛頓流體特性。表觀黏度的變化規律與乳化活性及乳化穩定性大體一致，即遠離等電點均呈現上升趨勢。在pH 3時表觀黏度大於pH 2條件下的蛋白溶液，可能是因為該條件處理BBPI導致疏水基團暴露較多，蛋白間形成了三維網狀結構，降低了流動性，即蛋白質分子之間的連接更加緊密，表觀黏度增大。

　　5.2 BBPI黏彈性

　　

　　由圖5可以看出，儲能模量對掃描頻率具有一定的依賴性，pH值處理後的樣品G』值高於未處理組，說明pH值處理BBPI可以在一定程度上促進形成均一、緻密、高強度的蛋白質凝膠狀網絡結構，pH值處理後的樣品的G』增大；pH 4.0、5.0時G』、G』』增長緩慢可能是因為臨近等電點時，蛋白質水合能力差，蛋白質重排變得困難，降低了G』增長的速度，蛋白質發生聚集生成沉澱不能產生凝膠，黏彈性較差。pH 11.0樣品的G』和G』』低，可能是因為蛋白質變性結構展開，有序結構向無序結構轉變導致流動性增加，這有可能破壞已經形成的網絡結構，所以G』下降；也可能是極端pH值條件下破壞了疏水相互作用力和範德華力，使蛋白亞基之間的二硫鍵發生斷裂，蛋白質的三級結構部分展開，從而改變了蛋白質緊密的三維結構，黏彈性減弱。不同pH值處理後樣品的G』增幅差異較大，說明pH值對蛋白形成凝膠網絡狀結構有很大的影響。

　　

　　tanδ值可以作為衡量蛋白質在凝膠三維網狀結構中的動態性質。由圖6可知，未處理組、pH 2.0、4.0、5.0、11.0的BBPI溶液tanδ＞1且呈上升趨勢，說明蛋白溶液體系的聚合度變小，形成的凝膠狀的網絡結構不夠穩定，可能在高剪切頻率下，破壞了已經形成的三維結構。pH值處於等電點時tanδ值大，說明蛋白質的G』』性強，流動性大，不利於形成凝膠狀網絡結構。pH 3.0時tanδ＜1且隨頻率增加有所上升，表明pH 3的條件顯著提高BBPI的黏彈性。pH?6.0、7.0、8.0、9.0、10.0的蛋白溶液的tanδ＜1且從低剪切頻率到高剪切頻率幾乎不變，表明在這個範圍內蛋白質的凝膠網絡結構黏性越低，彈性越高，tanδ值越低表明形成的三維網狀結構更好，說明在6＜pH＜10範圍內pH值處理使得蛋白在溶液中的彈性更強，結構更穩定。對比表面疏水性數據發現，表面疏水性強的BBPI樣品溶液形成的三維網狀結構更好。

　　結 論

　　pH值處理對BBPI的理化性質及流變性質產生了一定的影響，遠離等電點隨pH值升高，蛋白質間的疏水作用降低，減少了靜電粒子的相互作用，溶解性得到改善，具有高溶解性蛋白質的表面疏水性較低；三級結構展開，亞基解離，巰基氧化成二硫鍵可以進一步加強蛋白質的凝膠網絡結構，疏水胺基酸暴露影響蛋白質分子空間結構，表面活性增強，溶解性和乳化性隨之增強，蛋白質的二級結構發生了由β-摺疊向α-螺旋的轉變，表面疏水性與β-摺疊含量正相關（r=0.502，P＜0.05），溶解度與乳化性變化趨勢一致，與表面疏水性變化趨勢相反。

　　隨pH值處理條件變化，表觀黏度先減少後增大，pH值處理後BBPI乳液的黏彈性均高於未處理組，表面疏水性對形成凝膠狀的網絡結構發揮重要作用；研究發現製備乳液時具有高溶解性和低疏水性（pH 11.0）的蛋白質能更好的與油水界面結合，乳化活性與穩定性最好；具有高溶解性和高疏水性（pH 3.0）的蛋白質能形成強黏彈性界面膜，且表面疏水性越高，形成的三維網狀結構更好。

　　本文《pH值處理對黑豆分離蛋白結構、流變特性及乳化性能的影響》來源於《食品科學》2020年41卷22期15-21頁，作者：曾琪，胡淼，王歡，鍾明明，齊寶坤，江連洲。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190906-080。

　　近期研究熱點

　　修改/編輯：袁月；責任編輯：張睿梅

　　圖片來源於攝圖網

特別聲明：以上內容(如有圖片或視頻亦包括在內)為自媒體平臺「網易號」用戶上傳並發布，本平臺僅提供信息存儲服務。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.