蛋白质的生物和化学改性

文章编号:1003 7969(2000)06 0181 05

蛋白质的生物和化学改性

周瑞宝1,周 兵2

(1 郑州工程学院食品科学与工程系,450052郑州市嵩山南路140号;

2 郑州油脂化学集团公司,450053郑州市黄河路;第一作者:男,59岁,教授)

摘要:生物酶或化学法改性食品蛋白质,是提高食品功能特性的重要途径。生物酶有酶源易于得到,应用更安全,并且可将蛋白质改性到所期望的功能值;化学法的乙酰化、磷酸化、糖基化、交联反应,在改变结构和功能性方面,对提高蛋白质功能特性比酶法更有效。

关键词:蛋白质;生物酶;化学法;改性

中图分类号:TQ645 9+9 文献标识码:A

1 蛋白质的酶法改性

蛋白质的改性就是用化学因素(如化学试剂、酶制剂等)或物理因素(如热、高频电场、射线、机械振荡等),使氨基酸残基和多钛链发生某种变化,引起蛋白大分子空间结构和理化性质改变,从而获得较好的功能性和营养特性。

用于水解大豆蛋白的酶,包括植物来源的木瓜酶(Papain)、微生物蛋白酶(Alcalase、Neutrase、Ther mitase)和动物蛋白酶(Pepsin、Chymotrypsin)等,都可以用于蛋白质的改性。

1 1 大豆蛋白的部分水解及其功能特性

大量文献列举了蛋白质水解对功能特性的影响,其中包括:植物蛋白的大豆蛋白[1]、蚕豆蛋白、小麦谷朊粉、玉米蛋白、燕麦粉(蛋白)、棉籽蛋白、葵花籽和菜籽蛋白;以及动物蛋白的酪蛋白,都可以进行蛋白酶水解,又称蛋白生物酶改性。

大豆蛋白酶改性[2],对于提高蛋白质的溶解性具有特殊重要性,甚至对于在水中难于分散的谷类蛋白,也是如此。只有使蛋白水解之后,才能显示它的改性意义。玉米蛋白是一种玉米储存蛋白,在pH2~5,具有很高的不溶性,当用胰蛋白酶处理水解使1 9%的肽键断裂时,在同样的pH范围内,溶解度可达30%~50%。而小麦谷朊粉用此法处理,在pH7时,达到9 8%水解度(D H)时,溶解度从7%增加到50%。燕麦粉经Alcalase 或Neutrase酶处理,在等电点(pH5.0)条件下溶解度提高3~4倍[3]。在一定的酶与底物比例条件下,增加水解度(3 8%~ 10 4%),溶解度也同时增加。用Alcalase在pH8,或Neutrase在pH7条件下,使大豆分离蛋白进行有限的蛋白酶水解,会改变它的pH值与溶解曲线图。用Thermitase酶处理蚕豆分离蛋白,使水解度达到8 3%时,在等电的pH值下,溶解度增加高达40%。用Ttaphyloc occus aureus V8蛋白酶水解酪蛋白,水解度达到2%和6 7%时,溶解度增加25%和50%。

大豆蛋白生物改性,可以提高水解蛋白的吸水和结合水的能力。这是由于蛋白水解过程中释放出氨基和羧基,离子基团数量增加。甚至大豆分离蛋白在84%的相对湿度的室温下,其吸水性随酶处理程度成比例增加。酸 沉大豆蛋白和11S大豆球蛋白,用菠萝蛋白酶进行有限蛋白水解后,吸水能力增加2~2 5倍。运用Alcalase或Teutrase处理燕麦粉,随水解度(DH)的升高,吸水能力增加。大豆蛋白质酶改性对蛋白质的乳化能力很敏感。使用木瓜蛋白酶对大豆蛋白进行短时水解,会增加乳化能力,然而,当继续水解时,乳化能力减少。有人发现大豆分离蛋白在水解度(DH)为5%时,乳化特性最佳。蛋白酶改性,也能改善花生蛋白的乳化特性。

用胰蛋白酶部分水解由大豆和蚕豆得到的11S 球蛋白,其中高分子量的水解产物大豆球蛋白 T 和豆球蛋白 T,分别对乳化能力和乳化稳定性,起着关键作用。随着豆蛋白 T的生成,其乳化能力和乳化稳定性增加,当豆蛋白 T被胰酶进一步水解时,乳化能力和乳化稳定性降低。

蛋白酶部分水解时,乳化能力和乳化稳定性的有益作用可能是由于暴露了分子内部掩蔽的疏水基团,改善亲水 疏水平衡,从而提高乳化能力。蛋白质表面失去亲水肽,导致表面疏水作用增加,而有利于表面吸附。过度消化的不利影响,使其失去球状

收稿日期:2000 09 15

表1 植物蛋白和奶蛋白水解物的神经功能肽(4)

顺 序 名 称 起源和序在蛋白中的位置

内源神经功能肽

Tyr Gl y Gl y P he Leu Le u/脑啡肽

植物蛋白水解物的外源神经功能肽

Gl y Tyr Tyr Pro A4HMW 麦谷蛋白

Tyr Gl y Gl y Trp B4未测到

Tyr Pro Gl n P ro Gl n P ro P he 麦醇溶蛋白Glia dorphi n 麦醇溶蛋白(43 49)

奶蛋白水解物中的外源神经功能活性肽

Arg T yr Le u Gly T yr L eu Glu 酪蛋白exorphin 牛的 S l 酪蛋白(90

91)Tyr Pro Phe P ro Gly Caso mo rphin 5牛的 酪蛋白(60 65)

Tyr Gl y Leu Phe NH 2 Lact orphi n 人和牛的 L acat albumi n

Tyr Leu Le u P he NH 2 Lact orphi n

牛的 乳球蛋白(102 105) NH 2奶蛋白水解物中的抗显效活性肽

Tyr Pro Ser Tyr OC H 3Casoin 4

牛的 s 1 酪蛋白(35 38) OC H 3结构与断裂的肽的最适大小有关,而导致油滴周围形成较厚的蛋白质层,乳化稳定性降低。

虽然蛋白酶改性,一般会增加发泡能力,但泡沫稳定性降低。大豆分离蛋白经Alcalase 或Neutrase 处理后,水解度达3%~6%时,发泡能力提高好几倍。发泡能力增大,发泡稳定性有所降低,这是用Thermitase 酶,部分水解蚕豆分离蛋白(DH =3.2%~8 3%)实验数据得到的。用Thermitase 酶处理小麦谷朊粉(DH=5 2%~9 8%),发泡能力变化没有多大意义,当增加水解度(DH)时,发泡稳定性降低。天然的玉米蛋白,在pH1~12范围内,没有发泡能力,而用胰蛋白部分酶水解(DH =1 4%~1 9%),可以改善发泡能力,但产生的泡沫很不稳定。用木瓜蛋白酶水解花生蛋白和葵花籽蛋白,其发泡能力得到增加。

大豆蛋白有限的蛋白酶水解,蛋白表面经由一个链式肽裂解,产生高分子量的产物。胰蛋白酶水解分子质量为350K 道尔顿的11S 的大豆球蛋白。生成分子质量为200ku~260ku 的球蛋白 T,它仍有原蛋白的一些结构和性质。然而,这种改性11S 蛋白的结构不稳定,在它的表面有利于发生解离,甚至链结构展开。这种酶改性可能是由于球蛋白一个中间产物对表面功能特性有促进作用。1 2 蛋白生物酶水解作用

1 2 1 生物功能肽的分离 从部分水解的大豆蛋白、小麦谷蛋白以及乳蛋白中分离出生物活性肽。为食品蛋白的营养价值引入一个新的评价标准。一种以失活状态存在的具有氨基酸顺序的肽,通过体内消化释放,并在食物的肠道消化过程中,充当新陈

代谢的潜在的生理效应物,称为生物活性肽。由体内产生的神经功能肽称为内生神经功能肽(Endor phins),由植物蛋白水解得到的,称为外源神经功能肽 E xorphins !。

酪啡肽已在酪蛋白组分和乳清两种水解蛋白中发现。某些肽对于麻醉剂受体有亲和性,功能类似于显效神经功能作用,称为神经功能肽;另一些,则既对麻醉剂受体,又对抗麻醉剂作用有亲和力(抗兴奋剂),又称为抗神经显效功能肽,如抑制吗啡功能作用的肽。表1中列出了各种神经功能肽。

由植物蛋白小麦谷朊粉和乳蛋白中得到的神经功能肽,简要地说明了神经功能活性肽的排序。在 s 1和 酪蛋白中发现免疫肽,在 s 1和 酪蛋白中

发现抗显效的I 转换酶抑止肽,在k 酪蛋白中发现抗血栓肽。在 s 1和

酪蛋白中分离出丝氨酸磷酸盐,它们是结合微量元素的肽。某些神经功能活性肽,也可从小麦谷朊粉中分离出来。由食品蛋白水解分离出具有生物活性的肽,列于表1中。

1 2 2 苦味肽 根据蛋白质属性和所采用的蛋白

酶,连续水解蛋白可以从蛋白质中放出苦味肽[6]

。这种苦味是氨基酸组成,顺序及肽链长度之间作用的结果。苦味被表述为阈值的对数,即肽的mol 浓度,低于此阈值,苦味不被察觉。Ney 最早以所谓Q 值形式说明肽的苦味,尤其是由酪蛋白和大豆蛋白中衍生的苦味与肽的疏水作用有关。其Q 值高于5861 52kJ/mol 的为苦肽,而低于5442 84kJ/mol 的为非苦肽。另外与分子质量也有关系,大于6000u 的,具有较高的苦味值。

苦味是影响蛋白水解物可接受性的主要问题,

而减少苦味常用吸附剂选择吸附

疏水肽、共沸提取、端肽酶水解、

掩蔽剂掩蔽苦味、胃合蛋白反应等等。

1 3 类胃合蛋白(类似胃内蛋白

消化产物的合成)作用

由高浓度的蛋白水解物与蛋

白酶摇制时形成一种类胶状沉淀

胃合蛋白!。水解蛋白中的肽的大小、底物的浓度和水解时的pH 值,是影响形成胃合蛋白的重要因素。平均分子量在1043~685之间的肽的组分能更有效地产生胃合蛋白,最佳底物浓度范围是20%~40%(W/V),最佳pH 值是pH4 0~7 0。胃合蛋白在高温情况下,疏水性越强,越有利于