常规改性对大豆蛋白化学结构的影响范文

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《浙江林业科技杂志》2014年第二期

1试验方法

分别以温度、pH（酸和碱）、蛋白酶为单因素设计实验，采用红外光谱分析仪对改性前后大豆蛋白的化学结构进行了分析。①将30g豆粕粉加入到装有100g水的烧瓶中，在常温下使用搅拌机搅拌30min，得到均匀的豆粕溶液（未处理）；②将30g豆粕粉加入到装有100g水的烧瓶中，在恒温槽中加热并保持温度为75℃，使用搅拌机搅拌30min，得到大豆蛋白的热改性溶液（热改性）；③将30g豆粕粉加入到装有100g水的烧瓶中，在恒温槽中加热并保持温度为39℃，用硫酸调溶液的pH为2.0，加入5000U/g的胃蛋白酶，使用搅拌机搅拌30min，然后用氢氧化钠调溶液的pH为5.6，得到大豆蛋白的酶改性溶液（酶改性）；④将30g豆粕粉加入到装有100g水的烧瓶中，用硫酸调溶液的pH为2.0，并使用搅拌机搅拌30min，得到大豆蛋白的酸改性溶液（酸改性）；⑤将30g豆粕粉加入到装有100g水的烧瓶中，用氢氧化钠调溶液的pH为12.0，并使用搅拌机搅拌30min，得到大豆的碱改性溶液（碱改性）。将上述制备的各豆粕溶液先用粘度计测试各溶液（25℃）的粘度，然后取少部分放入冰箱中，在－18℃下冷冻24h，随后用真空冷冻干燥箱对样品进行冷冻干燥，并使用红外光谱仪对冷冻干燥后的样品粉末进行分析。

2结果与分析

表1和图1分别为改性前后豆粕溶液的粘度和红外光谱图。

2.1热改性对大豆蛋白的影响由图1可知，豆粕中主要含有-OH、-NH2、-COOH等活性基团，其中波数为3411.16cm－1处的宽的吸收峰是分子间氢键O-H伸缩振动和N-H伸缩振动吸收的特征峰；波数为2929.50cm－1处的峰是CH2的伸缩振动特征峰；波数为1654.22cm－1处的峰是C=O伸缩振动（酰胺Ⅰ谱带）；波数为1541.43cm－1处的峰是N-H面内弯曲振动和C-N伸缩振动的偶合峰（酰胺Ⅱ谱带）；波数为1241.75cm－1处的峰是C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）；在波数为1399.92cm－1处的峰是COO-的特征峰，波数为1053.50cm－1处的峰是伯醇吸收带。从图1可以看到，与未改性豆粕的谱图相比，热改性豆粕的红外光谱图中各峰形和峰位都没有变化。这说明热改性没有改变大豆蛋白的一级结构(多肽链上氨基酸的排列顺序），而由表1又可知，热改性豆粕溶液的粘度要比未改性的明显增大，这可能是大豆蛋白发生了热变性。在加热条件下，大豆蛋白质分子由原来的卷曲紧密结构舒展开来，使分子内部的疏水基团暴露在外部，从而使分子外部的亲水基团相对减少，致使溶解度降低，并且蛋白质分子在受热后可能发生了缔合作用[9]，从而使得粘度增加。

2.2酶改性对大豆蛋白的影响由图1可知，与未改性豆粕的谱图相比，酶改性豆粕的红外光谱图中峰的变化主要是在波数为1241.75cm－1处的C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）和波数为1053.50cm－1处的伯醇吸收带。C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）吸收强度的减弱说明在蛋白酶的作用下，部分肽键或酰胺键发生了水解；波数为1053.50cm－1处的伯醇吸收带的消失以及出现波数为1111.38cm－1的特征峰，说明大豆蛋白肽链水解后的小分子中的伯醇基团在浓硫酸的催化作用下生成了醚链。与酸改性豆粕的谱图相比，在波数为1541.43cm－1处的N-H面内弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带）吸收强度减弱，说明一部分的-NH2参与了交联反应。此外，由表1可知，经蛋白酶改性后的豆粕溶液的粘度有所增大，这可能是部分断裂开的多肽链的分子内或分子间交联，致使分子量增大，从而使粘度升高。蛋白酶改性大豆蛋白的作用机理主要在于能够改变大豆蛋白的一级结构，有限度地水解酰胺键使大豆蛋白部分降解，增加其分子内或分子间交联或连接其他特殊功能基团[1]。图1改性前后豆粕溶液的红外光谱图波数/cm－14000350030002500200015001000500酸改性碱改性酶改性未改性热改性

2.3酸改性对大豆蛋白的影响由图1可知，与未改性豆粕的谱图相比，酸改性豆粕的红外光谱图中峰的变化主要是在波数为1241.75cm－1处的C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）和波数为1541.43cm－1处的N-H面内弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带）。C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）吸收强度的减弱说明在强酸的作用下，部分肽键发生了水解；波数为1541.43cm－1处的N-H面内弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带）吸收强度的增强说明在浓硫酸的作用下，大豆蛋白的空间球状结构发生了明显的变化，球蛋白中的多肽链被解离开来，暴露出更多的-NH2，并且-NH2也没有被反应掉。由图1还可知，酶和酸改性豆粕的谱图与未改性豆粕的谱图相比，各酰胺谱带发生了不同程度的蓝移，这可能是酸的诱导效应。此外，由表1可知，浓硫酸改性过的豆粕溶液的粘度下降明显，这可能是在酸的作用下被解离的大豆蛋白的多肽链舒展开来，另外，对比图1中酶改性豆粕的谱图可知，虽然蛋白分子在酸的作用下发生了部分肽键或酰胺键的水解，但对整条肽链的影响不大，断开的肽键部位也没有出现分子内或分子间交联的迹象。

2.4碱改性对大豆蛋白的影响由图1可知，与未改性豆粕的谱图相比，碱改性豆粕的红外光谱图中峰的变化主要是在波数为1241.75cm－1处的C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）和波数为1541.43cm－1处的N-H面内弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带）。但与酸改性和酶改性的谱图相比可以发现，碱水解肽键或酰胺键的能力要高于酸和酶，在波数为1241.75cm－1处的C-N伸缩（酰胺Ⅲ谱带）几乎完全消失了，碱水解肽键或酰胺键的能力比胃蛋白酶强，这可能是胃蛋白酶对肽链中的肽键或酰胺键的水解具有专一性，并不能水解所有肽链中的肽键或酰胺键，而强碱对肽键或酰胺键的水解并没有这方面的限制。此外，由波数为1541.43cm－1处的N-H面内弯曲振动（酰胺Ⅱ谱带）吸收强度的减弱可知，大部分的-NH2被反应掉了。由图1还可知，碱改性豆粕的谱图与未改性豆粕的谱图相比，各酰胺谱带也发生了不同程度的蓝移，这可能是具有两性的蛋白质在碱的作用下也发生了的诱导效应。在实验过程中随着溶液pH值的上升，搅拌越来越困难，并且由表1可知，碱改性的豆粕溶液的粘度达到83417mPa/s，远远高于未改性和其他常规改性的豆粕溶液。碱改性豆粕的机理主要在于大程度的水解肽键和酰胺键，并催化一些活性基团参与各分子内或分子间的交联反应[10]。综合以上的分析可知，热改性，酶改性，酸、碱改性等常规改性方法均能导致大豆蛋白的化学结构发生变化，这些变化也反应出不同改性方法改性大豆蛋白的机理和程度也各有所异。单一的改性往往有着局限性，联合使用两种或多种方法对大豆蛋白进行改性才是今后研究的重点。

3结论

（1）热改性不会对大豆蛋白的一级结构造成影响，会使大豆蛋白的溶解度降低；大豆蛋白会在受热时发生热变性，并且可能发生了缔合作用，使溶液的粘度升高。（2）酶改性会在一定程度上水解肽链中的肽键或酰胺键，增加肽链分子内或分子间交联或连接其他特殊功能基团，并且水解后生成的部分小分子已经发生了交联。（3）酸改性会部分水解肽键，但这种改性对肽链的影响不大，并且水解出来的小分子没有发现交联的迹象，另外酸还会对大豆球蛋白进行解离，致使改性后的豆粕溶液的粘度大幅降低。（4）碱改性会大程度地水解肽键或酰胺键，使得多肽链上大量的极性基团暴露出来；水解出来的小分子会发生交联反应，生成分子量更大的分子，使溶液的粘度急剧升高。

作者：朱劲单人为李琴李延军袁少飞王洪艳单位：浙江农林大学浙江省林业科学研究院浙江省竹类研究重点实验室江西广播电视大学