糖基化改性對花生蛋白膜性能的影響及其作用機理研究.pdf

1、花生蛋白膜是一種綠色環(huán)保的新型材料，但是由于花生蛋白質(zhì)基質(zhì)間缺乏柔韌性，同時又含有大量親水基團，導致蛋白膜具有脆而不耐水的缺點，限制了其在食品包裝中的應用。針對以上問題，本研究對花生蛋白進行糖基化改性，并分析了改性對花生蛋白結(jié)構(gòu)的影響，再以改性蛋白為原料制備具有良好性能的花生蛋白膜，同時分析糖基化改性過程中蛋白膜性能的變化規(guī)律，通過蛋白結(jié)構(gòu)與蛋白膜性能之間的相關(guān)關(guān)系，明確糖基化改善花生蛋白膜性能的機理，最后將蛋白膜應用在方便面調(diào)料包裝中

2、，探討其在食品包裝應用中的可行性。
　　確定了花生蛋白糖基化改性的最佳工藝條件。對比了木糖、甘露糖、乳糖、半乳糖、葡萄糖和蔗糖對花生蛋白膜各種性能的影響，木糖在提高蛋白膜機械性能的同時能改善花生蛋白膜的耐水性，因此篩選出木糖對花生蛋白進行糖基化改性。結(jié)合單因素和正交試驗對改性條件進行優(yōu)化，得到花生蛋白-木糖糖基化的最適改性條件為:木糖濃度10％、pH9.5、溫度91.5℃、時間95min。此條件下，利用改性蛋白制備的蛋白膜，其拉伸

3、強度(TS)、斷裂延伸率(E)和溶解性(TSM)分別為10.37 MPa、96.47％和35.94％，同時呈現(xiàn)致密、緊湊的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，顯著優(yōu)于未改性花生蛋白膜。
　　研究了花生蛋白結(jié)構(gòu)在不同木糖濃度、pH、溫度和時間的糖基化改性過程中的變化。SDS-PAGE結(jié)果表明，糖基化改性后，花生蛋白的條帶組成并無變化，但在糖基化改性的作用下，花生蛋白內(nèi)部發(fā)生交聯(lián)，使花生球蛋白及伴花生球蛋白Ⅱ的條帶變淺，同時生成分子量較大的(＞130kDa)聚

4、合物。接枝度方面，隨著木糖濃度、pH、溫度和時間的增加，花生蛋白接枝度呈上升趨勢，在木糖濃度10％、pH9、90℃反應90 min的條件下，接枝度為10.49％。紅外光譜方面，改性蛋白光譜在1117 cm-1形成新的吸收峰，而糖基化使酰胺Ⅰ和酰胺Ⅱ的吸收峰強度有所減弱。巰基含量方面，改性前花生蛋白中巰基含量為7.63μmol/g pro，隨著蛋白和木糖之間交聯(lián)程度的增加，蛋白結(jié)構(gòu)得以伸展，內(nèi)部巰基暴露使其含量增加，改性后巰基含量最高達9

5、.72μmol/gpro。暴露在外的巰基在蛋白成膜過程中形成二硫鍵，從而使蛋白膜中巰基含量下降，最低降至1.65μmol/g pro。表面疏水指數(shù)方面，糖基化改性使蛋白表面疏水指數(shù)顯著增加，增加木糖濃度、pH和溫度，分別使表面疏水指數(shù)增加2.2-2.8倍、1.5-3.4倍和1.6-4.2倍?；瘜W作用力方面，改性前花生蛋白中的化學作用力以氫鍵為主，糖基化使蛋白中離子鍵的作用消失，部分氫鍵被破壞，同時由于內(nèi)部疏水基團暴露，使疏水相互作用得到

6、加強。
　　確定了利用木糖糖基化改性蛋白(PPI-X)制備蛋白膜的工藝。在上述最優(yōu)改性條件下對花生蛋白進行改性，并通過噴霧干燥獲得粉末狀改性蛋白，通過分析改性蛋白的溶解溫度及甘油添加量對蛋白膜性能的影響，最終確定蛋白膜制備工藝為PPI-X粉末溶解溫度20℃、甘油添加量為25％，此條件下蛋白膜TS、E和TSM分別為10.37MPa、90.11％和35.94％。
　　研究了糖基化改性過程對花生蛋白膜性能的影響。溶解性方面，木糖濃

7、度的增加使蛋白膜溶解性顯著下降，木糖濃度達到10％時TSM比木糖含量為1％時下降17.4％; pH9、溫度90℃時，蛋白膜溶解性最低，僅為33.64％。膨脹性方面，不同改性條件對花生蛋白膜膨脹性均有影響，其中提高pH使膜的膨脹率顯著增加，pH為11時蛋白膜膨脹率高達829.70，分別是pH3、7和9時的7.7倍、3.5倍和2.0倍。表面疏水性方面，木糖濃度增加使花生蛋白膜的接觸角(CA)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;改性pH和溫度增加，蛋白膜

8、表面疏水性逐漸增加，pH為11時或溫度為90℃時，CA相對最高，分別為64.2°和68.91°;隨著改性時間延長，蛋白膜表面疏水性整體呈上升趨勢。微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)方面，木糖濃度從1％增加至10％，蛋白膜從致密片狀結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變;增加pH有利于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的形成，pH為9時，蛋白膜網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)清晰可見，但pH高達11時分子間產(chǎn)生的過度交聯(lián)，使蛋白網(wǎng)絡變得緊密;溫度低于50℃時，蛋白變性程度低，蛋白膜呈現(xiàn)致密的片層結(jié)構(gòu)，隨著改性溫度上升，蛋白分子結(jié)

9、構(gòu)伸展使蛋白膜呈現(xiàn)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。其他性能方面，糖基化改性使蛋白膜顏色加深，同時能提高蛋白膜水蒸氣阻隔性能，但對膜的氧氣透過性和熱穩(wěn)定性影響不顯著。
　　初步探討了糖基化改性改善花生蛋白膜性能的作用機理。對改性過程中花生蛋白結(jié)構(gòu)變化與性能改變進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)接枝度、蛋白巰基含量、表面疏水指數(shù)與蛋白膜的強度和延伸性均呈極顯著的正相關(guān)，與TSM則呈極顯著的負相關(guān)。上述結(jié)果表明，蛋白與木糖的接枝，使蛋白結(jié)構(gòu)得以伸展，大量的疏水基團以及巰基

10、暴露，在蛋白成膜過程中分別形成疏水相互作用和二硫鍵，使蛋白膜能承受更大程度的形變，故而強度和延伸性均有所增強。此外，疏水基團的暴露，使蛋白親水性下降，疏水性增加，因此耐水性得到提高。
　　研究了花生蛋白膜在方便面調(diào)料包裝中應用的可行性。將花生蛋白膜包裝植物油，植物油保質(zhì)期可達180天以上，而無包裝對照組和塑料包裝的植物油保質(zhì)期較短，均為40天左右。將花生蛋白膜包裝調(diào)料粉，在貯藏60天后水分含量和菌落總數(shù)均符合標準要求。