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河北祥鹄科学仪器有限公司

解决方案 | XH-300PE 超声与微波协同作用对转谷氨酰胺酶交联的乳清蛋白结构和功能特性的影响

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【摘要】:
在本研究中,超声(400W,U)、微波加热(75°C,15分钟,M)和超声的协同作用在此基础上,我们对分离乳清蛋白(WPI)进行了微波加热(UM)预处理,以研究和比较它们对转谷氨酰胺酶(TGase)诱导的WPI的结构、理化和功能特性的影响。从尺寸排除色谱法的结果可以看出,三种物理预处理方法都能促进TG酶交联WPI中聚合物的形成,其聚合物数量按U、UM和M预处理的顺序增加。在三种物理方法中,M预处理对TG酶诱导的W P I 的结构和功能特性影响最大。此外,与TG酶诱导的WPI,M处理的TPI(M-WPI-TGase)的 -螺旋和β - 转 角 被减少了。7.86%和2.93%,而其β-sheet和不规则卷曲则增加了15.37%和7.23%。M-WPI-TGase的Zeta电位、乳化稳定性和发泡稳定性分别提高了7.8%、59.27%和28.95%。本实验表明,M是一种比U、UM对WPI更有效的预处理方法。这可以促进其与TG酶的反应并改善其功能特性。

 

 
超声与微波协同作用对转谷氨酰胺酶交联的乳清蛋白结构和功能特性的影响
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前言

在本研究中,超声(400W,U)、微波加热(75°C,15分钟,M)和超声的协同作用在此基础上,我们对分离乳清蛋白(WPI)进行了微波加热(UM)预处理,以研究和比较它们对转谷氨酰胺酶(TGase)诱导的WPI的结构、理化和功能特性的影响。从尺寸排除色谱法的结果可以看出,三种物理预处理方法都能促进TG酶交联WPI中聚合物的形成,其聚合物数量按U、UM和M预处理的顺序增加。在三种物理方法中,M预处理对TG酶诱导的W P I 的结构和功能特性影响最大。此外,与TG酶诱导的WPI,M处理的TPI(M-WPI-TGase)的 -螺旋和β - 转 角 被减少了。7.86%和2.93%,而其β-sheet和不规则卷曲则增加了15.37%和7.23%。M-WPI-TGase的Zeta电位、乳化稳定性和发泡稳定性分别提高了7.8%、59.27%和28.95%。本实验表明,M是一种比U、UM对WPI更有效的预处理方法。这可以促进其与TG酶的反应并改善其功能特性。

 

 

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 简介

作为一种胞外催化转移酶,转谷氨酰胺酶(TGase,EC2.3.2.13)一般可以通过微生物发酵获得,它可以催化蛋白质中谷氨酰胺(作为酰基供体)残基与赖氨酸(作为酰基受体)残基之间的酰基转移反应、脱酰胺反应和交联聚合[1]。经TG酶修饰的食品蛋白的结构和功能已被广泛研究,如大豆蛋白[2]、酪蛋白[3]、乳清蛋白[4,5]。然而,本地的 -乳清蛋白和β - 乳 球 蛋 白 是紧凑的球状蛋白[6,7],这阻止了它们的TG酶反应导致TG酶和WPI之间的反应减弱。因此,有必要改变乳清蛋白的结构,以使其与TG酶容易交联。超声波(U)被认为是一种改变蛋白质结构和功能特性的新技术。此外,它是一种不含外源化学添加剂的环境友好技术[8]。例如,Cheng等人[9]发现,用20/28kHz在10分钟内处理的乳清蛋白乳液凝胶的凝胶特性明显增强。大豆分离蛋白(SPI)在经20/28 kHz的超声波处理后与TG酶交联。400 W40分钟,这可以增强SPI的凝胶特性,提高核黄素的嵌入率[10]。它还大大降低了核黄素在后续消化过程中的释放率。Nazari等人[11]证明,小米浓缩蛋白的溶解度、乳化性能、发泡能力和发泡稳定性在用20kHz的超声波处理5、12.5和20分钟后得到了明显的提高。据报道,超声波(40 kHz,300W)可用于促进TG酶诱导的SPI和小麦面筋混合物的凝胶特性[12]。超声波对液体系统的影响可能与声学空化现象有关,在超声处理过程中,空化气泡迅速形成并猛烈塌陷[13]。在蛋白质溶液中,更多的蛋白质反应位置被揭开,通过空化效应和超声预处理的剪切应力,导致交联反应的增加[14]。而众所周知,蛋白质在超声预处理后可以产生大量的自由基。此外,有报道称,自由基可以引起蛋白质结构的改变和氧化降解[15]。微波(M)是一种频率范围为0.3-300GHz的电磁波。微波加热(2450MHz)是一种电介质处理方法。而且它被广泛用于食品工业[16]。潜在的M诱导改性的机制主要是考虑温度的快速发展[17]和电磁效应[18]。微波场中的电磁效应可以重新安排蛋白质的电场分布和破坏电残基之间的静电相互作用,从而导致蛋白质的离析和稳定性[16]。此外,也有报道称活性自由基的形成也是微波诱导改性的原因之一[17]。有报道称,微波可以改变虾蛋白的二级结构,增加β - 片 ,失去β - 转 角[19].在TG酶诱导下形成的牛奶蛋白的聚合率微波加热(30◦C)比传统加热在相同温度下高三倍[20]。此外,Qin等人。[21]发现,随着微波功率的增加(0~700W),M处理可明显提高TG酶诱导的大豆蛋白和小麦蛋白的凝胶强度、持水能力和储存模量。上述大量研究表明,单一的微波加热或超声波可以促进TG酶与食品蛋白的反应。尽管超声和微波的机理绝对是多种多样的,但学者们先前已经证明,微波和超声(UM)预处理之间的协同作用在生物材料的发展中发挥了重要作用[20]和天然产品的提取[22]。此外,据报道,微波辐射可以迅速渗透到复杂结构的内部,这是空化所不能达到的,而且微波效应有助于加速超声处理蛋白质的结构变化。因此,与单独的M和U预处理相比,UM预处理可能是一种更好的修饰方法。然而,超声和微波的协同处理是否会促进WPI和TG酶的交联反应,或增强WPI的功能,仍未得到澄清。因此,本研究的目的是比较三种物理预处理(微波辅助超声波(UM)、单独的微波和超声波)对TG酶诱导的WPI的结构和功能特性的影响。研究结果将为有效的蛋白质改性方法和制备具有更好功能特性的乳清蛋白提供技术数据支持。此外,还为食品工业提供了一种具有优良功能特性的新型食品成分。

 

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总结

首次比较了超声与微波、超声波和微波加热预处理对TGase诱导的WPI结构和功能特性的影响。三种物理预处理可以明显提高WPI和TG酶的交联度,改善WPI的功能特性。此外,与UM-WPI-TGase和U-WPI-TGase相比。M-WPI-TGase具有最大分子量的聚合物和最佳FS、FA和ESI。这说明M-WPI-TGase有可能成为在食品加工中作为乳化剂和泡沫稳定剂使用。微波加热和TG酶的结合有效地提高了WPI的功能特性,这将成为食品工业的潜在应用

祥鹄仪器使用情况
2.2.1.超声处理的WPI的制备

使用XH-300PE超声微波组合合成器(北京祥鹄科技发展有限公司)对WPI悬浮液进行超声处理。超声处理(25kHz)在400W下进行15分钟。为了保留大约22±3◦ C在超声处理过程中,WPI样品被浸入冰浴中,程序被设定为工作2分钟,然后停止1分钟。超声波处理后的WPI样品被标记为U-WPI。

 

2.2.2.微波处理的WPI的制备

用XH-300PE超声微波组合合成器将WPI溶液在75◦C下单独微波加热15分钟。微波加热后的样品随后被冷却到室温度,并标记为M-WPI。

 

2.2.3.用超声波和微波处理的WPI的制备

超声波的功率设置为400W,频率为25kHz,微波加热温度设置为75◦C,同步进行。将WPI溶液装入一个三颈烧瓶中,在超声波和微波的共同作用下,在75◦C下加热15分钟。在此期间,超声程序与微波程序协同工作。波段设置为工作2分钟-暂停2分钟,以保持再作用温度在75◦C。在上述处理之后,WPI样品被冷却到室温,并标记为作为UM-WPI。

 

 

 

 

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