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本论文旨在摸索适合大米淀粉糖工业副产物米渣蛋白资源利用的途径。研究了米渣分离蛋白(RPI)热变性之后的营养特性、加工特性、微射流及酶法改性及相关物化、功能及结构特性、以及米肽在乳液体系的应用及糖基化改性;探讨了RPI的热变性机理及功能与结构的关系、米肽应用在乳液体系的物理及化学稳定性机制、以及米肽的改性机制。主要研究结果如下:
对米渣蛋白(RDP)和大豆分离蛋白(SPI)的营养特性进行了比较评价。米渣蛋白含有62.6％的蛋白,并含有大量的油脂、糖水化合物及灰分。米渣分离蛋白(RPI)的变性温度为47.4℃和97.2℃,表明了米渣在生产过程中已经变性并形成了聚合物,而且稳定性要高于大米蛋白和SPI。RDP和RPI中主要富含Glu,Pro,Arg,Asp和Leu,Lys是其限制性氨基酸。RDP和RPI中绝大多数的必需氨基酸和营养指标满足FAO/WHO推荐的婴儿营养要求标准,并较SPI具有更高营养。另外,RPI比SPI表现有更好的消化性,它们在4h的模拟胃肠道消化实验过程中,RPI与SPI的最终消化率为96.66%和91.41%。
比较研究了长粒籼米的天然大米胚乳蛋白(REP)和米渣蛋白(RDP)的功能性质、表面疏水性(凰)、二硫键及巯基含量、热性能和二级结构。研究发现,尽管RDP是一种变性的蛋白,但它比REP具有更高的溶解性能,和相对较高的乳化性、起泡性,以及持水持油能力。乳化性与蛋白的溶解性和表面疏水性紧密相关,同时溶解性与二硫键的含量关联。RDP和REP在Ho、热性能和二硫键含量方面的差异主要是由于蛋白结构的变化,生产大米糖浆的工业化过程导致了REP中以p.折叠和无规则卷曲结构的减少换来p一转角结构的增加,使得RDP中的β-折叠结构展开并变成了高度有序地超分子结构,因而提高了功能性质。
研究了不同干燥方法对米渣分离蛋白(RPI)在制备过程中的影响。RPI的制备是采用碱提酸沉的方法提取,然后冷冻干燥(FD-RPI)或喷雾干燥(SD-RPI)。干燥后的蛋白在生物化学、物理特性及结构等方面进行了比较研究。相比于FD-RPI,SD-RPI从Ph5至11有较高的蛋白溶解性、乳化活性,以及更高的起泡能力(127.08±2.25%与118.83±2.71%)。但FD-RPI的平均粒度较大(2114.2±79.6 nm相比于SD-RPI的490.4±44.8 nm),并具有更强的持水持油能力(p＜0.05)和热稳定性。此外,FD-RPI中含有较多的β-转角结构(43.04%相比于SD-RPI的25.81%),比SD-RPI更少的β-折叠和无规卷曲,由此表明FD-RPI具有更紧凑有序的构象,这可能与其理化和功能性质有关。干燥方式的选择能显著影响RPI的理化和构象性质,从而决定其特定的功能性质。
研究了微射流均质改性对米渣分离蛋白(RPI)功能性质的影响,以及其功能与二级结构的关系。研究发现,微射流均质(120 Mpa)可明显改善RPI的溶解性、表面疏水性及改变粒度分布;整体而言,微射流处理(40-160 Mpa)对RPI的乳化性影响较小,但在一定程度上增加了总游离和暴露巯基含量,降低了热稳定性。在结构组成方面,β折叠含量减少,β转角和无规则卷曲含量增加(160 Mpa仅在结构组成改变方面例外)。微射流通过对蛋白疏水性的结构进行破坏,从而达到提高功能性的目的。在微射流不同压力的作用下,所造成功能性质及结构组成的不同的主要原因是由于蛋白分子聚集和展开/折叠的程度不一样。
研究了五种不同的酶对米渣蛋白酶解物(RDPH)的形成及特性的影响。采用不同种类的酶水解米渣蛋白,都被证明能够显著提高酶解物中蛋白质的含量及其稳定性。用碱性蛋白酶制取的RDPH中蛋白质含量及回收率更高,且其中多肽类的分子量更小;复合蛋白酶得到的RDPH显示出具有最高的抗氧化活性,且在较宽Ph值范围内,蛋白溶解度均超过80%。研究结果表明,蛋白酶的种类显著的影响RDPH中的蛋白分子量和氨基酸组成,并进一步决定着回收的蛋白质的功能特性和抗氧化活性,以及玻璃化转化温度。
研究发现米渣蛋白水解物(RDPH)具有天然抗氧化剂用于乳液型食品体系的的潜质。RDPH中含有89.9%的蛋白质,934.2 mg/g的总氨基酸并有517.7 mg/g的亲水性氨基酸,以及78%的分子量小于5 kDa的小分子多肽。研究了RDPH浓度和体系Ph对玉米油O/W型乳液(10、wt%脂质)的物理和氧化稳定性的影响,含有RDPH(0-20mg/ml)的乳液由吐温-20和RDPH共同来稳定。结果表明,RDPH是种弱乳化剂,吐温-20总体上提高了乳液的物理稳定性,但不能完全阻止其絮凝。由5 mg/ml的RDPH和吐温-20乳化的这种带负电荷的乳液,在Ph5时最稳定,出现这种现象的原因可能与蛋白分子的柔性、氨基酸组成、以及静电排斥和空间位阻效应的影响有关,具体机制尚不清楚。RDPH能够减少氢过氧化物的生成并抑制硫代巴比妥酸的形成,并随着RDPH浓度的增大或是乳液Ph的增加,活性增强。RDPH在乳液中的抗氧化机制,可能是RDPH通过清除乳液中的自由基和螯合促氧金属离子来实现抗氧化的目的,这与含有的具抗氧化能力的氨基酸的含量以及肽在乳液中的分布有关。
评价了随着反应时间的延长,米肽-葡萄糖美拉德产物(MRP)的功能性质及抗氧化活性的变化。由胰蛋白酶、中性蛋白酶和风味蛋白酶制备的米肽进而反应生成的MRP分别命名为MRP-T,MRP-N和MRP-F。随着反应的进行,MRP-F反应液中Ph值变化最显著,同时MRP-T的褐变程度、乳化活性、以及清除DPPH自由基的抗氧化活性均显著提高。氨基酸分析显示,赖氨酸和精氨酸反应过程中降幅明显;FTIR和SDS-PAGE分别证明了在反应过程中蛋白结构有变化和有新亚基生成。