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背景介绍

核桃是植物蛋白的宝贵来源之一,含蛋白质约18 ~ 24%,富含多种必需氨基酸。核桃蛋白是生产核桃油的副产品,通常被用作动物饲料或被丢弃,这是一种重要的蛋白质资源的浪费。核桃中存在的主要蛋白质是谷蛋白,约占70%,其低水溶性限制了其在许多水基食品中的功能表现。因此,需要新的方法来改善核桃蛋白的理化特性,以便它们可以用作食品中的功能性成分。

超声波可以用在食品工业中食物的特性或改变它们的特性。低强度超声波用于提供食品特性信息的分析仪器中,高强度超声波用于加工设备以改变食品特性。高强度超声波对液体系统的基本影响主要归因于其诱导空化和微流电流的能力。在超声处理过程中,流体中会形成小气泡,这些气泡会剧烈破裂,导致局部温度(高达5000 K)和压力(高达1000 atm)。这一过程中产生的强烈气蚀、湍流和剪切应力会导致材料特性发生物理变化。因此利用高强度超声波处理核桃蛋白将改变其分子、物理化学和功能性质,这可能导致这种未充分利用的蛋白在商业食品中的更大应用。

研究方法

通过碱溶酸沉法从核桃脱脂粉中提取核桃分离蛋白(80.23%)。然后制备核桃分离蛋白溶液(W/V 0.5%pH 7.0磷酸盐缓冲液),在200400600W的超声功率下对200ml蛋白质溶液进行1530min的超声处理(脉冲持续时间:开2s,关1s),在此过程中,冰浴使蛋白质溶液保持在45℃,未处理的蛋白质溶液用作对照。采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、圆二色谱(CD)、荧光光谱仪、粒度测定仪、扫描电镜(SEM)等对核桃分离蛋白的微观结构进行表征,并且研究超声处理对的核桃分离蛋白溶解性、乳化性功能特性的影响。

结果与分析

如图1所示,利用SEM获得了关于超声波处理对核桃粉蛋白质微观结构影响。图像显示,干燥的核桃蛋白倾向于形成相对较薄的不规则形状的薄片。然而,未经处理的样品的这些薄片的尺寸似乎比超声处理的样品大。此外,在最高超声功率(600 W)下,处理30min的样品比处理15min的样品含有更大的片材,表明形成了更大的骨料。这些结果表明,超声波处理改变了蛋白质溶液冷冻干燥过程中形成的粉末的结构,这可能会影响其随后的功能。

1 用扫描电镜测定未经处理和超声处理的冻干WNPI的微观结构。A(对照,未处理的WNPI)B (200 W 15分钟)C (200 W 30分钟)D (400 W 15分钟)E (400 W 30分钟)F (600 W 15分钟)G (600 W 30分钟)

当使用相对较低的功率水平和超声处理时间(200 W15 min)时,未处理对照样品和超声处理样品之间的蛋白质水溶性没有显著差异(p>0.05)(图2)。与对照组相比,当使用更高的功率水平和超声时间时,水溶性显著增加。当处理条件为600 W15min时,水溶性最高达93.2%,这明显大于未经处理的对照样品(76.4%)。其他研究人员也报告了其他类型蛋白质在超声波处理后水溶性增加。水溶性增加可能是高强度超声波破坏了将蛋白质分子聚集在较大聚集体中的一些物理力,从而释放出较小的可溶性蛋白质。此外,超声波处理可能会导致个别蛋白质分子的某些结构变化,从而改变其表面化学性质,从而改变其水溶性。

未处理和超声处理的WNPI的溶解度。样本代码(A-G)与图1标题中的描述相同。d不同字母(abc…)表示p < 0.05有显著差异,误差线显示标准偏差

由于蛋白质形成和稳定乳液的能力对许多食品非常重要,包括饮料、酱汁、调味料、甜点和蘸料。因此,测定了超声波处理对核桃蛋白乳化性能的影响(图3)。经超声处理的核桃蛋白的乳化性(EAI)显著高于未经超声处理的样品(p<0.05),这表明超声处理促进了乳液的形成。EAI随着处理核桃蛋白的超声功率和时间的增加而增加。例如,EAI从未处理样品的初始值约35.4 m2/g,在600 W30min处理条件下样品的EAI达到最大值44.7 m2/g,样品的EAI增加了9.3m2/g。核桃蛋白的EAI增强可能是由于超声处理有更多的可溶性蛋白吸附在油水界面或者是由于超声波作用引起的蛋白质表面化学的一些变化,从而增加了它们的表面活性。所有经超声处理的样品中核桃蛋白的乳化稳定性(ESI)也高于未经超声处理的样品。 ESI增加可能是因为超声乳化液中形成了较小的液滴,或者是因为脂滴表面化学的一些变化,液滴之间吸引或排斥的相互作用。但是,当使用最强烈的超声条件(600 W30min)时,核桃蛋白质的ESI有所降低,这可能是因为过度加工促进了广泛的蛋白质去折叠和聚集。


3 对照和处理后的WNPIEAIESI。样本代码(A-G)与图1标题中的描述相同。d不同的字母(abca′b′c′…)表示p < 0.05的显著差异,误差线显示标准偏差

结论

本文研究了超声功率水平和时间对核桃蛋白结构和功能特性的影响。发现超声处理对蛋白质的结构、溶解度、聚集状态和乳化性质有重大影响。特别是超声处理增加了水溶性,减少了大聚集体的数量,并改善了核桃蛋白的乳化性能。因此,超声处理可用于增强核桃蛋白的功能特性。这些结果对于提高核桃蛋白作为天然植物功能性成分在食品和饮料蛋白中的利用率具有重要意义。

 







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供稿人

李闪闪


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超声波处理对核桃分离蛋白理化和功能特性的影响

发表日期:

2022-04-02

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