微波辅助酶解乳清蛋白的研究

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牛乳清蛋白是目前生产婴儿配方奶粉的重要原料之一,具有较高的营养价值。相对于人乳,牛乳中含有较多的β-乳球蛋白,而β-乳球蛋白是一种主要的蛋白过敏原,会引起2%~3%的婴幼儿发生牛乳过敏,所以降低乳清蛋白中β-乳球蛋白的过敏性对于利用乳清蛋白生产低过敏性的婴幼儿配方奶粉具有重要意义。蛋白酶水解是常用降低乳清蛋白中β-乳球蛋白过敏性的方法。微波技术辅助酶解乳清蛋白的应用有助于缩短反应时间,但其反应机理尚待明确。本论文首先选取了食品中常见的7种蛋白酶为研究对象,比较微波对其酶活的影响。从中选取了在微波体系中酶活较为稳定的木瓜蛋白酶进行进一步研究,并从构象角度探讨微波条件下其酶活改变的原因。另一方面,探讨了微波处理对β-乳球蛋白的结构和过敏性的影响,并在此基础上初步确定了微波酶解反应的条件。研究了微波辅助木瓜蛋白酶水解乳清蛋白的反应过程及产物,对微波辅助酶解制备低过敏性的婴幼儿配方粉进行了理论与应用方面的探讨。实验主要结果如下:(1)微波处理对7种蛋白酶酶活的影响程度不同,微波处理后酶活下降的程度依次为木瓜蛋白酶<碱性蛋白酶<菠萝蛋白酶<胃蛋白酶<胰蛋白酶<风味蛋白酶<中性蛋白酶。在微波体系中木瓜蛋白酶是这7种蛋白酶最为稳定的蛋白酶。(2)圆二色谱研究发现在微波体系中木瓜蛋白酶的二级结构没有发生显著性变化,而随着微波功率和微波时间增加,胰蛋白酶的α-螺旋结构减少,β-折叠含量增加。荧光光谱表明,经过微波处理后,木瓜蛋白酶和胰蛋白酶荧光谱图均有明显改变,最大发射波长都发生右移。木瓜蛋白酶的荧光强度减弱;而胰蛋白酶的荧光强度增加。随着微波功率和时间的增加,两种酶荧光谱图的变化更加显著,说明在微波体系中木瓜蛋白酶和胰蛋白酶的色氨酸微环境发生显著性变化。(3)微波处理导致β-乳球蛋白的构象和性质发生了改变。随着微波处理的进行,β-乳球蛋白荧光光谱图的荧光强度逐渐增大,最大发射波长发生右移现象;β-乳球蛋白与ANS的结合逐渐增强,与CPA的结合能力逐渐减小;β-乳球蛋白的极性逐渐发生改变;β-乳球蛋白远紫外圆二色谱图上的信号逐渐增强,最大出峰位置发生左移现象。微波处理后,β-乳球蛋白温度到达65℃时,近紫外圆二色谱图上的信号显著性变化,游离巯基的含量达到最大,且没有出现聚合作用,β-乳球蛋白呈“熔球状态”。微波处理后,β-乳球蛋白的过敏性随着反应时间的增加而逐渐下降。(4)本文选择微波辅助木瓜蛋白酶水解乳清蛋白的反应条件如下:加酶量为4mg/g蛋白,最适温度为65℃,最适pH值为6.5。木瓜蛋白酶水解乳清蛋白的水解度和降低乳清蛋白的过敏性具有一定的相关性,随着水解度的增加,过敏性逐渐下降。但是当温度高于70℃或pH值为5时,水解度较低的情况下微波辅助酶解的产物残余过敏性也有较大下降。(5)微波辅助木瓜蛋白酶水解乳清蛋白和加热作用所得的肽段分子量分布存在差异。与加热处理样品相比,微波酶解液中分子量小于2000Da的肽段含量较多。对酶解产物进一步分析表明,微波水解β-乳球蛋白产物与加热水解产物中分子量相同的肽段其含量有较大差异,多数分子量相同的肽段在微波水解产物中的含量高于加热水解产物。另外,微波辅助酶解也会导致了一些新肽段的生成。综上所述,微波处理后β-乳球蛋白结构发生了改变,并影响微波酶解乳清蛋白的水解反应,降低了水解乳清蛋白的水解度和水解产物的过敏性。微波辅助酶解食品蛋白在食品行业有很好的应用前景。
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