糖对谷氨酰胺转氨酶交联米渣蛋白美拉德反应产物结构与功能的影响

黄正花1,朱小燕1,李 亮2,赵 强1,*,熊 华1

(1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室,江西 南昌 330047;2.宜春市餐饮服务保健食品化妆品监督所,江西 宜春 336000)

摘 要:将不同相对分子质量的核糖、葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶与谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TG)交联的米渣蛋白(rice dreg protein,RDP)进行美拉德反应,并分析美拉德反应产物(Maillard reaction products,MRPs)的结构、功能特性。结果表明:不同相对分子质量的糖与TG交联RDP在美拉德反应过程中,随着反应的进行,接枝度、褐变度及体 系的pH值有明显变化,其中核糖和葡萄糖的变化最为明显,其次是乳糖、阿拉伯胶。结构上,核糖最易与TG交联RDP中赖氨酸和精氨酸自由氨基发生反应;功能性质上,MRPs的溶解性和乳化特性较原TG交联RDP都得到了不同程度的改善,从强到弱依次是核糖、葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶。所有样品的流变学特性都表现出假塑性流体所特有的剪切变稀现象,葡萄糖和核糖的MRPs表观黏度较原TG交联RDP大,乳糖和阿拉伯胶的MRPs的表观黏度则较原TG交联RDP小。

关键词:谷氨酰胺转氨酶交联的米渣蛋白;美拉德反应产物;糖基化反应;结构;功能

黄正花, 朱小燕, 李亮, 等. 糖对谷氨酰胺转氨酶交联米渣蛋白美拉德反应产物结构与功能的影响[J]. 食品科学, 2017, 38(17): 53-59. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201717010. http://www.spkx.net.cn

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大米生产葡萄糖、淀粉、味精、乳酸和生化药品等会得到大量的副产物——米渣,其中含有约50%~70%的米渣蛋白(rice dreg protein,RDP),远超过大米、大豆中的蛋白质含量[1-2],而且甲硫氨酸、精氨酸和谷氨酸的含量、蛋白质效用比率和生物价都高于其他谷物蛋白,所以米渣是一种优质的蛋白资源,具有较高的营养价值[3]。然而,由于RDP的低溶解性,限制了其在食品行业中的应用,因此众多学者尝试对RDP改性,以期改善其功能性质。目前,蛋白改性的方法主要有物理改性、化学改性、酶法改性和复合改性等,而采用美拉德反应对RDP进行改性是近年来的研究热点[4-5]。为了提高RDP的溶解性、乳化性等功能性质,本课题组在RDP改性方法方面已经做过大量研究,如采用酶法水解[6-8]、糖基化[2,9-10]等方法。

谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TG)是一种催化酰基迁移的酶,能使蛋白质分子内或分子间发生共价交联,形成ε-(γ-谷氨酰基)赖氨酸肽键,生成大分子蛋白质聚合物,从而改善蛋白质的功能性质[11]。Renzetti等[12-13]研究发现TG可以与小麦或糙米中的谷蛋白交联形成高聚物,从而改善面包或米粉的结构和功能特性。也有文献报道TG与乳清蛋白[14]、酪蛋白[15-16]、大豆分离蛋白[17]、花生蛋白[18]进行交联反应,有效地改善了蛋白质的功能性质。

糖基化改性基于美拉德反应中的Amadori重排,温和的反应能改善蛋白质的结构、理化和功能特性,从而赋予食品蛋白质新的功能,因此,该反应在食品工业中具有广阔的应用前景[19-20]。目前,研究糖基化改性蛋白质的方法主要可分为2 种:一种是干法糖基化,反应物为干粉的状态下控制环境湿度进行;另一种是湿法糖基化,即反应在溶液中进行。有研究表明,与湿法糖基化相比,干法糖基化的蛋白质-糖的接枝程度较高,但蛋白的结构基本不发生变化,在食品加工工业中还没有规模化应用[5,21],而湿法糖基化改性蛋白质的条件则更易控制,且大大缩短了反应时间。

从本课题组的前期研究中发现TG或糖基化均能改善RDP的功能性质,同时TG在一定程度上能够促进RDP糖基化反应的进行并提高产物的部分功能性质[10]。然而,美拉德反应能否进一步改善TG交联RDP的功能性质,鲜少有人研究。基于本课题组的前期研究结果,本实验选取葡萄糖、乳糖、核糖、阿拉伯胶4 种具有不同相对分子质量的糖作为代表,将其分别与TG交联RDP进行湿法糖基化反应,研究不同相对分子质量的糖对TG交联RDP的美拉德反应产物(Maillard reaction products,MRPs)的结构、功能性质及流变学特性的影响,为RDP的进一步研究开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

米渣购于江西恒天实业有限公司。

TG 江苏一鸣生物科技有限公司;核糖、葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶(相对分子质量依次为150、180、342、22~30万) 天津光复精细化工有限公司;2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinit robenzene sulfonic acid,TNBS)、1-苯胺基萘-8-磺酸、5-5 -二硫代-2-硝基苯甲酸、牛血清蛋白(bovine serum albumin,BSA) 美国Sigma公司;其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

THZ.82恒温振荡器 常州国华电器有限公司;T18高速分散匀浆机 德国IKA公司;紫外-可见分光光度计北京普析通用仪器有限公司;KDR-9820全自动凯氏定氮仪 厦门精艺兴业科技有限公司;L8800氨基酸 自动分析仪、F-4500荧光分光光度计 日本日立公司;PB-10 pH计 赛多利斯科学仪器有限公司;LXJ-IIB离心机上海安亭科学仪器厂;Mini PROTEAN®电泳仪 美国伯乐公司;5700傅里叶变换红外光谱仪 美国Thermo Nicolet仪器公司;DHR-2型流变仪 美国TA公司。

1.3 方法

1.3.1 RDP的提取及TG交联RDP的制备

RDP的提取:采用本课题组已报道的方法进行[6]。全自动定氮仪测定得到RDP的质量分数约为90%,氮转化系数5.95。

TG交联RDP的制备:将RDP与TG进行酶促交联反应。称取一定量的RDP和TG,用去离子水配成质量分数为4%的溶液,混匀,于37 ℃摇床中反应3 h,然后移至4 ℃的冰箱中静置30 min使反应停止。制备的样品进行冷冻干燥备用。

1.3.2 MRPs的制备

分别取1 g前期制备的TG交联RDP,分散在100 mL去离子水中,加入10 mol/L NaOH调节pH值为11[22],搅拌平衡1 h使分散均匀,然后分别加入核糖、葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶(糖与蛋白质的质量比为1∶1),混匀,于95 ℃分别反应0、5、15、30、45、60、120 min,取样。反应过程中锥形瓶封口以防水分蒸发。反应到设定时间后立即用冷水浴终止反应。终止反应后,均取出15 mL样品(即MPRs溶液)置于4 ℃冰箱待测,其余MRPs进行冷冻干燥,用于进一步的实验。

1.3.3 接枝度的测定

参照Li Yue等[22-23]的TNBS法测定反应产物的接枝度(degree of substitution,DS)。称取一定量的MRPs样品,用去离子水配成0.02 g/mL溶液,从中取0.5 mL于试管中,并加入3 mL 1 g/L十二烷基硫酸钠(sod ium dodecyl sulfate,SDS)溶液,振荡混匀。再取出0.5 mL于另一试管,依次加入2 mL的0.05 mol/L、pH 8.2的磷酸盐缓冲溶液(phosphate buffer saline,PBS)、1 mL 1 mg/mL TNBS溶液,混匀,再在50 ℃水浴中进行避光反应。1 h后取出,用1 mL 0.1 mol/L的三氯乙酸停止反应,室温条件下放置30 min后,于340 nm波长处测定吸光度。根据式(1)计算DS。

式中:A0为接枝反应前样品的吸光度;At为反应t时刻后样品的吸光度。

1.3.4 褐变度和pH值的测定

褐变度的测定:取0.25 mL MPRs溶液,加入5 mL 1 g/L的SDS溶液,振荡混匀后于420 nm波长处测定吸光度,以1 g/L SDS溶液做空白对照。

pH值的测定:用PB-10 pH计分别测定冷却后MRPs溶液的pH值。

1.3.5 傅里叶变换红外光谱分析

取少量MRPs冻干的样品粉末经KBr压片后测试。傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析条件:扫描范围4 000~400 cm-1,分辨率4 cm-1,扫描次数32 次。谱图分析采用Omnic 8.0软件和Peakfit 4.12软件进行分析。首先用Omnic 8.0软件对谱图进行坐标转换,再用Peakfit 4.12软件在酰胺Ⅰ带1 600~1 700 cm-1范围内进行两点基线校正,平滑处理,去卷积,做二阶导数谱,同时采用Gaussian法进行多次曲线拟合,使残差R2最小;最后对傅里叶自去卷积(Fourier self deconvolution,FSD)谱进行峰归属,从而计算各子峰面积的相对百分含量。

1.3.6 内源荧光分光光度计的测定

将一定量的MRPs冻干的样品粉末分散于0.01 mol/L pH 7.0的PBS中,磁力搅拌2 h后,于4 ℃、7 000 r/min离心30 min,取上清液;采用F-4500型内源荧光分光光度计在280 nm激发波长处进行发射波长扫描,记录290~500 nm之间的发射光,狭缝宽为5 nm。以0.01 mol/L pH 7.0的PBS为空白对照。

1.3.7 溶解性的测定

MRPs的溶解性根据Du Yanxue等[2]的方法进行测定,稍有改动。称取一定量的MRPs冻干的样品粉末,加入0. 01 mol/L pH 7.0的PBS,配制成0.01 g/mL溶液,在30 ℃水浴搅拌分散2 h,混匀后,于4 500 r/min离心10 min。利用福林-酚法测定上清液蛋白质的含量,以BSA做标准曲线。溶解性表示为可溶性上清液中的蛋白质量浓度占总蛋白浓度的百分比。

1.3.8 乳化性和乳化稳定性的测定

乳化特性采用比浊法测定[24-25]。称取一定量的MRPs冻干的样品粉末,加入0.01 mol/L pH 7.0的PBS,配制成1 g/L的蛋白悬浮液,混匀。分别取16 mL放入匀浆筒中,边搅拌边加入4 mL的大豆油,然后用高速匀浆分散机(7 000 r/min)分散1 min,制备得到的分散液于30 ℃水浴静置,在0、10 min时从容器底部0.5 cm处取50 μL分散液,加入5 mL 1 g/L的SDS溶液稀释,混匀。以1 g/L SDS溶液作为空白对照,在500 nm波长处测定其吸光度。按公式(2)、(3)计算乳化活力指数(emulsifying activity index,EAI)、乳化稳定性指数(emulsifying stability index,ESI)。

式中:D代表稀释倍数;ρ代表蛋白形成乳液前的蛋白质质量浓度/(g/mL);φ代表油相所占体积分数/%,为20%;A0代表溶液静置0 min时测的吸光度;A10代表溶液静置10 min时测的吸光度。

1.3.9 氨基酸分析

分别精确称取100 mg MRPs冻干的样品粉末和TG交联RDP于20 mL安培管中,加入10 mL 6 mol/L HCl溶液(含1 g/L的苯酚),充氮气约15 min以排除空气,封管;在110 ℃烘箱中水解24 h,水解完成后冷却,混匀,开管过滤;用超纯水将滤液定容至50 mL;取适量(0.5 mL左右)滤液置于干净培养皿中,60 ℃水浴蒸干,重复蒸干1~2 次;加入3~5 mL柠檬酸缓冲液(含2 g/L无水柠檬酸钠、1 g/L盐酸、0.5 g/L硫代二乙醇、0.1 g/L苯甲酸溶液,pH 2.2),使氨基酸浓度达到50~250 nmol/mL,振荡混匀,过0.22 μm滤膜,样品于氨基酸分析仪测定。

1.3.10 流变性质的测定

采用DHR-2型流变仪对质量浓度为0.12 g/mL的TG交联RDP和MRPs溶液进行测定。在25 ℃、40 mm平板夹具、间隙设为1 mm、1%的应变条件下,测定表观黏度及剪切应力随剪切速率(0.1~100.0 s-1)的变化。

2 结果与分析

2.1 不同MRPs的DS

图 1 不同MRPs的DS随反应时间的变化
Fig. 1 Effect of reaction time on DS

不同相对分子质量的糖与TG交联RDP进行湿法美拉德反应,DS结果如图1所示。在反应初始阶段,不同种类的糖-蛋白交联物反应MRPs的DS呈快速增加趋势,这表明随着美拉德反应进行,溶液内的自由氨基很快地被消耗。TG交联RDP与核糖产物(Maillard reaction products from transglutaminase crosslinked rice dreg protein and ribose,PTR)的DS在整个反应过程都呈现增加的趋势,随着反应时间的延长DS的增长趋势逐渐变缓,并在反应后期达到最大(27.03%);TG交联RDP与葡萄糖产物(Maillard reaction products from transglutaminase crosslinked rice dreg protein and glucose,PTG)在反应5~15 min时,DS基本没有发生变化,但15~30 min时再次增加,并在30 min时达到最大(22.37%);TG交联RDP与乳糖产物(Maillard reaction products from transglutaminase crosslinked rice dreg protein and lactose,PTL)和TG交联RDP与阿拉伯胶产物(Maillard reaction products from transglutaminase crosslinked rice dreg protein and gum arabic,PTA)在反应45 min时,DS分别达到最大(27.34%和9.07%)。反应后期,在DS达到最高后,继续延长反应时间,PTG、PTL、PTA的DS都呈现出不同程度的下降趋势。这可能是TG交联RDP发生降解,形成的自由氨基数量增加,或是生成的中间产物能与TNBS在340 nm波长处显色,从而降低了反应的DS。Li Yue等[22-23]发现大米蛋白与糖的美拉德反应也出现了类似的结果。另一方面,美拉德反应的高级阶段有许多活性中间体形成,继续与氨基酸发生反应,最后形成类色素如褐色含氮色素,这可能与反应的后续阶段出现DS下降有关,但由于此阶段包括许多复杂反应,具体原因有待进一步研究。

然而,在整个糖基化过程中,PTA的DS明显低于其他3 种糖的MRPs的DS,这可能是因为阿拉伯胶的相对分子质量远高于核糖、葡糖糖、乳糖,其分子中的还原性羰基浓度低于其他糖,另外阿拉伯胶分子中出现了支链空间阻碍效应,从而影响反应的进行。Li Yue等[23]研究结果表明,与单糖相比,多糖表现出较低的DS。此外,Kato等[26]研究了不同相对分子质量的麦芽糊精-蛋白的反应,也显示了相同的结果,与小分子糖相比,高分子多糖的反应性能更低。

2.2 不同MRPs反应体系的pH值和MRPs的褐变度

图 2 不同MRPs的pH值随反应时间的变化
Fig. 2 Effect of reaction time on pH

反应体系的pH值测定结果如图2所示。整个反应过程中,体系的pH值呈下降趋势,且下降趋势逐渐变缓。这可能是因为在反应的过程中,糖类发生降解产生酸性物质,如甲酸、乙酸等,反应初期,酸性物质形成得较快,进一步促进了糖的降解;同时蛋白质与糖发生羰氨缩合反应,使得羧基的数量上升,因而反应体系的pH值降低。反应体系pH值下降的幅度从大到小依次是PTR、PTL、PTG、PTA。反应达到120 min时,PTR的pH值降到7以下,阿拉伯胶的下降幅度最小,仅仅在8.2左右,乳糖和葡萄糖介于7.0和8.0之间,表明多糖反应 性能更低。

图 3 不同MRPs褐变度随时间的变化
Fig. 3 Effect of reaction time on browning degree

TG交联RDP的美拉德反应颜色变化与pH值变化趋势一致(图3)。糖类物质在焦糖化过程中会生成大量的棕色物质,使得整个体系的颜色加深;在碱性环境下,易于形成席夫碱,会促进美拉德反应的进行,但随着反应的进行,氨基的消耗、羧基基团的剩余,使整个反应体系的碱性变弱,所以反应速率大大降低,体系颜色变化趋缓。根据420 nm波长处的吸光度测定结果可知,核糖的褐变程度最大,阿拉伯胶的褐变程度最小,与pH值的变化和DS的结果在一定程度上是相对应的,再次表明相对分子质量低的单糖更易发生美拉德反应,这也与Li Yue等[23]的研究发现一致。

表 1 酰胺Ⅰ带各吸收峰归属及FTIR估算分析MRPs二级结构相对含量
Table 1 Secondary structural compositions of MRPs evaluated by FTIR

2.3 不同MRPs的FTIR分析

蛋白质的二级结构是通过氨基酸之间氢键作用,使肽链形成曲折的螺旋结构,包括α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲。不同相对分子质量的糖与TG交联RDP反应得到MRPs的FTIR分析结果如表1所示。参照文献[27]可知,1 649~1 657归属为α-螺旋,1 658~1 668 cm-1和1 683~1 695 cm-1归属为β-转角,1 615~1 640 cm-1和1 669~1 682 cm-1归属为β-折叠,1 641~1 648 cm-1归属为无规卷曲。从MRPs二级结构组成变化的分析结果可以看出,不同糖对MRPs的二级结构组成有不同程度的影响,糖基化反应前后TG交联RDP的二级结构组成也有一定的变化。β-折叠含量的由大到小为TG交联RDP、PTG、PTR、PTL、PTA,其中PTR、PTG的β-折叠含量有轻微差异,PTL、PTA的β-折叠含量则明显降低,作为二级结构中的不稳定性结构,β-折叠数量的减少有利于产物稳定性的增加;β-转角的含量大小顺序则正好与β-折叠相反,为TG交联RDP<PTG<PTR<PTL<PTA,β-转角的含量增加,表明蛋白的结构稳定性在增加。本课题组[28]曾用谷蛋白和卡拉胶进行美拉德反应,也得到了相类似的结果,可能是由于随着美拉德反应的进行,大分子之间的相互作用,使得β-折叠、β-转角向无规卷曲结构转变。从表1中可知阿拉伯胶的二级结构改变程度最大,而单糖的改变幅度最小。这可能是阿拉伯胶的大相对分子质量导致空间位阻比较大,因而所得的MRPs的稳定性较好。

2.4 不同MRPs的内源荧光

图 4 反应0 min和45 min时的不同MRPs内源荧光的变化
Fig. 4 Intrinsic fi uorescence intensity of different MRPs at 0 and 45 min

内源荧光能反映美拉德反应过程中色氨酸残基的变化过程,进而表征在反应过程中蛋白质三级结构的变化。由图4可知,反应初期阶段(0 min),4 种MRPs的荧光强度比较小,但PTR 0的荧光强度稍微高于其他3 种MRPs,可能是由于核糖是五碳糖,相对分子质量最小,在初期反应程度较其他3 种糖高,因此,荧光强度也较高;反应到45 min时,在340~370 nm波长范围内,MRPs的荧光强度出现了不同程度的增加,由高到低的顺序依次是PTR、PTG、PTL、PTA。此结果与之前测得的DS以及功能性质的变化相一致,这进一步表明不同糖对美拉德反应的影响不同,且相对分子质量越小影响越大。

2.5 不同MRPs的氨基酸分析

表 2 不同糖与TG交联RDP反应1 h的MRPs的氨基酸含量
Table 2 Amino acid composition of different MRPs at 1 h g/100 g

美拉德反应,即还原性的羰基和未解离的氨基之间的缩合反应,主要是具有氨基的精氨酸(arginine,Arg)、组氨酸、赖氨酸(lysine,Lys)以及蛋白质分子N端的α-NH3的反应。因此,通过对氨基酸组成变化的分析可以对反应程度、 产物的营养价值提供一些数据参考。TG交联RDP以及MRPs的氨基酸组成分析见表2。结果显示,MRPs的氨基酸变化中主要是Lys和Arg的含量减少,从TG交联RDP与核糖、葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶在美拉德反应过程中,Lys的含量由2.7 g/100 g分别下降到1.3、1.8、2.0、2.5 g/100 g,Arg由11.3 g/100 g分别下降到8.8、9.1、9.3、10.3 g/100 g,这可能是Lys和Arg的侧链上存在游离态的氨基,与糖分子 中的羰基发生反应,使其含量降低;同时PTR中的Lys和Arg含量下降最多,说明核糖较有利于RDP中Lys和Arg自由氨基的反应,这与DS、内源荧光的结果相一致,表明核糖较葡萄糖、乳糖、阿拉伯胶更易发生美拉德反应。另外从表2可知,其他氨基酸的含量都没有出现明显的变化,从而证明了美拉德反应对TG交联RDP的营养价值影响较小。

2.6 不同MRPs的溶解性

当含有羟基结构的糖与TG交联RDP发生美拉德反应,羟基的亲水特性可使产物的疏水性降低,从而使整个体系的亲水性增强,改性后的蛋白样品在水相中更容易分散,即溶解性提高,进而可以提高蛋白的其他功能性质。如图5所示,4 种糖的MRPs溶解性都得到不同程度的改善。反应初始阶段,溶解性迅速增加,最快的是PTR,其次是PTG、PTL,PTA的溶解度增加速度最慢,改善程度也最小。PTR的溶解度由原来的9.90%增加到67.62%,而PTA的溶解度由原来的8.20%仅增加到52.78%。核糖和葡萄糖两种单糖的反应产物的溶解性相当,五碳糖(核糖)比六碳糖(葡萄糖)稍高,它们的相对分子质量都比较小,最高的溶解度都能达到65%以上。Lei Li等[29]指出溶解性的提高可能与相对分子质量的大小及水解度的增加有一定的关联性。单糖较多糖相对分子质量小,在糖基化反应中空间位阻比较小,水解程度更高,有利于提高产物的溶解性。这与纪崴[30]的研究结果是一致的。综上来看,MRPs溶解性的提高与DS、褐变度、内源荧光强度的变化都有一定的相关性。

图 5 不同MRPs溶解度随反应时间的变化
Fig. 5 Effect of reaction time on solubility of MRPs

2.7 不同MRPs的乳化特性和乳化稳定性

利用浊度法测定蛋白的乳化特性,它与溶解度、表面疏水性以及表面电荷等性质都有一定的关系。溶解度是其他功能性质改变的前提,改性蛋白的溶解性有了一定程度的提高,羟基的引入,提升了油、水乳化体系的黏度,同时也降低了油、水之间的表面张力。

图6、7显示,与TG交联RDP相比,MRPs的蛋白乳化性有大幅度的增加,增长最多的是PTR,其次是PTG、PTL,最后是PTA。Decourcelle等[31]曾发现,美拉德反应可以提高蛋白水解物的乳化特性,糖的引入使蛋白具有双亲表面活性剂的功能,最后的乳化性能仍取决于体系的油水平衡。在油水界面,糖的接入增加了对蛋白表面的保护,从而阻止了油滴的聚集。伴随着美拉德反应的发生,TG交联RDP的乳化特性(EAI、ESI)基本未发生变化,而MRPs的EAI最高能达到56.99 m2/g,ESI能达到68.87%;可能是五碳糖的乳化性优于六碳糖,单糖的乳化特性优于双糖、多糖。PTA的EAI最高只达到15.67 m2/g,ESI最高维持在44.5%,这可能是由于阿拉伯胶的相对分子质量太大,空间位阻效应,影响美拉德反应的进行,以至于在蛋白表面引入的羟基较少。

图 6 不同MRPs的EAI随反应时间的变化
Fig. 6 Effect of reaction time on EAI of MRPs

图 7 不同MRPs的ESI随反应时间的变化
Fig. 7 Effect of reaction time on ESI of MRPs

2.8 不同MRPs的流变性质

图 8 不同MRPs的表观黏度-剪切速率的关系
Fig. 8 Relationship between viscosity and shear rate of MRPs

图8 为不同样品在质量浓度为0.12 g/mL下表观黏度与剪切速率之间的关系。MRPs的表观黏度随剪切速率的增大而变小,当剪切速率达到20 s-1时,溶液的表观黏度趋于平缓,这是假塑性流体所特有的剪切变稀现象;与TG交联RDP相比,PTA和PTL的表观黏度有所降低,而PTG和PTR的表观黏度变大。可能是由于相对分子质量越小,易与自由氨基接触进而反应,缩合反应程度加深,所以表观黏度更大,这与课题组前期研究的结果一致[10],单糖比高相对分子质量的多糖的MRPs的表观黏度大。TG可以促进蛋白形成分子间或分子内部的交联,从而生成大分子的聚合物,形成相对较高的表观黏度。对于阿拉伯胶和乳糖,可能是因为相对分子质量较大,不易发生美拉德反应,产物的溶解性较低,所以分子间的作用力较低,从而使表观黏度变小。

3 结 论

不同相对分子质量的糖与TG交联的RDP在美拉德反应过程中,单糖的MRPs的DS最高,褐变度和pH值的变化也最明显。从结构上来看,PTR荧光强度变化最为明显,其次是PTG、PTL、PTA的变化最小;FTIR显示不同相对分子质量糖生成的MRPs二级结构存在不同程度的差异;MRPs中Lys和Arg的含量减少,其他的氨基酸含量未发生明显变化,且核糖最有利于RDP中Lys和Arg自由氨基的反应。随着美拉德反应的进行,溶解性和乳化特性均有明显的增加,从强到弱依次是PTR、PTG、PTL、PTA。

同时,所有样品都表现出假塑性流体所特有的剪切稀化的现象,与TG交联RDP相比,PTA和PTL表观黏度有所降低,而PTG和PTR表观黏度较TG交联RDP更大。

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Structural and Functional Properties of Maillard Reaction Products from Transglutaminase Crosslinked Rice Dreg Protein: Effects of Sugars with Different Molecular Weights

HUANG Zhenghua1, ZHU Xiaoyan1, LI Liang2, ZHAO Qiang1,*, XIONG Hua1
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. Yichun Food Supervision Centre for Catering Services, Health Food and Cosmetics, Yichun 336000, China)

Abstract:The purpose of this study was to investigate the effect of sugars with different molecular weights on structural, functional and rheological properties of plant protein modified by Maillard reaction. Crosslinked rice dreg protein by transglutaminase (TGase) was used for glycosylation reaction in a wet state with ribose, glucose, lactose, or gum arabic, and then the properties of Maillard reaction products (MRPs) were analyzed. The results showed that as the reaction proceeded, the degree of substitution (DS), pH and degree of browning (DB) of the system changed signifi cantly, and the most evident changes were observed when ribose and glucose were involved in the reaction, followed by lactose and gum arabic. The structure of ribose made it susceptible to reaction with free amino groups such as Lys and Arg in rice dreg protein (RDP). The solubility and emulsifying properties of MRPs from theses sugars were enhanced in varying degrees, and the decreasing order was ribose, glucose, lactose, and gum arabic. Rheological data indicated that all samples were pseudoplastic fi uids, whose apparent viscosity showed a shear-thinning phenomenon, and the apparent viscosities of MRPs from glucose and ribose were larger than that of crosslinked RDP, while those of MRPs from lactose and gum arabic were smaller.

Key words:transglutaminase crosslinked rice dreg protein; Maillard reaction products; glycosylation reaction; structure; functional properties

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201717010

中图分类号:TS210.9

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)17-0053-07引文格式:

收稿日期:2016-08-13

基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2013AA102203-05);江西省青年科学基金项目(20142BAB213006)作者简介:黄正花(1992—),女,硕士,研究方向为大米综合利用。E-mail:huangzhenghua92@163.com

*通信作者:赵强(1981—),男,副研究员,博士,研究方向为食品蛋白质化学与营养。E-mail: qiangzhao1221@yahoo.com