2022年我國(guó)玉米產(chǎn)量達(dá)到27720.3萬(wàn)噸，玉米醇溶蛋白是玉米中的主要蛋白，是玉米生產(chǎn)加工過(guò)程中的主要副產(chǎn)物之一，具有豐富的原料來(lái)源。此外，玉米醇溶蛋白具有生物相容性，是一種公認(rèn)的可食用且安全的蛋白質(zhì)。它對(duì)環(huán)境友好、可生物降解且無(wú)毒，是一種有潛力的食品原料。但是玉米醇溶蛋白的疏水性氨基酸占據(jù)了其總氨基酸的四分之三，一方面，玉米醇溶蛋白的疏水性使其已被廣泛應(yīng)用于耐水的食用膜，而另一方面，高疏水性導(dǎo)致其在純水中幾乎難以溶解，使玉米醇溶蛋白在各種食品中的應(yīng)用受到了限制。研究人員在嘗試提高玉米醇溶蛋白溶解度和擴(kuò)大其在食品中的應(yīng)用時(shí)發(fā)現(xiàn)，玉米醇溶蛋白起泡性、乳化性和凝膠性等功能特性的改善使其在提升食品結(jié)構(gòu)、替代動(dòng)物蛋白、制作乳液蛋白凝膠等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。有研究表明，通過(guò)改變蛋白質(zhì)的界面性質(zhì)、控制界面膜的形成可以實(shí)現(xiàn)對(duì)食品起泡性、乳化性等功能特性的調(diào)控。

目前研究者通常使用物理、化學(xué)或酶法處理玉米醇溶蛋白提高其在食品中的應(yīng)用。Li等研究發(fā)現(xiàn)，冷等離子體處理玉米醇溶蛋白之后提高了其懸浮液的分散穩(wěn)定性和親水性，但是物理改性通常受限于儀器設(shè)備，并且具有嚴(yán)苛的反應(yīng)條件要求。Li等使用單寧酸對(duì)玉米醇溶蛋白進(jìn)行改性發(fā)現(xiàn)，顯著改善了其乳化性能和界面性質(zhì)，大幅度降低了其表面疏水性。Li等通過(guò)NaOH對(duì)玉米醇溶蛋白進(jìn)行脫酰胺處理發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)了其在食品應(yīng)用中的功能特性。但是化學(xué)改性可能會(huì)引入新的官能團(tuán)，工藝相對(duì)復(fù)雜，化學(xué)試劑及其反應(yīng)產(chǎn)物帶來(lái)的安全性問(wèn)題也不容忽視。與物理和化學(xué)改性相比，酶法改性效果顯著，條件溫和，但是傳統(tǒng)的酶法改性也會(huì)產(chǎn)生過(guò)度水解以及不良風(fēng)味等問(wèn)題。Leulmi等研究發(fā)現(xiàn)使用蛋白酶酶解酪蛋白時(shí)容易發(fā)生過(guò)度水解現(xiàn)象，并且使奶酪的味道變苦。而蛋白質(zhì)谷氨酰胺酶（PG）只作用于植物蛋白質(zhì)中谷氨酰胺殘基的胺酰基，不會(huì)對(duì)其它以及游離的氨基酸產(chǎn)生作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值變低、產(chǎn)生不良風(fēng)味等巨大的副作用。GB 2760-2024中正式規(guī)定來(lái)源于解朊金黃桿菌的PG可以作為食品添加劑的新品種。已有研究證明，PG可以顯著改善椰子蛋白和月見(jiàn)草蛋白的溶解度、乳化穩(wěn)定性和發(fā)泡能力，提升豌豆分離蛋白的溶解度和分散性等。蛋白質(zhì)界面性質(zhì)變化與其起泡性、乳化性等功能特性存在極大的相關(guān)性，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與其界面性質(zhì)之間的關(guān)系復(fù)雜，目前PG對(duì)植物蛋白界面性質(zhì)的影響還鮮有報(bào)道。

因此，本實(shí)驗(yàn)旨在探究PG添加量對(duì)玉米醇溶蛋白結(jié)構(gòu)與功能特性以及界面性質(zhì)的影響并揭示其結(jié)構(gòu)、功能特性和界面性質(zhì)之間的關(guān)系。以期通過(guò)PG改性玉米醇溶蛋白，改善其界面性質(zhì)，從而增強(qiáng)其功能特性，拓寬玉米醇溶蛋白在飲料、無(wú)麩質(zhì)發(fā)酵制品、冰淇淋等食品加工中的應(yīng)用。

1、實(shí)驗(yàn)方法

1.1表面張力的測(cè)定

通過(guò)分析脫酰胺玉米醇溶蛋白在界面吸附過(guò)程中表面張力的變化來(lái)分析其界面吸附行為。配制質(zhì)量濃度為1 mg/mL的脫酰胺玉米醇溶蛋白樣品，選取全自動(dòng)界面流變儀的懸滴模式測(cè)定樣品在空氣-水界面上的吸附情況。使用直針吸取樣品溶液，通過(guò)程序控制形成10μL的樣品溶液液滴。在室溫下進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，測(cè)試時(shí)間為5400 s。

1.2表面膨脹模量分析

通過(guò)分析脫酰胺玉米醇溶蛋白在界面吸附過(guò)程中表面膨脹模量的變化來(lái)分析其界面流變行為。采用全自動(dòng)界面張力儀對(duì)脫酰胺玉米醇溶蛋白的空氣-水界面膨脹模量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)試時(shí)間為5400 s，測(cè)試振幅為10%。

1.3數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行三次平行測(cè)定，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。使用SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性分析，P<0.05表示數(shù)據(jù)之間存在顯著性差異。采用Origin軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪圖。

2、結(jié)果與分析

表面張力測(cè)量

如圖1所示，蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)表面張力的下降速率總體上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，平衡后的表面張力值呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)。當(dāng)加酶量達(dá)到30 U/g時(shí)蛋白質(zhì)的表面張力達(dá)到了最低，這是因?yàn)檫m度的脫酰胺增加了蛋白質(zhì)的分子柔性，結(jié)構(gòu)展開(kāi)暴露出來(lái)更多的疏/親水基團(tuán)，更加有利于蛋白質(zhì)在氣-水界面的吸附，從而使蛋白質(zhì)的表面張力降低。隨著加酶量的增加，又形成了較大的聚集體，以及表面疏水性的降低也不利于蛋白質(zhì)在界面上的吸附，從而導(dǎo)致表面張力的增加。蛋白質(zhì)在氣-水界面的表面張力對(duì)其起泡性質(zhì)有著很大的影響，然而表面張力與起泡性質(zhì)的總體變化趨勢(shì)相似卻并不完全一致，這說(shuō)明表面張力并不是決定蛋白質(zhì)起泡性質(zhì)的唯一因素。任中陽(yáng)等發(fā)現(xiàn)鰱魚(yú)肌漿蛋白的起泡性與溶解度有直接關(guān)系；Johnson等研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)水解物聚集體的大小也會(huì)對(duì)其起泡性產(chǎn)生直接影響。

圖1脫酰胺對(duì)玉米醇溶蛋白氣-水動(dòng)態(tài)表面張力的影響

表面膨脹模量

表面膨脹流變學(xué)是一個(gè)重要的表征，通過(guò)其可以確定吸附在氣-水界面的蛋白質(zhì)的相互作用。如圖2所示，隨著PG添加量的增大，脫酰胺玉米醇溶蛋白的表面膨脹模量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)加酶量達(dá)到30 U/g時(shí)蛋白質(zhì)的表面膨脹模量達(dá)到了最大40.74 mN/m。這可能是因?yàn)檫m度的脫酰胺，增強(qiáng)了蛋白質(zhì)分子柔性，形成了致密的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，疏水性基團(tuán)暴露，蛋白質(zhì)分子之間的相互作用加強(qiáng)，從而增強(qiáng)了蛋白質(zhì)在吸附層薄膜的穩(wěn)定性。當(dāng)PG量繼續(xù)增加時(shí)，蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)塌陷，重新形成了聚集體，疏水相互作用減弱使蛋白質(zhì)界面膜的穩(wěn)定性變差。

圖2脫酰胺對(duì)玉米醇溶蛋白表面膨脹模量的影響

3、結(jié)論

本文研究了PG添加量對(duì)玉米醇溶蛋白界面性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：PG脫酰胺會(huì)顯著影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能特性以及界面性質(zhì)。當(dāng)加酶量為30 U/g時(shí)玉米醇溶蛋白形成了規(guī)則的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，乳化性最高達(dá)到了78.73 m2/g，溶解度為0.29 mg/mL，起泡性和起泡穩(wěn)定分別是59.31%和38.94%。適度的脫酰胺一方面提高了蛋白質(zhì)的溶解度，降低了其表面張力，增加了其表面膨脹模量；另一方面使玉米醇溶蛋白β-折疊相對(duì)含量減少、無(wú)序結(jié)構(gòu)增加，柔性和可溶性提高、進(jìn)而使疏水性氨基酸殘基暴露，從而增強(qiáng)了蛋白質(zhì)在界面吸附層薄膜的穩(wěn)定性。本研究為改善玉米醇溶蛋白的溶解度和界面性質(zhì)提供了一定的理論依據(jù)，可以為拓寬其在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供參考。然而由于玉米醇溶蛋白自身的結(jié)構(gòu)特性，使得反應(yīng)初期酶不易于作用于玉米醇溶蛋白，大大降低了反應(yīng)速率，今后可探究新的反應(yīng)體系有效提升其反應(yīng)速率。