超聲和超聲協(xié)同堿預(yù)處理對(duì)大米蛋白酶解效果影響及過(guò)程模擬研究.pdf

1、大米蛋白因具有高生物效價(jià)、低過(guò)敏性和平衡氨基酸等重要特點(diǎn)，受到全世界研究者的關(guān)注，但是不溶性限制其在食品工業(yè)中的應(yīng)用。本文擬利用大米蛋白中含大量堿溶性谷蛋白(～80％)這一特性，采用超聲波和超聲波協(xié)同堿預(yù)處理方法，改變底物結(jié)構(gòu)來(lái)提高酶法水解效率，擴(kuò)大大米蛋白在功能食品的應(yīng)用，同時(shí)模擬超聲預(yù)處理和蛋白酶解過(guò)程。本文得出以下主要研究結(jié)論:
　　(1)以水解度和蛋白溶出量為指標(biāo)，優(yōu)化得出了單頻聚能式超聲波預(yù)處理大米蛋白的最佳工作參數(shù)。在

2、此基礎(chǔ)上，將大米蛋白溶液調(diào)制到pH8.5進(jìn)行超聲協(xié)同堿預(yù)處理，研究結(jié)果與常規(guī)酶解（無(wú)超聲處理）相比，大米蛋白經(jīng)超聲和超聲協(xié)同堿預(yù)處理酶解，其水解度分別提高了8.59％和13.02％，抑制血管緊張轉(zhuǎn)換酶(ACE)抑制率分別提高了5.68％和52.04％;超聲協(xié)同堿預(yù)處理輔助酶解工藝分子量分布范圍更窄，主要分布在小于1000Da區(qū)間內(nèi)。
　　(2)表面疏水性、巰基和二硫鍵含量、紫外光譜、熒光光譜結(jié)果表明，超聲波預(yù)處理能暴露出蛋白的疏水

3、性基團(tuán)，增加表面疏水性，超聲協(xié)同堿預(yù)處理能破壞和展開(kāi)部分復(fù)雜蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，更有利于酶解反應(yīng)的進(jìn)行;傅里葉紅外光譜和圓二色譜分析結(jié)果表明，蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量發(fā)生變化，且超聲協(xié)同堿預(yù)處理對(duì)大米蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)的影響強(qiáng)于單獨(dú)超聲作用;掃描電鏡結(jié)果表明，超聲和超聲協(xié)同堿預(yù)處理使大米蛋白顆粒變疏松，部分顆粒細(xì)化;進(jìn)一步通過(guò)原子力顯微鏡分析，超聲預(yù)處理減小大米蛋白高度和增大表面粗糙度，而超聲協(xié)同堿預(yù)處理使大米蛋白粒徑和表面粗糙度均減小;對(duì)不同超聲預(yù)處

4、理的大米蛋白氨基酸組成分析表明，經(jīng)不同超聲預(yù)處理后，其氨基酸組成比例發(fā)生了明顯變化，即疏水性氨基酸含量占總氨基酸含量的比率提升。
　　(3)采用方程y=[y∞/（1+kd*t）]*[1-exp（-k*t）]+[y0/（1+kd*t）]*exp（-k*t）對(duì)超聲預(yù)處理大米蛋白進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬。采用超聲協(xié)同堿預(yù)處理時(shí)，動(dòng)力學(xué)方程中聚集系數(shù)kd為0;速率常數(shù)k則隨著溶液pH值的增加而增大;采用超聲預(yù)處理時(shí)，速率常數(shù)k和聚集系數(shù)kd數(shù)值大小

5、與超聲溫度、超聲功率密度和超聲時(shí)間有關(guān)，其中kd隨著超聲溫度和超聲功率密度的增加而增大。用模型方程對(duì)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，發(fā)現(xiàn)在不同超聲溫度和功率密度下均能較好地?cái)M合模型方程。
　　(4)基于對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下水解曲線的分析，構(gòu)建超聲輔助大米蛋白酶解的擴(kuò)散-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程。結(jié)果表明，當(dāng)?shù)孜锍跏紳舛萐0≤10g/L時(shí)，符合無(wú)底物抑制動(dòng)力學(xué)模型;在10g/L＜ S0≤40g/L時(shí)，符合底物抑制擴(kuò)散-反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型;由模型求出傳統(tǒng)酶解最適

6、底物質(zhì)量濃度Sopt與實(shí)驗(yàn)值相差不大，分別為10.05g/L和10g/L，說(shuō)明本研究所建立的大米超聲預(yù)處理動(dòng)力學(xué)模型較合理;另外超聲預(yù)處理酶解的最適底物質(zhì)量濃度S'opt為13.35g/L，且S'opt＞Sopt，說(shuō)明超聲預(yù)處理能改善底物抑制的程度，具有一定的“解抑”作用。
　　(5)根據(jù)模型計(jì)算出不同pH值下的氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)pK值，可以推測(cè)堿性蛋白酶表現(xiàn)催化活性的必需基團(tuán)可能含有絲氨酸;對(duì)不同pH值下的堿性蛋白酶二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析

7、，發(fā)現(xiàn)隨著pH值的增大，α-螺旋、無(wú)規(guī)則卷曲總含量先增大后減少，說(shuō)明pH環(huán)境對(duì)α-螺旋的形成和活性中心有一定的影響;基于對(duì)不同pH值下大米蛋白酶解分析，構(gòu)建不同pH值下該體系的動(dòng)力學(xué)方程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模型計(jì)算所得最佳pH值與試驗(yàn)結(jié)果相接近，說(shuō)明該模型的擬合度較好。
　　(6)對(duì)不同溫度下堿性蛋白酶的二級(jí)結(jié)構(gòu)分析可知，無(wú)規(guī)卷曲和β-轉(zhuǎn)角的含量隨著溫度升高逐漸增多，而α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)含量卻隨著溫度升高逐漸減小，堿性蛋白酶結(jié)構(gòu)由有序