2022年我國(guó)玉米產(chǎn)量達(dá)到27720.3萬噸，玉米醇溶蛋白是玉米中的主要蛋白，是玉米生產(chǎn)加工過程中的主要副產(chǎn)物之一，具有豐富的原料來源。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)物帶來的安全性問題也不容忽視。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)生過度水解以及不良風(fēng)味等問題。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

通過分析脫酰胺玉米醇溶蛋白在界面吸附過程中表面張力的變化來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

通過分析脫酰胺玉米醇溶蛋白在界面吸附過程中表面膨脹模量的變化來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)展開暴露出來更多的疏/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。任中陽等發(fā)現(xiàn)鰱魚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。