干法加工是工業(yè)生產(chǎn)椰子油的主要工藝。榨油后產(chǎn)生的椰粕含約19%的蛋白質(zhì)，氨基酸組成接近新鮮椰肉，包含人體所需八種氨基酸，有助于新陳代謝，但多被用作飼料、肥料或廢棄，價值未被充分挖掘。目前，干法加工對椰子蛋白結(jié)構(gòu)與功能特性的影響尚不清楚。鑒于蛋白質(zhì)的應(yīng)用價值與其結(jié)構(gòu)和功能密切相關(guān)，中國熱科院椰子研究所加工團隊以椰蓉（CMP）、干法加工椰粕（DCP）和大豆分離蛋白（SIP）為研究對象，系統(tǒng)探討了干法加工對椰子分離蛋白結(jié)構(gòu)與功能的影響。
該研究以“Effect of Dry Processing of Coconut Oil on the Structure and Physicochemical Properties of Coconut Isolate Proteins”為題，發(fā)表在《Foods》雜志上。
圖1 論文研究路線示意圖
研究團隊對DCP和CMP的氨基酸組成進行了測定，并與SIP進行了比較分析（表1）。研究發(fā)現(xiàn)DCP和CMP的氨基酸組成相同，但含量不同。DCP和CMP的必需氨基酸（EAA）分別占總氨基酸的37.87%和37.21%，DCP和CMP中EAA的含量均達到FAO/WHO規(guī)定的最低要求27.7%。與DCP相比，CMP的必需氨基酸含量有所降低，干法加工導(dǎo)致了椰子蛋白質(zhì)中必需氨基酸的輕微損失。DCP和CMP中的賴氨酸水平略低于FAO/WHO推薦的攝入量（2007）。然而，其他必需氨基酸的水平高于糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織推薦的攝入量。因此，CMP可以成為食品工業(yè)必需氨基酸的重要來源。
表1 SIP、DCP和CMP中氨基酸組成
研究團隊對DCP、CMP及SIP的分子量大小進行了評估（圖2）。結(jié)果表明在DCP中，兩個主要條帶出現(xiàn)在~27 kDa和~34 kDa處，而其他條帶則較為模糊。CMP僅在~32 kDa處顯示出一個明顯的條帶。同時，在DCP和CMP泳道頂部有一些陰影堆積，這由于兩種樣品中都有更高分子量的物質(zhì)未能進入泳道。DCP和CMP中位于~34 kDa的條帶是由球蛋白產(chǎn)生的。此外，CMP中球蛋白的分子量略低于DCP，干法加工導(dǎo)致球蛋白發(fā)生部分降解。
圖2 SIP、DCP和CMP的SDS-PAGE圖
該團隊運用TGA和DTG技術(shù)，探究了DCP與CMP的熱力學特性。研究揭示，兩種蛋白質(zhì)樣品在熱降解過程中均經(jīng)歷兩個主要階段。第一階段發(fā)生在30至200℃之間，其中DCP和CMP的重量損失率分別為3.87%和2.37%，這一變化很可能是由于樣品中游離水和結(jié)合水的脫除所致。進入第二階段，溫度范圍升至200至450℃，此時蛋白質(zhì)內(nèi)部的官能團開始降解。通過對比DCP與CMP的DTG曲線（見圖3A），團隊發(fā)現(xiàn)，在132至248℃及318至407℃的溫度區(qū)間內(nèi)，CMP的質(zhì)量損失率顯著低于DCP，這表明經(jīng)過干法處理的蛋白質(zhì)熱穩(wěn)定性得到了顯著提升。這一改善可能歸因于干法處理增強了蛋白質(zhì)分子間的相互作用，促使原本無序的多肽鏈聚集形成更有序的結(jié)構(gòu)，進而提高了熱穩(wěn)定性。
此外，團隊還利用國儀量子掃描電鏡（SEM3200）對DCP和CMP的表面形態(tài)進行了觀察（見圖3B）。在相同的放大倍數(shù)下，盡管兩者均呈現(xiàn)出片層狀結(jié)構(gòu)，但尺寸上存在顯著差異。與DCP相比，CMP的SEM圖像顯示其小片狀結(jié)構(gòu)較少。這可能是由于干法過程中，椰肉蛋白質(zhì)經(jīng)歷了斷裂與重組，導(dǎo)致微觀形態(tài)發(fā)生變化。這一發(fā)現(xiàn)為理解干法處理對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響提供了新的視角。
圖3 DCP和CMP的熱力學和SEM圖象
團隊對DCP、CMP、SIP的多個關(guān)鍵指標進行了測定，包括巰基含量（4A）、表面疏水性及游離氨基含量（4B）、持水持油性（4C）、起泡性及泡沫穩(wěn)定性（4D）、溶解性（4E），以及乳化性及乳化穩(wěn)定性（4F）。在研究中，他們發(fā)現(xiàn)擠壓過程中產(chǎn)生的機械剪切力導(dǎo)致椰肉蛋白質(zhì)的表面疏水性有所降低。由于表面疏水性的減弱，蛋白質(zhì)分子間的相互作用力也相應(yīng)減小，這促進了游離巰基之間的結(jié)合，形成二硫鍵。因此，CMP中的巰基含量相較于DCP有所減少。與DCP相比，CMP的游離氨基酸含量下降了0.14%。這可能是由于干法加工過程中，蛋白質(zhì)分子鏈發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)，消耗了體系中的游離氨基酸。此外，干法工藝還增強了蛋白質(zhì)之間的相互作用，導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集和沉淀現(xiàn)象增加，進而減少了蛋白質(zhì)與水分子相互作用的機會，使得蛋白質(zhì)的溶解度有所降低。在乳化性能方面，DCP的EAI值最高，達到29.14 m²/g，其次是CMP，為26.63 m²/g。蛋白質(zhì)的乳化能力與其溶解度、表面電荷、表面疏水性和二級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。干法工藝可能促使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開和降解，增加了構(gòu)象的柔韌性，使疏水氨基酸更易暴露，從而提高了蛋白質(zhì)在油水界面的吸附速度和降低界面張力的能力，進而提升了乳化性能。
圖4 DCP、CMP、SIP的巰基含量（A）、表面疏水性及游離氨基含量（B）、持水持油性（C）、起泡性及泡沫穩(wěn)定性（D）、溶解性（E）、及乳化性及乳化穩(wěn)定性（F）
總結(jié)展望
干法加工對椰粕分離蛋白（DCP）的理化及功能特性有顯著影響。與椰蓉（CMP）相比，DCP中必需氨基酸含量提升，且34 kDa蛋白質(zhì)發(fā)生降解。干法加工改變了椰子分離蛋白的二級和三級結(jié)構(gòu)，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角增多，β-折疊和隨機卷曲減少，導(dǎo)致表面疏水性、溶解度、游離及總巰基含量下降。但DCP熱穩(wěn)定性增強，外觀更均勻。功能特性上，CMP經(jīng)干法處理后保水性和穩(wěn)油性能提升，發(fā)泡性能穩(wěn)定。這些發(fā)現(xiàn)為椰粕蛋白在食品工業(yè)的創(chuàng)新應(yīng)用提供了新方向。
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