玉米黄粉中淀粉含量对热处理效果的影响

王晓杰，郑喜群，刘晓兰，刘 君

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省普通高校农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

玉米黄粉中淀粉含量对热处理效果的影响

王晓杰，郑喜群*，刘晓兰，刘 君

（齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省普通高校农产品加工重点实验室，黑龙江齐齐哈尔161006）

以5批淀粉含量不同的玉米黄粉为原料，以水解度为检测指标，研究玉米黄粉中淀粉含量对热处理效果的影响，结果表明：在温度121℃、时间30min的热处理条件下，热处理可将玉米黄粉中的淀粉全部去除。热处理的效果受玉米黄粉中淀粉含量的影响，当淀粉含量大于17.07%时，热处理才对酶解效率有促进作用，但仅使玉米黄粉的水解度提高了1.73%。用反相色谱方法研究了热处理对玉米黄粉中醇溶蛋白结构变化的影响，图谱表明，热处理可以使醇溶蛋白各组分的疏水性能和相对提取率增加。

玉米黄粉，热处理，水解度，反相色谱

玉米黄粉是湿法玉米淀粉加工中的副产物，含蛋白质60%以上，主要由玉米醇溶蛋白（68%）和谷蛋白（22%）组成。玉米醇溶蛋白中含有高比例的疏水性脂肪族氨基酸[1]，但缺少碱性和酸性氨基酸，且赖氨酸和色氨酸含量较低。这种独特的氨基酸组成和其多肽链中存在的不同功能区，为制备生物活性肽提供了良好的原料优势。采用适当的蛋白酶对玉米黄粉中的蛋白质进行酶法改性，并结合现代生物分离技术可获得附加值很高的生物活性多肽。天然玉米蛋白分子由于氢键、疏水键、二硫键等作用，使肽链卷曲于蛋白质分子内部近似于球状。另外，玉米黄粉中还存在约15%的淀粉，这些淀粉与玉米蛋白紧密结合在一起，形成层层包裹的复合体很难剥离开，这两点因素严重影响了玉米蛋白的酶解速度及原料的利用率[2]，导致生物活性肽得率较低。因此在玉米蛋白酶法改性前必须对其进行预处理，以期破坏玉米蛋白的高级结构，使包埋在蛋白质分子内部的酶切位点暴露出来，提高酶解速度。有关玉米蛋白的预处理方法有很多，包括添加亚硫酸钠[3]、加热[4]、碳酸钠碱处理[5-6]、挤压膨化[7-8]、超声处理[9]等。其中热处理由于具有设备投资少，操作简单等特点而倍受青睐。但不同淀粉厂家生产的不同批次的玉米黄粉组分差别很大，热处理是否具有普遍性，目前还无明确报道。本实验采用5批不同淀粉含量的玉米黄粉为原料，应用Alcalase碱性蛋白酶对热处理后的玉米黄粉进行酶法改性实验，并结合反相色谱技术研究玉米黄粉中淀粉含量对热处理效果的影响，为提高玉米黄粉的利用率奠定理论基础。

表1 玉米黄粉中淀粉含量的测定结果Table 1 The test result of starch content in corn gluten meal

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

玉米黄粉 产地分别为黑龙江青冈淀粉厂、吉林公主岭淀粉厂、河南财鑫糖业有限公司；三氟乙酸 Sigma公司，色谱纯；Tris、异丙醇、丙烯酰胺、甘氨酸、TEMED、过硫酸铵 上海生工，色谱纯；盐酸、乙醇、氢氧化钠、碘、碘化钾等 国产，分析纯。

反相色谱柱SOURCE 5RPC ST（φ4.6×150mm，5μm） GE公司；TV1901紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；水浴振荡器 上海跃进医疗器械厂；pH计 上海雷磁仪器厂；高效液相色谱仪L-7100 日本天美公司；垂直板电泳槽、ECP3000三恒多用电泳仪 北京六一仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 淀粉含量的测定 3，5-二硝基水杨酸（DNS）比色法[10]。

1.2.2 水解度（DH）的测定 pH-滴定法[11]。

1.2.3 醇溶蛋白的提取 参照文献[12]。

1.2.4 醇溶蛋白的分子量测定 SDS-PAGE法。

1.2.5 玉米黄粉的热处理工艺 将玉米黄粉和水按1∶10比例混合，121℃条件下处理30min后于5000r/min条件下离心10min，烘干后备用。

1.2.6 玉米醇溶蛋白的反相色谱分析 用反相色谱柱SOURCE 5RPC ST（Amersham）在高效液相色谱仪（HPLC）上分离醇溶蛋白。用含0.065%三氟乙酸（TFA）和30%异丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液（A）到含0.05%三氟乙酸（TFA）和50%异丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液（B）线性梯度洗脱，梯度洗脱溶液量为50mL，流速0.5mL/min，在线检测A280nm。

2 结果与讨论

2.1 淀粉含量的测定结果

从黑龙江青冈淀粉厂、吉林公主岭淀粉厂和河南财鑫淀粉厂收集不同批次的玉米黄粉。通过DNS法测定玉米黄粉中的淀粉含量，从中选出5批不同淀粉含量的玉米黄粉作为预处理原料。淀粉含量的测定结果如表1所示。

差异显著性检验（P＜0.05）结果显示：各样品间存在显著差异，说明样品选择具有代表性。

2.2 玉米黄粉中淀粉含量对热处理效果的影响

玉米黄粉经热处理后配制成底物浓度为10%的悬浮液，加入碱性蛋白酶Alcalase，在60℃，pH8.5，酶与底物之比3%条件下，对玉米蛋白酶解改性2h。随着酶解反应的进行，酶解液的pH逐渐下降，通过滴加1mol/L的NaOH溶液保持蛋白酶的最适pH，记录消耗碱量，换算成DH值与时间关系。以未经热处理的相应淀粉含量的玉米黄粉作对照。实验结果如图1～图5和表2所示。

由表2可知，玉米黄粉在121℃条件下处理30min后，可将原料中的淀粉全部去除。原因是随着反应体系温度的升高，淀粉分子的振动加剧，分子之间的氢键断裂，使淀粉分子中有更多的位点可以和水分子发生氢键缔合。水分子逐渐渗入淀粉粒中，使更多和更长的淀粉分子链分离，导致淀粉结构的混乱度增大，同时结晶区的数目和大小均减小，继续加热，淀粉发生不可逆溶胀，从玉米黄粉上剥离下来。

表2 热处理后玉米黄粉中的淀粉含量Table 2 The starch content of corn gluten meal after heat treatment

图1 淀粉含量8.82%的玉米黄粉的热处理效果Fig.1 Effect of corn gluten meal of starch content 8.82%on heat treatment

图2 淀粉含量12.98%的玉米黄粉的热处理效果Fig.2 Effect of corn gluten meal of starch content 12.98%on heat treatment

图3 淀粉含量14.90%的玉米黄粉的热处理效果Fig.3 Effect of corn gluten meal of starch content 14.90%on heat treatment

图4 淀粉含量17.07%的玉米黄粉的热处理效果Fig.4 Effect of corn gluten meal of starch content 17.07%on heat treatment

图5 淀粉含量19.39%的玉米黄粉的热处理效果Fig.5 Effect of corn gluten meal of starch content 19.39%on heat treatment

由图1～图5可知，随着淀粉含量的增加，酶解效率逐渐下降，水解度从20.18%下降到14.52%。说明淀粉的存在阻碍了蛋白酶与底物玉米蛋白的结合，抑制了酶解效率。当玉米黄粉中的淀粉含量从8.82%增加到17.07%时，热处理的酶解效率逐渐与未处理原料相当，在淀粉含量大于17.07%时，玉米黄粉的水解度才逐渐高于未经处理的样品，且提高幅度较小，仅为1.73%。热处理未能使酶解效率大幅度提高的可能的原因是：热处理除了使淀粉糊化外，还可使玉米蛋白部分变性。在相同热处理条件下，玉米黄粉中淀粉含量低时，淀粉在高温条件下迅速降解，蛋白质直接受热时间较长，蛋白质变性后形成的松散多肽链又会由于二硫键和疏水键的再生而重新结合，形成更加紧密的共聚物，阻碍了蛋白酶对玉米蛋白的酶解作用[4]。而淀粉含量高时，淀粉降解时间长，蛋白质的受热时间短，共聚物形成的含量低，此时玉米蛋白高级结构部分打开，利于蛋白酶的水解作用。所以，相同的热处理条件并不适合所有的玉米黄粉，预处理的效果取决于玉米黄粉中淀粉含量的多少。

2.3 反相色谱法分析热处理对玉米蛋白结构的影响

为了进一步验证热处理对玉米蛋白结构变化的影响，采用反相色谱法对淀粉含量为17.07%玉米黄粉中的醇溶蛋白进行分析。

热处理后的玉米黄粉参照文献[12]提取醇溶蛋白。醇溶蛋白用含0.065%三氟乙酸（TFA）和30%异丙醇的50mmol/L Tris-HCl溶液溶解后，经反相色谱柱SOURCE 5RPC ST分析，以未处理玉米黄粉提取的醇溶蛋白做对照，实验结果如图6～图7所示。分别收集图6中保留时间为6.989min的样品和图7中保留时间为8.341min的样品进行SDS-PAGE分析，实验结果如图8所示。

图6 未经预处理玉米黄粉提取的醇溶蛋白反相色谱图Fig.6 RP-HPLC profile of zein extracted from CGM without pretreatment

图7 经热处理玉米黄粉提取的醇溶蛋白反相色谱图Fig.7 RP-HPLC profile of zein extracted from heat treatmented corn gluten meal

图8 玉米醇溶蛋白的SDS-PAGE图谱Fig.8 SDS-PAGE electrophoresis pattern of zein

由图6可以看出，用70%乙醇提取出的玉米醇溶蛋白是由多种组分组成的蛋白质混合物，其中保留时间为6.989min的组分，经SDS-PAGE法测得其分子量在23000~25000u之间，是醇溶蛋白的主要组分，根据面积归一化法积分得知该组分含量占总量的60.11%，其疏水性较弱，上样后立即被洗脱下来。在保留时间22、28、33min处有三个比较大的组分，三者的出峰时间比较晚，疏水性较强。除了这4个主要组分外，玉米醇溶蛋白还有一些小的组分，但由于它们的含量很低，因此在谱图上未能显示出来。

由图7可以看出，玉米黄粉经热处理后，玉米醇溶蛋白的主要组分没有发生改变，还是包含4个蛋白质的主要组分。与图6相比较，热处理后的玉米醇溶蛋白中多出两个含量较低但疏水性较强的组分，同时醇溶蛋白各组分的相对含量有了较大的变化。组分2～4的含量显著增加，而组分1的含量却减少了9%，可能的原因有以下两个方面：热处理将与蛋白质紧密结合的淀粉除去，使蛋白质裸露出来，当用70%乙醇水溶液提取醇溶蛋白时，其相对含量有所增加；热处理作用使玉米蛋白的空间结构打开形成伸展的多肽链，使包埋在蛋白质分子内部的疏水性基团暴露出来，增加玉米蛋白的疏水性，使玉米醇溶蛋白各组分的保留时间比未处理样品的晚。所以，热处理对玉米醇溶蛋白构象的影响较大，也说明热处理对玉米蛋白起到变性的效果。

3 结论

玉米黄粉中存在的淀粉，阻碍了蛋白酶对玉米蛋白的酶法改性速率。在本实验采用的热处理条件下，热处理可将玉米黄粉中的淀粉全部去除。热处理的处理效果受玉米黄粉中淀粉含量的影响，只有当淀粉含量大于17.07%时，热处理才对酶解效率有提高作用，且提高幅度较小，仅为1.73%。用RT-HPLC方法研究了热处理对玉米黄粉中醇溶蛋白结构变化的影响。图谱表明，热处理可以使醇溶蛋白各组分的疏水性能和相对提取率增加。说明热处理对玉米黄粉起到了预处理作用，但作用效果不明显。所以，热处理的应用不具有普遍性。

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Effect of starch content in corn gluten meal on heat treatment

WANG Xiao-jie，ZHENG Xi-qun*，LIU Xiao-lan，LIU Jun
（Heilongjiang Key Laboratory of Agricultural Products Processing，College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China）

Five kinds of corn gluten meal（CGM），which had different starch content，were used as raw material. The effect of the starch content（CGM）on the pretreatment was investigated，and the hydrolysis degree of proteins in CGM as the detected criteria.The result showed that the starch of CGM was removed completely by heat treatment under temperature of 121℃ and time of 30 minutes.The efficiency of heat treatment was influenced by starch content of CGM.The degree of hydrolysis was increased 1.73%by heat treatment when the starch content was above 17.07%.Structure change of zein led by the pretreatment was explored by reversed phase chromatography，and the profiles of zein on SOURCE 5RPC ST showed that the hydrophobic property and extraction ratio of components of zein were increased by heat treatment.

corn gluten meal；heat treatment；hydrolysis degree；reversed phase chromatography

TS231

A

1002-0306（2012）07-0143-04

2011－06－27 *通讯联系人

王晓杰（1980-），女，讲师，研究方向：食品生物技术。

黑龙江省自然科学基金（B200919）；齐齐哈尔大学青年教师科研启动支持计划项目（2011K-M26）。