不同蛋白酶对挤压面筋酶解产物特性的影响

《Journal of Cereal Science》：Effects of Different Proteases on the Characteristics of Enzymatic Hydrolysates from Extruded Gluten

　　

刘焕清|彭宇学|刘向军|段一帆|肖申生|傅阳|吴燕|王学东

武汉理工大学食品科学与工程学院，中国武汉430023

摘要

本研究系统地研究了碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶和风味酶对130–160°C下挤压的谷蛋白水解物性质的影响，以优化酶水解过程并减少苦味。通过测定水解度（DH）、三氯乙酸氮溶解指数（TCA-NSI）、感官评价、电子舌反应和游离氨基酸组成来确定最佳蛋白酶。结果表明，140°C下挤压的谷蛋白具有最高的酶水解效率，其水解度和TCA-NSI明显高于其他温度组（P < 0.05）。在五种蛋白酶中，风味酶产生的水解度最高（18.62%），而中性蛋白酶产生的TCA-NSI最高（46.2%）。复合蛋白酶组的苦味值最低（感官评分=2.61；电子舌苦味响应=3.87）。游离氨基酸分析显示，复合蛋白酶组的疏水性氨基酸含量（8.10 mg/g）和苦味氨基酸含量（10.70 mg/g）显著较低，同时甜味氨基酸含量（5.30 mg/g）较高，这有助于降低其苦味。因此，140°C下的挤压结合复合蛋白酶或中性蛋白酶的水解不仅保证了高的酶水解效率，还改善了产品的风味，从而为谷蛋白的高值利用提供了技术支持。

引言

从小麦粉中提取的谷蛋白是一种天然的膳食蛋白，富含必需氨基酸，具有较高的生物相容性、生物降解性和经济价值（Gao X J, 2025）。然而，其强烈的疏水性和较差的溶解性限制了其在低脂食品、婴儿配方奶粉和水产生品中的应用（Song et al., 2025）。

酶修饰已被广泛用于改善谷蛋白的功能特性。尽管酶水解有效提高了谷蛋白的溶解性、乳化能力和消化性（Wang, 2018），但它会导致疏水性氨基酸残留物的暴露或苦味肽的生成。这种风味特性的恶化显著限制了酶水解谷蛋白在高附加值食品中的应用（Ishibashi N, 2016）。因此，在提高功能特性的同时有效抑制苦味的形成，即实现“脱苦”，是谷蛋白酶修饰中的关键挑战（Nasri R, 2022）。

挤压是一种通过热机械处理改变蛋白质高级结构的物理改性方法。随着挤压温度的升高，谷蛋白链会展开，这会破坏一些分子内的二硫键并促进新的分子间二硫键的形成。例如，(Pietsch et al., 2018) 发现当挤压温度升至120°C和160°C时，挤出物中的可溶性二硫键显著减少，表明热量促进了二硫键的重排。Yu et al. (2020) 也报告称，更高的挤压温度减少了谷蛋白中的自由巯基团并增加了二硫键，导致蛋白质通过二硫键交联而聚集。这些变化包括二硫键的形成和疏水基团的埋藏，这两者都直接与苦味的降低有关。Hu et al. (2014) 建议，挤压诱导的分子交联和疏水基团的埋藏可能掩盖了苦味肽的味觉位点，从而在物理层面上减少了苦味。现有研究表明，挤压不仅降低了谷蛋白的表面疏水性并提高了溶解性（Qi M, 2020），还促进了分子交联和疏水基团的埋藏。因此，挤压预处理可以潜在地优化谷蛋白底物进行酶水解，同时改善其功能性和风味（Chen Y, 2020）。

考虑到单一改性方法的局限性，挤压膨胀预处理后进行酶水解已成为一种有前景的策略，用于改善谷蛋白水解物的功能特性并减少苦味。通过挤压膨胀预处理可以改变谷蛋白的结构特征，增加酶切割位点的暴露并减少蛋白质聚集，从而提高后续酶水解的效率并改变水解物的组成（Zhao, 2015）。

然而，挤压膨胀条件（如温度）对谷蛋白的酶水解特性及其后续产生的苦味肽的影响仍很大程度上未经研究（Frederik et al., 2023）。为了填补这一空白，本研究使用了在不同温度（130、140、150和160°C）下挤压的谷蛋白作为底物。温度范围的选定基于Pietsch et al. (2017) 的报告，他们观察到随着挤压温度的升高，可溶性二硫键发生了显著变化。我们比较了碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶和风味酶对水解效率（水解度（DH）和三氯乙酸氮溶解指数（TCA-NSI）的影响，以及风味特性（感官评价和电子舌反应）和化学组成（游离氨基酸）。本研究旨在阐明挤压温度和蛋白酶类型之间的协同机制，并确定最佳的酶水解过程。研究结果预计可以为开发低苦味谷蛋白水解物提供理论基础，有助于建立植物蛋白的“物理预处理-酶修饰”技术体系，促进小麦加工副产品的高值利用，并提高粮食加工行业的经济效益。

部分摘录

原材料

谷蛋白（蛋白质含量80.6%）来自山东宇伟生物技术有限公司（中国山东）。食品级碱性蛋白酶（AP-100A，400,000 U/g）、中性蛋白酶（NP-100a，100,000 U/g）、木瓜蛋白酶（PA-3，800,000 U/g）和复合蛋白酶（EF，600,000 U/g）购自Angel Yeast有限公司（中国）。o-苯二醛、丝氨酸和比色酸（BCA）蛋白定量试剂盒购自Yeasen生物技术有限公司（上海），

不同蛋白酶对挤压谷蛋白水解物DH和TCA-NSI的影响

筛选了最佳的挤压条件及在此条件下最合适的蛋白酶，以研究挤压后谷蛋白的酶水解效率是否得到改善。对在不同挤压温度下处理的谷蛋白进行了酶水解实验，以探讨碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶和风味酶对水解效率的影响。

水解度（DH）反映了蛋白质降解的程度，有助于评估...

结论

本研究探讨了碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、复合蛋白酶和风味酶对130–160°C下挤压的谷蛋白水解物性质的影响。结果证实，140°C是最佳挤压温度，因为在这一温度下处理的谷蛋白水解度和TCA-NSI明显高于其他温度（P < 0.05）。在五种蛋白酶中，风味酶产生的水解度最高（18.62%）；中性蛋白酶产生的TCA-NSI最高（46.2%）；

作者贡献声明

吴燕：撰写 – 审稿与编辑、软件、资源、方法学、研究、概念化。王学东：可视化、验证、监督、项目管理、概念化。傅阳：软件、方法学。肖申生：软件、数据管理。段一帆：软件、正式分析、数据管理。刘向军：资源、研究。彭宇学：软件、研究、数据管理。刘焕清：撰写 – 原稿、方法学、研究、正式

未引用参考文献

Bao et al., 2023; Chen et al., 2020; Deng et al., 2023; Gao et al., 2025; Ishibashi et al., 2016; Kai et al., 2021; Li et al., 2025; Nasri et al., 2022; Pei et al., 2019; Qi et al., 2020; Trevino et al., 2007; Wang et al., 2018; Xu et al., 2021; Zhang et al., 2021; Zhang et al., 2011; Zhao et al., 2015; Zhao et al., 2024.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

本工作得到了湖北省自然科学基金青年项目（2023AFB268）的支持。