超音波アシストpHシフト処理による菜種タンパク質の修飾。超音波モードと周波数のスクリーニング、タンパク質の溶解度と構造特性の変化。

Modification of rapeseed protein by ultrasound-assisted pH shift treatment: Ultrasonic mode and frequency screening, changes in protein solubility and structural characteristics.

• Yihe Li
• Yu Cheng
• Zhaoli Zhang
• Yang Wang
• Benjamin Kumah Mintah
• Mokhtar Dabbour
• Hui Jiang
• Ronghai He
• Haile Ma

抄録

菜種タンパク質単離株（RPI）の微小粒子、分子、空間構造に及ぼす超音波によるpHシフト処理の影響を調べた。様々な超音波周波数モード(固定、スイープ)を用いた。粒子径、ゼータ電位、ドデシル硫酸ナトリウムポリアクリルアミドゲル電気泳動（SDS-PAGE）、走査型電子顕微鏡（SEM）、遊離スルフヒドリル（SH）、表面疎水性（Ho）、フーリエ変換赤外スペクトル（FTIR）、蛍光強度を指標としたタンパク質の特性評価を行い、RPIの溶解性と構造特性の変化を明らかにした。その結果、超音波の周波数と作動モードが構造を大きく変化させ、RPIの溶解度を変化させることがわかった。20"Zs_A0"kHzの固定周波数での超音波モードは、RPIの溶解度に最も効果があった。pH12.5の超音波モードでは、溶解度は8.90%から66.84%に上昇し、分子構造の変化は粒子が小さくなった(330.90から115.77へ)ことを特徴とした。90から115.77"Zs_A0"nmへ）、高いゼータ電位（-17.95から-14.43"Zs_A0"mV、p"Zs_A0"<"Zs_A0"0.05）、および遊離スルフヒドリルの増加（11.63から24.50"Zs_A0"μmol/gへ）を特徴とする分子構造の変化が、コントロールと比較して見られた。同様に、表面疎水性は、コントロールと比較して、増加し（2053.9から2649.4へ、p"Zs_A0"<"Zs_A0"0.05）、一方、ɑ-helixおよびランダムコイルは減少した（p"Zs_A0"<"Zs_A0"0.05）。蛍光分光法及びFTIR分光法により、RPIの二次構造及び三次構造が変化していることが示された。これらの観察から、RPIの構造変化が溶解性に直接影響を与える要因であることが明らかになった。結論として、超音波を用いたpHシフト処理は、タンパク質の修飾に有効な方法であり、食品産業への応用が期待できることが証明された。

We investigated the effect of ultrasound-assisted pH shift treatment on the micro-particle, molecular, and spatial structure of rapeseed protein isolates (RPI). Various ultrasonic frequency modes (fixed, and sweep) was used. Protein characterization by the indexes: particle size, zeta potential, sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE), scanning electron microscopy (SEM), free sulfhydryl (SH), surface hydrophobicity (Ho), Fourier transform infrared Spectrum (FTIR) and fluorescence intensity was studied to elucidate the changes in solubility and structural attributes of RPI. The results showed that ultrasonic frequency and working modes substantially altered the structure, and modified the solubility of RPI. Ultra + pH mode at fixed frequency of 20 kHz had the best effect on the solubility of RPI. Under the condition of ultra + pH mode, 20 kHz at pH 12.5, solubility, compared to control, increased from 8.90% to 66.84%; and the change in molecular structure of RPI was characterized by smaller particles (from 330.90 to 115.77 nm), high zeta potential (from -17.95 to -14.43 mV, p < 0.05), and increased free sulfhydryl (from 11.63 to 24.50 µmol/g) compared to control. Likewise, surface hydrophobicity increased (from 2053.9 to 2649.4, p < 0.05), whilst ɑ-helix and random coil decreased (p < 0.05), compared to control. The fluorescence spectroscopy and FTIR spectroscopy showed that the secondary and tertiary structure of the RPI were altered. These observations revealed that changes in RPI structure was the direct factor affecting solubility. In conclusion, ultrasound assisted pH shift treatment was proven to be an effective method for the modification of protein, with promising application in food industry.

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