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D-氨基半乳糖修饰对玉米醇溶蛋白结构性质及生物活性的影响

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2019年第44卷第7期中国油脂75油料蛋白D-氨基半乳糖修饰对玉米醇溶蛋白结构性质及生物活性的影响曲悦,王晓杰,刘晓兰,丛万锁(齐齐哈尔大学食品与生物工程学院,黑龙江省玉米深加工理论与技术重点实验室,黑龙江齐齐哈尔161006) 摘要:以含有伯胺基团的D-氨基半乳糖为酰基受体,通过谷氨酰胺转氨酶(TGase)催化的糖基化

反应修饰玉米醇溶蛋白,分析了糖基化修饰对玉米醇溶蛋白结构性质及生物活性的影响。红外光 谱的测定结果表明,在TGase的催化下,玉米醇溶蛋白与D-氨基半乳糖发生了共价结合。在D-

氨基半乳糖不存在的反应体系,TGase催化的玉米醇溶蛋白分子间的交联反应发生的概率低,对玉 米醇溶蛋白结构性质的影响较小。与玉米醇溶蛋白相比,D-氨基半乳糖的共价结合使玉米醇溶

蛋白的游离疏基含量降低67.45 |xmol/g,变性温度和总变性焙分别增加& 8 T和31.97 J/g,即糖 基化增加了玉米醇溶蛋白的热稳定性。糖基化修饰使玉米醇溶蛋白的抗氧化活性(包括DPPH自 由基、超氧阴离子自由基和轻自由基清除活性和还原力)和乙醇脱氢酶激活率均显著提高,为进一

步研究糖基化玉米醇溶蛋白的护肝活性奠定了理论基础。关键词:玉米醇溶蛋白;D-氨基半乳糖;糖基化;结构性质;抗氧化活性中图分类号:TS201.21 :TQ645.99

文献标识码:A 文章编号:1003 -7969(2019)07 -0075 -06Effects of Z) - galactosamine modiHcation on structural

properties and biological activities of zeinQU Yue, WANG Xiaojie, LIU Xiaolan, CONG Wansuo(Heilongjiang Key Laboratory of Com Deep Processing Theory and Technology, College of Food and

Bioengineering, Qiqihar University, Qiqihar 161006, Heilongjiang, China)Abstract : With D - galactosamine containing primary amino groups as an acyl acceptor, zein was modi­

fied by glycosylation reaction catalyzed by transglutaminase( TGase) . The effects of glycosylation modifi­cation on the structural properties and biological activities of zein were evaluated. The result of Fourier transform infrared spectra indicated that D - galactosamine covalently conjugated to the zein catalyzed by

TGase. In the reaction system without D - galactosamine, the probability of cross 一 linked reaction of zein molecules catalyzed by TGase was low, and the cross 一 linked reaction had little effect on the structural

properties of z&n. Compared with original zein, the free sulfhydryl groups of the glycosylated zein de・

creased by 67.45 jjcmol/g, the denaturation temperature and the total denaturation enthalpy of the glyco­sylated zein increased by 8.8% and 31. 97 J/g, respectively. These indicated that the thermal stabilityof zein was significantly improved by glycosylation.Meanwhile, antioxidant activities ( including DPPH,

superoxide anion, hydroxyl radical scavenging

收稿日期:2019-01 -18;修回日期:2019-02 -24activities and reducing power ) and alcohol

基金项目:黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目

dehydrogenase activation rate of the glycosylated (粮头食尾)(LTSW201719,LTSW201739);齐齐哈尔市科学 zein increased significantly, which laid the theo・

技术计划项目(GYTG - 201701)作者简介:曲 悦(1996),女,在读硕士,研究方向为植物蛋 retical foundation for further study on the hepato・ 白改性(E-mail)86473000l@qq. comoprotective effects of the glycosylated zein.通信作者:王晓杰,副教授,硕士( E-mail ) wangxiaojie80 @

Key words: zein ; D 一 galactosamine ; glycosyla・ 163. comotion ; structural property ; antioxidant activity76CHINA OILS AND FATS2019 Vol. 44 No. 7按照溶解性的不同,玉米中的蛋白质可以分为

醇溶蛋白、谷蛋白、清蛋白和球蛋白。其中,醇溶蛋

白是玉米中蛋白质的主要成分,占玉米蛋白总量的

50% ~60%[1-2]o醇溶蛋白的氨基酸组成及其分子

内存在的大区域a -螺旋结构,使之具有很强的疏 水性,这一特性限制了玉米蛋白在食品工业的应用。

为了使醇溶蛋白能够应用于食品工业,需要对其进 行改性处理。目前,主要采用化学法对醇溶蛋白进行改性,包 括磷酸化⑶、琥珀酰化⑷与美拉德糖基化等方

法。其中,美拉德糖基化是主要采用的改性方法。 美拉德反应能够在一定程度上改善醇溶蛋白的溶解

性等功能特性,但是存在反应温度高、反应时间长,

有些产物会对人体产生致癌、致突变等毒害作用等 缺点⑺。与美拉德反应相比,谷氨酰胺转氨酶

(TGase)催化的蛋白质与氨基糖之间的酶法糖基化

反应具有反应特异性强、条件温和、食用安全等优 点,显示出良好的应用优势与前景。同时,蛋白质多

肽链中糖基的引入,使得蛋白质的功能性,如溶解 性、热稳定性、凝胶性等得到显著改善,甚至会增加 某些蛋白质的抗氧化性、抑菌性和降低免疫原性等

生理功能心⑵。玉米醇溶蛋白富含谷氨酰胺残基,适合作为

TGase的催化底物。在前期工作中,本课题组已经

建立了 D-氨基半乳糖糖基化修饰玉米醇溶蛋白的 反应体系〔⑶,在此基础上,本实验以D -氨基半乳

糖糖基化修饰的玉米醇溶蛋白为原料,研究糖基化

修饰对玉米醇溶蛋白结构性质及生物活性的影响, 为糖基化玉米醇溶蛋白在食品工业中应用提供理论 依据。1材料与方法1.1实验材料玉米蛋白粉;D -氨基半乳糖,TGase (1 000

U/g),菲洛嗪,5,5,-二硫代双(2 -硝基苯甲酸);1.1 -二苯基-2-三硝基苯耕(DPPH),2-脱氧-

D -核糖,Sigma公司;其他试剂均为分析纯。DF - I集热式磁力加热搅拌器,常州荣华仪器

制造有限公司;Q -20差示扫描量热仪,美国TA仪

器有限公司;DU800紫外可见分光光度计,贝克曼 库尔特商贸(中国)有限公司;Spectrum One傅里叶 变换红外光谱仪,美国Perkin Elmer公司。1.2 实验方法1.2.1玉米醇溶蛋白的制备玉米醇溶蛋白的制备方法参照文献[14]。玉

米蛋白粉经挤压膨化、去淀粉和脱色处理后,用

70%乙醇萃取两次。将两次萃取液浓缩至有微小颗

粒析出,冷冻干燥后获得蛋白质含量为8& 59%的

玉米醇溶蛋白。1.2.2糖基化玉米醇溶蛋白的制备糖基化玉米醇溶蛋白的制备方法参照文献[13]。向玉米醇溶蛋白悬浮液中添加D-氨基半

乳糖(酰基供体与酰基受体物质的量比为1:3),按

60 U/g(以蛋白质量为基准)的加酶量添加TGase,

在pH7.5、37七条件下进行糖基化反应10 h。反应 结束后,85紀热处理5 min,使反应体系中的TGase

失活。冷却至室温,用截留相对分子质量为1 000

Da的透析袋于4乜透析48 h,每隔2 h换一次水,除

去反应体系中未反应的D-氨基半乳糖。透析后的 样品经冷冻干燥后即为糖基化玉米醇溶蛋白。该糖

蛋白的蛋白质含量为80.43% ,糖含量为& 4%。同

时,在上述体系中不加D-氨基半乳糖制备交联玉 米醇溶蛋白。1.2.3玉米醇溶蛋白及其糖基化产物游离疏基含

量的测定采用Ellman' s分光光度法,参照文献[14 ]测定

玉米醇溶蛋白及其糖基化产物游离疏基含量。将

0. 030 0 g待测样品与8 mL含有8 mol/L尿素的pH

为&0的Tris-Gly缓冲液混合,磁力搅拌下溶解

1 h,离心收集上清液。取2 mL上清液,加入2 mL

Tris - Gly缓冲液和40 |iL Ellman' s试剂,混匀后反

应1 h,在412 nm处测定吸光度,以不加样品只加

Ellman's试剂为空白。游离疏基含量(S。)的计算

公式如下:S°=73.---------- 35 xE A----------412 x D式中:S。为游离疏基含量卍mol/g ;編2为412

nm吸光度;C为样品蛋白质质量浓度,mg/mL; D为

稀释倍数。1.2.4玉米醇溶蛋白及其糖基化产物热稳定性的

测定精确称取2. 0 mg待测样品放入铝盒中,压盖机

压盖密封后置于DSC仪器的样品支持器上,以密封 空铝盒作为对照。测定条件:氮气压力0.05 MPa, 升温速率10r/min,温度范围20 ~ 190乜。1.2.5玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的红外光谱

分析称取200 mg KBr粉末,除去其中的水分,充分 研磨后压片作为空白对照。另外取一份KBr,加入

2019年第44卷第7期中国油脂771 mg干燥的待测样品,除去其中的水分,研磨后压

米醇溶蛋白分子中的部分二硫键还原为游离疏基,

片,采用傅里叶红外光谱仪测定波数为4 000 - 400

导致玉米醇溶蛋白本身具有较高的游离疏基含量。 cm\"范围内的红外光谱,分辨率为4 crn-'o与玉米醇溶蛋白相比,虽然TGase催化的交联反应 1.2.6玉米醇溶蛋白及其糖基化产物抗氧化活性

使玉米醇溶蛋白的游离蔬基含量显著增加,但是糖

的测定基化反应使玉米醇溶蛋白的游离蔬基含量显著降 抗氧化活性的测定指标包括DPPH自由基清除

低,可能的原因是糖基化过程中暴露出来的蔬基发

活性、超氧阴离子自由基清除活性、径基自由基清除 生了氧化反应或与二硫化物形成了分子内及分子间 活性和还原力,测定方法参照文献[15]。其中,超

的二硫键。另外,与壳寡糖糖基化玉米醇溶蛋白相

氧阴离子自由基清除活性采用邻苯三酚自氧化法, 比,D -氨基半乳糖糖基化玉米醇溶蛋白的疏基含 径基自由基清除活性采用2 -脱氧-D -核糖法。量下降的幅度较大,可能与D -氨基半乳糖的相对

1.2.7玉米醇溶蛋白及其糖基化产物乙醇脱氢酶

分子质量小而还原性强于壳寡糖有关o激活率的测定2.1.2 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋

采用瓦勒-霍赫法〔⑹。将各种相应反应液加

白热稳定性的影响到试管中,混合后放入25七的水浴锅中,加盖温浴5

对玉米醇溶蛋白和糖基化产物进行DSC测定, min后,立即向测定管中加入0.1 mL 0. 25 U/mL乙

以表征TGase催化的糖基化反应对玉米醇溶蛋白热醇脱氢酶(ADH),摇匀后立即于340 nm处进行时

间扫描,反应5 min,取反应最初的线性部分作图,斜 率记为心。对照管中用0.1 mL蒸懈水取代待测样

品,操作方法同测定管,记斜率为K。。按下式计算

ADH激活率。ADH激活率=* 100%1.2.8数据统计及分析本实验所有数据均为重复实验3次获得,结果 图1玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的DSC曲线表示为“平均值土标准差”。采用Origin JBM SPSS

表2玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的变性温度和总变性焙Statistics 19等数据处理软件对实验数据进行分析。样品变性温度总变性熔/(J/g)2结果与讨论玉米醇溶蛋白

10& 52 ±2. 54a162.45 ±8.98b2. 1 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋白

交联玉米醇溶蛋白 112.08 ±0.91a160.60±11.31b结构性质的影响糖基化玉米醇溶蛋白117. 32 ±10. 13a194.42 ±18.04a2.1.1 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋

由表2可知,酶法糖基化反应使玉米醇溶蛋白

白游离蔬基含量的影响的变性温度和总变性熔都发生了不同程度的上升, 游离疏基是形成二硫键的原体,是影响蛋白质

在整体上提高了玉米醇溶蛋白的热稳定性。与玉米

三级结构的重要参数。因此,通过测定游离疏基含 醇溶蛋白相比,糖基化反应使玉米醇溶蛋白的变性

量的变化情况可以预测蛋白质在结构方面的变化程

温度提高& 8紀,总变性熔提高31.97 J/go结合

度。玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的游离蔬基含量 2. 1. 1中的实验结果,说明D -氨基半乳糖的共价

的测定结果如表1所示。结合使玉米醇溶蛋白的结构变得更加有序,热稳定 表1玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的游离兢基含量性提高,这与壳寡糖糖基化的研究结果及迟玉杰

样品游离疏基含量/(»mol/g)等〔闵的研究结论相一致。但是,与玉米醇溶蛋白相 玉米醇溶蛋白74.06 ±3. 81b比,交联反应使玉米醇溶蛋白的变性温度和总变性

交联玉米醇溶蛋白113.97 ±5. 30a熠变化不显著,说明在D氨基半乳糖不存在的情 糖基化玉米醇溶蛋白6.61 ± 0.82c -况下,TGase催化的玉米醇溶蛋白分子间的交联反 注:表中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)o下同。应发生概率低。由表1可知,玉米醇溶蛋白中游离疏基含量为2.1.3玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的红外光谱74.06 pmol/g,可能是由于二氧化硫浸泡过程将玉

傅里叶红外光谱是目前常用的一种分析糖蛋白

78CHINA OILS AND FATS2019 Vol. 44 No. 7结构的方法,用以判别糖蛋白分子上糖的特征吸收

峰。采用傅里叶变换红外光谱仪测定了玉米醇溶蛋 白及其糖基化产物的红外光谱图,结果如图2所示。波数/cm\"图2玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的红外光谱图由图2可知,与玉米醇溶蛋白相比,糖基化玉米 醇溶蛋白在1 145 ~1 000 cm'1范围内明显不同,而 在此范围内,玉米醇溶蛋白和交联玉米醇溶蛋白基 本没有差异,说明交联反应没有显著影响玉米醇溶 蛋白基团的振动。在1 200 ~ 1 000 cm\"间比较大

的吸收峰主要由两种C-0伸缩振动引起,一种是

C—0—H,-种是糖环的C—0—C,说明糖基化产

物中有糖环的特征吸收峰网。1 080 ~ 1 025 cm-1 处的峰是环状COH.COC和CH2OH的C—0伸缩

振动区岚)。糖基化玉米醇溶蛋白在1 030 cm\"处

的伸缩振动显著增强,说明糖基化玉米醇溶蛋白含 有更多的C-OH,进一步说明在TGase的催化下,

D-氨基半乳糖与玉米醇溶蛋白之间发生了共价

结合。以上结构性质的研究结果表明,在D -氨基半

乳糖不存在的反应体系中,TGase催化的玉米醇溶 蛋白分子间的交联反应发生的概率低,对玉米醇溶

蛋白的结构性质影响较小。另外,在前期的研究中,

已经证实交联玉米醇溶蛋白的抗氧化活性与玉米醇

溶蛋白之间没有显著性差异(P >0.05)⑵]。因此, 在下面的实验中,仅以玉米醇溶蛋白为对照,测定

D-氨基半乳糖的共价结合对玉米醇溶蛋白抗氧化

活性的改善程度。2.2 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋白

抗氧化活性的影响2.2.1糖基化修饰对玉米醇溶蛋白DPPH自由基

清除率的影响DPPH自由基是一种高稳定性的自由基,常被

用于表征物质的抗氧化活性。以玉米醇溶蛋白为对

照,测定糖基化玉米醇溶蛋白对DPPH自由基的清 除能力,结果如图3所示。由图3可知,随着样品质量浓度的增加,玉米醇

溶蛋白及其糖基化产物的DPPH自由基清除率逐渐

增大,且糖基化产物清除DPPH自由基的能力高于 玉米醇溶蛋白。在质量浓度为1.25 mg/mL时,糖

基化玉米醇溶蛋白的DPPH自由基清除率为

59. 09%,比玉米醇溶蛋白高9. 09个百分点。通过

ECm(半最大效应浓度)值的计算,玉米醇溶蛋白及

其糖基化产物清除DPPH自由基的EG。值分别为

1.25 mg/mL和1. 15 mg/mL,说明糖基化修饰改善

了玉米醇溶蛋白对DPPH自由基的清除能力,可能

是由于D -氨基半乳糖可以向DPPH自由基提供氢

原子,使其成为稳定的DPPH - H分子导致的。&、>迷涎集-E血

Hddd图3 Q-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶

蛋白DPPH自由基清除率的影响2.2.2糖基化修饰对玉米醇溶蛋白羟基自由基清

除率的影响起基自由基具有很强的氧化能力,几乎可以和

所有的生物大分子物质(如蛋白质、核酸、脂肪等) 反应,使生物大分子发生严重损坏,造成严重的细胞

学后果。因此,对于抗氧化剂来说,具有清除径基自 由基的能力非常重要。分别测定玉米醇溶蛋白及其

糖基化产物对羟基自由基的清除能力,结果如图4所示

o

3 0

2 5□玉米醇溶蛋白 -旨糖基化玉米醇溶蛋白2 0 1 5 1 0 5 0

0.5

J1.0

质量浓度L1.5/(mg/mL)图4 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶

蛋白径基自由基清除率的影响由图4可知,虽然玉米醇溶蛋白本身具有清除

轻基自由基的能力,但能力较低,而D -氨基半乳糖 的共价结合使玉米醇溶蛋白的羟基自由基清除能力

显著增加。在质量浓度为2. 0 mg/mL时,糖基化玉 米醇溶蛋白的轻基自由基清除率为26. 74% ,比玉

2019年第44卷第7期中国油脂79由图6可知,玉米醇溶蛋白具有一定的还原力,

米醇溶蛋白高16.85个百分点,进一步说明糖基化 玉米醇溶蛋白是良好的氢供体,可以使高活性羟基

且还原力与样品质量浓度之间呈正相关。在质量浓 度为2. 0 mg/mL时,玉米醇溶蛋白的还原力为

自由基被还原。2.2.3糖基化修饰对玉米醇溶蛋白超氧阴离子自

由基清除率的影响0. 154O与玉米醇溶蛋白相比,经D-氨基半乳糖的

共价结合后玉米醇溶蛋白的还原力增加,可能是因 为糖基化修饰产物既是良好的氢供体,也是良好的

超氧阴离子自由基在氧化过程中最早产生,氧 化性虽然相对较弱,但其可以形成羟基自由基等更

电子供体,可以向Fe*提供电子,将其还原成Fe2+ ,

强的活性氧自由基。因此,阻断超氧阴离子自由基

使普鲁士蓝的生成量增加,700 nm处吸光度升高, 糖基化样品的还原力增强”)。的产生可有效中断整个自由基的反应链。分别测定 玉米醇溶蛋白及其糖基化产物对超氧阴离子自由基 的清除率,结果如图5所示。2.3 糖基化修饰对玉米醇溶蛋白乙醇脱氢酶激活

率的影响w

皿用褂B極谜还¥ 鞍

肝脏中乙醇脱氢酶活力是乙醇代谢的关键。因

-ffi此,糖基化产物的乙醇脱氢酶活力是其发挥促酒精 代谢的重要指标。分别测定玉米醇溶蛋白及其糖基

化产物的乙醇脱氢酶激活率,以表征样品的体外促 酒精代谢活性,结果如图7所示。6

5□玉米醇溶蛋白

冒糖基化玉米醇溶蛋白4 3 2 1 0

2.0质量浓度/(mg/mL)图5 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋白

超氧阴离子自由基清除率的影响由图5可知,随着样品质量浓度的升高,玉米醇

&<、專 HQ

V

溶蛋白和糖基化玉米醇溶蛋白的超氧阴离子自由基

清除率均呈现逐渐增大的趋势,且在相同质量浓度

下,糖基化玉米醇溶蛋白的超氧阴离子自由基清除 能力高于玉米醇溶蛋白。在质量浓度为2.0 mg/mL

图7 氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇溶蛋白乙醇脱氢酶激活率的影响时,糖基化玉米醇溶蛋白的超氧阴离子自由基清除 率为15. 16% ,比玉米醇溶蛋白高4.43个百分点,

由图7可知,在质量浓度小于1.0 mg/mL时,

说明糖基化玉米醇溶蛋白分子中具有抗氧化活性的

玉米醇溶蛋白无乙醇脱氢酶的激活活性,在质量浓

氨基酸与D-氨基半乳糖的伯、仲一OH的协同作

度为2.0 mg/mL时,玉米醇溶蛋白的乙醇脱氢酶激 活率也仅为1-56%0与玉米醇溶蛋白相比,糖基化

用,使邻苯三酚在自氧化初期产生的超氧阴离子自 由基形成稳定的分子,从而有效中断整个自由基的

修饰改善了玉米醇溶蛋白对乙醇脱氢酶的激活能

反应链。力,在质量浓度为2.0 mg/mL时,糖基化产物的乙 醇脱氢酶激活率为5.13% ,比玉米醇溶蛋白高3. 57 个百分点,可能是D-氨基半乳糖的共价结合使玉

2.2.4糖基化修饰对玉米醇溶蛋白还原力的影响样品还原能力的强弱可以反映抗氧化性的强

弱。分别测定玉米醇溶蛋白及其糖基化产物的还原 力,结果如图6所示。米醇溶蛋白的溶解性增加,可以与乙醇脱氢酶非共 价结合形成复合物,提高了乙醇脱氢酶反应速率,起 到激活作用⑺)。但是,在相同质量浓度下,D-氨 基半乳糖修饰产物的乙醇脱氢酶激活率低于壳寡糖

修饰产物,可能是因为壳寡糖是多糖,对玉米醇溶蛋

白溶解性改善的程度强于D-氨基半乳糖导致的。3结论本实验以含有伯胺基团的D-氨基半乳糖为酰 基受体,通过TGase催化的糖基化反应修饰玉米醇

图6 D-氨基半乳糖糖基化修饰对玉米醇

溶蛋白,研究了糖基化反应对玉米醇溶蛋白结构性 质及生物活性的影响。红外光谱的测定结果表明,

溶蛋白还原力的影响80CHINA OILS AND FATS2019 Vol. 44 No. 7在TGase的催化下,玉米醇溶蛋白与D -氨基半乳 糖发生了共价结合。与玉米醇溶蛋白相比,D-氨 基半^^糖的共价结合使玉米醇溶蛋白的热稳定性增

强,抗氧化活性(包括DPPH自由基、超氧阴离子自 由基和轻自由基清除活性和还原力)和乙醇脱氢酶

激活率显著提高,但交联反应对玉米醇溶蛋白的结 构性质影响较小。在此基础上,可以开展细胞实验

或动物实验,进一步研究糖基化玉米醇溶蛋白的护 肝活性。参考文献:[1] GIOIA L D, CUQ B, GUILBERT S. Effect of hydrophilic

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