1 华中农业大学工学院, 湖北 武汉 430070
3 华中农业大学动物遗传育种与繁殖教育部实验室, 湖北 武汉 430070
4 宁夏回族自治区畜牧工作站, 宁夏 银川 750002
5 宁夏回族自治区兽药饲料监察所, 宁夏 银川 750011
为了找到一种能够对牛乳中的两种主要过敏原(αs1和κ-酪蛋白)含量快速检测的方法, 以河南、 湖北、 宁夏和内蒙古四省区的211份中国荷斯坦牛牛乳样本为研究对象, 建立了基于傅里叶变换中红外光谱技术的牛乳中αs1和κ-酪蛋白含量的无损快速检测模型。 首先对牛乳的原始光谱进行预分析, 发现水对牛乳的光谱吸收具有很强的干扰, 对水的两个主要吸收区域1 597~1 712和3 024~3 680 cm-1进行分析, 发现水的吸收区域1 597~1 712 cm-1和蛋白的部分吸收区域1 558~1 705 cm-1(酰胺Ⅰ)基本重合, 通过对比去除1 597~1 712 cm-1前后的效果, 最终选择925.92~3 005.382 cm-1的光谱区域作为敏感波段用于后续分析。 选取的全光谱经手动降维, 利用MCCV剔除异常样本, 分别采用标准正态变量变换(SNV)、 多元散射校正(MSC)等8种预处理算法和竞争性自适应重加权算法(CARS)、 无信息变量消除法(UVE)等3种特征选择算法联合建立支持向量机回归模型(SVR)。 经检验, 对于αs1-酪蛋白, 一阶导数和CARS算法结合建立的SVR模型效果最优, 训练集相关系数Rc和测试集相关系数Rp分别为0.882 7和0.899 8, 训练集均方根误差RMSEC和测试集均方根误差RMSEP分别为1.136 3和1.372 6; 对于κ-酪蛋白, 一阶差分和UVE算法结合建立的SVR模型效果最优, 训练集相关系数Rc和测试集相关系数Rp分别为0.880 8和0.890 3, 训练集均方根误差RMSEC和测试集均方根误差RMSEP分别为0.534 5和0.535 4。 研究结果表明, 基于傅里叶变换中红外光谱技术建立的SVR模型可以对牛乳中的过敏原αs1和κ-酪蛋白含量进行无损检测, 预测效果良好, 此研究弥补了国内利用光谱技术对牛乳中的酪蛋白进行无损快速检测的空白。
中红外光谱 牛乳 αs1-酪蛋白 κ-酪蛋白 无损检测 Medium infrared spectrum Cow’s milk αs1-casein κ-casein Nondestructive testing 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3688
应用FLS920P型稳态和时间分辨荧光光谱仪, 对三种品牌不同脂肪含量的纯牛奶和鲜奶(共9种)进行了荧光光谱的测量。 9种牛奶样品的三维荧光光谱显示, 牛奶的荧光峰值波长为349 nm左右, 半高宽为66 nm左右, 最佳激发波长为291 nm左右, 平均寿命为4.6 ns左右, 实验表明9种牛奶的荧光光谱除荧光强度外基本一致。 实验测得酪蛋白溶液的荧光峰值波长为344 nm, 半高宽为66 nm, 最佳激发波长为295 nm, 荧光寿命为4.1 ns。 酪蛋白的荧光峰值波长和荧光寿命与牛奶基本一致, 对比牛奶中其他荧光物质后, 推断牛奶的主要荧光物质为酪蛋白。 进一步探究9种牛奶荧光强度的差别, 对比9种牛奶最佳激发波长下的荧光发射光谱, 相同品牌的全脂牛奶荧光强度明显低于脱脂牛奶。 对比全脂牛奶、 脱脂牛奶和离心处理的全脂牛奶归一化后的荧光光谱, 离心后的全脂牛奶荧光强度介于全脂和脱脂之间, 离心使得脂肪减少, 散射降低, 从而导致荧光强度的增强。 牛奶的荧光发射全谱显示全脂牛奶的瑞利散射强度明显高于脱脂牛奶, 全脂牛奶的脂肪含量高, 散射强, 激发光入射全脂牛奶后更多地被散射, 导致全脂牛奶的瑞利散射强度高于脱脂牛奶。 光透过率曲线显示全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶, 入射光通过全脂牛奶时, 除了一部分被酪蛋白吸收以外, 还有一部分因脂肪的散射而损失, 透过率减小, 使得全脂牛奶的透过率都低于脱脂牛奶。 使用荧光光谱技术在不进行预处理的情况下对牛奶进行检测, 确定了牛奶的主要荧光物质, 并对全脂牛奶和脱脂牛奶荧光强度存在差别的原因进行了解释。
牛奶 三维荧光光谱 时间分辨荧光光谱 酪蛋白 散射 Milk Three-dimensional fluorescence spectra Time-resolved fluorescence spectra Casein Scattering
1 乳品科学教育部重点实验室（东北农业大学）, 黑龙江 哈尔滨 150030
2 东北农业大学医院, 黑龙江 哈尔滨 150030
羊乳β-酪蛋白比牛乳β-酪蛋白更容易被婴幼儿消化吸收, 主要原因是二者结构的不同。 目前对牛乳β-酪蛋白结构的研究较多, 但对羊乳β-酪蛋白的结构以及羊乳和牛乳β-酪蛋白结构差异的研究还鲜有报道。 蛋白质二级结构的信息可由光谱获得, 其中圆二色光谱是利用蛋白质分子中具有光学活性的生色基团对左、 右平面圆偏振光吸收不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定溶液状态下的蛋白质样品, 使蛋白质构象更接近其生理状态, 而且具有快速简便, 对构象变化灵敏等优点; 红外光谱则是利用蛋白质分子在振动过程中不同化学键或官能团对红外光吸收频率不同, 对蛋白质结构进行表征的方法, 可以测定固体状态下的蛋白质样品, 具有扫描速度快、 分辨率高、 可测波长范围广、 不易受蛋白质样品的分子大小和外界条件影响等优点。 圆二色光谱和红外光谱已被广泛应用于蛋白质构象的研究中, 但是结合使用这两种方法分析β-酪蛋白结构的研究还鲜有报道。 因此, 该研究采用圆二色光谱和红外光谱比较羊乳和牛乳β-酪蛋白的结构特点, 并利用分光光度法对二者的巯基含量及溶解性进行了分析, 从功能性质方面的不同对两种蛋白结构的差异进行更好的说明。 圆二色光谱测得羊乳和牛乳β-酪蛋白二级结构中主要以无规卷曲为主, 但羊乳β-酪蛋白的无规卷曲含量（50.2%±0.16%）显著高于牛乳β-酪蛋白（43.8%±0.14%）, 其有序结构中α-螺旋含量（2.7%±0.21%）、 β-折叠含量（15.3%±0.08%）显著低于牛乳β-酪蛋白（4.3%±0.13%, 19.5%±0.12%）, β-转角含量分别为31.8%±0.11%和32.4%±0.09%, 差异不显著; 红外光谱测得羊乳β-酪蛋白二级结构中α-螺旋、 β-折叠、 β-转角含量分别比牛乳β-酪蛋白低18%~20%, 9%~10%, 0.6%~1%, 无规卷曲含量比牛乳β-酪蛋白高17%~19%。 对两种蛋白功能性质的研究表明, 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白表面巯基含量基本一致19~20 μmol·g-1, 但羊乳β-酪蛋白总巯基含量［（28.35±0.13） μmol·g-1］显著低于牛乳β-酪蛋白［（46.72±0.21） μmol·g-1］; 羊乳β-酪蛋白与牛乳β-酪蛋白的等电点较为接近（pH为4~5）, 且在等电点附近前者的溶解性低于后者, 而远离等电点时前者溶解性则高于后者。 研究结果说明与牛乳β-酪蛋白相比, 羊乳β-酪蛋白分子的无序性和柔韧性更高, 胶束内部结构更加的柔软疏松。
羊乳 牛乳 β-酪蛋白 圆二色光谱 红外光谱 二级结构 Goat milk Bovine milk β-casein Circular dichroism Fourier transformation infrared spectroscopy Secondary structure
1 甘肃农业大学食品科学与工程学院, 甘肃 兰州 730070
2 甘肃省功能乳品实验室, 甘肃 兰州 730070
3 中国农业大学教育部功能乳品重点实验室, 北京 100083
4 中国农业大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心, 北京 100083
酪蛋白酸钠作为一种良好的乳化剂和乳化稳定剂, 对乳饮料品质具有重要的作用。 蔗糖作为甜味剂, 可以提高乳饮料的口感。 但酪蛋白结构和性质很容易受到其所处的微环境的影响, 为了分析蔗糖对酪蛋白酸钠结构及其乳化性的影响, 利用荧光光谱技术探讨了酪蛋白酸钠荧光光谱和表面疏水性的变化, 利用动态光散射技术分析了酪蛋白酸钠乳液液滴流体力学直径的变化, 利用Turbiscan光谱学稳定性测试评价了酪蛋白酸钠乳液的背散射光强度变化以及稳定性指数(TSI)。 结果表明: 蔗糖会使酪蛋白酸钠发生内源荧光猝灭, 猝灭速率常数KS＜2.0×1010 L·mol-1·s-1, 属于动态猝灭, 未形成稳定的基态配合物, 表明两者仅以较弱的氢键和疏水相互作用结合。 酪蛋白酸钠的表面疏水性显著增强(p＜0.05), 部分酪蛋白酸钠聚集程度增加, 形成了可溶性聚集体。 随着蔗糖浓度的增加, 酪蛋白酸钠乳液流体力学直径增大, 是高压均质时蛋白聚集体在油水界面上优先吸附的结果。 背散射光强度结果显示随着蔗糖浓度的增加, 乳液越不易产生分层、 浓度变化、 乳滴迁移等不稳定性现象。 稳定性指数显著增大(p＜0.05), 乳液稳定性增强。
蔗糖 酪蛋白 表面疏水性 乳化性 乳化稳定性 Sucrose Sodium caseinate Surface hydrophobicity Emulsibility Emulsion stability 光谱学与光谱分析
2017, 37(10): 3127
中国计量学院 光学与电子科技学院, 杭州 310018
采用荧光光谱和荧光寿命技术研究了温度对奶粉荧光特征的影响.通过比较奶粉与酪蛋白、乳糖及维生素的荧光光谱, 确定了奶粉的荧光主要来自酪蛋白的贡献.随着温度的升高, 奶粉和酪蛋白的荧光强度减小, 其中幼儿配方奶粉和成人普通奶粉的荧光强度随温度升高减小的趋势基本相同, 而婴儿配方奶粉的荧光强度随温度的升高出现了一个相对变化缓慢的平台区, 酪蛋白的荧光强度随温度升高呈缓慢下降的趋势, 下降的速度比奶粉的要缓.酪蛋白加热到90℃然后冷却至25℃, 荧光强度部分恢复, 说明一部分蛋白质的结构变化或者荧光基团的活性变化是可逆的.测量了不同温度下奶粉和酪蛋白的荧光寿命.奶粉和酪蛋白的荧光寿命曲线在双指数拟合之后, 都有两个寿命, 这两个寿命可能来自于色氨酸和苯丙氨酸.随着温度的升高, 奶粉和酪蛋白的两个荧光寿命都减小.
荧光光谱 荧光寿命 奶粉 酪蛋白 温度 氨基酸 Fluorescence spectroscopy Fluorescence lifetime Milk Casein Temperature Amino acids 光子学报
2016, 45(7): 070730004
1 国家乳业工程技术研究中心, 黑龙江省乳品工业技术开发中心, 黑龙江 哈尔滨 150028
2 东北农业大学食品学院, 乳品科学教育部重点实验室(东北农业大学), 黑龙江 哈尔滨 150030
3 食品安全与营养协同创新中心, 黑龙江 哈尔滨 150028
人乳中β-酪蛋白为婴儿的快速生长提供了最适宜的氨基酸、钙磷等。以往的研究均是对牛乳的β-酪蛋白二级结构进行分析, 而牛乳β-酪蛋白对婴儿配方乳的指导意义不如人乳β-酪蛋白, 且人乳β-酪蛋白难以获得合适的蛋白晶体, 其三级结构不清楚。为了获得中国人乳β-酪蛋白二级结构的相关基础信息, 采用圆二色光谱(CD)法和拉曼光谱(Raman)法分析在不同pH条件下其二级结构的变化, 结果表明: pH值的改变能够诱导中国人乳β-酪蛋白二级结构的改变, CD分析表明β-酪蛋白各部分的二级结构分别是: 0.5%~2% α-螺旋, 16%~18% β-折叠, 30%~34% β-转角, 49%~51% 无规则卷曲;随着pH的增加, 部分结构发生了变化, α-螺旋在pH 8处含量增加, 而在pH 10处含量减小。拉曼光谱分析表明: β-酪蛋白在酰胺I的特征峰在1 662 cm-1处, 分析出β-酪蛋白的无规则卷曲含量较高。同时, 根据I850/I830的比值计算出β-酪蛋白的酪氨酸残基趋向于“暴露式”。圆二色光谱和拉曼光谱都证明了人乳β-酪蛋白二级结构中无规则卷曲的含量最高, 而β-折叠和β-转角含量保持相对的稳定。并且, 在pH 8条件下, α-螺旋含量高于在其他pH条件下的含量。
圆二色光谱 拉曼光谱 人乳β-酪蛋白 二级结构 pH值 Circular dichroism Raman spectroscopy Human milk β-casein Secondary structure pH
太原理工大学化学化工学院, 山西 太原 030024
酪蛋白酸钠(sodium caseinate, SC)所制的可食食品包装膜能有效延缓食品中水份的迁移和扩散以及阻止氧气的氧化等从而对食品起到很好地保鲜和保护作用, 由于酪蛋白亲水性较强, 使其所制膜阻水性和机械性能均较差, 甘油(glycerol, G)作为添加剂可以增强酪蛋白酸钠膜的韧性和阻水性, 为进一步阐明G和SC之间的作用方式及对酪蛋白酸钠结构产生的影响, 本实验利用荧光光谱、傅里叶红外光谱和紫外光谱特性对它们的作用方式进行了研究。结果表明: G的加入可以使SC的荧光强度降低, 由荧光强度变化速率和甘油的浓度的双对数回归曲线得出了G和SC的结合常数为1.127×103 L·mol-1和结合位点数为1.161, 得出G和SC分子之间结合方式为弱化学键;虽然添加G前后SC的红外光谱的吸收峰几乎相同, 但吸收强度存在较大差异, 说明SC二级结构受到了影响, 使得β折叠β-转角结构减少, α螺旋、无规则卷曲、结构显著增多, 以及分子间氢键加强;分析紫外光谱得出, G的加入没有改变SC肽键的结构, 而是与SC以非共价键的方式结合形成分子质量更大的聚合物并使吸收峰值强度下降。该研究从分子的角度揭示了G和SC分子间的作用方式。
甘油 酪蛋白酸钠 光谱特性 结合常数 二级结构 Glycerol Sodium caseinate Spectral characteristics Binding constant The secondary structure
1 中国农业大学食品科学与营养工程学院, 食品质量与安全北京实验室, 北京100083
2 阿尔伯塔大学, 加拿大埃德蒙顿市
3 甘肃农业大学食品科学与工程学院, 甘肃 兰州630070
综合运用动态光散射光谱、 荧光光谱和高效液相-紫外光谱法检测钙离子对酪蛋白胶束结构的影响。 外源添加的钙离子的浓度从0增加至12 mmol·L-1的过程中, 酪蛋白胶束的外源ANS荧光强度和浊度一直增大, 但是其体积平均直径和胶束的多分散指数是一直下降。 同时, 当外源添加的钙螯合剂（柠檬酸根）离子的浓度从0 增加至12 mmol·L-1的过程中, 酪蛋白胶束的外源ANS荧光强度和浊度一直减小, 但是酪蛋白胶束的体积平均直径、 胶束的多分散指数和胶束的稳定性是增大的。 因此, 在对酪蛋白胶束的结构影响方面, 钙离子和柠檬酸根离起到了相反的作用。 研究证实, 外源钙离子可以有效地调节酪蛋白胶束的结构, 进而改善其功能特性。
光谱 钙离子 酪蛋白胶束 结构 Casein micelles Calcium ions Structures Spectroscopy
1 国家乳业工程技术研究中心, 黑龙江省乳品工业技术开发中心, 黑龙江 哈尔滨150028
2 乳品科学教育部重点实验室(东北农业大学), 黑龙江 哈尔滨150030
3 东北农业大学食品学院, 黑龙江 哈尔滨150030
β-酪蛋白是人乳酪蛋白的主要成分, 但它在牛乳中的含量却很小。 β-酪蛋白在两者中含量的差异, 是人乳比牛乳更易消化的原因之一, 研究人乳与牛乳β-酪蛋白结构和功能的差异, 对研制出更适合婴儿肠道的, 新型人乳模拟型婴儿配方奶粉具有指导性的意义。 用紫外分光光度法研究人乳β-酪蛋白和牛乳β-酪蛋白的溶解性、 巯基含量、 乳化性等功能性质, 用荧光光谱和红外光谱分析比较两种蛋白的结构特点。 两种蛋白等电点十分接近(pH 4.0～5.0), 在等电点附近时, 人乳β-酪蛋白的溶解性(10.83%)低于牛乳β-酪蛋白(11.83%), 而偏离等电点时人乳β-酪蛋白具有更高的溶解性, 人乳β-酪蛋白的乳化活性指数(110~140 m2·g-1)高于牛乳β-酪蛋白(70～130 m2·g-1), 两种蛋白的表面巯基(SH)相似［(18.47±0.08)和(18.67±0.17) μmol·g-1］, 而牛乳β-酪蛋白总巯基的含量［(47.46±0.23) μmol·g-1］大于人乳β-酪蛋白［(26.17±0.12) μmol·g-1］, 两种蛋白官能团相似, 均含有β-折叠结构, 人乳β-酪蛋白的氢键数量和内部的疏水性均小于牛乳β-酪蛋白。 结果表明, 人乳β-酪蛋白比牛乳β-酪蛋白具有更少的α-螺旋和β-折叠等二级结构, 具有更疏松灵活的三级结构, 同时也具有更高的分子的表面活性。
人乳β-酪蛋白 牛乳β-酪蛋白 光谱研究 功能特性 结构特性 Human milk β-casein Bovine milk β-casein Spectroscopic study Functional properties Structural characteristics 光谱学与光谱分析
2014, 34(12): 3281
湖南大学生物学院, 化学生物传感与计量学国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
利用实时荧光定量PCR技术研究6个酪蛋白激酶基因在不同组织中的表达特性。结果表明: 6个基因在各个器官中均有表达, 但表达量不同。AT4G14340、AT3G23340、AT1G03930和AT3G03940基因在花中表达量最高, 在根中其次, 在茎、叶和叶柄中的表达量最低; AT1G04440和AT4G26100基因在根中的表达最高, 在花、茎、叶和叶柄中的表达量较低。对6个基因的碱基组成、核苷酸和氨基酸序列差异进行了比较。结果显示: 它们的核苷酸组成情况为A>T>G>C, 核苷酸同源性在60%~83%之间, 氨基酸同源性在20%~79%之间。对启动子区域进行分析, 发现含有多种与逆境诱导相关的调控元件, 推测这6个基因与植物耐逆性有一定关系。
拟南芥 酪蛋白激酶基因 组织表达 生物信息学分析 Arabidopsis casein kinase genes tissue expression bioinformatic analysis
