超声波对大豆分离蛋白提取率的影响.pdf

超声波对大豆分离蛋白 提取率及性质的影响 李宝山1 王际英1 张利民1 孟宪菊1 ,2 段培昌1 ,2 1.山东海洋水产研究所 2.上海水产大学 摘 要 将高温脱脂豆粕分别进行先粉碎后超声、 先超声后粉碎和直接粉碎处理之后,提取 大豆分离蛋白(SPI) ,然后用胰蛋白酶和木瓜蛋白酶水解所得SPI并测定其水解度(DH) ,以观察超 声波处理对SPI提取率及性质的影响。结果表明,3个处理的SPI提取率分别为55. 21 %、53. 46 % 和36. 21 % ,蛋白含量分别为79. 74 %、79. 23 %和82. 99 %。胰蛋白酶和木瓜蛋白酶对SPI的水解 度分别为10. 42 %、9. 39 %和7. 35 % ,11. 56 %、10. 53 %和8. 08 %。超声波处理极显著提高大豆 分离蛋白的提取率,但对SPI的蛋白含量无显著影响。此外,超声波处理显著提高木瓜蛋白酶和胰 蛋白酶对SPI的水解度。 关键词 大豆分离蛋白(SPI) 高温脱脂豆粕 水解度(DH) 中图分类号:S816. 32 文献标识码:A 文章编号:1002 - 2813(2008)05 - 0001 - 03 豆粕是优质的蛋白原料,但由于其蛋白含量较 低(43 %48 %) ,所以在蛋白需求较高饲料中的应 用受到了限制。通过一系列物理和化学方法将豆粕 中的蛋白分离出来,得到大豆分离蛋白(SPI) ,其蛋 白含量较高(超过90 %) ,能有效提高饲料中蛋白含 量,因此,SPI可在高档饲料中替代较大部分的鱼 粉。提取SPI的原料通常是低温脱脂豆粕,而目前 国内浸油工业超过90 %采用的是高温脱脂工艺。 高温脱脂豆粕在加工过程中经高温处理,其蛋白质 更有利于动物消化吸收,但由于蛋白质高温变性,不 利于SPI的提取。超声波具有波动和能量2种属 性,对物质有空化效应和机械作用,能显著提高细胞 内容物的提取率。因此,这项试验以碱溶酸沉法从 经超声波处理的高温脱脂豆粕中提取SPI,并以胰 蛋白酶和木瓜蛋白酶水解所得SPI,观察超声波处 理对SPI提取率及性质的影响,为用高温脱脂豆粕 提取SPI提供依据。 收稿日期:2008 - 01 - 14 1 材料与方法 1. 1 试验材料 高温脱脂豆粕购自市场、 氢氧化钠(AR)、 盐酸 (AR)、 木瓜蛋白酶 (600 万U/ g ,上海国药)、 胰蛋白 酶 (250 万U/ g ,上海国药)、 蒸馏水和纯水。 1. 2 试验仪器 高速万能粉碎机(天津,泰斯特)、 超声波处理器 (25 kHz ,上海必能达)、 分析天平(HR - 200)、 半自动 凯氏定氮仪(FOSS ,2100)、 恒温磁力搅拌器(79 - 1 , 江苏国胜)、 离心机(TDL - 50B)和pH计(雷磁, PHS - 3E)。 1. 3 试验方法 试验分为3个处理 :1) 先粉碎后超声处理。 2) 先超声后粉碎处理。 3) 直接粉碎处理。每处理3个 重复。 取部分豆粕用高速万能粉碎机粉碎,全部过60 目筛。分别取100 g未粉豆粕和100 g已粉豆粕置 于500 mL广口瓶中,加300 mL水,充分搅拌均匀, 超声处理15 min。取出倒入托盘中,平铺,60烘 干,将未粉豆粕粉碎,全部过60目筛。 科学试验与研究 饲料研究 FEED RESEARCH NO.5,2008 1 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 半微量凯氏定氮法测定3种处理豆粕中粗蛋白 的含量。105 衡重法测定3种处理豆粕中水分含 量。SPI提取过程见下图: 提取条件如下 :1) 第一次浸提料液比112 ,充 分混匀,1 mol/L NaOH调pH 9. 0 ,搅拌15 min后,静 置30 min。 2) 第二次浸提料液比18 ,充分混匀, 1 mol/L NaOH调pH至9. 0 ,搅拌15 min后,静置 30 min。酸沉用1 mol/L HCl调pH 4. 5 ,停止搅拌, 静置30 min。 半微量凯氏定氮法测定最终提取液中的蛋白含 量。 SPI提取率= P1/ P0100 % P0表示豆粕中蛋白含量(g) ,P1表示最终提取 液中蛋白含量(g)。 取10 mL最终提取液低温烘干,称质量,计算蛋 白含量。 1. 4 SPI水解度的测定 1. 4. 1 酶解条件 木瓜蛋白酶 酶浓度2. 0 % ,pH 7. 0 ,温度 55,水浴12 h。 胰蛋白酶 酶浓度2. 0 % ,pH 8. 0 ,温度60, 水浴15 h。 酶浓度为酶质量与大豆粕中粗蛋白含量的百分 比。 1. 4. 2 酶解过程 对照组在反应开始前加等体积20 %的三氯乙 酸(TCA)终止反应。试验组在酶解反应结束后,取 20 mL酶解液加入20 mL 20 % TCA终止反应。取 10 mL酶解液4 000 r/ min离心20 min ,取上清液,半 微量凯氏定氮法分别测定其蛋白含量。 SPI水解度(DH %) = (N2- N1)/ (N0- N1) 100 % N0表示酶解液中SPI的蛋白含量(g) ,N1表示 对照组上清液中蛋白含量(g) ,N2表示试验组上清 液中蛋白含量(g)。 1. 5 数据处理 采用SPSS11. 5进行ONE - WAY ANOVA分析, 当P 0. 01时,视为差异极显著,当P 0. 05时,视 为差异显著。 2 结果 2. 1 豆粕的基本成分 试验所用豆粕中水分及粗蛋白含量见表1。 表1 3种不同处理豆粕中水分和粗蛋白的含量% 分组水分含量粗蛋白含量 粗蛋白占 干物质百分比 先粉碎后超声组6.270.0846.460.1949.570.21 先超声后粉碎组6.030.0647.480.3250.510.30 直接粉碎组9.120.0644.470.1948.380.21 2. 2 超声波处理对SPI提取率及蛋白含量的影响 由表2可见,3个试验组的SPI提取率分别为 55. 21 %、53. 46 %和36. 21 % ,而蛋白含量分别为 79. 74 %、79. 23 %和82. 99 % ,超声波处理极显著 提高高温脱脂豆粕的SPI提取率,但对SPI的蛋白 含量无显著影响。 表2 超声波处理对SPI提取率及蛋白含量的影响% 分组SPI提取率蛋白含量 先粉碎后超声组55.211.27Aa79.743.11 先超声后粉碎组53.460.54Ab79.231.74 直接粉碎组36.210.56Bc82.992.68 注:同列数据肩注不同小写字母表示差异显著,肩注不同大写字 母表示差异极显著 2. 3 胰蛋白酶及木瓜蛋白酶对SPI水解度的影响 由表3可见,胰蛋白酶对3个组的SPI水解度 分别为10. 42 %、9. 39 %和7. 35 % ,木瓜蛋白酶对 3个组的SPI水解度分别为11. 56 %、10. 53 %和 8. 08 %。超声波处理显著提高胰蛋白酶和木瓜蛋 白酶对SPI的水解度。 表3 胰蛋白酶及木瓜蛋白酶对SPI水解度的影响% 分组胰蛋白酶木瓜蛋白酶 先粉碎后超声组10.420.25a11.560.55a 先超声后粉碎组9.391.40a10.532.07a 直接粉碎组7.350.04b8.081.28b 注同表2 3 讨论 3. 1 超声波处理对SPI提取率的影响 超声波是功率超过20 kHz的声波,具有波动和 能量2种属性,这2种属性对豆粕具有空化作用,对 大豆蛋白具有变性作用。超声波处理提高高温脱脂 科学试验与研究 2 饲料研究 FEED RESEARCH NO.5,2008 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 豆粕SPI提取率的原因主要与这2种作用有关。一 方面由于空化作用,经超声波处理后的豆粕,其细胞 破碎变散,细胞壁被击穿形成空洞。细胞壁破碎后 增大了细胞内容物与溶剂接触的面积,从而提高了 SPI提取率。另一方面由于SPI中7S球蛋白对热和 超声波具有敏感性,在二者作用下易形成聚合物,但 所形成的聚合物并不是相同的,热处理所形成的聚 合物是不可溶的,但超声波处理所形成的聚合物是 可溶的。因此,超声波处理提高高温脱脂豆粕SPI 提取率的主要原因是提高了豆粕细胞内容物和7S 球蛋白的提取率。 3. 2 粉碎粒度对SPI提取率的影响 试验中豆粕粉碎粒度为60目筛,SPI提取率为 36.21 % ,而杨晓泉(2003)等以200目筛豆粕为原 料,其SPI提取率为49. 58 % ,显著高于这项试验结 果。由此可见,粉碎粒度对SPI提取率的影响显著。 豆粕粉碎粒度越小,其表面积越大,大豆细胞壁被破 坏的更严重,豆粉及其细胞内容物与溶剂接触比表 面积越大,越有利于SPI的提取。 3. 3 木瓜蛋白酶和胰蛋白酶对SPI水解度的影响 试验中木瓜蛋白酶对SPI的水解度高于胰蛋白 酶,这是由于酶的特异性造成的,木瓜蛋白酶是一种 含巯基肽链内切酶,有较广泛的特异性。胰蛋白酶 是一种动物性蛋白酶,对Arg和Lys具有特异性。 超声波处理主要增加了SPI中7S球蛋白的含量,而 7S球蛋白的Trp、Met和Cys含量比11S球蛋白高 56倍,Lys含量则较低,因此,木瓜蛋白酶对7S球 蛋白的水解能力高于胰蛋白酶。此外,大豆中还含 有抗胰蛋白酶,尽管热和超声波对其有一定影响,但 并不能完全消除。这二者导致了木瓜蛋白酶对SPI 水解度高于胰蛋白酶。 试验中超声波处理组SPI的水解度高于未处理 组,这是由于底物组成改变造成的。SPI中的主要 组分是7S和11S球蛋白,而11S球蛋白亚单位之间 和亚单位内部通过双硫键或疏水键发生聚合,相对 难和蛋白酶结合反应。超声波处理主要增加了SPI 中7S球蛋白的含量,因此,超声处理组底物中7S球 蛋白的比例增加,从而提高了酶解的水解度。 与商品SPI相比,木瓜蛋白酶与胰蛋白酶对试 验中超声波处理组所得SPI水解度差异不大,说明 高温脱脂豆粕在超声波处理后所得的SPI与低温脱 脂豆粕所得的SPI性质差异不大,但与直接粉碎组 所得SPI性质差异显著。 4 结论 超声波处理能显著提高高温脱脂豆粕的SPI提 取率,但对SPI中蛋白含量无显著影响。超声波处 理显著提高胰蛋白酶和木瓜蛋白酶对SPI的水解 度。 参考文献 1姜光丽.大豆分离蛋白和去皮豆粕对幼建鲤体蛋 白沉积的影响.大连水产学院学报,2005 ,20(3) : 198 - 202 2黄友如,华欲飞,裘爱泳.醇洗豆粕对大豆分离蛋 白功能性质的影响() 凝胶性能.中国油脂, 2003 ,28(10) :54 - 57 3肖凯军,高孔荣,曾庆孝.木瓜蛋白酶水解大豆分 离蛋白的研究.广州食品工业科技,1996 ,12(1) : 1 - 6 4黄丹.胰蛋白酶水解脱脂豆粕的研究.四川轻化 工学院学报,2004 ,17(2) :46 - 48 5 王志民,袁永俊,张艳萍,等.水解动物蛋白 (HAP)的酶法制备及应用.四川工业学院学报, 2000 ,19(2) :93 - 94 6韩国军,孙艳娟,韩丽娟.超声波对豆粕的影响. 长春师范学院学报,2002 ,21(2) :55 - 56 7Wang L C. Soybean protein agglomeration: promotion by ultrasonic treatment. J. Agric. Food Chem. ,1982 (29) :177 8杨晓泉,熊犍,陈中,等.低频超声对豆粕蛋白浸 出率及SPI功能特性的影响.华南理工大学学报 (自然科学版),2003 ,31(11) :30 - 33 9杨涛,马传国,李庆鹏,等.不同工艺条件对大豆 分离蛋白7S和11S