（食品科学专业论文）芝麻饼粕蛋白及其酶解产物的功能特性研究.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 我国是芝麻( s e s a m e ) 生产大国，芝麻饼粕是芝麻榨油后的副产品，我国 年拥有量超百万吨。芝麻饼粕蛋白含量约5 0 左右，营养价值全面，其n p u 为5 6 ，p e r 为1 8 。芝麻蛋白与其他植物蛋白相比，所含的氨基酸除赖氨酸 略低外，其他氨基酸可以与牛肉或酪蛋白相媲美，接近或达到f a o w h o 建议的优质蛋白。 论文以芝麻饼粕为原料，对芝麻饼粕蛋白的制备方法、食用安全性、 功能性质、酶解条件及其产物活性等进行了研究，以期为芝麻饼粕蛋白的 工业化生产及在食品工业中的应用提供试验依据。主要研究内容和结果如 下： 1 以蛋白质提取率为指标，对芝麻饼粕蛋白的制备工艺进行了研究。 结果如下：料液比1 ：2 0 、p i l l 2 、提取温度7 5 。c ：提取时间2h 、提取次数1 次；喷干条件为：进风温度i8 5 。c 、进料速度7 0m l m i n 、进料浓度3 0 ； 在此工艺条件下，所制备的芝麻饼粕蛋白粉的蛋白含量为8 2 8 7 ，提取率为 6 8 4 。 2 小鼠急性毒性试验结果表明：芝麻饼粕蛋白l d 5 0 1 5 0 0 0m g k g ，属 无毒级别。各个灌胃剂量组对小鼠的体重影响不明显，对小鼠的脏器指数 与血清指标的影响也不显著。说明食用芝麻饼粕蛋白是安全的。 3 为促进芝麻饼粕蛋白的深入应用，研究了芝麻饼粕蛋白的酶解及其 产物的抗氧化活性。结果表明：酶解芝麻饼粕蛋白抗氧化活性显著高于芝 麻饼粕蛋白。且0 0 2 的酶解芝麻饼粕蛋白具有较好的抑制猪油氧化的作 用，可使猪油过氧化值从1 2 6 6m e q k g 降低至4 5 4m e q k g 。酶解芝麻饼粕 i 江苏大学硕士学位论文 蛋白对冷藏熟肉糜脂质过氧化具有抑制作用，抑制能力由强到弱的顺序为 s p 3 s p s p 2 s p l 。 4 对芝麻饼粕蛋白及其酶解产物的加工特性进行了研究，结果表明： 随p h 的升高，乳化时间的延长，两种蛋白的乳化活性( e a i ) 均逐渐增大。 分离蛋白的乳化稳定性( e s i ) 随p h 变化较大，水解蛋白乳化稳定性随p h 变化较小，稳定性低于分离蛋白；水解蛋白的氮溶解度指数( n s i ) 比分离 蛋白的高；随着p h 的上升，两种蛋白的起泡能力( f c ) 和泡沫稳定性( f s ) 均由高到低的变化。而两者的f s 在p h 高于9 时，起泡稳定性几乎为零， 说明两种蛋白在碱性范围内溶解性较高；水解蛋白的持水力( w h c ) 高于 分离蛋白，但是吸油性( o a c ) 比分离蛋白低；p h 小于7 时，两种蛋白的 粘度随p h 的增大先增后减，水解蛋白的粘度要低于分离蛋白。 关键词：芝麻饼粕，蛋白质，提取制备，功能性质，应用 i i 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t o u rc o u n t r yi sab i gp r o d u c t i o no fs e s a m e ，a st h eb y p r o d u c to fs e s a m e p r o c e s s i n gi sm o r et h a n7 0t h o u s a n d st o n sa n n u a l l y t h es e s a m ec a k ea l w a y sb e u s e dt ob ef e e do rm u c k ，c a u s e das e r i o u sw a s t eo fr e s o u r c e s t h ep r o t e i n c o n t e n to fs e s a m ec a k ec o u l dr e a c hu pt o5 0 ，h i g h e rn u t r i t i o n a lv a l u e ，t h en p u i sa b o u t5 6 ，p e ri sa b o u t1 8 c o m p a r e dw i t ho t h e rv e g e t a b l ep r o t e i n ，t h e s e s a m ec a k ep r o t e i ni sr i c hi ns u l f u ra m i n oa c i d s ，p a r t i c u l a r l yi nm e t ，w h i c h s i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a no t h e rv e g e t a b l ep r o t e i n ，a n dn oa n t i n u t r i t i o n a lf a c t o r e x c e p tl y s i n e ，o t h e ra m i n oa c i d sa tt h el e v e lo fc a s e i na n db e e f , n e a to rc a t c ht h e f a o w h or e c o m m e n d e d h i g h - q u a l i t yp r o t e i n i nt h i sp a p e r , w ec h o o s e dt h es e s a m ec a k ea sr a wm a t e r i a l w es t u d i e dt h e e x t r a c t i o na n dp r e p a r a t i o nm e t h o d s ，f o o ds a f e t y , h y d r o l y s i sc o n d i t i o n s ，t h e a c t i v i t ya n da p p l i c a t i o no fp e p t i d e s ，f u n c t i o n a lp r o p e r t i e so ft h es e s a m ec a k e p r o t e i n i na i m t os u p p l yr e f e r e n c e sf o ri n d u s t r i a l i z e dp r o d u c t i o na n da p p l i c a t i o n i nf o o di n d u s r y t h ep r i n c i p a lc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： 1 u s ep r o t e i ne x t r a c t i o nr a t ea st h ei n d e xt oi n v e s t i g a t et h ep r e p a r t i o no f p r o t e i nf r o ms e s a m e t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h eo p t i m a lt e c h n i c a lc o n d i t i o n f o rt h ee x t r a c t i o ni sp i ll2 ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e7 5 ，e x t r a c t i o nt i m e2h e x t r a c t i o nn u m b e rl ，s o l i d - l i q u i dr a t i ol ：2 0 s p r a y - d r y i n gc o n d i t i o n sa r ea s f o l l o w s ：i n l e tt e m p e r a t u r e18 5 。c ，t h ef e e dr a t eo f 7 0m l m i n ，f e e dc o n c e n t r a t i o n 3 0 a tt h i sc o n d i t i o n s ，t h ep r e t i nc o n t e n ti nt h ep r o d u c tw a s8 2 8 7 ，e x t r a c t i o n r a t ew a s6 8 4 2 t h ea c u t et o x i c i t yt e s ts h o w e dt h a t ，h a l fl e t h a ld o s eo ft h es e s a m ec a k e p r o t e i nw a sh i g h e rt h a n15 0 0 0m g k g ，w h i c hi sb e l o n gt on o n - t o x i cl e v e l f o u r k i n d so fd o s ea r en o ts i g n i f i c a n t l ya f f e c t e dt h eb o d y w e i g h ta n ds e r u mi n d i c a t o r s i n d e x w h a ti ss h o w e dt h es e s a m ec a k ep r o t e i ni ss e c u r i t y 3 f o rp r o m o t es e s a m ec a k ep r o t e i ni n - d e p t ha p p l i c a t i o n ，w es t u d i e dt h e i i i 婆蔓奎堂堡主堂垡笙奎 一 i_ - h _ _ 一一_ _ _ 一 e n z v m a t i ca n da n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs e s a m ec a k ep r o t e i n t h er e s u l t si n d i c a t e d t h a t ：t h ea n t i o x i d a n ta c t i v i t yo fs pi ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a n s e s a m ec a k e p r o t e i n 0 0 2 s e s a m ep e p t i d eh a sas t r o n gr o l ei ni n h i b i t i n gt h eo x i d a t i o no f 1 a r d i tc a nm a k et h ep e r o x i d ev a l u ef r o m12 6 6m e q k g r e d u c e dt o4 5 4m e q k g t h ea b i l i t yo fi n h i b i t i o nl i p i dp e r o x i d a t i o n o fc o l dc o o k e dm e a t i s s p 3 s p s p 2 s p 1 4 w 色s t u d i e dt h eh y d r o l y s i s c o n d i t i o n so fs e s a m ec a k ep r o t e i na n d p r o c e s s i n gc h a r a c t e 订s t i c so fi t sp r o d u c t s t h er e s u l t s i n d i c a t e dt h a t ：w i t ht h e i n c r e a s eo fp h ，e m u l s i f i c a t i o nt i m e ，t w ot y p e so fp r o t e i ne m u l s i f y i n ga c t i v i t y ( e a i ) a r eg r a d u a l l yi n c r e a s i n g e m u l s i o ns t a b i l i t yo f t h ep r o t e i ni s o l a t e ( e s i ) w i t ht h el a r g e rc h a n g e si np h ，h y d r o l y s i so fp r o t e i nc h a n g e s i ne m u l s l o n s t a b i l i t yw i t ht h ep hl e s st h a nt h es t a b i l i t yo f p r o t e i ni s o l a t e ；h y d r o l y z e dp r o t e i n ， n i t r o g e ns o l u b i l i t yi n d e x ( n s i ) t h a nh i g h p r o t e i ni s o l a t e ；a st h e r i s ei np h ，b o t h p r o t e i nf o 锄i n gc a p a c i t y ( f c ) a n df o a ms t a b i l i t y ( f s ) c h a n g e s a r eh i g ht ol o 张 b o t ht h ef sa tp hh i g h e rt h a n9 ，t h ef o a m i n gs t a b i l i t yo fa l m o s tz e r o ，t h a tt h e t w op r o t e i n si nt h ea l k a l i n er a n g eo ft h eh i g h e rs o l u b i l i t y ；h y d r o l y z e dp r o t e i n w a t e rh o l d i n gc a p a c i t y ( w h c ) i sh i g h e rt h a np r o t e i ni s o l a t e ，b u tt h ea b s o r p t l o n o ff o a c ) t h a nl o w p r o t e i ni s o l a t e ；p hl e s st h a n7 ，t h et w op r o t e i n si n c r e a s et h e v i s c o s i t yw i t ht h ep hi n c r e a s ea f t e rt h e l o w e rt h a nt h ev i s c o s i t yp r o t e i ni s o l a t e f i r s tr e d u c t i o n ，h y d r o l y s i so fp r o t e i ni s k e yw o r d s ：s e s a m ec a k e ，p r o t e i n ，e x t r a c t i o na n dp r e p a r a t i o n ，f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s ，a p p l i c a t i o n i v 江苏大学硕士学位论文 - _ _ 。_ 。_ - - 。_ 。_ 。_ p _ _ _ _ - 。_ _ 。- _ - - i 。_ - ，_ - - i ，_ _ 一一 n p u p e r l d 5 0 h d l c l d l c t g t c d h s p s p i s p 2 s p 3 e a i e s i w h c n s i f c f s o a c 缩略词 n e tp r o t e i nu t i l i z a t i o n 蛋白质净利用率 p r o t e i ne f f i c i e n c yr a t i o 蛋白质功效比值 m e d i a nl e t h a ld o s e 半数致死量 h i g hd e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 高密度脂蛋白胆固醇 l o wd e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 低密度脂蛋白胆固醇 t r i g l y c e r i d e 甘油三酯 t o t a lc h o l e s t e r o l总胆固醇 d e g r e eo f h y d r o l y s i s 蛋白水解度 s e s a m ep e p t i d e 酶解芝麻饼粕蛋白喷干粉 s e s a m ep e p t i d e l 芝麻多肽1 ( 分子量小于3 k d a ) s e s a m ep e p t i d e 2 芝麻多肽2 ( 分子量介于3 1 0k d a ) s e s a m ep e p t i d e 3芝麻多肽3 ( 分子量大于1 0 k d a ) e m u l s i f y i n ga c t i v i t yi n d e x 乳化活性指数 e m u l s i f y i n gs t a b i l i t yi n d e x 乳化稳定性 w a t e rh g d r a t i o nc a p a c i t y 持水力 n i t r i g o ns o l u t i o ni n d e x 氮溶解指数 f o a m i n gc a p a c i t y 起泡能力 f o a m i n gs t a b i l i t y 泡沫稳定性 o i la b s o r p t i o nc a p a c i t y 吸油率 v 1 1 1 江苏大学硕士学位论文 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学 位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名：杨杰 2 0 0 9 年6 月1 1 日 年我解密后适用本授权书。 指导教师签名：量安 力节年b 月f r 日 f 江苏大学硕士学位论文 独创性申明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文不包 含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 i i 学位论文作者签名：杨杰 日期：2 0 0 9 年6 月1 1 日 江苏大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 芝麻概况 1 1 1 芝麻简介 芝麻又名胡麻【1 1 、白麻( 学名s e s a m u mi n d i c u m ，英文名s e s a m e ) ，是芝麻属脂 麻科一年生草本植物，全株长着茸毛。茎直立，高约1 米，下圆上方。总状花序顶生， 花单生，或两三朵簇生于叶腋。圆筒状，唇形，淡红、紫、白色【2 - 5 】。 芝麻是人类最早认识的油料种籽。芝麻的产量在世界油料作物中占第七位。我国 的芝麻产量居世界之首【6 1 ，约占世界芝麻总产量的3 4 ，素有芝麻王国之称。其他的 主要芝麻生产国有印度、缅甸、苏丹、墨西哥、委内瑞拉和危地马拉等。我国的芝麻 主产区是湖南、湖北、安徽、江西、河北、河南、四川和云南等，其中以河南省的产 量最多，约占全国总产量的三分之一【7 1 。 1 1 2 芝麻的化学组成 芝麻化学组成【8 - 9 】主要为脂质、蛋白质、碳水化合物、矿物质、维生素等。芝麻 的种类对其成分含量的影响很大，其中油脂大约是4 5 - 6 3 ，主要是脂肪酸( o l e i c ) 3 5 - 5 0 、亚油酸( 1 i n o l e i c ) 3 5 - - 5 0 、棕榈酸( p a l m i t i c ) 7 - 1 2 和硬脂酸( s t e a r i c ) 3 5 6 等，其中亚油酸和油酸是人体的必需脂肪酸。蛋白质含量在1 9 - 3 1 ，其氨 基酸组成除了赖氨酸较低外，其余氨基酸含量均高于f a o w h o 所建议的标准。芝麻 中的碳水化合物约占2 0 - 2 5 ，然而对其了解还不多，有待进一步研耕1 0 】。芝麻油 中的非皂化物主要有甾醇、生育酚、芝麻素、芝麻酚、芝麻酚林、芝麻素酚等【1 1 】。未 精炼的芝麻油与其他植物油相比，具有更好的稳定性和独特的生理活性功能，主要是 因为其中含有苯酚类结构的木脂素类抗氧化剂，如芝麻素、芝麻酚林、芝麻酚和芝麻 素酚等【12 1 。 1 1 3 芝麻的加工现状 芝麻用途十分广泛，可以用于糖果点心业、也可以作为小甜饼、饼干等的配料， 但是最主要的还是作为油料，用于制取芝麻油。目前，我国芝麻油的生产主要有三种 方法：压榨法、水代法和溶剂浸出法。对于我国的广大消费者来说，更喜欢采用传统 的水代法和压榨法直接制得的芝麻油。水代法是一种古老的取油方法，具有香油品质 江苏大学硕士学位论文 佳，香味浓郁而持久，工艺设备简单，操作灵活方便，便于小规模生产等优点。但水 代法存在出油率低、处理量小、劳动强度大、渣粕含水量高等缺点。压榨法具有出油 率高、劳动强度低、处理量大等特点，因此国内较大的芝麻油厂( 如镇江的京友调味 品公司、恒顺芝麻油厂) 一般均采用压榨法 1 3 州】。水代法和压榨法的生产工艺分别如 下【1 5 】 i 图1 1 水代法制油工艺流程 f i g1 1t h ep r o c e s s e so fa q u e o u se x t r a c t i o n 图1 2 压榨法制油工艺流程 f i g1 2t h ep r o c e s s e so fe x p e l l i n ge x t r a c t i o n 如图1 1 和图1 2 所示，水代法和压榨法制取芝麻油的工艺流程中会产生大量的 副产物芝麻渣饼，其蛋白质含量5 0 左右【1 6 】。而国内芝麻油厂对芝麻渣饼粕的处理 方法大多数是用于肥料或饲料，造成了资源的浪费。因此，有必要对芝麻饼粕蛋白进 行系统的研究，促进其在食品工业中的应用。 1 1 4 芝麻蛋白的组成及营养特性 芝麻蛋白内主要是球蛋白，其中8 0 为a 球蛋白。根据沉降系数不同可分为三种 亚基，分别是2 s 、5 s 、1 3 s ，含量分别约2 0 、1 0 、7 0 。1 3 s 球蛋白相对分子质 量约为3 9 9 0 0 0 ；1 3 s 球蛋白由酸性亚基( a s ) 和碱性亚基( b s ) 在二硫键连接下形 2 江苏大学硕士学位论文 成a b 型中间体，6 对a b 型中间体形成一个完整的1 3 s 球蛋白。且酸性亚基( a s ) 和碱性亚基( b s ) 的组成是等量的【1 7 - 2 0 。 芝麻蛋白营养价值较高，其n p u 为5 6 ，p e r 为1 8 。芝麻蛋白与其他植物蛋白 相比，它富含含硫氨基酸，尤其是蛋氨酸( m e t ) ，显著高于其他植物蛋白，且无抗营 养因子【2 1 1 ，它所含的氨基酸除赖氨酸略低外，其他氨基酸可以与牛肉或酪蛋白相媲美， 接近或达到f a o w h o 建议的优质蛋白【2 2 】。 表1 1 芝麻蛋白，大豆蛋白，谷物蛋白氨基酸舍量( 1 _ 1 6 9 ) t a b l e1 1a m i n oa c i dc o n t e n t ( n 16 9 ) o f p r o t e i ni ns e s a m es o y b e a na n dc e r e a l 3 江苏大学硕士学位论文 1 2 蛋白质研究方法概述 1 2 1 蛋白质含量的测定方法 含氮是蛋白质区别于其它有机化合物的主要标志。在统计学上，蛋白质含有1 6 的氮，即1 份氮素相当于6 2 5 份蛋白质，此数值称为蛋白质系数。根据这个原理， k j e l d a h l 于1 8 3 3 年提出著名的k j e l d a h l 定氮法，被认为是测定总有机氮最准确的方 法之一，测定结果常常被称为样品的粗蛋白含量，理论上高于样品中蛋白质的真实含 量【2 3 1 。蛋白质摩尔消光系数法更为准确，将纯化的蛋白质定量溶解于一定体积的溶剂 中，测定2 8 0 衄光吸收，从而得出该蛋白的摩尔消光系数 2 4 1 。氨基酸分析法也比较 接近真实值，但由于蛋白质酸水解时部分氨基酸被破坏而可能导致结果偏低【2 5 1 。上述 方法虽然具有应用范围广、灵敏度高、回收率好等特点，比较准确可靠，但操作繁琐， 费时费力，甚至污染环境，有害健康。因此，人们陆续创立了不少快速测定蛋白质的 方法。 ( 1 ) 双缩脲法：蛋白质所含的类似于双缩脲结构的肽键能与碱性硫酸铜溶液发 生双缩脲反应，生成的紫红色配合物在可见光区比色，吸光度与蛋白质浓度成正比， 据此可测得样品的蛋白质含量。凡具两个以上肽键的物质均有此反应，受特异氨基酸 组成的影响较小，适用于毫克级蛋白质的测定【2 6 】。 ( 2 ) 福林酚( f o l i n p h e n 0 1 ) 试剂法：又叫l o w r y 法，灵敏度高，蛋白质在碱 性铜溶液中与铜形成蛋白质铜复合物，该化合物随之将磷钼酸磷钨酸还原成蓝色化 合物。在一定条件下，蓝色强度与蛋白质含量成正比，适用范围在2 5 2 5 0u g m l 蛋白 质浓度。缺点是专一性较差，干扰物质多，标准曲线的直线关系也不特别严格 2 7 】。 ( 3 ) 紫外光谱吸收法：蛋白质中含有的芳香族氨基酸( 色氨酸、酪氨酸和苯丙 氨酸等) 的共轭双键在2 8 0n l t l 左右有吸收峰，与标准蛋白质比较而定量，适用0 1 1 0 m g m l 蛋白质浓度。该法迅速简单而且不消耗样品，灵敏度高。但非蛋白成分如核酸 在紫外区的干扰吸收和光散射常常导致测定结果准确度较差【2 8 1 。 ( 4 ) 考马斯亮蓝染色法：b r a d f o r d 于1 9 7 6 年建立了这种迅速、灵敏的定量方法， 蛋白质通过范德瓦尔键与考马斯亮蓝g 2 5 0 染料结合，变为蓝色，引起染料最大吸收 峰的改变，从4 6 5n l l l 变为5 9 5n l n ，测定5 9 5n l n 处的光吸收增加即可进行定量，范 围在0 0 1 1 0m g m l 蛋白质浓度。结合物形成迅速，约2 分钟，颜色在l 小时内稳定。 操作简单，样品消耗少，灵敏度高。但不同蛋白质之间差异大，且标准曲线线性较差， 4 江苏大学硕士学位论文 高浓度的t r i s 缓冲剂、e d t a 、尿素、甘油、蔗糖、丙酮、硫酸铵和去污剂对测定有 干扰【2 9 1 。 ( 5 ) 染料结合法：特定条件下，蛋白质可与某些染料( 如胺黑1 0 b 、橙黄g 、 溴酚蓝等) 定量结合生成沉淀，用比色法测定沉定反应后剩余的染料量可计算反应消 耗的染料量，进而求得样品中蛋白质含量。本法具有很强的经验性，有待标准化【3 0 1 。 ( 6 ) 近红外分析法f 3 1 】：利用波长在0 7 5 3g m 范围内的近红外线具有被蛋白质 吸收及反射的特性，依据红外线的反射强度与样品中的蛋白质含量之间存在函数关系 而建立起来的一种快速无损定量方法。由于样品的复杂多样，定标方程的建立还不够 完善。 ( 7 ) 水杨酸比色法：蛋白质经硫酸消化为铵盐后，与水杨酸钠和次氯酸钠作用 生成的蓝色物质在6 6 0n l i l 比色，求出样品含氮量，进而计算蛋白质含量【3 2 1 。 1 2 2 植物蛋白的提取与制备方法 蛋白质的分离纯化具有重要的理论和实际意义，其基本原则有以下几点【3 3 】： 一是材料的预处理及细胞破碎。植物的细胞壁较牢固，需要在提取前进行细胞破 碎。组织细胞破碎的方法有下列几种：1 机械破碎法：包括研磨法、组织捣碎器法、 匀浆、压榨法。2 物理法：溶涨和自溶、反复冻融法、超声波法。3 化学和生物法： 自溶、酶解法、表面活性剂等。 二是蛋白质的抽提。抽提是根据所要制备蛋白质的性质，选择合适的溶剂将蛋白 质与其他杂质分开。在抽提过程中，应注意温度，避免剧烈搅拌等以防止蛋白质变性。 提取植物材料中的蛋白质时，要特别注意提取液的p h 值，因为植物细胞内有比较大 的液泡，在细胞被破碎之后，液泡里的物质能改变提取所用的缓冲液的p h 值。要提 高抽提效率可以提高被提取物在溶剂中的扩散速率。具体采用的方法是：提高材料的 破碎程度，以增加扩散面积、减少扩散距离，对抽提液进行搅拌，促进溶质与溶剂混 合效果，保持两相界面的提取速率；使用少量多次的抽提方法可提高被抽提物在溶剂 中的扩散速率；延长抽提时间，提高抽提温度( 对耐热物质) 以及降低砧度( 去除核酸等 干扰物质) 。 三是蛋白质粗制品的获得。比较方便获得蛋白质粗制品的有效方法是根据蛋白质 的溶解度的差别进行分离。沉淀是通过改变某些条件或加入某种物质使溶液中某种溶 质的溶解度降低，从而从溶液中沉淀析出。常用的方法有：等电点沉淀、盐析法、有 机溶剂沉淀法。纯化是将沉淀的蛋白进一步提纯的过程。分离纯化蛋白质的方法有： 5 江苏大学硕士学位论文 透析、超滤、凝胶过滤、电泳、离子交换层析等。干燥蛋白质则用冷冻干燥、烘干、 鼓风干燥、乙醇洗涤干燥等。 主要方法有： ( 1 ) 碱溶酸沉法【3 4 】：根据蛋白质的溶解特性，将原料在偏碱性的溶液中混合提 取，离心分离出不溶性残渣，得到粗蛋白母液，调节母液p h 值到等电点，分离得到 凝乳状酸沉性蛋白，再经水洗、中和、均质和干燥，即得分离蛋白产品。碱溶酸沉法 生产大豆分离蛋白的工艺流程如下： 骏豢该鞫斗域攀联离心分裹 1 l r 啼残浚- 一黪禽纤维 粗蛋自母液 + 一酸 分离 _ 乳澎 低聚锗 乳漓鬣螽 蛋囱籁溶液一凝乳酸碎、躐； l 鞫一虢 碱溶酸沉法未能回收酸溶性蛋白质，导致乳清大量流失，得率不高，色泽深，溶 解性也不太理想，常常通过改性加以改善。但是自从2 0 世纪6 0 年代该工艺问世以来， 经过优化和改进提高，到目前已经发展得相当成熟，该法简单易行，产品比较稳定， 是目前研究最多、工业上应用最广的分离蛋白生产工艺，还没有一种新工艺有足够的 理由替代它。因此工业上广泛应用的大豆分离蛋白的碱溶酸沉生产工艺将对本研究提 供借鉴和启发。 ( 2 ) 膜分离法【3 5 】：将萃取得到的粗蛋白母液经过超滤，水和其它小分子物质透 过超滤膜，而蛋白质被截留，在没有相变的条件下实现蛋白质的分离提纯和浓缩，然 后干燥可得分离蛋白产品。膜分离工艺主要包括浸出、离心分离、水稀释、超滤、反 渗透以及干燥等工序，大豆分离蛋白的膜分离工艺流程如下： 6 江苏大学硕士学位论文 徽r 一( 5 1 2 ) 黼f | + 凝黢吸强 l l i 1 7 江苏大学硕士学位论文 白质溶液的粘滞所致，当蛋白质被浓缩后，母液水分活度下降，凝胶的吸胀度减小， 蛋白质的分离效率降低。因此如何方便经济地回收凝胶表面保留的蛋白质，有待于研 究和解决。 1 2 3 蛋白的功能特性 蛋白质的功能特性常指除了营养特性以外的那些对食品需要有利的物理、化学性 质【3 7 1 。例如，蛋白质在食品中的功能性质有凝胶性、粘弹性、起泡性、乳化性等。蛋 白质的大多数功能特性均可影响食品的感观特性( 尤其是质地特性) ，而且也对食品和 食品成分在制备、加工或储藏过程中的理化特性起着主要的作用 3 8 1 。食品蛋白质的功 能性质可以分为三大类：( 1 ) 水合性质( 取决于蛋白质一水的相互作用) 包括如水的 吸附和保留性、湿润性、膨胀性、粘合性、分散性、溶解性和勃度等性质；( 2 ) 蛋白 质一蛋白质相互作用的有关性质是指控制沉淀、胶凝和形成各种其它结构时起作用的 那些性质( 如蛋白质的面团和纤维) ；( 3 ) 表面性质主要是指与蛋白质表面张力、乳 化作用、起泡特性有关的性质。这三类性质又是相互关联的。 1 2 4 影响蛋白质功能特性的因素 质构、风味、色泽和外观等感官品质是人们取舍食品的重要依据。一种食品的感 官品质是食品中各个主要和次要组分之间复杂的相互作用的净结果。蛋白质对食品的 感官品质一般具有重要的影响。食品蛋白质在食品体系中的具有典型的功能特性，而 影响蛋白质的功能特性的因素很多，包括蛋白质的内在因素、环境因素以及加工处理 条件，环境因素对水合作用有一定的影响，如蛋白质的浓度、p h 、温度、时间、离 子强度以及其它成分的存在都都能影响蛋白质一蛋白质和蛋白质一水的相互作用。蛋 白质在食品体系中的功能特性及其影响因素如表1 2 3 9 1 和1 3 【删所示。 8 江苏大学硕士学位论文 表1 2 食品蛋白质在食品体系中的功能特性 t a b l e1 2t h ef u n c t i o n a f i t i e so fp r o t e i no ff o o ds y s t e m s 表1 3 影响食物蛋白质功能特性的因素 t a b l e1 3f a c t o r sa f f e c t i n gt h ef u n c f i o n a f i t yo ff o o dp r o t e i n 1 3 芝麻蛋白质的研究概况 1 3 1 芝麻蛋白质提取方法研究概况 金青哲以去皮麻渣为原料进行研究，通过正交试验得出最佳提取工艺为：固液比 9 江苏大学硕士学位论文 1 ：1 8 1 ：2 0 、p h 为1 0 0 、时间3h 、温度7 0 8 0 ，再用h c l 调节p h 到3 8 4 0 沉淀 出蛋白质，得到6 8 4 粗蛋白【4 1 1 。李风霞，张钟等通过碱酶两步法提取麻渣中的蛋白 质，碱法最佳工艺为固液比1 ：2 0 、p h 为1 0 0 、时间3h ，温度5 0 ；酶法的最佳工 艺条件为p h 为1 1 ，酶用量1 5 0u m l ，酶解温度4 0 ，时间4h ，两步法麻渣蛋白 质提取率为8 1 2 1 9 6 e 4 2 。朱曼鹏，谢玉国等采用超声波辅助碱液提取法，通过正交试验 得到的最佳工艺参数为：提取温度7 0 、超声功率2 0 0 w 、超声提取时间1 2 h 、溶液 p h 值1 0 ，蛋白质的提取率为6 0 1 2 ，所得产品的蛋白质含量为7 5 4 3 1 。t a h a 等研究 用o 4m o l ln a o h ，固液比为1 ：2 5 ，采用逆流式可提取9 1 7 5 的含氮物，且可得植 酸含量很低的浓缩蛋白、分离蛋白】。c h u n 等用添加植酸酶提取芝麻蛋白，p h 4 5 、 提取时间为8 1 0h 、温度5 0 ，酶用量为1 2 0 个单位【4 5 1 。 芝麻蛋白主要是碱溶性蛋白，在碱性条件下溶解度很大，所以提取基本方法是碱 提酸沉法。用酶方法提取的蛋白质，在提取率上虽有提高，但却不适合在工业化的大 生产中应用。一是酶的作用条件比较严格，酶容易失活，且效果不是十分明显。二是 酶法提取明显延长了提取时间，且酶价格不菲，造成生产成本的上升。同时采用其他 辅助方式提取的方法，效果不明显。 1 3 2 芝麻蛋白酶解及功能性质的研究概况 李秀琼、王璋等对酶解后不同水解度的芝麻蛋白质功能性质进行了研究。测定结 果表明，经酶水解后，蛋白质的乳化能力先上升，然后又下降；乳化稳定性稍有下降； 溶解度大大提高；吸油性下降等 4 6 1 。银玉容、刘婉乔等对芝麻蛋白质的热凝聚性、溶 解性、乳化性、发泡性和持水力进行了研究，结论表明蛋白质在6 0 8 0 * c 范围发生热 凝聚，8 0 时，芝麻蛋白的持水力显著降低，芝麻蛋白的等电点在p h 4 5 附近，在 0 1 m 的浓度内，n a c l 和c a c l 2 可以显著提高芝麻蛋白质的溶解性【4 7 4 引。李凤霞、 刘洪泉等对芝麻蛋白质的乳化性、湿润性、吸油性、热凝聚性和黏度与大豆分离蛋白、 酪蛋白相关性质进行了比较分析，结果表明，芝麻蛋白质具有良好的吸水性，湿润性 吸油性、较弱的持水力【4 9 1 。z n y a n gu e 等研究了p h 和盐浓度对芝麻蛋白溶解性、乳 化性、和起泡特性【5 0 】。r i v e r od ed a d u a 研究了芝麻蛋白质的乳化性、起泡性等食品 应用体系中的一些性质【5 1 】。e u nj u n gk i n ，j y u n gr e w n gp a r k 等研究了p h 对芝麻蛋 白质功能特性的影响【5 2 】。 芝麻经过爆炒、压榨等加工过程，其蛋白质加工特性可能会发生变化。而蛋白质 的功能特性极大的促进或限制了其在食品工业中的应用。因此对蛋白质功能性质的研 1 0 江苏大学硕士学位论文 究要考虑具体的食品环境，如食品的加工温度、含水量、加工方式等。同时对芝麻饼 粕蛋白酶解产生的多肽应用研究还未见报道。因此，对芝麻饼粕蛋白功能特性及酶解 生成的多肽进行研究很有必要。 1 3 3 芝麻蛋白质利用前景 分离蛋白不但因为它蛋白质含量高，氨基酸组成好，而且还因为它具有很多功能 特性，如与水分子、脂肪的结合能力、乳化作用、泡沫形成能力、薄膜形成、凝胶作 用等，在食品工业上得到了广泛的应用，如肉食品、乳制品、冷食冷饮、焙烤食品及 保健食品等，可以做成食品、代乳粉、饮料、油炸面圈、肉肠赫合剂，也可以作为肉、 乳、蛋、鱼等动物性食品的部分代用或全部代用物。而分离蛋白不同的功能性质对于 不同制品的重要程度是不同的。凝胶性对于肉末制品很重要，可以改善肉制品的粗糙 感，提高水分含量，增加其弹性和柔嫩性，如在火腿肠及西式火腿中的应用【5 3 1 ；起泡 性则可以使制品形成丰富细腻的泡沫，增加制品的美感，或可以使制品形成疏松多孔 的结构，如在甜点中的应用【剐：乳化性对于改善饮料的稳定性及口感非常重要，蛋白 质的两亲性质赋予其改善多相溶液体系中分层、沉淀等品质恶化的能力，如在咖啡乳 脂制品中的应用【5 5 1 。绝大多数的制品对于添加蛋白质的功能性要求不仅仅是某种单一 的性质，而是多种功能性质的共同作用，如溶解度、粘度、清晰度和混浊度对于饮料 都很重要，持水持油性、乳化稳定性以及胶凝性对于熟肉制品等【5 6 1 。 芝麻蛋白质经提取纯化后可达到分离蛋白的要求，因此其在食品工业上的应用前 景广阔。g a b r e i l al o p e z ，i d a l i af l o r e s 等研究了将芝麻分离蛋白作为一种液体饮料营 养补充剂【5 7 1 。t a e i a d a w y 将芝麻蛋白质添加到面包中，研究了其对面包营养特性、 物理化学性质，感官特性的影响作用5 8 1 。而国内对芝麻蛋白质的利用还未见报道。此 外，对芝麻饼粕蛋白酶解条件研究、酶解产生多肽的功能性质进行研究，能很好的促 进芝麻饼粕蛋白的应用。 1 4 研究意义及内容 1 4 。1 研究意义 我国是芝麻种植与消费大国，约为世界总产量的4 0 。2 0 0 3 年，仅上海海关进 口芝麻就有2 9 8 6 0 吨【5 9 1 。芝麻除直接食用外，大部分都用来榨油。榨油后的副产品芝 麻饼粕的蛋白质含量可达4 0 - - 5 0 ，同时芝麻蛋白质富含含硫氨基酸，尤其是蛋氨酸 显著高于其他植物蛋白，且无抗营养因子，它所含的氨基酸除赖氨酸略低外，其他氨 江苏大学硕士学位论文 基酸可以与牛肉或酪蛋白相媲美，接近或达到f a o w h o 建议的优质蛋白标准。而目 前芝麻饼粕主要是作为肥料或饲料利用，造成了蛋白质资源的浪费。 通过对芝麻饼粕蛋白的制备与应用研究，开发以芝麻饼粕蛋白为辅料或主料的食 品，为食品行业提供一种优质的蛋白质源，促进其在食品、医药等多个领域的应用。 可有效地延长芝麻的生产链，提高其附加值，增加经济与社会效益。同时，为其他植 物蛋白的利用提供试验依据。 1 4 2 主要研究内容 ( 1 ) 通过研究芝麻饼粕蛋白提取与干燥条件，确定制备芝麻饼粕蛋白的最佳工艺 条件，为芝麻饼粕蛋白的工业化生产奠定基础。 ( 2 ) 通过小鼠急性毒性试验，研究芝麻饼粕蛋白的食用安全性，为芝麻饼粕蛋白 的应用提供科学依据。 ( 3 ) 对芝麻饼粕蛋白的酶解条件进行研究，并且对酶解产物进行了分级、抗氧化 活性研究，以促进芝麻饼粕蛋白的深入应用。 ( 4 ) 对芝麻饼粕蛋白及其酶解产物的加工特性进行了对比研究，为芝麻饼粕蛋白 在食品工业等领域中的应用提供试验依据。 1 2 江苏大学硕士学位论文 第2 章芝麻饼粕蛋白制备工艺研究 2 1 引言 芝麻饼粕中蛋白质含量高、氨基酸含量丰富，它所含的氨基酸除赖氨酸略低外， 其他氨基酸可以与牛肉或酪蛋白相媲美，接近或达到f a o w h o 建议的优质蛋白标 准，且无抗营养因子。而大量的芝麻饼粕被用作肥料或饲料，造成了资源的浪费，因 此对芝麻饼粕蛋白制备条件进行研究，促进其在食品、医药等领域中的应用具有重要 的意义。 关于芝麻饼粕蛋白研究报道较少，且都没有系统性的对芝麻饼粕蛋白的制备工艺 进行研究。本章采用碱提酸沉方法，并考虑实际生产情况，对芝麻饼粕蛋白的提取、 干燥条件进行系统研究，为芝麻饼粕蛋白的工业化生产奠定基础。 2 2 试验材料和仪器 2 2 1 试验材料 芝麻饼粕：镇江京友调味品有限公司提供，经正己烷脱脂处理； 硫酸铜、硫酸钾、浓硫酸、硼酸、氢氧化钠、碳酸氢钠、盐酸、正己烷、磷酸氢 二钠、磷酸二氢钠、( 药品均为分析纯) ：上海化学试剂公司； 2 2 2