（食品科学专业论文）汉麻籽分离蛋白的制备工艺、功能性质及应用研究.pdf

摘要 摘要 汉麻籽蛋白是一种新型、优质、来源丰富的蛋白质资源，其研究和应用可以提高汉 麻籽利用率、促进我国汉麻产业链的全面发展。本课题以脱壳汉麻籽为对象，研究了汉 麻籽分离蛋白( h e m p s e e dp r o t e i ni s o l a t e ，简称h p i ) 的制各工艺、营养特性和功能特性， 通过有限酶法修饰改善其功能特性，并将其应用到焙烤制品中提高面粉的营养价值、改 善面团特性和面包的感官品质。 首先，研究了h p i 的碱提酸沉制备工艺。分析了料液比、p h 、温度、提取时间对 碱提提取率、蛋白质含量和溶解度等指标的影响，通过正交实验获得的优化工艺条件为： 料液比1 ：2 0 ，p h8 0 ，温度4 0 ，提取时间7 0m i n 。在此制备条件下，产品的碱提提取 率为8 6 9 5 ，蛋白质得率为7 0 5 6 ，蛋白质含量为9 2 3 9 ，溶解度为3 1 8 9 。 其次，研究了h p i 的营养特性和功能性质。通过氨基酸分析表明，h p i 氨基酸种类 齐全、含量丰富，是一种优质植物蛋白资源。色氨酸为其第一限制性氨基酸，其余各必 需氨基酸含量均满足f a o w h o 规定的2 - - 5 岁儿童推荐摄入量。热稳定性分析表明， h p i 热变性温度为8 8 4 。c ，变性热为1 5 4 4j g 。表面疏水性分析结果表明，h p l 分子表 面的疏水性残基数目较多。h p i 乳化活力、亲油能力和水合能力高于大豆分离蛋白，但 起泡能力较低。h p i 溶解度较低，限制了其在液体食品中的应用及功能性发挥。环境因 素，如温度、盐浓度对溶解度和乳化性质具有显著影响，温度的适度提高可以增大其溶 解度和乳化活力，但是长时间高温作用易发生聚集变性。同时，h p i 呈现出低盐盐析、 高盐盐溶的特点。 采用p r o t e a s en 对h p i 进行有限酶法修饰。水解度为3 0 1 时，h p i 溶解度、乳化 活力、起泡能力均显著增大，同时乳化稳定性、泡沫稳定性、水合能力、亲油能力稍有 降低，但不显著。而水解度为5 31 时，h p i 乳化稳定性、泡沫稳定性、水合能力、亲 油能力均显著降低。可见，适度酶解有助于改善h p i 的功能性质。 最后，对h p i 在焙烤制品中的应用进行了研究。h p i 以3 比例部分替代面粉时， 面粉中第一限制性氨基酸赖氨酸含量提高了4 2 3 1 。h p i 的应用使得面团的粉质指标均 显著改善。面团拉伸特性指标在1 - - 3 的h p i 替代量时略呈下降趋势，但影响不显著。 h p i 应用到面包生产中，提高了面包的营养价值、出品率并减缓了面包的失水速度，但 对面包的比容和色泽产生轻微的不利影响。综合考虑面包的营养价值和感官品质，以 1 一- - 3 的使用量为宜。 关键词：汉麻籽分离蛋白：碱提酸沉；功能性质；有限酶法修饰；焙烤制品 a b s t r a e t a b s t r a c t h e m p s e e dp r o t e i n ( h p ) f r o mc a n n a b 西s a t i v al i san e w , e x e l l e n tp l a n tp r o t e i n t h e s c i e n t i f i ci n v e s t i g a t i o na n da p p l i c a t i o no fh pc a l li m p r o v eu t i l i t yr a t i oo fh e m p s e e da n d d e v e l o ph e m pi n d u s t r y i nt h i sw o r k ，h e m p s e e dp r o t e i ni s o l a t e ( h p i ) w e r ep r e p a r e df r o m d e f a a e dh e m p s e e da n di t sp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t bf u n c t i o n a l i t y , a n dn u t r i t i o n a lp r o p e r t y w e r e c o m p r e h e n s i v e l y s t u d i e d i n a d d i t i o n ，i m p r o v i n gf u n c t i o n a l i t yt h r o u g h l i m i t e d e n z y m o l y s i sr e a c t i o na n da p p l i c a t i o ni nb a k e dp r o d u c t sw e r es t u d i e d f i r s t l y , p r e p a r a t i o no fh p lw e r ei n v e s t i g a t e dt h r o u g hat r a d i t i o n a lm e t h o do fa l k a l i e x t r a c t i o na n da c i dp r e c i p i t a t i o n t h ep r o t e i ny i e l d ，p r o t e i nc o n t e n ta n ds o l u b i l i t yi n d e xo f h p lw e r ef u l l yi n v e s t i g a t e du n d e rd i f f e r e n tc i r c u m s t a n c eo ft e m p e r a t u r e ，r a t i oo fs o l i dt o w a t e r , p ha n dt i m e o p t i m i z i n gp r e p a r a t i o nc o n d i t i o n st h r o u g hat h r e e l e v e lf o u r - f a c t o r o r t h o g o n a ld e s i g nw a sa l s oc a r r i e do u t u n d e ro p t i m i z e dc o n d i t i o n s ( r a t i oo fs o l i dt ow a t e r 1 ：2 0 ，t e m p e r a t u r e4 0 。c ，p h 8 0 ，t i m e7 0 r a i n ) ，t h ep r o t e i ny i e l d ，p r o t e i nc o n t e n ta n ds o l u b i l i t y i n d e xo f h p ir e a c h e d7 0 5 6 ，9 2 3 9 a n d3 1 8 9 ，r e s p e c t i v e l y s e c o n d l y , t h en u t r i t i o nv a l u ea n df u n c t i o n a l i t yo fh p lw e r es t u d i e d a m i n oa c i da n a l y s i s i n d i c a t e dt h a ta m i n oa c i dc o m p o s i t i o no fh p lw e r ec o m p l e t e da n dc o n t e n to fh - p 1w e r er i c h , s oh p iw a sa l le x c e l l e n tp l a n tp r o t e i n t r y p t o p h a n ew a st h ef i r s tl i m i t i n ga m i n oa c i da n d c o n t e n to ft h eo t h e rf l n l i n oa c i d sw e r ef u l l ya b o v et h er e c o m m e n d e di n t a k ef o rc h i l d r e nf r o m2 t 05y e a r so l db yf a o w h o t h e r m a ls t a b i l i t yt e s ti n d i c a t e dt h a tt h ee n d o t h e r m i cp e a ko f h p lw a s8 8 4 ca n dh e a to fd e n a t u r a t i o nw a s1 5 4 4 3 g h y d r o p h o b i l i t yi n d e xa n a l y s i s i n d i c a t e dt h a tt h ea m o u n to fh y d o p h o b i ca m i n oa c i dr e s i d u ew a sh i g h e m t l l s i f y i n gp r o p e r t y , f a ta d s o r p t i o nc a p a c i t ya n dw a t e rh o l d i n gc a p a c i t yo fh p lw e r eh i g h e rt h a nt h a to f s o yp r o t e i n i s o l a t e ，b u tf o a m i n gc a p a c i t yw a sl o w e ls o l u b i l i t yi n d e xo fh p iw a ss ol o wt h a tu t i l i z a t i o ni n l i q u i df o o dw a sl i m i t e d r a i s i n go ft e m p e r a t u r ei m p r o v e ds o l u b i l i t yi n d e xa n de m u l i s i f y i n g p r o p e r t y s o l u b i l i t yi n d e xo fh p lw e n td o w ni nl o ws a l tc o n c e n t r a t i o na n dw e n tu pi nh i g h o n e l i m i t e de n z y m o l y s i sr e a c t i o ni m p r o v e df u n c t i o n a l i t yo fh p ir e m a r k a b l y s o l u b i l i t y i n d e x ，e m u l i s i f y i n gp r o p e r t y , f o a m i n gc a p a c i t ya n dw a t e rh o l d i n gc a p a c i t yi m p r o v e ds l i g h t l y , b u te m u l s i f y i n gs t a b i l i t y , f o a m i n gs t a b i l i t ya n df a t a d s o r p t i o nc a p a c i t y w e r eu n s l i g h t l y r e d u c e d 、) i ，i t l lt h ed e g r e eo fh y d o l y s i so f3 01 f i n a l l y , a p p l i c a t i o no fh p ii nb a k e dp r o d u c t sw a ss t u d i e d c o n t e n to ft h ef i r s tl i m i t i n g a m i n oa c i dl y s i n eo ff l o u rp r o t e i ni m p r o v e da b o u t4 2 31 w i t hr e p l a c e m e n ta m o u n to f3 ，n 地a p p l i c a t i o ni np a s t ei m p r o v e df l o u r e dp r o p e r t ys l i g h t l ya n dr e d u c e ds t r e t c h i n gp r o p e r t y u n s l i g h t l y 、析t l lt h ed o s eo f1 - - 3 t h ea p p l i c a t i o no fh p ii nb r e a di m p r o v e dn u t r i t i o n v a l u ea n dd e h y d r a t i o nd e g r e ew a sr e d u c e d ，b u tg e n e r a t e dd i s a d v a n t a g e o u sa f f e c t i o ni n s p e c i f i cv o l u m ea n dc o l o ro ft h eb r e a d c o m p r e h e n s i v ec o n s i d e r a t i o no fn u t r i t i o nv a l u ea n d s e n s o r yq u a l i t y , t h es u i t a b l er e p l a c e m e n ta m o u n to f h p iw a s1 3 k e yw o r d s ：h e m p s e e dp r o t e i ni s o l a t e ，a l k a l ie x t r a c t i o na n da c i dp r e c i p i t a t i o n , f u n c t i o n a l i t y , l i m i t e de n z y m o l y s i sr e a c t i o n ；b a k e dp r o d u c t 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是芬人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 缢嗡 日 期：一瑚客盘 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分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、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签 名：奎阻导师签名： 日期： 第一章绪论 1 1 汉麻的发展历史 第一章绪论 汉麻( h e m p ) ，俗称大麻( c a n n a b i ss a t i v al ) ，为一年生草本植物，我国其他地区 也称为线麻、火麻、寒麻、魁麻等。因其植株中含有的四氢大麻酚( t e t r a h y d r o c a n n a b i n o l ， 简称t h c ) 具有精神致幻作用而一度禁止种植。目前，国际上将t h c 质量分数低于o 3 的品种称为工业大麻( i n d u s t r i a lh e m p ) 。2 0 0 5 年8 月经总后勤部军需装备研究所所长张 建春博士提议，将中国各地的工业大麻改称“汉麻”，而对药用及毒品用大麻统称为“大 麻，下文将采用此说法。 考古资料显示，我国是最早种植和使用汉麻的国家，距今已有5 0 0 0 - - - 6 0 0 0 年的历 史。汉麻在历史上曾用于生产绳索、帆布、纺织服装、纸张、食品和照明燃油等，对航 海、军事、经济和社会发展做出了巨大贡献。 随着合成纤维的出现、棉花的广泛种植和棉花加工技术的发展以及石油化工技术和 木浆造纸技术的发展，汉麻的种植和利用逐渐萎缩。加上2 0 世纪6 0 年代的毒品问题和 人们对汉麻作物毒性问题认识上的误区，当时汉麻在国际上被很多国家列为禁止种植的 作物，汉麻的作用也逐渐被人们所淡忘【l 】。 2 0 世纪9 0 年代以来，资源消耗与环境污染问题受到人类的重视，社会的可持续性 发展和资源的合理利用问题受到各国的普遍关注，加之各国相继培育出无毒品种，人们 逐渐将视线转移至汉麻产业，汉麻产业开始复苏。目前国际上已有包括欧美发达国家在 内的3 0 多个国家允许并扶植汉麻的种植和产业化。 1 2 汉麻的种植现状 汉麻具有很强的气候适应性和很高的利用率，在世界各地都有种植。一方面，汉麻 对土地和气候要求不高，尤其是不需使用杀虫剂、除草剂等特殊化学试剂，有利于环境 保护和贫瘠土地资源的- 丌发利用：另一方面，汉麻的籽、杆、皮、根、叶都是可以利用 的资源，资源利用率高、可持续性强而且市场潜力巨大。人们对不同用途汉麻的培育、 隔离和筛选，呈现出汉麻品种的多样性分布和地区的专一性种植现状。 受地理位置和历史因素的影响，不同国家和地区具有不同的汉麻种植状况。非洲、 中东、南亚和东南亚地区主要将其作为一种精神影响药物使用，因此种植品种多为高 t h c 含量的药用或毒品大麻；欧洲、美洲和东亚等地区主要利用其纤维和种籽，因此主 要种植纤用和籽用汉麻。其中，中国、俄罗斯、英国、法国、乌克兰等国家汉麻种植历 史悠久、种植面积较大。 中国是当今世界上汉麻种籽和汉麻纤维的最大生产国和出口国，西方大部分纯的或 混纺的汉麻纺织品都来源于中国。中国汉麻种植历史悠久、常年种植面积巨大，而且具 有多个优良的汉麻农家品种，在全球汉麻工业的发展中占据极其重要的地位。 前苏联在解体前一直是世界上最大的汉麻种植国，历史上最大种植面积曾达1 0 0 万 江南大学颂：k - 学位论文 公顷，前苏联解体后只有俄罗斯和乌克兰种植汉麻，而且主要为纤用和籽用汉麻。目前， 俄罗斯常年汉麻种植面积在1 万公顷左右，而且有多个汉麻研究所，同时拥有世界上最 大的汉麻种籽库，包括了很多在其他基因库中难以发现的品种。 匈牙利一直是前苏联的主要原料供应国，其培育出的雌雄异株汉麻是纤维和种籽产 率最高的汉麻品种。罗马尼亚是欧洲最大的汉麻纺织品生产国，是排在中国之后的世界 第二大汉麻纺织品出口国。与匈牙利、罗马尼亚一样，波兰具有悠久的汉麻种植历史， 波兰国家纤维研究院培育出了多个雌雄同株的汉麻品种，并已开发出利用汉麻种植改善 重金属污染土壤的方法。法国连续种植汉麻超过六个世纪，已培育出包括无t h c 的 “e p s i l o n ”和“s a n t h i c a ”系列在内的多个优良汉麻品种，一直主导着欧盟的汉麻种植 用种籽市场。 1 3 汉麻籽的食用价值和化学组成 汉麻籽作为食品和油料，自古以来都有史料记载。著于公元前1 6 世纪的中国最古 老的农业专著夏小正中指出汉麻是当时的一种主要农作物。诗经和吕氏春秋 中记载了古代中国大面积种植的六种作物，即禾、粟、稻、菽、麻、麦，其中麻即汉麻。 楚辞中曾将“稻、黍、稷、菽、麻 并列为五谷。直到1 0 世纪其他高质量谷物大 面积种植之前，汉麻籽一直是中国饮食中的一个主要来源。 目前，我国汉麻品种包括籽用汉麻、纤用汉麻和籽纤兼用汉麻等多个优良品种。汉 麻籽的产量与其品种及种植密度关系极大，产量通常在3 0 , 1 2 0k g 亩不等。各分析测试 研究表明，无论何种用途、任何品种的汉麻，汉麻籽中均几乎不含大麻酚类物质，即不 会令食用者中毒或上瘾。 汉麻籽为坚硬瘦果，卵圆形、微扁、顶端较尖、表面光滑，种壳颜色较深。汉麻籽 含有2 0 - - 2 5 的蛋白质、2 5 - 3 5 的油脂、2 0 - 、一3 0 的碳水化合物，同时还含有较 高含量的维生素和矿物质【2 】。汉麻籽中矿物质含量丰富，几乎不含对人体和动物有害的 物质和元素，同时还含有大量的钠、钾、钙、磷等矿物质元素。汉麻籽主要组成见表1 1 ， 矿物质元素组成见表1 2 。 表i - i 汉麻籽主要组成表 t a b i it h em a i nc o m p o s i t i o no fh e m p s e e d 汉麻籽油是一种优质植物油脂。在起初，汉麻籽油仅仅被作为按摩油使用。1 9 9 2 年，h e m p e r yo 等研制出精制食用汉麻籽油，在当时售价高达2 5 元儋。汉麻籽油中亚油 酸( 一6 不饱和脂肪酸) 和亚麻酸( ( - ) 3 不饱和脂肪酸) 的含量分别为5 0 - - - 7 0 和 2 第一章绪论 1 5 - - 一2 5 ，两者比例接近3 ：1 。营养学研究表明，这种比例与人体正常代谢所需比例一 致，对人体健康最佳，可以作为高端食用油脂。其高含量的多不饱和脂肪酸，可以作为 高档香水、高档护肤品等化妆品原料，还可以用作燃料、印刷油墨和木材防腐剂【3 5 】。 表1 - 2 汉麻籽中矿物质元素含量表 t a b 1 2m i n e r a lc o m p o s i t i o no fh e m p s e e d 1 4 汉麻籽蛋白的营养价值 由于汉麻籽油的优良特性，一直以来人们忽略了汉麻籽中的另一种物质汉麻籽 蛋白。在植物种籽中，大豆的蛋白质含量最高，且大豆分离蛋白是目前人们消费最多， 也是公认的优质植物蛋白。与大豆相比，汉麻籽的蛋白质含量稍低，位居植物种籽第二 位，且汉麻籽蛋白也是一种优质蛋白质。 汉麻籽蛋白不含大豆中的胰蛋白酶抑制因子，从而不会阻碍蛋白质的吸收；不含大 豆中的一些低聚糖，从而不会造成胃胀和反胃；汉麻籽蛋白也不含任何已知的致敏物【6 】。 另一方面，营养学上，汉麻籽蛋白比大豆蛋白的消化性能更优。王显生等【7 】采用胃蛋白 酶胰蛋白酶体外消化模拟实验研究发现，在初始的胃蛋白酶消化阶段，汉麻籽蛋自与 大豆蛋白的可溶性氮释放量增加趋势相似，进一步的胰蛋白酶消化阶段，汉麻籽蛋白的 可溶性氮释放量增速较大而且终值较高，大豆蛋白的可溶性氮释放量则增速较小、终值 较低。 与1 9 8 5 年f a o f w h o 建议的学龄前儿童( 2 5 岁) 必需氨基酸需要量模式相比， 汉麻籽蛋白中只有赖氨酸和含硫氨基酸含量偏低。除此之外皆能达到标准【8 】。与大豆蛋 白相比，除异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸含量较低外，其他氨基酸含量相当或 较高【7 1 。 1 5 国内外研究现状 1 5 1 汉麻籽的国内外研究现状 国内对汉麻籽的研究以2 0 0 0 年为分界线，呈现两种不同的研究方向。2 0 0 0 年以前， 有关汉麻籽的研究主要集中在汉麻籽的药理作用和临床应用方面。其中，药理作用方面 的研究包括汉麻籽提取物对中枢神经系统的影响【鼬、对消化道系统的影响【9 】【l o j 、对心血 管系统的影响【l l 】【1 2 】、抗肿瘤作用【1 3 1 、抗溃疡作用【l o l 、利胆和抗腹泻作用【l 以及汉麻籽 石油醚提取物的毒副作用【1 3 】等。临床应用方面的研究包括应用汉麻籽治疗便秘【1 4 1 【1 5 1 、 应用火麻仁汤促进术后胃肠功能恢复f 1 6 】、应用汉麻籽治疗慢性咽炎【1 7 1 、应用汉麻籽油治 疗神经性皮炎以及大量服用汉麻籽后的一些不良反应【1 9 】等。 2 0 0 0 年至今，国内有关汉麻籽的研究逐渐具体化、精细化、深入化，并有了较大进 展，可以分为测定研究和应用研究。测定研究方面，包括一些有关汉麻籽油的研究报道， 江雨大学硕：七学位论文 黎文生等【2 0 】采用薄板层析、气相色谱对汉麻籽油中箔醇、4 甲基甾醇及三萜醇等不皂化 物成分进行了分离和分析研究，金付强等【2 l 】通过二次甲醇酯交换反应将汉麻籽油合成生 物柴油，张晓京等【2 2 】用气相色谱法对汉麻籽油中的9 四氢大麻酚进行了分析测定。 另外，杨永红等瞄】对汉麻果实中氨基酸组成和元素进行7 n 定、贲永光 2 4 】进行了汉麻种 籽中水溶性多糖的提取研究、总后勤部军用汉麻材料研究中心何锦风等【2 5 j 对汉麻籽的营 养成分进行过研究。应用研究方面，马黎等将汉麻籽粕作为肉鸡饲料来改善肉质特性1 2 6 j 、 提高肉鸡免疫力刚、促进肉鸡生长性能【2 引。 国外对汉麻籽的研究较为具体和全面，几乎测定了汉麻籽的全部化学成分并对各化 学成分进行了一些研究。汉麻籽化学成分包括脂肪酸及其酯类、蛋白质和酶【2 邺1 1 、酰胺 类、甾体类、烯类、大麻酚类、生物碱类、黄酮及其苷类、微量元素【3 2 】、维生素及其他 成分。汉麻籽中的两大主要组成为汉麻籽油和汉麻籽蛋白，因为汉麻籽油的优良特性， 其研究较多；而汉麻籽蛋白被忽略、研究较少。o o m a h 等【3 3 】研究了汉麻籽油的性质， b a r n e t t 3 4 】对汉麻籽油是否可以满足动物组织再造时的营养需求进行过研究，h i l l i g 等 3 f 1 人对汉麻籽油中的萜类物质进行过分析研究，t o g n o l i n i 等【3 6 】研究了汉麻籽油的抗血小板 性能；y u 等【3 7 】研究了汉麻籽油的抗氧化性能，h e b b a l 等【3 8 】将汉麻籽油与柴油混合作为 柴油机燃料使用，c a s a s 等【3 9 】经研究提出汉麻籽油作为生物柴油可以很好地解决环境问 题。 1 5 2 汉麻籽蛋白的国内外研究现状 国内对汉麻籽蛋白的研究较少，而且只是近几年才出现有关汉麻籽蛋白的研究报 道。例如，张维等【4 0 】采用无水乙醚脱脂后的汉麻籽粕作为原料进行汉麻籽蛋白的制备研 究，蛋白提取率为5 2 2 7 ，蛋白质含量为8 3 8 。华南理工大学的学者【8 】进行了汉麻籽 蛋白的物化性质研究，结果表明汉麻籽蛋白在溶解度、乳化能力、水合能力等理化性质 方面均劣于大豆分离蛋白。 杨永红等【2 3 】对汉麻果实中的氨基酸和各元素进行了分析研究，通过氨基酸自动分析 仪测定了汉麻果实中的1 8 种氨基酸，其总含量为1 0 8 7m g 1 0 0 m g ，其中包括7 种人体 和动物必需氨基酸，约占3 5 6 8 。 国外对汉麻籽蛋白的研究较多。2 0 世纪6 0 年代毒品问题出现之前，针对汉麻籽蛋 白的主要组成成分麻仁球蛋白的研究较多，这主要归因于麻仁球蛋白的易于制备、 结晶性能良好、氨基酸组成良好等特性。d a v i d 4 2 】研究了麻仁球蛋白的胶体性质，探讨 了作为两性电解质的麻仁球蛋白的电势差、渗透压等性质。g o r i n g 等【4 3 】测定了麻仁球蛋 白的分子量并研究了麻仁球蛋白的分子对称性及麻仁球蛋白单分散体系对p h 的稳定 性。a l l e n 4 4 等研究了汉麻籽细胞、糊粉颗粒、汉麻籽蛋白晶体以及组成汉麻籽蛋白晶 体的亚结构的超微结构。s t o c h 佗1 1 【4 5 】在5 0 c 下对麻仁球蛋白进行了色谱分析，发现麻 仁球蛋白由三种成分组成。h a l l l 4 6 对麻仁球蛋白晶体进行了电镜观察，并分析了其尺寸、 形状和结构。另外，有较多麻仁球蛋白促进动物生长和满足其营养需求方面的动物实验 研究 4 7 - 4 9 。 4 第一章绪论 1 6 国内外生产和应用现状 1 6 1 汉麻籽的生产和应用现状 目前，国内有两家公司经营汉麻产品的销售，云南工业大麻股份有限公司和广谣巴 马常春藤生命科技发展有限公司。前者提供汉麻全籽、脱壳汉麻籽、汉麻籽蛋白粉、汉 麻咖啡和3 6 9 软胶囊等汉麻籽产品；后者提供脱壳汉麻籽、汉麻籽油、汉麻籽蛋白粉、 汉麻茶、汉麻护肤品等汉麻籽产品。同时，国内市场上有汉麻仁烤饼、汉麻仁曲奇、汉 麻仁酥和汉麻仁酱油等汉麻籽产品出售。另外，汉麻籽可以做成汉麻豆腐、汉麻仁酱、 汉麻醋、汉麻奶和汉麻黄油等食品，也可以作为鸟食等高蛋白宠物饲料。 国外，汉麻籽食品的生产量和销售量都很大。汉麻籽食品包括意大利面食、干酪、 麦片、糖果和冰淇淋等，并且不断有新产品推出。汉麻籽食品的生产在美国最为盛行， 加拿大一份年度消费报告显示，美国的汉麻食品在加拿大的销售额达到4 0 0 0 万美元， 这充分说明了汉麻食品市场的广阔前景【5 d 】。 1 6 2 汉麻籽蛋白的生产和应用现状 目前，国内市场上有汉麻籽蛋白粉和麻仁球蛋白产品出售。国药集团化学试剂有限 公司北京化学试剂公司提供s i g m a 公司生产的麻仁球蛋白产品，销售价格约为6 4 9 元儋。 云南工业大麻股份有限公司有汉麻籽蛋白粉和汉麻籽分离蛋白出售，汉麻籽蛋白粉产品 的蛋白质含量为5 5 - - 6 0 ，汉麻籽分离蛋自产品的蛋白质含量在8 5 以上。 在北美，市场上出售汉麻面包、华夫饼干、汉麻啤酒、汉麻咖啡和汉麻色拉味调料 等添加汉麻籽蛋白作配料制作而成的汉麻食品。 1 7 立题背景及意义 1 9 9 2 年欧盟通过立法允许种植t h c 含量低于o 3 的汉麻，并给予种植补贴。随继 包括世界主要工业国家在内的3 0 个国家开始发展汉麻产业。截止到1 9 9 8 年，加拿大和 欧盟所有成员国均对汉麻的种植进行了解禁。从此，汉麻的种植进入了高速发展期，而 对汉麻产业的相关研究也在急速同步发展。可见，汉麻产业具有良好的国际环境。 同时，汉麻产业具有很好的国内环境。2 0 0 2 年，国家卫生部颁发文件将汉麻仁列为 “既是食品又是药品”的物品名单，为汉麻的食品级应用敞开了大门。2 0 0 3 年，总后勤 都与云南省合作开展了“汉麻综合利用创新技术研究”，迄今为止已形成农业种植、 种子繁育、纤维加工、造纸、粘胶、复合材料、食品保健、医药、活性炭、生物柴油 等各部分组成的汉麻产业链。2 0 0 6 年6 月在总后勤部军需装备研究所成立了军用汉麻 材料研究中心，负责汉麻综合利用技术的研究开发和产业化项目，此项目得到了国家发 改委、国务院扶贫办和云南省政府等部门的大力支持。本课题研究即来源于此项目。 该项目的总体目标是到2 0 1 0 年，全国汉麻种植面积超过1 0 0 0 万亩，建立4 个基 地，年产汉麻纤维1 0 0 万吨，代替木材5 0 0 万立方米，解决3 0 0 万农民就业，让1 0 0 0 万人脱贫，同时能提供汉麻籽约1 0 0 万吨。2 0 0 6 年5 月，胡锦涛总书记指出：“汉麻综 5 江南大学硕：1 二学位论文 合开发利用 是个很好的项目，今后要下大力气搞好产业化，通过科技开发，切实提 高和保障农民收益。可以预见，在未来的几年，我国汉麻产业将出现前所未有的全面 发展局面。 目前，我国居民面临营养不良和营养过剩的双重挑战。一方面，边远、贫困地区人 均收入偏低、人们营养摄入水平低，贫困农村人口受营养不良影响的比例竟高达2 3 以 上，开发低成本、高附加值和可持续性强的蛋白质资源非常必要；另一方面，人们在食 用动物蛋白的同时，摄入了过多的胆固醇和饱和脂肪酸，导致心脑血管等营养相关性疾 病的发生和死亡率的增加，开发营养价值高、品质好的植物蛋白迫在眉睫。 汉麻籽分离蛋白是一种新型、优质、来源丰富、成本较低的蛋白质资源，本文通过 研究其制备工艺、功能特性及应用特性，以提高汉麻产业的整体效率和资源利用率，为 汉麻籽分离蛋白的工业化生产和实际应用提供理论依据和指导。 1 8 主要研究内容 本文对汉麻籽分离蛋白的制备工艺、功能性质及应用特性进行了研究，主要研究内 容如下： 1 研究不同工艺参数对汉麻籽分离蛋白的提取率、蛋白质含量和蛋白质溶解度等指 标的影响，并通过正交实验优化汉麻籽分离蛋白制备工艺。 2 研究汉麻籽分离蛋白的营养特性、功能性质及环境因素对其功能性质的影响，并 通过有限酶法修饰改善其溶解度等功能性质。 3 汉麻籽分离蛋白在焙烤制品中的应用研究。通过分析面团粉质和拉伸特性的变化 研究其对面团品质的影响，并将其添加至面包生产中研究其对面粉营养价值和面包品质 的影响。 6 第二章汉麻籽分离蛋白的制备 第二章汉麻籽分离蛋白的制备 2 1 引言 植物蛋白提取可以通过多种方法实现，包括碱提酸沉法、有机溶剂提取法、水相酶 解法、膜分离法、反胶束萃取法等。不同的提取方法适用于不同的蛋白质，不同的提取 方法获得的蛋白质提取率和蛋白粉的品质也各不相同。水溶液提取法是提取植物蛋白最 经常使用的方法，而其中的碱提酸沉法是提取酸性蛋白质的经典方法，已有很多利用碱 提酸沉法制备大豆分离蛋白、亚麻籽蛋白等蛋白质的文献报道 5 1 - 5 3 1 。 蛋白质制备原理虽然是成熟的，但是不同物料、不同因素间的相互影响却是不同的。 而目前汉麻籽分离蛋白的各制备方法中，皆存在蛋白得率较低、分离蛋白品质较差等缺 点，易造成蛋白质资源浪费，不利于汉麻籽分离蛋自的工业化生产和应用【4 0 】。 本章采用超临界c 0 2 萃取工艺对汉麻籽进行脱油，综合考虑各因素的相互影响并兼 顾蛋白提取率、蛋白质含量和蛋白质溶解度等多项指标，通过碱提酸沉法制备汉麻籽分 离蛋白( h e m p s e e dp r o t e i ni s o l a t e ，以下简称h p i ) ，并且优化制备工艺，以期实现较高 的蛋白质总得率和较好的h p i 品质。 2 2 实验材料和设备 2 2 1 材料和试剂 2 2 1 1 材料 机械脱壳后的汉麻籽：总后勤部军需装备研究所军用汉麻材料研究中心提供； 冷榨脱油后的汉麻籽粕：总后勤部军需装备研究所军用汉麻材料研究中心提供； 2 2 1 2 试剂 皆为分析纯试剂。 2 2 2 仪器和设备 s f l 7 0 - 3 8 型中药粉碎机上海中药机械厂 h a 2 2 1 - 5 0 - 0 6 型超临界c 0 2 萃取机南通华安超临界萃取设备有限公司 x w - 8 0 a 型漩涡混合器上海医科大学仪器厂 j b 3 0 0 d 型强力电动搅拌机上海标本模型厂 j m s - 1 3 0 x 型胶体磨温州市温岭机械厂 q z r - 5 型喷雾干燥机无锡市林洲喷雾干燥器厂 7 江南大学硕：i ：学位论文 2 3 实验方法 2 3 1 汉麻籽分离蛋白的制备工艺 h p i 制备工艺如图2 1 所示。不同制备阶段的具体工艺如下： a 超临界c 0 2 脱油。工艺参数：温度4 3 、压强3 4m p a 、萃取时间2h 。 b 碱提工型5 4 1 。在一定温度、料液比下，用1 0m o l l 的n a o h 调节料液至所需 p h ，低速搅拌，恒温碱提一定时间后离心，测定上清液中蛋白质含量。 c 酸沉工艺。用1 0m o l l 的h c i 调节至p h3 o 7 0 ，在2 5 c 水浴中缓慢搅拌5m i n 后，离心、弃去上清液，得到汉麻籽蛋白凝乳。 d 喷雾干燥工艺。对凝乳进行二次水洗后，将其分散在去离子水中，调节至p h7 0 ， 胶体磨粉碎、均质机均质后的蛋白分散液经喷雾干燥制得汉麻籽分离蛋白。喷雾干燥工 艺参数：进风温度18 0 一- 2 0 0 c ，出口温度7 0 - - 一8 0 ，物料浓度2 0 0g l ，进料速度2 0l h 。 均质机压力：1 0m p a 。 汉麻籽粕一粉碎( 过6 0 目筛) 一超临界c 0 2 脱油 i 碱液一碱提一离心分离 i 酸液碱提蛋白液 ll 二次酸沉一一次酸沉凝乳一离心分离( 3 0 0 0r m i n ，1 5m i n ) 一酸沉一酸液 i 离心分离一蛋白凝乳一粉碎一均质一喷雾干燥一h p i 图2 - 1h p i 制备工艺流程图 f i g 2 1t h et e c h n o l o g i c a lf l o ws h e e to f h p ip r e p a r a t i o n 2 3 2 基本成分的测定 水分的测定：常压干燥法 5 5 】： 灰分的测定：高温灼烧法【5 6 】： 脂肪的测定：索氏抽提法【5 7 】： 蛋白质的测定：微量凯氏定氮法【5 引，转换系数采用6 2 5 。 2 3 3 碱提提取率的计算 碱提提取率c ，= 塑焉未莩蔫曼署。 c 2 1 ， 8 第二二章汉麻籽分离主 f 臼的制备 2 3 。4 蛋白质总得率的计算 蛋白质总得率c ，= 坌案翥号蔷器。 c 2 2 ， 2 3 5 溶解度的测定幽i 称取1 0 0g 左右蛋白质，记为w l ，分散在1 0 0m l 水溶液中，用0 1m o l l 的n a o h 调节至p h7 0 ，2 59 c 下恒温搅拌1 0h ，3 0 0 0r m i n 下离心1 5r a i n 后测定可溶性蛋白质质 量，记为w 2 。按式2 3 计算蛋白质的溶解度，记为s i 。 & ( 呦= 等x 1 0 0 ( 2 3 ) 式中s i 为蛋白质溶解度，； w l 为原蛋白质质量，g ； w 2 为可溶性蛋白质质量，g 。 2 3 6 数据统计与分析 文中数据皆为三次平行测定值的平均值，数据显著性分析利用s p s sv 1 5 0 软件进 行o n e w a y a n o v a ，t u k e y ( a = 0 0 5 ) 分析。 2 4 结果与讨论 2 4 1 超临界c 0 2 脱油后汉麻籽粕的组分分析 汉麻籽中蛋白质和油脂的含量都很高，制备高蛋白质含量的h p i 必须首先去除油 脂。不同脱油工艺对h p i 提取工艺和提取率具有重要影响。原料经超临界c 0 2 萃取脱油 后，其组成见表2 2 。可见，脱油后的汉麻籽粕中主要成分为蛋白质、碳水化合物和一 些矿物质( 即次分) ，蛋白质含量高达6 0 。 表2 1 脱油前后汉麻籽中主要成分含量比较( 质量分数搦) t a b 2 1t h em a i ne o m p o s i t o n so f d e f a t t e dh e m p s e e d 2 4 2 酸沉p h 的确定 分析p h3 o 7 0 下汉麻籽蛋白的沉淀率，结果见图2 2 。结果说明，汉麻籽蛋自在 p h4 5 5 0 时可以实现高达9 5 的蛋白质沉淀，因此，酸沉工艺中选用p h4 5 5 0