超声波辅助提取熊猫豆蛋白及其功能性质的研究.doc

农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 1 目目 录录 河西学院本科生毕业论文 设计 诚信声明 2 河西学院本科生毕业论文 设计 开题报告 3 摘 要 6 关键词 6 引言 7 1 材料与仪器 7 1 1 实验材料与试剂 7 1 2 主要仪器设备 7 2 方法 7 2 1 蛋白质标准曲线制作 7 2 2 水溶性蛋白的提取工艺 7 2 3 熊猫豆蛋白的等电点的测定 8 2 4 熊猫豆蛋白提取工艺的确定 8 2 5 水溶性蛋白得率计算 8 2 6 蛋白质功能性质研究方法 8 3 结果与分析 10 3 1 单因素试验结果 10 3 2 熊猫豆蛋白提取工艺的优化 12 3 3 熊猫豆水溶性蛋白质的功能特性 16 4 结论 20 参考文献 20 致 谢 22 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 2 河西学院本科生毕业论文 设计 诚信声明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业论文 设计 是本人在指导老师 的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识产权争议 除文中已经注明引用的内容外 本论文不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已 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 作者签名 二O一二年六月十日 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 3 河河西西学学院院本本科科生生毕毕业业论论文文 设设计计 开开题题报报告告 论论文文题题目目超声波辅助提取熊猫豆蛋白及其功能性质的研究 学学生生姓姓名名吴潇潇所所属属学学院院 农业与生物 技术学院 专专业业生物科学年年级级08级 指指导导教教师师张喜峰所所在在单单位位河西学院职职称称讲师开开题题日日期期2012 01 选选题题的的根根据据 熊猫豆又称猫眼豆 豆科 一年生植物 是我国河西走廊的珍稀名贵彩色豆种 熊猫豆外型特殊 它的半面 脐背面 是咖啡色 半面是白色 脐为白色 因豆皮上 有酷似熊猫眼睛 鼻子 脚形状的斑点 因此被称为 熊猫豆 由于熊猫豆形状奇趣 异常美观 所以既有工艺品价值 又可供观赏 又香味迷人 口感独特 别有风味 一般鲜炒食 味同四季豆 老熟的豆粒 煮 炒 煎均酥松可口 它的适应性较强 具有耐干旱 耐低温 耐贫瘠等特点 全国各地均可种植 此外 熊猫豆还具有极高的经营养价值 熊猫豆中含有大量蛋白质 高达 34 5 是豆类中仅次于大豆 四棱豆和羽扇豆的高蛋白作物 熊猫豆氨基酸种类齐 全 人体中不能合成的 8 种必需氨基酸中 除色氨酸和蛋氨酸含量稍低外 其余 6 种 含量均高 尤以赖氨酸含量丰富 目前 有关熊猫豆蛋白提取及其性质研究较少 但是人们已经越来越认识到熊猫 豆蛋白质的开发利用的广阔前景 因次 以熊猫豆为原料 通过正交实验对比研究相 关因素对熊猫豆蛋白质提取率的影响 并测定其功能性 不仅可以为熊猫豆的深加工 提供理论依据 而且提高其附加值 为资源的综合利用提供新的途径 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 4 主要内容 基本要求及其主要的研究方法 主要内容 基本要求及其主要的研究方法 一 主要内容 采用超声波法提取熊猫豆蛋白 研究不同 pH 料液比 超声时间 温度对蛋白 提取率的影响 通过 central combination design 设计确定最佳提取工艺 并进行蛋白 质性质的初探 二 基本要求 1 查阅相关的资料时要全面 并做好详细的整理 2 在试验时的各项指标测定时要准确 认真 3 对数据的处理要科学 严谨 运用统计学软件进行 三 主要研究方法 1 制作蛋白标准曲线 2 单因素实验 1 pH 对熊猫豆蛋白得率的影响 2 料液比对熊猫豆蛋白得率的影响 3 超声时间对熊猫豆蛋白得率的影响 4 温度对熊猫豆蛋白得率的影响 3 CCD组合设计 4 蛋白性质的初探 1 熊猫豆蛋白的持水性 2 熊猫豆蛋白吸油性 3 熊猫豆蛋白的溶解度 4 熊猫豆蛋白的乳化性及乳化稳定性 论文安排和采取的主要措施 论文安排和采取的主要措施 完成期限为 2012 年 5 月 25 号 采取的主要措施有 采用超声波法提取熊猫豆蛋 白 研究不同 pH 料液比 温度 超声时间对熊猫豆蛋白得率的影响 通过中心组 合设计确定最佳提取工艺 并测定熊猫豆蛋白的持水性 吸油性 溶解度 乳化性及 乳化稳定性 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 5 主要参考资料和文献 主要参考资料和文献 冯若 2003 超声空化和超声治疗 J 自然杂志 25 6 311 314 高峰 亚莉 刘静波等 2010 超声波提取北冬虫夏草多糖的工艺 食品研究与开发 31 6 107 110 郭孝武 1998 一种提取中草药化学成分的方法 超声提取法 天然产物研究与开发 11 3 37 40 郭兴凤 陈定刚 闫秋丽 2008 超声辅助提取黑豆蛋白质的研究 河南工业大学学报 自然科学版 29 4 10 13 黄群 麻成金 孙树国等 2009 超声波辅助提取蚕豆蛋白及功能特性研究 食品与发酵工业 35 8 179 186 李凤林 李应华 2009 超声波法提取白灵菇多糖的工艺研 食用菌 3 74 75 栗星 奚春蕊 王晓琳等 2010 超声波提取桑葚果渣蛋白质工艺研究 农业工程技术 农产品加工业 12 30 31 罗登林 丘泰球 卢群 2005 超声波技术在油脂工业中的研究进展 粮油加工与食品机械 3 48 50 石春红 郑有飞等 2008 超声波法提取黄芩中总蛋白质的研究 安徽农业科学 6 17 7287 7289 张佰清 林子木 朴海燕 2011 超声波辅助提取芝麻中芝麻素的工艺条件研究 沈阳农业大学学报 42 2 223 226 张根生 岳晓霞 李继光 陈林林 2006 大豆分离蛋白乳化性影响因素的研究 食品科学 27 7 48 51 张涛 江波 王璋 2005 鹰嘴豆分离蛋白质的功能性质 食品科技 4 19 22 指导教师意见 签 名 年 月 日 教研室 意见 负责人签名 年 月 日 学 院 意 见 负责人签名 年 月 日 农业与生物技术学院生物科学 2012 届本科生毕业论文 超声波辅助提取熊猫豆蛋白及其功能性质的研究超声波辅助提取熊猫豆蛋白及其功能性质的研究 摘摘 要 要 利用响应面分析超声波辅助提取熊猫豆水溶性蛋白质工艺条件 并对其功能 性质进行了研究 确定了最佳提取工艺条件为 pH 6 温度 39 超声时间 22min 料液比 1 12 在此条件下熊猫豆水溶蛋白得率为 19 97 结果表明 远离 其等电点时 熊猫豆蛋白具有良好的持水性 溶解度 乳化性及乳化稳定性 熊猫豆 蛋白的持水性和溶解度与 NaCl 浓度 0 1 0mol L 呈正相关 而过高的离子强度 NaCl 浓度高于 0 8 1 0mol L 会使熊猫豆蛋白的乳化性和乳化稳定性下降 蔗糖的 加入会增加熊猫豆蛋白的持水性 但会降低其溶解度 对熊猫豆蛋白的乳化性和乳化 稳定性影响不大 熊猫豆蛋白的吸油性与温度 20 40 呈正相关 持水性 溶解 度 乳化性及乳化稳定性于 30 时最好 关键词 关键词 熊猫豆 水溶性蛋白 正交实验 功能性质 Study on the Panda Bean Protein Extraction and Functional Properties of Proteins from Panda Bean by Ultrasonic Method Abstract In order to get better water soluble proteins from panda bean extractions Orthogonal experimental design was carried out to determine the optimum extraction conditions and further more some functional properties of the water soluble proteins from Panda beans were anlaysed The optimum extraction conditions were pH 6 temperature 39 extraction time 22min solid to liquid ratio of 1 12 Under these conditions the maximum yield of water soluble proteins from panda bean is 19 97 Results indicated that water soluble proteins from panda bean showed well stablility in water holding capacity emulsifying capacity and emulsion stability at pH far away from isoelectric point The water holding capacity and solubility of panda bean extracted proteins had respective positive correlation with NaCl concentration within the range of 0 1 0 mol L The highest emulsifying capacity was observed at 0 8 mol L and the highest emulsion stability was at 0 6 mol L and a higher level of NaCl concentration resulted in a remarkable decline in both of emulsifying capacity and emulsion stability of extracted panda bean proteins as increased sucrose concentrations added the water holding capacity and decreased water solubility of the extraction but little changes in the emulsifying capacity and emulsion stability were observed the oil absorbing capacity of panda bean proteins were positively correlated with temperature 20 40 30 results the best water holding capacity solubility emulsifying capacity and emulsion stability of panda bean proteins Keywords Panda bean Water soluble protein Orthogonal Functional properties 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 7 引言引言 熊猫豆又称猫眼豆 豆科 一年生植物 是我国河西走廊的珍稀名贵彩色豆种 熊猫豆中含有大量蛋白质 高达 34 5 是豆类中仅次于大豆 四棱豆和羽扇豆的高 蛋白作物 熊猫豆氨基酸种类齐全 人体中不能合成的 8 种必需氨基酸中 除色氨酸 和蛋氨酸含量稍低外 其余 6 种含量均高 尤以赖氨酸含量丰富 张勇 2007 目前 有关熊猫豆蛋白提取及其性质研究较少 但是人们已经越来越认识到熊猫 豆蛋白质的开发利用的广阔前景 因次 以熊猫豆为原料 通过响应面分析对比研究 相关因素对熊猫豆蛋白质提取率的影响 并对其功能特性进行初步探索 不仅可以为 熊猫豆的深加工提供理论依据 而且提高其附加值 为资源的综合利用提供新的途径 1 材料与仪器材料与仪器 1 1 实验材料与试剂实验材料与试剂 熊猫豆 张掖市新乐超市场购买 大小适中 颗粒饱满 食用油 牛血清白蛋白 无水乙醇 盐酸 氢氧化钠 考马斯亮蓝 G 250 磷酸二氢钠 磷酸氢二钠 氯化钠 蔗糖 十二烷基磺酸钠 1 2 主要仪器设备主要仪器设备 722N 可见光分光光度计 万能粉碎机 L 203 电子天平 梅特勒 托利多仪器 上海 有限公司 SB120DT 超声波清洗机 宁波新芝生物科技股份有限公司 可见光分光光度计 722 型上海光谱仪器有限公司 LNG 798A 离心机 太仓市 华利达实验设备有限公司 DKB 501 数码超级恒温水浴锅 DHG 9101 1 型电热 恒温干燥箱 上海光谱仪器有限公司 2 方法方法 2 1 蛋白质标准曲线制作蛋白质标准曲线制作 准确称取牛血清白蛋白 0 012mg 加入 0 15g NaCl 用少量蒸馏水溶解定容 至 100mL 配制 120g mL 的牛血清白蛋白质标准液 分别精确吸取 120ug mL 的牛血清白蛋白原液 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00mL 用蒸馏水全部稀释至 1mL 然后分别加入 5ml 考马斯亮蓝溶液 混合均匀 于 25 的恒温水浴锅中 保温 10min 冷水浴中冷却后 立即于 595nm 处测定吸光度 以 1mL 蒸馏水代 替样品液 加入 5mL 考马斯亮蓝溶液 其余操作同上 做空白对照 刘叶青 2007 以试管中标准蛋白的总量 ug 为横坐标 相应的吸光度值 A 为纵 坐标制作标准曲线图 并做线性回归 得回归方程为 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 8 Y 0 0045X 0 0249 R2 0 9691 2 2 水溶性蛋白的提取工艺水溶性蛋白的提取工艺 熊猫豆 去杂 粉碎 称重 缓冲液浸提 超声 离心 取上清 测蛋白含量 计算蛋白得率 常学东 2004 2 3 熊熊猫猫豆豆蛋蛋白白的的等等电电点点的的测测定定 分别配制不同 pH值的一定浓度的熊猫豆蛋白溶液 3000r min离心30min 取 上清液测定蛋白含量 蛋白浓度最低时的 pH值即为等电点 2 4 熊熊猫猫豆豆蛋蛋白白提提取取工工艺艺的的确确定定 2 4 1 pH 对熊猫豆蛋白得率的影响对熊猫豆蛋白得率的影响 以 pH 为考察因素 分别选取 4 5 6 7 8 其他条件为 温度 30 超声时间 30min 料液比 1 10 通过计算不同 pH 条件下的蛋白得率 确定最佳的提取 pH 值 黄群 麻成金等 2009 2 4 2 料液比对熊猫豆蛋白得率的影响料液比对熊猫豆蛋白得率的影响 料液比为考察因素 分别选取料液比 1 5 1 10 1 15 1 20 1 25 1 30 其他 条件为 pH6 温度 30 超声时间 30min 通过计算不同料液比条件下的蛋白得率 确定最佳的提取料液比 张佰清 林子木等 2011 2 4 3 超声时间对熊猫豆蛋白得率的影响超声时间对熊猫豆蛋白得率的影响 以超声时间为考察因素 分别选取 10 min 15 min 20 min 25 min 30 min 其他条件为 pH6 温度 30 料液比 1 15 通过计算不同超声时间下的蛋白得率 确 定最佳的提取超声时间 蔡金星 刘秀凤等 2007 2 4 4 温度对熊猫豆蛋白得率的影响温度对熊猫豆蛋白得率的影响 以温度为考察因素 分别选取 20 25 30 35 40 其他条件为 pH6 超声时间 25min 料液比 1 15 通过计算不同温度条件的下蛋白得率 确定最 佳的提取温度 刘艳荣 原超等 2010 2 5 水水溶溶性性蛋蛋白白得得率率计计算算 蛋白得率的测定 考马 斯亮蓝法 G 250 刘叶青 2007 分离蛋白质量 g 蛋白得率 熊猫豆粉质量 g 100 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 9 2 6 蛋白质功能性质研究方法蛋白质功能性质研究方法 2 6 1 蛋白质在不同蛋白质在不同 pH 值 盐浓度 蔗糖质量浓度 温度条件下的持水性测定值 盐浓度 蔗糖质量浓度 温度条件下的持水性测定 用0 1mol L的盐酸和NaOH溶液调节0 01mol L的NaH2PO4溶液 配制不同pH值的 溶液 用1 0mol L的NaCl溶液配制不同浓度的盐溶液 稀释5g 100mL的蔗糖溶液配制 不同质量浓度的蔗糖溶液 向带刻度的离心管中分别加入以上各溶液1mL及不同温度 的蒸馏水1mL 加入提取所得熊猫豆蛋白质粉末0 1g 搅拌均匀后放置30min使之充 分吸水 之后3000r min 离心15min 弃上清取沉淀 冷冻干燥后称量蛋白质的质量 徐志宏 2006 王芳2010 蛋白质持水性 g g M2 M1 M0 式中 M0 分离蛋白样品的质量 g M1 离心管和干燥样品的总质量 g M2 离心后离心管和沉淀的总质量 g 2 6 2 蛋白质在不同温度条件下的吸油性测定蛋白质在不同温度条件下的吸油性测定 称取 0 1g 提取的熊猫豆蛋白粉末置于带刻度的离心管中 加入 1mL 的食用油 混匀 5min 在不同温度下静置 30min 然后在 3000r min 下离心 15min 去除游离油 冷冻干燥后称量蛋白质的质量 杜蕾蕾 郭涛等 2009 蛋白质吸油性 g g M2 M1 M0 式中 M0 分离蛋白样品的质量 g M1 离心管和干燥样品的总质量 g M2 离心后离心管和沉淀的总质量 g 2 6 3 蛋白质在不同蛋白质在不同 pH 值 值 NaCl 浓度 蔗糖质量浓度 温度条件下的溶解度测定浓度 蔗糖质量浓度 温度条件下的溶解度测定 同 2 6 1 节方法配制不同 pH 值 NaCl 浓度 蔗糖质量浓度 温度的溶液 向带 刻度的离心管中分别加入以上各溶液 1mL 及不同温度的蒸馏水 1mL 加入 0 1g 熊猫 豆蛋白粉末 搅拌均匀后放置 30min 使之充分吸水 之后 3000r min 离心 15min 用 考马斯亮蓝法测定其吸光度 得熊猫豆蛋白样品的溶解度 王芳 2010 2 6 4 蛋白质在不同溶液环境下的乳化性 蛋白质在不同溶液环境下的乳化性 EC 及乳化稳定性 及乳化稳定性 ES 测定 测定 同 2 6 1 节方法配制不同 pH 值 NaCl 浓度 蔗糖质量浓度 温度的溶液 各取 10mL 加入 0 1g 熊猫豆蛋白质粉末 于 20 左右在超声波清洗机中均质 10min 放 置 30min 3000r min 离心 15min 后 取上清液 2 mL 加入 2mL 食用油 再同种方法 均质 2min 准确吸取底部乳状液 0 1mL 立即加入 25mL 0 1 的 SDS 溶液 摇匀后 以 0 1 SDS 溶液做对照 于波长 500nm 处测定吸光度 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 10 EC A500nm 100 将均质后的乳液置于 50 的水浴中静置 30min 同种方法测定其 EC 值 记为 EC50 张涛 江波等 2005 ES EC50 EC 100 3 结果与分析结果与分析 3 1 单因素试验结果单因素试验结果 3 1 1 pH 对蛋白得率的影响对蛋白得率的影响 图 1 为料液比 1 10 超声时间 30min 温度 30 时不同 pH 对熊猫豆蛋白得率的 影响 蛋白质在静电状态时颗粒之间的静电斥力最小 因而溶解度也最小 各种蛋白质 的等点电有差别 可利用调节溶液的 pH 值远离某一蛋白质的等电点使之溶解 从图 1 可以看出 随着 pH 增大蛋白质得率逐渐增大 但在 pH6 时达到最大随后逐渐减少 可能是较大 pH 会使蛋白质变性 蛋白质得率反而降低 熊猫豆蛋白质在 pH6 左右得 率最大 所以在后续的试验中都采用调 pH 值为 6 来提取蛋白质 常学东 2004 3 1 2 料液比对蛋白得率的影响料液比对蛋白得率的影响 图 2 为 pH 6 超声时间 30min 温度 30 时不同料液比对熊猫豆蛋白得率的影 响 图图 1 pH 对熊猫豆蛋白得率的影响对熊猫豆蛋白得率的影响 Fig 1 Effect of pH on extraction yield of panda bean proteins 5 0 7 5 10 0 12 5 15 0 45678 pH 蛋白得率 6 8 10 12 14 16 18 1 5 1 10 1 15 1 20 1 25 1 30 料液比 蛋白得率 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 11 料液比过大 浓缩制备困难 过小 不能保证蛋白质全部溶出 吴晓红 2010 从图 2 可以看出 当料液比在 1 5 到 1 10 时蛋白质得率较低 当料液比为 1 15 时蛋 白质得率最高 超过 1 15 时出现缓慢下降 这是因为提取过程中熊猫豆蛋白不断溶 解到 提取液中 增大料液比 降低提取试剂中熊猫豆蛋白浓度 使更多的蛋白质释放出来 提高提取率 料液比高于 1 15 时 由于提取液 中熊猫豆蛋白浓度与 熊猫豆组织中 蛋白浓度相当 蛋白得率达到最大 在超声波功率恒定的情况下 料液比 过高 会使超声波对 熊猫豆组织的超声空化作用相对降低 而使 蛋白得率略有下降 故选择料液比为 1 15 为最佳提取条件 3 1 3 超声时间对蛋白得率的影响超声时间对蛋白得率的影响 图 3 为 pH6 料液比 1 15 温度 30 时不同的超声时间对熊猫豆蛋白得率的影 响 图3可以看出 超声时间对蛋白质得率也有一定影响 随超声时间的延长熊猫豆 蛋白得率逐渐增大 当超声时间为25min时蛋白质得率达到最高 随后蛋白得率又降 低 这可能是由于超声具有较强的机械切割作用 长时间作用会破坏蛋白质 后续处 理过程中损失增大而影响蛋白得率 考虑到长时间的提取会有条件上的不稳定 可能 会使部分蛋白变性影响蛋白质提取率 而且超声时间越长耗能越大 所以选择25min 为最佳提取条件 范三红 2010 3 1 4 温度对蛋白得率的影响温度对蛋白得率的影响 图图 3 超声超声时间对熊猫豆蛋白得率的影响时间对熊猫豆蛋白得率的影响 Fig 3 Effect of time on extraction yield of panda bean proteins 图图 2 料液比对熊猫豆蛋白得率的影响料液比对熊猫豆蛋白得率的影响 Fig 2 Effect of solid to liquid ratio on extraction yield of panda bean proteins 4 6 8 10 12 14 16 18 1015202530 超声时间 min 蛋白得率 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 12 图 4 为 pH6 料液比为 1 15 超声时间为 25min 时不同的温度对熊猫豆蛋白得率 的影响 从图 4 可以看出 温度对蛋白质得率有较大影响 蛋白质得率随超声温度升高而 增长较快 当温度到达 35 以上蛋白质得率增加缓慢 而且温度过高不仅影响产品 的功能性 而且黏度增大 分离困难 会给后续操作带来不便 且成本费用增加 故 温度选 35 最好 李凤林 2009 3 2 熊熊猫猫豆豆蛋蛋白白提提取取工工艺艺的的优优化化 3 2 1 熊猫豆中蛋白得率的方差分析熊猫豆中蛋白得率的方差分析 在单因素试验的基础上 根据Box Behnken的中心组合试验设计原理 许晖2007 以相关性密切的pH值 料液比 超声时间和温度为变量 以蛋白质提取效率为响应 值设计了4因素3水平共29个实验点的响应分析实验 实验设计方案与结果如表1和表2 所示 表表 1 正交实验因素与水平表正交实验因素与水平表 Table 1 experimental factors and level orthogonal table 水平 pH 料液比超声时间 min温度 151 52030 061 102535 171 153040 图图 4 温度对熊猫豆蛋白得率的影响温度对熊猫豆蛋白得率的影响 Fig 4 Effect of temperature on extraction yield of panda bean proteins 4 6 8 10 12 14 16 18 2025303540 温度 蛋白得率 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 13 表表2 响应面试验结果响应面试验结果 Table 2 The results of response surface 实验号 pH A 料液比 B 超声时间 min C 温度 D 得率 Y 1 1100 8 62 20 10 1 9 62 3100 1 6 27 40000 8 07 50000 9 60 60000 12 60 70 1 10 13 67 80011 12 96 911006 82 10000010 71 111 10011 36 12 100 112 34 1300 1 110 49 1410109 37 1510019 14 160 11010 77 1700007 38 18001 19 36 19 10 105 65 20011014 25 21 100114 14 220 10117 64 2301 1013 87 2400 1120 07 25 1 1009 58 26010 118 49 27010118 40 2810 1018 47 29 101018 00 将表 2 试验数据采用 Design Expert8 0 5 0 软件进行多元回归分析 得到熊猫豆中 蛋白得率 Y 与 pH A 料液比 B 超声时间 C 和温度 D 之间的函数关 系为 去掉不显著项 Y 16 588 1 520833A 0 525833B 0 458333C 1 063333D 0 2AB 1 655AC 0 7275AD 0 6875BC 0 675BD 0 9275CD 5 51983A2 2 06733B2 3 67108C2 0 146417D2 式中 A B C D 分别为 pH 料液比 超声时间 温度的编码值 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 14 为了说明回归方程的有效性及各因素对熊猫豆中蛋白得率的影响程度 对回归方 程进行了方差分析 结果见表 3 3 2 2 响应面分析响应面分析 表表 3 回归方程方差分析表回归方程方差分析表 Table 3 Variance analysis of regression equation 方差来源平方和自由度均方F 值P 值 Prob F 模型334 261423 87572 2 4879280 0497 A A27 75521127 75521 2 8921840 1111 B B3 31800813 318008 0 3457470 5659 C C2 52083312 520833 0 2626790 6163 D D13 56813113 56813 1 4138440 2542 AB0 1610 160 0166730 8991 AC10 9561110 95611 1416620 3034 AD2 11702512 117025 0 2206010 6458 BC1 89062511 890625 0 1970090 6639 BD1 822511 82250 1899110 6696 CD3 44102513 441025 0 3585660 5589 A2197 63391197 633920 59410 0005 B227 72238127 72238 2 8887640 1113 C287 41742187 41742 9 1091840 0092 D20 13905610 1390560 014490 9059 残差134 3528149 596625 失拟性72 80408107 280408 0 4731480 8462 纯误差61 54868415 38717 总和468 612828 从表3可以看出 pH和超声时间的二次项对蛋白得率影响显著 P 0 05 其它 因素对蛋白得率的影响不显著 P 0 05 此模型的相关系数R2为0 713 二次回归方 程整体模型比较显著 P 0 0497 0 05 并且失拟项不显著 该回归模型与实测值 能较好反映熊猫豆中蛋白得率与pH 料液比 超声时间和温度之间的关系 在所选 取的各因素水平范围内 按照对结果的影响排序 A C B D 即pH 温度 料液比 超声时间 将建立的回归模型中的任一因素固定在零水平 得到另外两个因素的交互影响结 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 15 果 二次回归方程的响应面如图5所示 3 2 3 最佳工艺确定及验证试验最佳工艺确定及验证试验 图图5 5 各两因素交互作用对熊猫豆蛋白得率的响应面图各两因素交互作用对熊猫豆蛋白得率的响应面图 Fig 5Fig 5 ResponseResponse surfacesurface ofof thethe effectseffects ofof anyany twotwo factorsfactors onon extractionextraction yieldyield ofof pandapanda beanbean proteinsproteins 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 16 通过 Design Expert8 0 5 0 软件分析优化 可得到超声波辅助提取熊猫豆蛋白的最 佳提取工艺参数为 pH6 3 温度为 39 2 超声时间 21 7min 料液比为 1 12 1 在 此最佳工艺条件下熊猫豆蛋白理论得率为 20 23 考虑到实际试验的可操作性 将 最佳工艺调整为 pH6 温度取 39 超声时间取 22min 液料比取 1 12 用此最优提 取条件进行验证 重复 3 次取平均值 实际测得熊猫豆蛋白得率为 19 97 与理论 值较为接近 表明数学模型对优化熊猫豆蛋白提取工艺是可行的 3 3 熊猫豆水溶性蛋白质的功能特性熊猫豆水溶性蛋白质的功能特性 3 3 1 熊猫豆蛋白的持水性熊猫豆蛋白的持水性 持水性是蛋白质功能性质中的一种 是指蛋白制品在一定条件下承受热加工后保 持水分的能力 如图 6 所示 在 NaCl 浓度为 0 2 1mol L 的范围内 熊猫豆蛋白的持水性随 NaCl 浓度的增大而增加 这可能是发生了 盐溶 现象 使蛋白质所带电荷增多 蛋白质 水化能力增强 持水性增加 在0 5g 100mL的蔗糖质量浓度范围内 熊猫豆蛋白的持水性同样表现为随蔗糖质 量浓度的增加而增大 这可能是由于蔗糖分子中大量的羟基能吸引 保持水分 从而 增加了熊猫豆蛋白的持水性 在pH值3 8范围内 熊猫豆蛋白的持水性依次升高 在pH值3 等电点 时的持 图图6 离子强度 蔗糖质量浓度 离子强度 蔗糖质量浓度 pH 温度对熊猫豆蛋白持水性的影响 温度对熊猫豆蛋白持水性的影响 Fig 6 Effects of ionic strength sucrose concentration pH and temperature on water holding capacity of panda bean proteins 1 50 1 75 2 00 2 25 2 50 2 75 0 20 40 60 81 NaCl浓度 mol L 持水性 g g 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 12345 蔗糖浓度 g 100mL 持水性 g g 1 75 2 00 2 25 2 50 2 75 3 00 345678 pH 持水性 g g 1 5 2 0 2 5 3 0 3 5 2025303540 温度 持水性 g g 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 17 水性最低 pH值8时的持水性最高 可能是因为在等电点附近时 蛋白质分子间不存 在静电斥力 分子间吸引力占上风 其结果是大部分极性基团参与蛋白 蛋白相互作 用 而无法结合水 另外 吸引力增强使颗粒分子中分子间结合更紧密 空孔隙率降 低 不利于水分子向蛋白颗粒内部扩散 故持水性最低 随着pH值变大 蛋白质带 电量增加 相互排斥 蛋白质解聚 形成持水的空间网络结构 持水性增大 石晓 2006 蛋白质的持水性一般随温度的升高而降低 在 30 时持水性最强 原因可能是 蛋白质适度的热变性有利于其分子的适度伸展 增加了蛋白质分子与水的作用程度 而过高的温度会使蛋白质热变性程度过大 增加了蛋白质分子间的作用 持水性下降 蔡金星 2007 3 3 2 熊猫豆蛋白的吸油性熊猫豆蛋白的吸油性 蛋白质的吸油性在乳制品 面包以及饼干夹心等食品配方及加工中起着非常重要 的作用 吸油性的大小会影响食物中脂类的吸收 加工稳定性等性质 温度是影响吸 油性最重要的指标 如 7 所示 熊猫豆蛋白的吸油性随着温度的升高而升高 当温度达到 40 时吸 油性较好 当温度低于 40 时 熊猫豆蛋白吸油性相对较弱 可能在温度较低时 油的流动性较弱 与蛋白样品的吸附能力较弱 当温度高于 30 时 随着温度的升 高水溶性蛋白的吸油性迅速增加 这可能是因为随着温度的升高 油的粘度降低 流 动性增强 从而蛋白质的吸油性增大幅度比较大 刘邻渭 2000 3 3 3 熊猫豆蛋白的溶解度熊猫豆蛋白的溶解度 图图7 温度对熊猫豆蛋白吸油性的影响温度对熊猫豆蛋白吸油性的影响 Fig 7 Effects of temperature on oil absorbing capability of panda bean proteins 0 5 0 7 0 9 1 1 1 3 1 5 1 7 2025303540 温度 吸油性 g g 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 18 蛋白的溶解度直接影响到它在食品工业中的应用 因为蛋白质的水溶性对其在食 品工业中的稳定性 风味等有直接的影响 不溶性蛋白质在食品中的应用是非常有限 的 如图8所示 在NaCl浓度为0 1 0mol L的范围内 呈现出 盐溶 现象 使得盐 类解离出来的离子同蛋白质的解离集团相互作用 降低蛋白质分子间的静电作用力 水合性增大 因此增加了蛋白质的溶解度 蔗糖对熊猫豆蛋白溶解度的影响表现出与对其持水性的影响不同的变化趋势 在 0 5g 100mL的蔗糖质量浓度范围内 熊猫豆蛋白的溶解度随蔗糖含量的增加而出现下 降趋势 蔗糖质量浓度由0增加至5g 100mL 熊猫豆蛋白的溶解度由2 40mg mL下降 至1 44mg mL 这可能是由于蔗糖的溶解是一种水合作用 降低了溶液的水分活度 从而降低了熊猫豆蛋白的溶解度 熊猫豆蛋白的溶解度随pH值的增大而增大 在pH值3时溶解度最小 当pH值为8 时 溶解度最大 因为pH值离蛋白质的等电点越远 水化作用越弱 蛋白质分子的 分散性越好 溶解度越大 吴晓红 2010 温度对熊猫豆蛋白溶解度的影响 随温度升高溶解度增大 至30 时达最大值 之后随着温度的继续升高 溶解度下降 这可能是由于适当的升温可使蛋白质分子的 立体结构伸展和解离 有利于蛋白质分子和水分子的相互作用 能增加蛋白质的溶解 度 而温度高于30 时 会引起熊猫豆蛋白的热变性 蛋白质分子发生聚集与沉淀 图图8 离子强度 蔗糖质量浓度 离子强度 蔗糖质量浓度 pH 温度对熊猫豆蛋白溶解度的影响 温度对熊猫豆蛋白溶解度的影响 Fig 8 Effects of ionic strength sucrose concentration pH and temperature on solubility of panda bean proteins 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 0 20 40 60 81 NaCl浓度 mol L 溶解度 mg mL 0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0 12345 蔗糖浓度 g 100mL 溶解度 mg mL 2 5 3 0 3 5 4 0 4 5 345678 pH 溶解度 mg mL 0 50 0 75 1 00 1 25 1 50 2025303540 温度 溶解度 mg mL 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 19 从而降低蛋白的表面积和极性氨基酸对水结合的有效性 溶解度下降 3 3 4 熊猫豆蛋白的乳化性及乳化稳定性熊猫豆蛋白的乳化性及乳化稳定性 由图 9 可以看出 熊猫豆蛋白的乳化性和乳化稳定性随离子强度的变化趋势与溶 解度曲线一致 这是由于蛋白质的乳化性及其稳定性与蛋白质的溶解度呈正相关 当 远离熊猫豆蛋白等电点以及由于 盐溶 作用的影响 蛋白质溶解度较强 蛋白质之 间的排斥力增强 油滴更容易吸附在蛋白质界面上 蔗糖能够增加熊猫豆蛋白的乳化性和乳化稳定性 随着蔗糖质量浓度的增大 熊 猫豆蛋白的乳化性和乳化稳定性均提高了 这可能是因为蛋白质是通过在油滴界面形 成一层薄膜产生立体阻碍效应而稳定乳状液 蔗糖的添加改变了水相介质的流变特性 提高了体系的黏稠度 并且和蛋白质发生了交互作用而使乳状液稳定 在等电点附近 熊猫豆蛋白的乳化性及乳化稳定性较差 这是因为等电点附近 蛋白质发生絮凝 溶解度最小 而偏离等电点环境中 蛋白质之间的排斥力增强 油 滴更容易吸附在蛋白质界面上 这说明蛋白质乳化性及乳化稳定性与蛋白溶解度有密 切关系 都是由于蛋白分子表面结构和所带电荷决定的 曾卫国 2005 熊猫豆蛋白的乳化性随温度的变化趋势与其溶解度曲线吻合 这证明可溶性是蛋 白质具有乳化性质的先决条件 蛋白质只有具有一定的溶解度 才能有效地向油 水 界面扩散 随温度升高 熊猫豆蛋白的乳化性和乳化稳定性呈现先上升后降低的趋势 图图9 离子强度 蔗糖质量浓度 离子强度 蔗糖质量浓度 pH 温度对熊猫豆蛋白乳化性及乳化稳定性的影响 温度对熊猫豆蛋白乳化性及乳化稳定性的影响 Fig 9 Effects of ionic strength sucrose concentration pH and temperature on emulsifying of panda bean proteins 乳化稳定性 乳化稳定性 乳化稳定性 乳化稳定性 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 81 NaCl浓度 mol L 乳化性 20 30 40 50 60 70 80 90 100 EC ES 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12345 蔗糖浓度 g 100mL 乳化性 20 30 40 50 60 70 80 90 100 EC ES 2 3 4 5 6 7 8 9 10 345678 pH 乳化性 20 30 40 50 60 70 80 90 100 EC ES 2 4 6 8 10 2025303540 温度 乳化性 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 EC ES 农业与生物技术学院生物科学专业 2012 届本科生毕业论文 20 在 30 表现出最大的乳化性和乳化稳定性 分别达 8 39 和 94 82 这是由于适度 的加热处理使蛋白质分子伸展 溶解度增加 蛋白质之间的排斥力减小 油滴容易吸 附在蛋白质界面上 促进了蛋白的乳化能力 而过高的温度会降低吸附在界面上的蛋 白质膜的黏度和硬度 因而乳化性和乳化稳定性会降低 张根生 2006 4 结论结论 本实验采用超声波辅助提取的方法对熊猫豆中水溶性蛋白进行提取 pH 料液 比 超声时间 温度对熊猫豆水溶性蛋白得率有较大的影响 确定了最佳提取工艺条 件为 pH 6 料液比 1 12 超声时间 22min 温度 39 在此条