菜籽蛋白的提取及相关应用1.1版.doc

菜籽蛋白提取及相关应用摘要：该文主要综述菜籽蛋白组成及营养价值，菜籽饼粕脱毒及蛋白质提取方法，并介绍菜籽蛋白在食品工业中应用前景。关键词：菜籽蛋白；蛋白提取；蛋白应用油菜籽是世界第三大油料作物，产量仅次于大豆和棉籽，中国、印度、欧洲、加拿大和澳洲是世界油菜籽主要产区。自20 世纪80 年代以来，我国油菜种植面积和油菜籽产量已稳居世界第一位；面积达700 万公顷，占世界油菜播种面积26%，主要分布在长江流域及以南各地；油菜籽产量在1，100万吨以上。在现代制油技术条件下，可得到55% 左右菜籽粕，全球每年菜籽粕产量约2，800 万吨左右。油菜籽除含大量油脂外，还含25%27% 蛋白质，制油后菜籽粕含35%45%蛋白质。从蛋白质氨基酸组成看，菜籽蛋白营养价值可与联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）推荐模式蛋白质媲美。菜籽蛋白也是一种营养价值较高完全蛋白质，几乎不存在限制氨基酸。菜籽浓缩蛋白或分离蛋白与大豆蛋白一样，亦具有良好吸水性、保水性、溶解性、吸脂性、乳化性和发泡性。目前对菜籽粕食用开发研究较少，除部分菜籽粕经脱毒后作饲用蛋白源外，绝大部分尚未能充分开发利用。我国蛋白资源较为缺乏，若将大量廉价菜籽蛋白转化为人类优质食品蛋白源具有重要社会和经济意义。1 菜籽蛋白组成和营养价值1.1 菜籽蛋白组成通常菜籽蛋白并不是单指一种蛋白质，而是指存在于油菜籽中多种蛋白质总称，菜籽蛋白80% 以上蛋白质是贮存蛋白，其余为膜蛋白。有利用价值的是贮存蛋白，系由60%70% 球蛋白、20%25% 精蛋白和2%3% 醇溶蛋白组成1。菜籽蛋白包括两类主要种子储藏蛋白质：12S球蛋白和2S 清蛋白，同时含有一些较小蛋白质，如胰岛素抑制剂和脂质转移蛋白（LTP）。12S 球蛋白占蛋白总量25%65%，相对分子质量约为300.0 kDa，其等电点为7.2，由 亚基和 亚基配对成6 个亚基对组成； 亚基相对分子质量约为30.0kDa， 亚基相对分子质量约为20.0 kDa。2S清蛋白占蛋白总量20%，相对分子质量在12.514.5kDa 之间，其等电点为11.0，由4.0 kDa 和9.0 kDa 两条多肽链通过两个二硫键连接而成。2 菜籽饼粕抗营养因子及其脱除方法长期以来，菜籽蛋白开发效果不太理想，是因油菜籽含有硫甙、植酸等抗营养因子，从而大大制约菜籽蛋白开发利用，所以必须考虑脱毒、去除抗营养因子问题。2.1 硫甙硫甙含量是限制菜籽粕在饲料和食品中应用主要指标。硫甙虽在正常条件下较为稳定；但在酸性、碱性环境、受热及酶作用下都会发生分解生成各种产物，硫甙及其降解产物都具有毒性。目前研究较多的是微生物发酵法和双液相萃取法，菜籽粕利用微生物发酵脱毒，同时其中成分也转化为小分子蛋白、寡肽、氨基酸、乳酸、维生素和UGF（未知生长因子）等物质2。一般高活性生物制剂是由乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌及白地霉等菌株复合而成，利用它发酵处理菜籽粕既可脱除其中有毒成分，又可增加菜籽粕有益成分。此外，热处理能有效降低饲料中硫甙含量，如菜籽粕经蒸汽压力处理后硫甙含量由40 mol/g 降至26 mol/g3。2.2 植酸植酸即肌醇六磷酸，是植物籽粒中肌醇和磷酸基本贮存形式，难消化、酸性强、具有抗氧化作用。其在菜籽粕中含量为2%4%，在很宽pH范围内均带负电荷，是一种很强金属离子螯合剂。植酸可与蛋白质结合成复合物，也可与金属离子形成三元复合物，使蛋白质和金属元素有效利用率降低。当饲料植酸含量较高时，易造成禽畜缺锌、铜、钙等金属离子，也会使动物体内产生毒性，主要表现为厌食、消瘦、呆滞、皮毛粗糙等4。刘大川等根据植酸在pH 为5 时溶解度最大而蛋白在等电点（pH=4）附近溶解度小，用pH 为5 的8 倍水浸泡脱脂粕2 h 以萃取植酸。何国菊等4以草酸盐作为钙、镁等离子沉淀剂，破坏菜籽粕中“植酸多价金属阳离子蛋白质”三元复合物结构，非常容易实现在中性条件下直接从菜籽粕中提取植酸。2.3 多酚菜籽多酚主要包括酚酸与单宁两大类，油菜籽含2%4% 多酚类物质。单宁不但有苦涩味，影响适口性，且在中性和碱性条件下，会被氧化而产生聚合作用，使菜籽粕变黑，并产生不良气味，降低动物采食量。单宁以羟基与蛋白质和碳水化合物生成稳定化合物，单宁与消化酶特别是胰蛋白酶和淀粉酶底物反应或直接与这些酶反应，从而降低蛋白质和碳水化合物利用率。有国外学者开发膜壁扩散萃取过程，在脱除硫甙同时可脱除约87% 酚类物质；氨的存在亦能使油菜籽中酚含量大幅降低5。也有将菜籽粕用化学方法脱毒后用于牲畜配合饲料，一般采用弱酸、弱碱、盐等作为提取剂。3 菜籽蛋白提取方法3.1 水相萃取法水相法主要是采用不同水相将蛋白萃取而出，然后在菜籽蛋白等电点附近将蛋白沉淀，再分离干燥制取菜籽分离蛋白。最常用萃取水相是稀碱、水、稀酸、NaCl 水溶液及六偏磷酸钠溶液等。刘大川等以“双低”脱皮脱脂菜籽粕为原料，用碱溶酸沉法制备菜籽分离蛋白，通过对各种因素分析得到制备菜籽分离蛋白最佳工艺条件为：在pH 为11 条件下，用NaOH 溶液浸提4 次、每次浸提35 min、固液比为1 12、浸提温度为50。在此最佳条件下，产品蛋白含量达86.12%，产品得率为24.35%。在碱溶酸沉前，用pH 为5 的8 倍水脱植酸，用85% 乙醇、固液比1 4 脱单宁，可制得低植酸、低单宁“双低”菜籽分离蛋白。3.2 有机溶剂法用醇、酮等有机溶剂萃取蛋白是常用去除粕中毒性物质方法。醇类不但去毒除硫甙效果好，还有除去粕中残油、酚、色素等因子、改善产品风味、改变色泽等功效。刘大川等7以菜籽粕为原料，用95% 乙醇作溶剂，通过改变浸出次数、原料坯厚、原料水分含量、固液比4 个因素，在浸出温度78、每次浸出15 min 条件下对菜籽粕进行浸出，对浸出粕中残油率进行检测分析，得出乙醇浸出菜籽粕最佳工艺条件为：浸出次数9 次、原料水分含量2.4%、原料坯厚0.50 cm、固液比1 4.0；得到浸出粕中残油率为1.53%、蛋白质含量为45.80%（N6.25，干基）、单宁含量为1.4%、植酸含量为5.12%、硫甙含量为2.77 mg/g。3.3 水相酶解法水相酶解法主要是利用蛋白酶将菜籽粕中蛋白质充分溶出，改善植物蛋白溶解性、乳化性和起泡性，提高蛋白质营养价值及蛋白质得率，消除油料饼粕有害成分对人体和动物不良影响；但存在植物蛋白经酶水解后产生苦味问题。刘海梅8用3，000 U/g 碱性蛋白酶水解菜籽蛋白4 h，再添加3，000 U/g木瓜蛋白酶水解4 h，提高水解度，并将低肽末端疏水性氨基酸水解形成游离氨基酸，从而降低或消除水解产物苦味，获得无苦味水解产物。为了解菜籽粕蛋白经酶水解后产生苦味程度，在制备菜籽分离蛋白基础上，通过分析计算菜籽蛋白疏水性值，以选择合适水解用蛋白9。3.4 双液相萃取法史美仁等10对油菜籽进行双液相萃取，在提取较高质量菜籽毛油同时，可得到高质量去毒菜籽粕。去毒菜籽粕硫甙被脱除90% 以上，色浅味淡、流动性好、蛋白含量高、质量优，可直接用作优质蛋白饲料，并可进一步制取浓缩蛋白和分离蛋白。3.5 超滤、渗透法利用超滤膜对分离组分选择性，截留分子量较大蛋白质分子或相当粒径胶体物质，而溶剂和小分子物质被透过，可将蛋白质浓缩和分离并保留在截留物中。姜绍通等11在传统碱提酸沉工艺基础上结合超滤制备菜籽分离蛋白。通过正交试验得到菜籽分离蛋白碱提酸沉条件为：在pH 13、温度40、料液比（g/mL）分别为1 10、1 8 和1 6 下提取3 次，每次40 min，调pH 4.5 沉淀。上清液超滤工艺条件：40、流速2 m/s、压力0.1 MPa；喷雾干燥后产品粗蛋白含量为70.5%，蛋白得率为54.7%。3.6 Burco 食用菜籽蛋白制备技术该技术首先用盐溶液从菜籽粕中提取菜籽蛋白，提取物进行超滤浓缩和纯化，浓缩后蛋白溶液用冷水稀释，使一部分蛋白聚集形成胶束，胶束经离心过滤，过滤物再喷雾干燥得到Puratein产品；滤液通过进一步加工和干燥得到Supertein产品，这两种产品蛋白含量可达90% 以上。用这种新方法生产蛋白质，不需任何化学药品，产品感官特性及功能性比传统方法生产菜籽蛋白产品为好。该法生产菜籽蛋白产品Puratein 具有非常好乳化和胶凝特性，可用于调味品、蛋黄酱或人造肉等；而另一种蛋白产品Supertein 具有较好可溶性和很强发泡能力，可用于改良饮料、烘烤食品等。3.7 多种提取技术相结合刘志强等11对水相酶解法提取菜籽油及菜籽蛋白所得菜籽蛋白液进行超滤处理，研究超滤条件对超滤膜透过速率影响，得出操作压力、温度、料液pH 值、料液蛋白质浓度影响较大。试验结果表明，控制操作压力0.200.30 Mpa、温度50、料液pH 值910 时效果较好。采用超滤工艺，所得菜籽蛋白不含毒素、纯度及回收率均在90% 以上，且功能特性优于酸沉法。也有学者12为提高菜籽蛋白利用率，采用水相酶解法提取菜籽油与菜籽蛋白，以超滤法分离菜籽蛋白，重点对酶处理工艺参数进行研究。试验对各种酶的作用效果进行比较，确定采用纤维素酶、果胶酶按活力比3 1 配方复合酶处理效果较好13。由优化试验得出酶处理工艺参数为：固液比15、酶用量30 U/g、酶处理时间100 min；在此最佳工艺条件下可获得高质量菜籽油与菜籽蛋白，油与蛋白质得率分别为92.6%、82.3%。4 菜籽蛋白在食品工业中应用4.1 食品保鲜菜籽分离蛋白，特别是改性菜籽分离蛋白具有良好成膜性，在一定条件下，添加适量助剂（如甘油）可制成具有良好隔氧能力和抗水分迁徙性、安全、无毒天然食用保鲜膜，此类膜可广泛应用于糕点、水果、蔬菜、肉制品等保鲜，及糖果制造和医药领域14。更为重要的是，以菜籽分离蛋白为主研制天然保鲜膜，具有安全、无毒、成本低等优点，是一类极具开发前景新型天然食品保鲜剂。4.2 肉制品菜籽分离蛋白可作为脂肪替代物、增味剂、乳化剂、组织改良剂，用于火腿肠或传统香肠、午餐肉和肉脯生产，利用菜籽蛋白乳化稳定性和持水功能，可减少制品在加工过程中水分损失和脂肪溢出，使口味、品质和得率得以提高。利用加热挤压可使蛋白质分子朝一定方向排列并凝固特点，可制成具有独特口感人造肉丸；菜籽蛋白特殊结构质地能赋予人造肉丸咀嚼感，减少蒸煮损失，降低脂肪含量，增加弹性，延长产品货架期。4.3 蛋白饮料将菜籽分离蛋白与花生蛋白液混合（4：1），再加入糖、牛乳、复合乳化剂、矿物质、维生素和香料等物质，经高压均质后可制成具有优良乳化稳定性营养饮料。为提高乳化稳定性，可进行二次均质，这样得到蛋白乳不仅营养丰富，且具有人们喜欢花生风味。磷酸化菜籽分离蛋白是优良乳化剂，可提高花生乳、椰奶等饮品稳定性，防止蛋白沉淀及脂肪上浮15。4.4 焙烤制品在蛋糕中添加磷酸化改性菜籽分离蛋白，可使蛋糕膨松香软，并延长保质期31。将菜籽蛋白添加到小麦面粉中，可提高蛋白质质量，并可使氨基酸平衡互补，提高面粉营养价值；添加到快餐食品、面包中，提高面食质量。利用菜籽浓缩蛋白具有很好油与水结合特性，添加5%-15% 浓缩蛋白用于糕点、饼干等食品，能起到很好稳定效果，且增强营养性，风味独特15。4.5 其它由于菜籽蛋白可水解为多种人体必需氨基酸，其必将会是未来多肽及氨基酸产品开发重点。近年已有学者16利用多酶水解方法制备具有抗氧化活性和保水能力菜籽蛋白肽，这种抗氧化剂能清除自由基。另外，菜籽蛋白可替代大豆粉生产酱油，不仅能节约部分大豆，且产品质量优于大豆酱油。菜籽蛋白必将和大豆蛋白一样为人们所接受，成为植物蛋白重要来源。参考文献1刘大川. 植物蛋白工艺学M. 北京：中国商业出版社，1993.2董坤，周丽贞，等. 我国油菜生产现状及其对养蜂业的影响J.中国蜂业，2006，57（6）：36 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