【毕业学位论文】（Word原稿）甘薯可溶性蛋白加工品质评价方法的研究农产品质量与食物安全硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 甘薯可溶性蛋白加工品质评价方法的研究 on on I 摘 要 甘薯（ 是旋花科甘薯属的一 个重要栽培 种，原产于南美洲，为世界第七大农作物。中国甘薯年产量为 吨，占世界甘薯产量 85%以上。本文 从 北京密云、河北、江苏徐州、福建四 产 地 收集了 62 种甘薯， 在对其进行了营养成分分析（水分、粗淀粉、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、灰分、可溶性糖 、还原糖、总胡萝卜素、多酚氧化酶活性）和可溶性蛋白的提取的基础上，比较了可溶性蛋白的成分及其功能特性，并通过对甘薯可溶性蛋白 感官和理化品质指标的统计分析，提出了一套甘薯可溶性蛋白品质评价 指标 及其适宜加工蛋白 品种筛选 的 方法。具体结果如下： 地区间和 品种 间甘薯成分含量差别 较大；根据甘薯各营养成分含量 和 食品加工用途 ，将其分成淀粉型、兼用型、食用型和色素型（胡萝卜素型和花青素型）。 相关性分析发现，鲜薯干率与淀粉呈极显著正相关 ； 而蛋白含量及其他成分含量间的关系 ，受 当地栽培的环境条件的影响其相关性不同。 分析 62 种可溶 性甘薯蛋白中各 成 分（粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、水分、灰分、总糖）含量 、提取率、分子构成 和色泽，发现不同地区品种间提取的甘薯蛋白成分 含量 和提取率差异较大，密云和河北 产 区甘薯蛋白 的平均 提取率 和纯度 较高 ，分别是 泳分析发现， 甘薯蛋白分子 量 组成相似，在未添加还原剂条件下都含有 2231 50种分子形式，添加还原剂后主要是分子量 为 25 蛋白。 甘薯可溶性蛋白溶解 度 较好，基本在 80%以上；蛋白持水力与溶解度没有明显相关性而 与 溶液中 所含蛋白量有正比关系，淀粉型和兼用型甘薯蛋白持水力和持油力 优 于其他类型蛋白； 随着蛋白溶液浓度的增加，其乳化液的 吸光 值增加 ； 胡萝卜素型甘薯蛋白的乳化性和稳定性明显好于其他类型 的 ； 起泡力 及泡沫稳定性与蛋白溶液浓度成正比 关系 ， 蛋白 起泡力 的大小 和稳定性 与 甘薯蛋白粉水溶性、持油力、乳化性、乳化稳定性明显 高 于大豆 和 花生蛋白粉，持水力、起泡性和泡沫稳定性略差于大豆蛋白，但优于花生蛋白。 甘薯可溶性蛋白品质评价指标 是： 1） 感官指标： 色差色度（ L*、 a*、 b*） ； 2） 理化指标：蛋白和脂肪含量 ； 3） 功 能性指标：溶解度、泡沫 稳定性 、乳化性指数、持油力 。 品种筛选 结果表明：干物质和蛋白含量 较 高 以及 粗纤维、粗脂肪和 灰分 含量 较 低的 甘薯 品种适合提取可溶性蛋白 。 按照 上述 方法， 本研究 筛选出了 10 个甘薯品种，其中 品种的甘薯既适合淀粉的加工又能有效地提取甘薯蛋白 。 关键词 ： 甘薯 可溶性蛋白 功能性 品质评价 ,a is as 17 of 5 of In 62 of on of of By of of as as in of of on of be of of in by to In of 2310In 5in of C) SP 0%. HC no HC in SP of of HC HC in FC to in of on pH of In of ) *,a* b*; 2) 3) SP to of in of of of on 10 to be of 录 第一章 绪论 . 1 薯的种属和起源 . 1 薯资源、生产和利用情况 . 1 国甘薯资源和种植分布情况 . 1 薯生产和利用情况 . 1 薯品质及品种筛选的研究现状 . 2 薯蛋白的研究现状 . 3 薯可溶性蛋白的研究 . 3 薯糖蛋白的研究 . 4 薯蛋白营养和保健功能的研究 . 4 题背景、研究意义 . 5 题背景 . 5 究意义 . 6 要研究内容 . 7 同品种鲜薯营养品质性状的研究 . 7 同品种甘薯可 溶性蛋白营养成分分析 . 7 同品种甘薯可溶性蛋白的功能性比较 . 7 薯可溶性蛋白品质评价方法的探讨 . 7 第二章 不同地区品种间鲜薯营养成分分析 . 8 言 . 8 料、仪器与方法 . 8 料及处理 . 8 要仪器 . 9 分、总灰分含量测定 . 9 蛋白、粗脂肪和粗纤维含量测定 . 9 淀粉和可溶性糖测定 . 10 胡萝卜素、多酚氧化酶 (性和还原糖测定 . 10 率和淀粉率的计算 . 10 计分析 . 10 果与分析 . 11 云鲜薯营养成分分析 . 11 北鲜薯营养成分分析 . 14 州甘薯营养成分分析 . 15 建甘薯营养成分 . 17 同地区甘薯营养成分比较分析 . 17 结 . 18 三章 不同地区品种间甘薯可溶性蛋白粉成分分析 . 19 言 . 19 料、仪器与方法 . 19 要试剂与材料 . 19 要仪器 . 20 取工艺 . 20 白、纤维和脂肪含量测定 . 20 分、灰分和总糖测定 . 21 白提取率计算 . 21 . 21 果与讨论 . 21 薯可溶性蛋白制品的特征 . 21 同地区品种间甘薯可溶性蛋白粉成分比较 . 23 . 24 结 . 24 第四章 不同品种甘薯可溶性蛋白的功能特性比较 . 25 言 . 25 料与方法 . 25 要试剂与材料 . 25 器设备 . 26 解度测定 . 26 水和持油能力测定 . 26 化性及乳化稳定性测定 . 27 泡力、泡沫稳定性的测定 : . 27 度测定 . 27 蛋白酶抑制剂活性测定 . 28 果与讨论 . 28 薯蛋白溶解度比较 . 28 同品种甘薯蛋白粉的持水力和持油力 . 29 薯可溶性蛋白的乳化性及乳化稳定性 . 30 薯可溶性蛋白的起泡力及泡沫稳定性 . 32 薯可溶性蛋白溶液的黏度 . 34 薯可溶性蛋白与大豆、花生蛋白功能性比较 . 35 薯可溶性蛋白溶液胰蛋白酶抑制剂活性 . 36 结 . 36 第五章 甘薯可溶性蛋白加工品质评价方法的探讨 . 38 引言 . 38 材料、仪器与方法 . 38 V 料与仪器 . 38 法 . 38 结果与讨论 . 39 薯可溶性蛋白品质指标和评价标准的建立 . 39 薯可溶性蛋白加工品质评价指标和优质蛋白粉筛选 . 41 薯可溶性蛋白品质与甘薯成分的相关性研究及适宜加工品种筛选 . 42 小结 . 44 第六章 主要结论 . 46 参考文献 . 47 附表 . 51 致 谢 . 55 作 者 简 历 . 56 文缩略表 英文缩写 英文全称 中文名称 of 合国粮食及农业组织 际食品法典委员会 化需氧量 学需氧量 酚氧化酶 薯可溶性蛋白 化活性指数 化稳定性指数 化稳定性 泡力 沫稳定性 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 薯的种属 和 起源 甘薯 ( L.) ，古名金薯、朱薯 、玉枕薯，现又名红薯、白薯、山芋、甜薯、地瓜等，为旋花科甘薯属甘薯种，蔓生性一年生或多年生草本植物。甘薯的块根有白色、红色或淡黄色。 它起源于墨西哥尤卡坦半岛和委内瑞拉奥里诺科河口之间，主要包括中美洲和南美洲的部分国家和大小安的列斯岛， 20世纪 60年代末，从秘鲁智尔卡峡谷的洞穴中发掘出的甘薯块根遗物，经鉴定至今已有 8,000 10,000 年的历史。 16世纪随着陆路和航海交通的发展，甘薯在世界范围内得到了广泛的传播， 16世纪中叶甘薯传到中国， 17世纪后传到日本及朝鲜等其它东亚国家（何明勋， 1996；中国 农业百科全书， 1991）。 薯资源、生产和利用情况 国甘薯资源和种植分布情况 我国甘薯品种资源比较丰富，有地方品种、育成品种、国外引进品种及甘薯近缘野生种，但分布很不均衡。因为我国甘薯分布范围广、南北薯区生态条件相差悬殊，在南方热带、亚热带气候区，甘薯种植季节长，多数品种能够开花结实，自然变异率高，遗传类型丰富，成为我国甘薯种质资源的宝库。据统计，在现有的地方品种中，仅广东、海南两省就占全国甘薯地方品种总数的 60%。种质资源收集工作始于 30年代，截至到 90年代初共收集保存 2000余份 (中国甘薯品种志 ，1993)。 甘薯在我国种植分布广，全国除青藏高原外，各地均有种植，尤以黄淮平原、四川和东南沿海各省山丘地带较为集中 (聂凌鸿 ， 2003)。甘薯种植区主要分为 北方、长江流域、南方三 大薯区。北方薯区包 括江苏、安徽的北部和河南、山东、河北、山西、陕西以及北方各省区 ；长江流域薯区泛指除青海外的整个长江流域，包括苏、皖、豫的淮河以南，陕西南端，湖北、浙江两省，湖南、江西、云南的北部，贵州的大部分和除川西北高原以外的四川盆地 ； 南方薯区包括广东、广西、福建、海南和江西、云南南部及台湾大部 （中国甘薯品种志 ， 1993） 。北方甘薯种植面积约 250万 全国甘薯种植面积的 45左右，是我国最重要的甘薯种植区；南方甘薯种植总面积约 120万 全国种植面积的 20左右。我国甘薯的总种植面积占世界甘薯种植面积的 张立明，2003；马代夫， 2004)。 薯生产和利用情况 据联合国粮农组织（ 计，世界上共有 111个国家栽培甘薯，栽培面积主要分布在亚洲、非洲的发展中国家，其次为拉丁美洲，欧洲面积较少。我国已成为世界上最大的甘薯生产国，中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 2 据 2002年 )统计，我国甘薯年种植面积 约 600万公顷，总产 分别占世界种植面积和总产的 世界各国甘薯的利用，一般可以分为食用为主 ， 饲用、食用、加工并重；加工为主，食饲兼用等几个阶段。发达国家与发展中国家甘薯的消费形式截然不同。日本、韩国和中国台湾省近年来种植面积减少很多，因为甘薯作为淀粉 原料因廉价玉米淀粉的进口而使其需求量迅速下降，甚至被挤出市场 （程坷伟， 2005） 。 特别强调甘薯保健功能和优质鲜食用途，另外一些方便加工食品颇受欢迎 ， 美国一直将甘薯作为精美的食品食用，特别偏爱红色薯肉的品种。许多发达国家还将甘薯茎叶作 为优质蔬菜食用，素有 蔬菜皇后 之美誉 。 在部分发展中国家甘薯主要作为粮食的用途日益俱增，非洲一些国家几乎将全部甘薯作为食用，甚至作为食物能量的重要来源。乌干达、布隆迪等国人均年消费 100展中国家人均消费 于发达国家数倍 (马代夫 ， 2001)。 尽管我国的甘薯资源如此丰富，甘薯加工业历史悠久，但甘薯加工业发展缓慢，大部分甘薯用做饲料和直接食用，只有少量用于加工。甘薯加工途径很广，可应用于食品、医药、化工、造纸等 10多个行业。仅甘薯食品就可达 400多种，例如：甘薯可以加工成甘薯脯、甘薯 甜酱、甘薯罐头、甘薯泥、薯干、薯丝、薯酒、酒精、食醋、淀粉、粉丝、粉条、粉皮、果葡糖浆、饴糖、味精等 (宁在兰 ， 2004)。甘薯因为其淀粉含量高，蛋白和脂肪含量较少，很久以来一直作为淀粉、粉皮、粉丝生产的重要原料，而这所谓的 三粉 更是目前 我国 甘薯加工的主要产品。 薯 品质及品种筛选 的 研究 现状 甘薯的品质是一个多因素构成的综合而复杂的概念，由于甘薯使用目的不同，品质要求也不同。从生产和利用实际出发，甘薯品质主要包括营养品质、食用品质和加工品质等，甘薯营养品质主要指块根内淀粉、可溶性糖、胡萝卜素和蛋白 等成分含量及其品质；食用品质可分为块根蒸煮品质、烘烤品质和茎尖食用品质；加工品质指甘薯经加工制成各种产品所反映出的加工适应性，它由成品在加工工艺和成品质量上对甘薯原料品质的具体要求上所决定的。目前甘薯品质研究主要集中于营养与食用品质、淀粉品质和粉丝品质等（陆国权， 2003）。 甘薯块根营养品质 方面， 有关甘薯块根品质性状间 的相关性研 究 有不少报道。研究最多的是干率与淀粉率，两者之间 呈 极显著正相关（胡建勋， 1997；陆国权， 2003） 。其他成分间， 淀粉与可溶性糖是显著性负相关（郭小丁， 1988） ； 蛋白质与氨基酸呈 显著正相关，与可溶性糖呈显著负相关（ 胡建勋， 1997），但也有显著性正相关（ 陆国权， 2003） ； 不同地区由于品种、土壤、气候条件和栽培技术的差别，甘薯品种的品质存在差异 ， 北方薯区蛋白质含量普遍高于南方属区 （陆国权， 2003）； 块根中胡萝卜素含量与 此 陆国权， 2003） 。 甘薯食用品质方面，林汝湘等（ 1995）对我国南方 298份甘薯品种资源的研究发现，对食味影响 的主要因素是 干率、淀粉，其次是 对这四个指标与食味相关性进行分析，发现除可溶性糖为极显著负相关外，其他均为极显著正相关； 李良等（ 1991）研究发现，甘薯蒸煮后的食味与淀粉含量、淀粉糖化酶活性间正相关，是主要评价指标； 陆国权（ 2000）研究发现多酚氧化酶活性与甘薯蒸煮和烘烤后的色泽、甜度和食味总评有显著负相关性，并强调 了筛选低多中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 3 酚氧化酶品种的重要性。 甘薯加工品质方面，一些 研究 主要集中于 甘薯淀粉的加工和品质评价 方面 ，而对其它加工用途 如甘薯蛋白、全粉 的 研究 报道很少。淀粉加工方面，多酚氧化酶的 活性对产品的色泽影响 研究较多 （姜绍通， 2001；陆国 权， 1998） ； 1999）测定了甘薯不同基因型制的淀粉特性以及与粉丝品质的相关性；陆国权等（ 2003）通过多次品种试验及分析研究，建立了一个淀粉品质筛选方法，指出淀粉 回复值与粉丝品质有高度相关性，能够反映出品种间的差异， 并通过此方法来筛选 加工 粉丝 的 优质品种 。 在甘薯品种筛选方面， 针对 鲜薯食用、食品加工、制粉、色素 和 饲料等不同 用途 筛选出一些地方品种，主要是南方薯区（郭小丁， 1988；陆国权 ， 2003）研究较多，而北方薯区 适宜不同用途的甘薯品种不是太清楚 。 薯蛋白的研究现状 薯可溶性蛋白的研究 蛋白在 甘薯块根 干基中 含量为 2% 10%， 1931年 将其命名为 1985年 占块根可溶性蛋白质的 60 80%， 而其它器官中则几乎没有，并将其命名为 在 1989年， 上两种蛋白实际上是一种蛋白质（ 25 (31 (22种不同的蛋白 ， 的含量是 的两倍。 中赖氨酸氨基酸评分为 77， 中蛋氨酸氨基酸评分为 55。因此，对比于 ， 是氨基酸更加平衡的一种蛋白质（ 985）。 基因在块根的形成过程中高水平地被表达，伴随着大量 生成，含量迅速增加，但作为一种贮藏蛋白，在块根发芽阶段， 利用作营养源而逐渐减少，直至消失。一般情况下， 要分布在块根中，其中又以块根液泡的泡囊中为最多，占该蛋白总量的约 70%（ ,1988），茎中只有微量存在，叶和叶柄中几乎没有（ ,1985； C,1997）。 木泰华、孙艳丽等（ 2005）通过 酸沉结合膜滤的 方法，从 玉丰 甘薯汁液中快速地分离提取出可溶性甘薯蛋白，然后应用生物化学方法，对冷冻干燥的甘薯蛋白粉末进行了分析 ； 确定了获得蛋白的最大沉淀率时的 三种不同的甘薯蛋白分子形式： 2231 50过 明这三条颜色带 是糖蛋白。 薛友林等 （ 2006） 按照上述方法制取 了 四种甘薯 蛋白粉， 并 进行了感观色泽 色差 、常规营养成分、氨基酸和金属元素分析比较，发现不同品种甘薯提取的可溶性蛋白品质有差异性，提出“ 55和“红冬” 甘薯品种适宜提取蛋白；之后对“ 55薯可溶性蛋白 进了功能性分析，发现中性条件下蛋白粉的溶解度在 85%以上 ，持油能力为 g，蛋白浓度为 8%（ w/v） 时 即可成褐色凝胶。 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 4 薯糖蛋白的研究 目前，国内外对甘薯糖蛋 白的结构研究还 较少。据报道，日本营养学家从甘薯皮层提取液中分离 出 了一种分子量为 22000 的糖蛋白（ et 2000）。在国内，程坷伟等用超滤的方法从生产淀粉的废液中回收了糖蛋白（程坷伟， 2005），黄伟光使用 维素柱得到了甘薯糖蛋白纯品（黄伟光， 2003）。李雅娜等使用 52 和 得到分子量为 62000 的糖蛋白纯品（李雅娜等， 2003）。在阚健全 的 博士学位论文中，使用 使用 ，测其分子量大致分别为：500000、 290000、 110000 和 85000。其总糖含量分别为 蛋白质含量分别为 : 通过对其经 消除反应前后的紫外光谱变化和氨基酸组成变化的检测得知 :这四种糖蛋白都为 并进一步对第一种糖蛋白的糖链结构进行了初步研究 。 可见，目前对甘薯糖蛋白结构的研究结果有很大的差异。造成这些差异的原因可能是：不同的分离提取方 法对甘薯糖蛋白的结构影响很大，或者是由于甘薯糖蛋白 自身存在 许多种不同的结构。 因此 ，对其具体结构的研究还有 漫 长的路要走。 薯蛋白 营养和保健功能 的研究 甘薯蛋白营养丰富，有很好的保健及药用价值。本草纲目中介绍甘薯有主治补虚乏、益气力、健脾胃、强肾阴的功效。甘薯蛋白与其 它 植物蛋白质必需氨基酸组成做过比较（表 11985），发现甘薯蛋白含有丰富的 18 种氨基酸，其中人体必需的 8 种氨基酸的含量达39%，明显高于大豆、花生、芝麻等许多植物蛋白，其生物价值（ 分为72，明显高于马铃薯（ 67），大豆（ 64）和花生（ 59）。近年来，国际上对甘薯的营养保健作用及药用价值越来越重视，在不少发达国家甚至形成了食用甘薯热，并对甘薯中的蛋白 的保健活性 进行了 较 深入的研究。 表 he of 薯蛋白 甘薯蛋白 大豆 蛋白质 花生 蛋白质 芝麻 蛋白质 苏氨酸 (7 缬氨酸 ( 氨酸 (亮氨酸 (氨酸 (7 丙氨酸 ( 赖氨酸 (氨酸 (需氨基酸含量 薯蛋白除了基本的营养功能外，还有其它一些保健功能。 2000）研究表明：,12苯基 苦基偕腙肼 (由基和羟基自由基。 士学位论文 第一章 绪论 5 苯酚类化合物、花色素苷等物质的抗氧化活性。实验显示出随着 薯贮藏蛋白抗 2001）曾发现 一步研究表明这是由于 硫化合物互变而引起的，即游 离的 巯 基能还原脱氢抗坏血酸生成抗坏血酸，抑制 此 基，能将 ， 5二甲基1吡咯物 N氧化物 (制得羟基自由基吸收，生成 H，利用电子顺磁共振光谱仪测定 研究发现 50g 10000g 别减弱到 1/4和 1/8。 在日本营养学家的研究中，甘薯糖蛋白在链脲霉素 (导的胰岛素缺乏糖尿病鼠中显示出降血糖功效，同时还能像甲苯磺丁脲（ 样增加血液胰岛素水平。甘薯糖蛋白也对正常鼠有增加血液胰岛素的活性。在饲喂葡萄糖给 薯糖蛋白抑制了血糖浓度的升高。在黄 db/薯糖蛋白都有降血糖，降低血胰岛素浓度，和改善葡萄糖不耐性的活性，这一点与甲苯磺丁脲不同。噻唑烷酮类化合物 （ 括比格列酮（ 曲格列酮（ 遗传糖尿病鼠有降血糖活性，但对链脲霉素诱导的胰岛素不足糖尿病模型没有此效果。因此，甘薯糖蛋白对胰岛素不足糖尿病模型和胰岛素抵抗糖尿病模型都有特殊的抗糖尿病活性 (000)。 也有实验发现甘薯糖蛋白 具有抗癌性， 可以杀死体外培养的人脑胶质瘤细胞 对体外培养的正常细胞没有作用（刘栋， 2004）。 题背景、研究意义 题背景 我国是甘薯生产及产量的第一大国，种植面积占世界总种植面积的 65%以上（谭西贵， 2004），产量占世界总产量的 80%以上，年产量在 吨以上（张立明， 2003）。甘薯在我国种植面广，全国除青藏高原外，各地均有种植，尤以黄淮平原、四川和东南沿海各省山丘地带较为集中（聂凌鸿， 2003）。在中国，甘薯 60%以上被用来作饲料用，只有 10%左右用来加工（马代夫， 2001；聂凌鸿， 2003），甘薯利用情况如图 1示： 中国农业科学院 硕 士学位论文 第一章 绪论 6 在我国甘薯加工主要是用来生产淀粉和粉丝，虽然甘薯应用在加 工中的比例不大，但是由于基数巨大，每年用来生产淀粉和粉丝的甘薯也是一个庞大的数目。在我国大大小小的甘薯淀粉和粉丝厂家星罗棋布，以甘薯生产的几个大省如河北、四川、湖南、山东、江苏等居多。而甘薯淀粉和粉丝厂的生产过程中每天都产生大量的废水，每加 工 1 吨的甘薯淀粉，就要排出近 20 吨的废水，而每吨废水中含有 糖 和 蛋白等 物 质 （王国扣， 1997）。在甘薯淀粉生产的废水中存在许多可溶性物质如：蛋白质、多糖、糖蛋白、色素、单糖、低聚糖等（管大安， 2000；汪志民， 1990），这些可溶性固形物又是造成甘薯淀粉 生产废水污染环境的主要原因（造成水质的 偏高）。由于这些废水必须经过处理后才能排放，每年甘薯淀粉厂处理废水都要花费大量的人力和物力。甘薯中废液中蛋白具有很高的生物活性功能，比如增强免疫力、抗氧化、抗肿瘤等等。如果能把甘薯蛋白从废水中提取出来，不仅可以得到一种具有生物活性蛋白，而且能够减少由于蛋白 所造成