烟草是茄科烟草属植物

1、烟草是茄科烟草属植物, 有, 5 余种, 人类栽培的多为红花种和黄花种。早在新大陆被发现之前, 印第安人就知道利用烟草了。烟草传入中国, 约在明朝万历年间。先由吕宋岛传到厦门, 再从漳州、泉州传人内地。到了明朝后期, 吸烟就很盛行了, 不过那时只有旱烟和水葵, 制成卷烟, 还是后来的事。现代科学研究能指出吸烟的上百种害处, 所以进人8 5 年代以来, 禁烟之声鹊起, 但要消灭瘾君子,却是天大的难事。植物生理学家对烟叶的成分进行研究, 发现烟叶蛋白质, 比鸡蛋、乳酪和牛奶更适合人体利用。他们用化学方法处理烟叶, 提取叶中可溶性蛋白, 剩下的纤维制成比较安全的卷烟。因为烟雾中的氮化物, 氰化物和一

2、些致癌物, 主要由蛋白质燃烧生成, 去掉蛋白质, 也就去掉了上述隐患。一亩生长良好的烟草, 可提取, 公斤无色无味的蛋白质, 还有纤维、淀粉、烟碱等残渣。分离得到的烟碱用于杀虫, 其他物质可作饲料或肥料。如果在烟叶嫩绿时就采叶, 再让其长出新叶, 一季就可以收获一9 次, 能取得更高的生物量。同样的技术, 还可以在豆科植物和其他绿叶植物中使用, 提取食用蛋白。科学家们认为, 烟叶蛋白的质量最好, 含氨基酸种类多, 最易被人体吸收利用, 也特别适合在发展中国家推广。烟草( N i cot iana tabacum L. ) , 茄科烟草属植物, 共有60 余种, 人类栽培多为红花种和黄花种 1,

3、 2 。烟叶中成分含量非常复杂, 其中以蛋白质含量最为丰富, 如白肋烟中蛋白质含量高达20. 48% 3 。随着对叶蛋白研究的不断深入, 人们逐渐认识到植物叶是丰富的优质植物蛋白资源之一 4 。据报道, 植物叶蛋白尤以烟叶中可溶性蛋白含量较高, 具有较高的营养价值和药用价值, 并且逐步被作为一种食品蛋白来源应用到食品领域中 5- 7 。从食品和营养的角度来说, 烟叶蛋白的氨基酸组成和含量相当丰富、均衡, 通过多种高新技术精深加工后, 可获得生物活性肽和氨基酸等高附加值产品 8 。前人都是以新鲜烟叶为原料, 采用水浸提法或者专利技术提取其中的蛋白质。然而, 在烟草种植和加工过程中,产生了大量的低

4、次烟叶, 占烟草总产量的25%左右, 这部分低次烟叶除少量用于生产烟膏和农药外, 大部分弃之无用, 既浪费了资源, 又污染了环境, 但有关低次烟叶蛋白资源的综合利用很少报道 1 。本文以低次烟叶为原料, 采用碱溶酸沉法从中提取蛋白质, 优化其提取工艺, 并对所提取出蛋白质的氨基酸组成进行了分析, 旨在为低次烟叶蛋白资源的综合开发利用提供技术参数和理论指导。1材料与方法1. 11. 1试验材料晒烟, B1K 级( 低次级) ) , 广东产, 取整片烟叶( 去除叶梗、叶脉) 用MJ-176NR 型搅拌机打碎, 采用其碎片进行试验; KOH, H3PO4, Cl3CCOOH 均为分析纯。1. 2主要

5、设备精密pH 计( PHS-3C 型, 上海雷兹仪器厂) , 搅拌机( MJ-176NR 型, 日本松下电器产业株式会社) , 胶体磨( 温州市欧海振业食品机械厂) , 强力电动搅拌机( JB200-D 型, 上海标本模型厂) , 数显恒温水浴锅( 上海仪表集团供销公司) , 高速冷冻离心机( CR22G 型, 日本HIT ACHI 公司) , 全自动凯氏定氮仪( 瑞士B􀀁chiLabo rtechnik AG) , 高效液相色谱系统( 美国Waters 公司) 。1. 3试验方法1) 烟叶蛋白提取方法: 碱溶酸沉法 9 , 采用氢氧化钾和磷酸调整pH 值, 主要流程如下:烟

6、叶捣碎加水胶体磨磨浆碱溶第一次200 目滤布过滤 再碱溶第二、第三次 离心( 4800r / min, 20, 30 min) 除杂酸沉离心( 4800 r/ min,4, 30 min) 沉淀蛋白。2) 总氮的测定: 常量凯氏定氮法 10 。3) 非蛋白氮( NPN) 的测定: 三氯乙酸法 11, 12 。经测定, 晒烟B1K 级中蛋白质含量为8. 05% 。4) 计算方法磨浆过程中蛋白提取率= 磨浆提取出的总蛋白质÷烟叶原料中总蛋白质×100%碱溶过程中蛋白提取率= 碱溶提取出的总蛋白质÷烟叶原料中总蛋白质×100%酸沉过程中蛋白提取率= 酸沉提取出

7、的总蛋白质÷碱溶提取出的总蛋白质×100%5) 氨基酸分析方法: 采用高效液相色谱和PICO.T AG 氨基酸分析柱对经强酸处理和强碱处理的烟叶蛋白分别进行测定, 分析条件: 38、流速1 mL/ min、检测波长254 nm。2结果与分析2. 1磨浆工艺研究为提高烟叶蛋白的提取率, 在提取蛋白之前, 烟叶必须进行磨浆处理, 减小烟叶颗粒的粒度。在磨浆工艺中, 固液比( 烟叶水) 、提取温度、提取液pH 值和磨浆次数这4 个因素对烟叶蛋白提取率均有直接影响 13 。因此, 对磨浆工艺中固液比、提取温度、提取液pH值和磨浆次数4 个因素分别进行试验, 测定烟叶蛋白提取率, 重

8、复3 次, 确定最佳工艺参数。试验结果如图1、图2、图3、图4 所示。( 提取温度50, pH7. 0, 磨浆3 次)图1磨浆工艺中固液比对蛋白提取率的影响Fig . 1Effect of t he r atio o f tobacco leaf towat er o n pr otein ex tr actio n rate( 固液比118, pH7. 0, 磨浆3 次)图2磨浆工艺中提取温度对蛋白提取率的影响Fig. 2Effect o f ext racting temperat ur e onpro tein ex tr act ion r ate( 固液比118, 提取温度65, 磨

9、浆3 次)图3磨浆工艺中提取液pH 值对蛋白提取率的影响Fig. 3Effect o f pH v alue on pro tein ex tr actio n r ate( 固液比118, 温度65, pH8. 0)图4磨浆工艺中磨浆次数对蛋白提取率的影响Fig . 4Effect of g rinding time o n pr otein ex tr actio n rat e从图1 可以看出, 烟叶蛋白磨浆提取率随固液比的增大而提高, 当固液比为118 时, 蛋白磨浆提取率最高为68. 38%。当再增大固液比时, 蛋白提取率变化不大。图2 表明, 磨浆工艺中提取温度对烟叶蛋白提取率影响

10、比较明显。蛋白提取率随提取温度的升高而增大,在65时, 烟叶蛋白提取率达到最高为70. 82%。而当提取温度进一步升高时, 蛋白提取率反而下降, 原因是温度太高时, 可能有部分烟叶蛋白发生变性沉淀而被离心除去。图3 显示, 提取液pH 值对烟叶蛋白磨浆提取率的影响比较显著。当提取液pH 值从6. 0 上升至8. 0时, 蛋白提取率随之上升并达到最高。提取液pH 值通过影响蛋白质的水化作用而直接影响蛋白质在水中的溶解度, 在pH8. 0 时, 蛋白质的水化作用非常强, 溶解度最大, 因而烟叶蛋白磨浆提取率最高 14 。图4 表明烟叶蛋白提取率随磨浆次数的增多而明显上升, 但磨浆两次后, 再增加磨

11、浆次数时, 蛋白提取率上升的幅度趋于平缓, 可能是粒度足够小以后对烟叶蛋白提取率影响就不大了。为了确定磨浆工艺中固液比、提取温度和提取液pH 值这三个因素的最佳工艺参数, 按表1 所设置的因素和水平进行磨浆工艺正交试验( 磨浆2 次) , 结果见表1。表1磨浆工艺正交试验设计L9( 34) 与结果Table 1Ort ho go nal ex periment desig n methodsL9( 34) and result s试验号A固液比B提取温度/ C提取液pH 值蛋白提取率/ %1 1( 117) 1( 60) 1(7. 5) 76. 752 1 2( 65) 2(8. 0) 73.

12、 683 1 3( 70) 3(8. 5) 65. 214 2( 118) 1 2 77. 305 2 2 3 71. 576 2 3 1 64. 147 3( 119) 1 3 77. 128 3 2 1 69. 039 3 3 2 66. 79K 1 215. 64 231. 17 209. 92K 2 213. 01 214. 28 217. 77K 3 212. 94 196. 14 213. 90k1 71. 88 77. 06 69. 97k2 71. 00 71. 43 72. 59k3 70. 98 65. 38 71. 30最优水平A1 B1 C 2R 0. 90 11. 6

13、8 2. 62表1 表明, 磨浆工艺的最优水平组合为: A1B1C2 , 即固液比117, 提取温度60, 提取液pH8. 0。影响烟叶蛋白磨浆提取率的因素显著( R 值) 次序为: 提取温度> 提取液pH 值> 固液比。A1B1C2 这一最佳组合在正交试验中没有出现, 通过采用磨浆工艺最优水平参数进行试验, 得到烟叶蛋白磨浆提取率为77. 59% , 比表1 中最高提取率77. 30% 还高, 这进一步验证了正交试验结果的准确性和可靠性。中国大量的低次烟叶资源, 通过采用现代分离技术和食品生物技术, 可实现资源的充分综合利用, 服务于人类, 意义重大。烟叶蛋白提取工艺包括磨浆、碱

14、溶和酸沉三个步骤。低次烟叶经磨浆后, 由于烟叶中大量氨基酸、有机酸、烟碱等物质的溶出, 从而使磨浆后烟叶混合液的pH 值变化很大, 因此在碱溶操作过程中, 必须对其pH 值再进行调整。选择氢氧化钾和磷酸调整pH 值, 是因为残留于烟叶渣中的钾、磷元素能促进燃烧, 经提取蛋白后的烟叶渣可再次用于烟草薄片的生产, 从而有利于改善卷烟产品的质量和风格。2) 烟叶蛋白提取工艺中, 磨浆工艺的最佳水平组合为固液比1g 17, 提取液温度60, 提取液pH8. 0, 在此条件下磨浆两次; 碱溶操作的最佳工艺是温度60,pH8. 0, 时间60 min, 搅拌条件下碱溶提取3 次; 烟叶蛋白酸沉过程中, 在

15、pH3. 0, 4条件下静置8 h 效果最佳, 烟叶蛋白酸沉提取率最高为86. 71% 。3) 烟叶蛋白的氨基酸分析结果显示: 其氨基酸种类齐全, 必需氨基酸含量较高, 氨基酸分数较高, 表明烟叶蛋白是一类比较优质的蛋白质资源, 应用前景广泛。在世界上, 把叶蛋白作为研究和发展规划的70 个国家中, 已有17 个国家开发了白色叶蛋白产品。白色叶蛋白产品(White Leaf Protein Products, w- LPP) 是来自植物细胞的叶绿体和细胞质中的一类可溶性蛋白质, 也是一类脱色素的蛋白质产品, 其中包含有膜结合蛋白和其它细胞组分。w- LPP 不仅具有较高的营养价值和良好的功能特

16、性, 且缺乏干扰矿物质吸收和抗营养的物质, 可广泛的掺合到谷物食品、奶制品、肉类制品等人类食品中。主要从藜科、十字花科、豆科和茄科等植物的叶片中提取。烤烟叶蛋白的开发利用具有广阔的前景。烟草, 茄科( So lanacea) 烟草属(N icotiana ) 植物, 是我国重要的经济作物之一。国内外的研究发现, 烟叶(包括废次烟叶)中含有多种药食功能的成分, 如从中分离提取的叶蛋白( LPC )、氨基酸 1 、茄尼醇、烟碱 2 、果胶 3 、绿原酸、芸香苷 4 等在食品和医药领域均具有极高的利用价值, 烟草可能是当前被忽视的天然药食资源之一。我国是烟草种植和生产大国, 其种植面积和产量均居世界

17、首位, 但是,一方面, 对烟叶的利用方式比较单一, 没有充分发挥其多种功效的生物学特性, 把吸用、药用以及食用等多种用途加以综合开发利用; 另一方面, 在烟草种植和加工过程中, 有大量废次烟叶(含嫩烟叶、霉烟叶、烟梗和烟末等)产生, 约占烟叶总产量的30% 左右, 目前对这些废次烟叶综合利用的途径少、程度低, 绝大部分作为废物而被丢弃, 造成了自然资源的浪费和环境污染 5 。烟叶的组成成分非常复杂, 不同品种的烟叶成分各不相同。药烟是含有医药成分的烟草, 是我国首次采用无性嫁接和有性杂交相结合的方法, 利用罗勒( Ocimum bailicum L. )、紫苏 Perilla f rutescens( L. ) Brit.t 、曼陀罗( Datuva innox ia M il.l )、薄荷(M entha hap localyx Briq. )、黄芪A stragalusmembra􀀁naceus ( F isch. ) Bge. 和土人参Talinum panicula􀀁tum ( Jacq. ) G a