星油藤種仁堿提蛋白和濃縮蛋白功能性質(zhì)的比較研究

趙 旻，張 萍，李秀芬，許又凱，*

(1.中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園熱帶植物資源可持續(xù)利用重點實驗室，云南勐臘666303;2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049)

星油藤(Plukenetia volubilis Linneo.)又名印加果，美藤果，印加語稱 SachaInchi，為大戟科(Euphorbiaceae)多年生木質(zhì)藤本植物，原生長在海拔80～1700m南美洲安第斯(Andres)山脈熱帶雨林區(qū)［1］。美洲原住民印加人馴化利用了三千多年［2］。星油藤當年種植，當年掛果，2～3 年進入盛產(chǎn)期［2－3］。因星油藤種子富含多不飽和脂肪酸和高蛋白質(zhì)，2006年，星油藤引入我國并在西雙版納試種，2008年試種成功［4］，2013年批準為國家新食品原料(衛(wèi)生部公告2013年第1號)。近年來，因星油藤效益高，種植范圍快速擴大，并在西雙版納周邊的老撾、緬甸等國家大面積種植，星油藤產(chǎn)業(yè)已列為西雙版納州“十二五”重點發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)，“十二五”末計劃種植面積 1 萬 Km2［5］。

近些年星油藤產(chǎn)業(yè)主要集中其多不飽和脂肪酸的開發(fā)利用，大量餅粕未被利用。廢棄的餅粕，不僅浪費了資源，還對環(huán)境造成污染，影響星油藤產(chǎn)業(yè)的長期發(fā)展。前期研究表明西雙版納引種的星油藤種仁中蛋白質(zhì)含量高達30.1%，僅次于脂肪酸，必需氨基酸種類齊全［6－7］。蛋白質(zhì)短缺已經(jīng)成為世界性的問題，尤其在發(fā)展中和欠發(fā)達國家與地區(qū)，蛋白質(zhì)供應(yīng)量不足，優(yōu)質(zhì)蛋白緊缺現(xiàn)象更加明顯，人們越來越關(guān)注產(chǎn)量巨大、成本較低的植物蛋白資源的開發(fā)［8－9］。

目前，對星油藤種子蛋白質(zhì)的研究較少［7，10－11］。工業(yè)上提取蛋白質(zhì)的方法主要有堿溶酸沉法、酶法除雜濃縮法、雙水相萃取法、反膠束法等，其中堿溶酸沉法由于成本低廉、操作簡單、易于控制等特點而成為食品工業(yè)中最常用的方法。本研究中分別采用堿溶酸沉法［12］和酶法除雜濃縮法［13－14］提取蛋白質(zhì)，通過對兩種工藝所得的蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的分析與比較，尋找適用于工業(yè)生產(chǎn)的星油藤餅粕蛋白的利用途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

星油藤種子 采自中國科學(xué)院西雙版納熱帶植物園內(nèi)，去殼冷榨油后的餅粕，保存于－20℃冰箱中備用。

石油醚、氫氧化鈉、鹽酸、磷酸、牛血清白蛋白、考馬斯亮藍G－250等均為國產(chǎn)分析純。

PB－10Sartorius普及型pH計 賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司;ST 16R冷凍離心機 美國熱電公司;TU－1810紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司;SF－180型高速萬能粉碎機 上海新諾儀器設(shè)備有限公司;LH－20冷凍干燥機 日本東京理化器械株式會等。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將星油藤種仁餅粕搗碎后于高速粉碎機中粉碎，過40目篩，所得粉末45℃下用石油醚脫脂6h，然后置于通風(fēng)櫥中12h以上，揮干溶劑得星油藤種仁脫脂粉，再次粉碎過100目篩后置于4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 星油藤種仁脫脂粉主要成分分析 脫脂粉中的蛋白質(zhì)含量利用碳氮分析儀測定;粗灰分參照標準LY/T 1268－1999測定;粗纖維參照標準 GB/T 6434－2006測定;粗脂肪參照標準GB/T 14772－2008測定;水溶性糖參照標準YC/T 159－2002測定。

1.2.3 星油藤蛋白等電點的測定 星油藤蛋白等電點的測定［15］:取5.0g星油藤脫脂蛋白粉與蒸餾水按1∶20(g/mL)混合，用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH為4.5，50℃下攪拌浸提1h后，室溫下以4000r/min的速度離心20min，取等量上清液若干份，用1mol/L HCl分別調(diào)至一定pH，離心分離后，采用考馬斯亮藍法測定上清液中蛋白質(zhì)的含量。蛋白質(zhì)殘留最低的上清液的pH即為星油藤種仁蛋白的等電點。

1.2.4 蛋白粉的制備 堿溶酸沉工藝流程:星油藤種仁脫脂粉 → 堿溶解(堿溶液pH11.5，液料比v/w 20∶1，提取時間120min，提取溫度60℃)→離心(4000r/min，20min)→等電點沉淀→靜置分離→洗滌沉淀→冷凍干燥→PPI。

酶法除雜工藝流程:星油藤種仁脫脂粉→85%乙醇除糖→α－淀粉酶(酶量1.0%，提取溫度50℃)→95%乙醇洗滌→離心(4000r/min，20min)→沉淀低溫烘干(50℃)→PPC。

1.2.5 溶解性測定 參照文獻［9］測定蛋白的溶解性:配制1%(w/v)蛋白溶液，分別用1mol/L的HCl溶液或lmol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH分別為2、3、……12，磁力攪拌20min后以4000r/min的速度離心分離30min，測定上清液中蛋白質(zhì)的含量，以上清液中的蛋白含量占樣品中總蛋白含量的百分比表示蛋白質(zhì)的溶解度。

1.2.6 吸油性測定 準確稱取0.5g蛋白樣品，加入到10mL蒸餾水中，混合均勻并在室溫下靜置30min后，以3000r/min的速度離心20min，小心吸除上層油后稱量離心管的重量。

吸油性(%)=(m2－m1)/m ×100

m:蛋白樣品質(zhì)量/g;m1:吸油前蛋白樣品和離心管總質(zhì)量/g;m2:吸油后蛋白樣品和離心管總質(zhì)量/g。

1.2.7 吸水性測定 準確稱取0.5g蛋白樣品，加入到10mL蒸餾水中，混合均勻后，在室溫下靜置30min，然后以3000r/min的速度離心20min，小心吸除上層水后稱量離心管的重量。

m:蛋白樣品質(zhì)量/g;m1:吸水前蛋白樣品和離心管總質(zhì)量/g;m2:吸水后蛋白樣品和離心管總質(zhì)量/g。

1.2.8 起泡性及泡沫穩(wěn)定性測定 準確稱取1.25g蛋白樣品，加入到50mL蒸餾水中，混合均勻后，用勻漿機以l2000r/min的高速攪打2min后，迅速倒入100mL的量筒中，測量泡沫體積。起泡性按下式計算:

起泡性(%)=停止時泡沫體積/蛋白溶液體積×100

將量筒置于 30℃水浴鍋中，于 10、20、30、40、50及60min時分別記錄下殘留泡沫體積并計算相應(yīng)起泡性。

1.2.9 黏度測定 準確稱取0.5g蛋白，倒入50mL含有0.5%(w/v)海藻酸鈉的蒸餾水中，混合均勻后，分別置于30、40、50、60及70℃下1h，用黏度計測定其黏度。

2 結(jié)果與分析

2.1 脫脂粉的主要化學(xué)成分

星油藤種仁脫脂粉的主要化學(xué)成分見表1。由表可知，脫脂粉中主要化學(xué)成分是蛋白質(zhì)，含量高達64.81g/100g，具有作為一種蛋白質(zhì)資源進行開發(fā)研究的價值。水溶性糖含量次之，達9.79g/100g，是蛋白提取工藝中需要除去的雜質(zhì)，粗灰分和粗纖維的含量分別為6.70g/100g和5.76g/100g。

2.2 星油藤種仁蛋白的等電點

堿溶酸沉法提取蛋白時，通常將等電點作為酸沉的條件，星油藤種仁蛋白的等電點測定結(jié)果見圖1。由圖可知，在pH3～4.5間，吸光度隨pH增大而降低，然后又逐漸升高。在pH為4.5時吸光度最小，上清液中蛋白質(zhì)殘留量最小，因為此時，溶液中蛋白質(zhì)所帶正、負電量相等，蛋白質(zhì)分子之間靜電排斥作用最小而相互聚集沉淀，以致析出的蛋白量最大，此時即為星油藤種仁蛋白的等電點。故可知星油藤蛋白的等電點在 pH4.5附近，與其他油料作物杏仁(pH4.5)［16］、文冠果(pH4.6)［17］相近。

表1 星油藤種仁脫脂粉的主要化學(xué)成分(g/100g)Table 1 Proximate chemical composition of defatted P.volubilis seed flours(g/100g)

圖1 星油藤種仁蛋白的等電點Fig.1 Isoelectric point of protein from P.volubilis

2.3 蛋白的溶解性

溶解性是食品功能性質(zhì)中最基本的性質(zhì)，它對吸水性、吸油性、乳化性等其他功能特性都有重要影響。兩種蛋白在不同pH下的溶解性見圖2，圖中兩蛋白溶解性曲線隨pH的變化呈現(xiàn)出U型趨勢，在等電點附近(pH4～5)因蛋白質(zhì)分子間斥力最小而凝集析出，溶解性最低，隨后隨著pH的增加而升高，這與大多數(shù)植物蛋白表現(xiàn)相似［15，17－18］。在受試 pH 范圍內(nèi)，PPI的溶解性高于PPC，在偏酸或偏堿性條件下，兩蛋白溶解性差異更加明顯。因此，堿溶酸沉工藝提取的蛋白具備更好的溶解性。

圖2 PPI和PPC的溶解性比較Fig.2 The solubility of PPI and PPC

2.4 蛋白的吸油性

吸油性反映了蛋白與脂肪的結(jié)合能力，吸油性好的蛋白在乳類、肉類等制品加工過程可減少脂肪的損失，保證食品的風(fēng)味［19］。由圖3可知，PPC的吸油性明顯高于PPI，兩蛋白在30～50℃溫度范圍內(nèi)，吸油性隨溫度升高而緩慢上升，繼續(xù)升高溫度則吸油性降低，在50℃時，PPC和PPI吸油性均達到最大值，分別為154.37%和294.70%。PPC具有較好的持油性，除了蛋白質(zhì)本身的疏水性外，還因為PPC的堆密度更低，從而加大了與油接觸的表面積。高溫時，蛋白質(zhì)出現(xiàn)變性而凝聚，減少了與油接觸的表面積，另外油的黏度下降也會減弱與蛋白的結(jié)合能力，最終導(dǎo)致蛋白質(zhì)吸油性的下降。

2.5 蛋白的吸水性

圖3 PPI和PPC的吸油性比較Fig.3 Oil－h(huán)olding capacity of PPI and PPC

蛋白質(zhì)的吸水能力直接影響烘焙食品、凝膠類食品的質(zhì)構(gòu)，也與乳制品、肉質(zhì)類制品的鮮嫩程度相關(guān)。蛋白質(zhì)的吸水性受攜帶親水基團的數(shù)量、溶解性及其他組分等因素的影響。pH對蛋白持水性的影響很大，pH的變化會引起蛋白質(zhì)分子帶電性和離子化作用，從而改變蛋白質(zhì)分子與水的結(jié)合能力，影響吸水性［20］。圖4顯示PPI和PPC在不同pH下的吸水性，PPC的吸水性遠高于PPI，它們吸水性趨勢與溶解性相似，即在等電點附近吸水性最低，因為此時蛋白質(zhì)分子帶有的正、負電荷量相當，凈電荷量幾乎為0，蛋白質(zhì)分子間作用力最強，而蛋白質(zhì)與水的結(jié)合受到限制，所以導(dǎo)致吸水性最低。對于PPI，當pH以等電點為原點增高或降低時，蛋白質(zhì)分子帶有的凈電荷量增加，與結(jié)合能力也隨之增強，導(dǎo)致吸水性增大;而對于PPC，可能還受到少量纖維組分等因素的影響，所以變化較不規(guī)律。

圖4 PPI和PPC的吸水性比較Fig.4 Water－h(huán)olding capacity of PPI and PPC

2.6 起泡性及泡沫穩(wěn)定性比較

起泡性是指蛋白質(zhì)產(chǎn)品攪打生成泡沫的能力;泡沫的穩(wěn)定性則反映泡沫存在的持久性。一般來說，蛋白質(zhì)的起泡性影響面包、蛋糕等食品加工過程，起泡性及泡沫穩(wěn)定性好的蛋白產(chǎn)品可作為良好的起泡劑用于改善烘焙食品的質(zhì)構(gòu)，保證食品口感舒適，此外也廣泛用于冰激凌、奶乳等流體性食品中［17］。圖5表示兩種蛋白在不同時間的起泡性，顯然PPC的起泡性高于PPI，但在泡沫穩(wěn)定性上，兩者沒有明顯差別。一般來說，溶解性好的蛋白質(zhì)具備更好的起泡能力，在這里卻表現(xiàn)出相反的現(xiàn)象，究其原因，在中性環(huán)境下，兩蛋白溶解性相差不大，而PPC在水溶液中容易吸附在水－氣界面形成蛋白質(zhì)膜，從而降低界面張力，在受到攪打時更易形成泡沫［21］。

圖5 PPI和PPC的起泡性Fig.5 The foaming property of PPI and PPC

2.7 黏度測定結(jié)果

黏度作為蛋白質(zhì)流體的重要性質(zhì)直接影響蛋白飲品類產(chǎn)品的生產(chǎn)過程及口感。圖6為不同溫度處理的蛋白溶液的黏度比較，由圖可知，PPI的黏度高于PPC。溫度升高時，蛋白溶液的流動性增強，蛋白溶液黏度因此而降低，當溫度繼續(xù)升高，還會促使蛋白變性，疏水作用力增大，進一步導(dǎo)致其黏度下降。所以兩蛋白在溫度升高時，黏度均呈降低趨勢［22］。

圖6 PPI和PPC的黏度比較Fig.6 The viscosity of PPI and PPC

3 結(jié)論

星油藤種仁脫脂粉的粗蛋白、粗灰分、粗纖維、粗脂肪、水溶性糖的含量分別為 64.81、6.70、5.76、2.20、9.79g/100g。星油藤種仁蛋白等電點在pH4.5附近。功能性質(zhì)研究表明，在研究范圍內(nèi)，PPI具有更好的溶解性和更高的黏度，而PPC在吸油性、吸水性、起泡性方面明顯高于PPI，故堿提法更易制備溶解性好的的蛋白，而酶法除雜工藝則保證了蛋白的吸油性、吸水性以及起泡性。兩蛋白的溶解性和吸水性隨pH升高，呈現(xiàn)出先降低后增高的趨勢，在等電點附近最低。PPI和PPC在50℃時，吸油性最好，分別達到154.37%和294.70%。兩蛋白的黏度在30～50℃內(nèi)，隨溫度的上升而降低。

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