張雪,唐建華
(1.吉林工程職業(yè)學(xué)院,吉林 四平 136001;2.揚(yáng)州大學(xué) 旅游烹飪學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225127)
南瓜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高,是一種既營(yíng)養(yǎng)又美味的家常蔬菜[1]。而南瓜籽含有的豐富蛋白質(zhì)、維生素,使其醫(yī)藥功效加倍,具有實(shí)際研究?jī)r(jià)值[2]。在南瓜研發(fā)熱潮中,蛋白質(zhì)是南瓜研發(fā)的一個(gè)重要熱點(diǎn)[3]。南瓜籽蛋白質(zhì)含量約為35%,人體吸收率在88%~97%之間,具有良好的平衡能力。南瓜籽富含蛋白質(zhì)、脂肪、礦物質(zhì),營(yíng)養(yǎng)豐富,也是優(yōu)良的植物蛋白[4]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),南瓜籽發(fā)芽后,蛋白質(zhì)更具降血糖效果[5]。
以往使用三氯醋酸-丙酮沉淀法提取南瓜籽蛋白質(zhì),低溫下將南瓜籽充分研磨后,加入三氯醋酸和丙酮共溶于離心管內(nèi),渦旋振蕩,在20 ℃靜置2 h,離心反復(fù)洗滌,沉淀至無(wú)色,并進(jìn)行真空冷凍干燥。該方法容易破壞蛋白質(zhì),導(dǎo)致提取結(jié)果雜質(zhì)較多;使用電泳法提取南瓜籽蛋白質(zhì),借助多種蛋白酶水解南瓜籽蛋白,并篩選出適用于制備南瓜籽蛋白的抑制肽蛋白酶,結(jié)合響應(yīng)面方法優(yōu)化提取工藝。使用該方法在電場(chǎng)環(huán)境中,容易受到背景顏色的影響,使蛋白質(zhì)無(wú)法全部提取,導(dǎo)致蛋白質(zhì)提取效率低下。因此,在提取南瓜籽蛋白質(zhì)時(shí),首先要考慮到蛋白質(zhì)資源的利用,采用冷榨法可以很好地保存南瓜籽的營(yíng)養(yǎng)成分,以南瓜籽作為原料,采用冷榨法提取蛋白質(zhì),并對(duì)蛋白質(zhì)的功能特性進(jìn)行分析,為其有效利用提供參考。
南瓜籽仁:廣州雪馨花食品有限公司的白瓜籽;正己烷:淄博協(xié)創(chuàng)化工有限公司;冰乙酸:濟(jì)南金百禾工貿(mào)有限公司;乙醇:山東匯豐生物工程有限公司;丙酮:寧波印川國(guó)際貿(mào)易有限公司;碘化鉀:上海氏典化工科技發(fā)展有限公司;硫代硫酸鈉:武漢拉那白醫(yī)藥化工有限公司;乙酸鈉:鄭州潤(rùn)稼化工產(chǎn)品有限公司,上述試劑均為分析純。
GY95-冷榨機(jī) 廣州國(guó)研機(jī)械設(shè)備制造有限公司;Alpha Imager HP蛋白凝膠成像系統(tǒng) 上海巴玖實(shí)業(yè)有限公司;M249300超低溫冰箱 北京海富達(dá)科技有限公司;LGJ-10-50系列冷凍干燥機(jī) 南京貝帝實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;DR3900紫外分光光度計(jì) 上海植茂環(huán)??萍加邢薰?。
2.3.1 南瓜籽蛋白質(zhì)特點(diǎn)分析
2.3.1.1 蛋白質(zhì)持水性和持油性
蛋白質(zhì)的持水性和持油性是南瓜籽蛋白質(zhì)中重要功能特性之一,當(dāng)溫度和加熱時(shí)間增加時(shí),蛋白質(zhì)出現(xiàn)的反應(yīng)見(jiàn)圖1。
圖1 蛋白質(zhì)持水性和持油性分析Fig.1 Analysis of water and oil holding capacity of proteins
由圖1可知,南瓜籽蛋白質(zhì)綜合持油能力比持水能力強(qiáng),且隨著溫度升高,蛋白質(zhì)的持油能力在100 ℃時(shí)達(dá)到最高。蛋白質(zhì)的持水能力在60 ℃時(shí)達(dá)到最高,出現(xiàn)這種情況的主要原因是溫度升高,使蛋白質(zhì)變性,產(chǎn)生大量極性側(cè)鏈基團(tuán),增強(qiáng)了蛋白質(zhì)的親水性和親油性。
2.3.1.2 蛋白質(zhì)溶解性
蛋白質(zhì)與水之間的作用力是由蛋白中肽鍵的偶極-偶極作用而產(chǎn)生的,或離子化的、極性側(cè)鏈的同分子作用而產(chǎn)生的,蛋白質(zhì)的溶解性受到pH值的影響較大,其溶解性見(jiàn)圖2。
圖2 蛋白質(zhì)溶解性Fig.2 The solubility of protein
由圖2可知,當(dāng)pH值為4.5時(shí),蛋白質(zhì)的溶解性最差,該值為蛋白質(zhì)溶解度最低值,因此,可將該點(diǎn)作為提取蛋白質(zhì)時(shí)酸性沉淀的pH值[6]。
pH值對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響見(jiàn)表1。
表1 pH值對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Table 1 The effect of pH value on the extraction rate of protein
隨著pH值不斷升高,蛋白質(zhì)的提取率也在不斷增大(P<0.01)[7]。為了確定最佳pH值,不同pH值下提取蛋白質(zhì)的各個(gè)參數(shù)試驗(yàn)條件見(jiàn)表2。
表2 蛋白質(zhì)各個(gè)參數(shù)試驗(yàn)條件Table 2 The test conditions for each parameter of protein
由表3可知,隨著pH值升高,蛋白質(zhì)的提取效率也在不斷升高[8]。當(dāng)pH值為10時(shí),變性蛋白的需求量最大,而提取蛋白的含水量最大,故 pH值以10為最佳[9-10]。
表3 測(cè)定結(jié)果Table 3 The determination results
2.3.1.3 其他特性
對(duì)于南瓜籽蛋白質(zhì)的其他特性進(jìn)行研究,以大豆蛋白質(zhì)為基礎(chǔ),對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 蛋白質(zhì)其他特性
由表4可知,南瓜籽蛋白質(zhì)比大豆蛋白質(zhì)的吸水性、吸油性低,而其他特性比大豆蛋白質(zhì)要高。
2.3.2 工藝流程
南瓜籽→溫度低于60 ℃→調(diào)制→冷榨→冷榨蛋白質(zhì)→精濾→冷榨南瓜籽蛋白質(zhì)。
2.3.3 蛋白質(zhì)提取效率計(jì)算
(1)
式中:m1表示提取的蛋白質(zhì)質(zhì)量;m表示南瓜籽中蛋白質(zhì)質(zhì)量。
2.4.1 冷榨溫度對(duì)工藝的影響
在用冷榨法提取南瓜籽蛋白時(shí),適當(dāng)?shù)母邷赜欣诒3值鞍踪|(zhì)的可塑性,有利于破壞解脂酶、脂肪氧化酶,也便于蛋白質(zhì)提取后進(jìn)行儲(chǔ)存和使用。但在高溫環(huán)境下,冷榨工藝也會(huì)產(chǎn)生一些副作用,如在冷榨過(guò)程中水分大量增加,破壞蛋白質(zhì)的可塑性,在提高蛋白質(zhì)雜質(zhì)含量的同時(shí),其他雜質(zhì)也在增加,因此,研究的冷榨溫度范圍應(yīng)選擇45~60 ℃。
工藝反應(yīng)條件:選擇的冷榨溫度分別為45,50,55,60 ℃,研究冷榨溫度對(duì)南瓜籽蛋白質(zhì)提取效率的影響,見(jiàn)表5。
表5 冷榨溫度對(duì)工藝的影響Table 5 The effect of cold pressing temperature on process
由表5可知,隨著冷榨溫度的升高,蛋白質(zhì)的提取效率也不斷提高,但冷榨溫度的標(biāo)準(zhǔn)要求低于60 ℃時(shí),若溫度過(guò)高,會(huì)嚴(yán)重?fù)p害南瓜籽的營(yíng)養(yǎng)成分,故選用60 ℃為宜。
2.4.2 冷榨水分含量對(duì)工藝的影響
隨著冷榨水分含量不斷增加,蛋白質(zhì)的可塑性也在不斷發(fā)生變化。當(dāng)冷榨水分含量達(dá)到某一閾值時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效果達(dá)到最佳,此時(shí)的水分含量即為臨界水分。臨界水分與溫度、蛋白質(zhì)變性程度有關(guān),在冷榨過(guò)程中,主要影響蛋白質(zhì)提取純度的是含水量,當(dāng)水分含量過(guò)低時(shí),冷榨溫度升高,此時(shí)蛋白質(zhì)變性,影響工藝效果;當(dāng)水分含量過(guò)高時(shí),破壞南瓜籽,無(wú)法形成蛋白質(zhì),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率低,同樣也影響工藝效果。
工藝反應(yīng)條件:通過(guò)表5確定的最佳冷榨控制溫度為60 ℃,在該溫度下,選取水分含量分別為5%、10%、15%、20%進(jìn)行冷榨,由此研究冷榨水分含量對(duì)南瓜籽蛋白質(zhì)提取效率的影響,結(jié)果見(jiàn)表6。
表6 冷榨水分含量對(duì)工藝的影響Table 6 The effect of cold pressing water content on process
由表6可知,隨著水分含量增加,南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率呈先升高后下降的趨勢(shì),當(dāng)水分含量為10%時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率達(dá)到最高,而當(dāng)水分含量為15%時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率下降,說(shuō)明水分含量過(guò)多不利于南瓜籽蛋白質(zhì)的提取。
2.4.3 冷榨壓力對(duì)工藝的影響
南瓜籽在冷榨過(guò)程中的壓榨,主要是由于南瓜籽受壓后固體內(nèi)外表面受到擠壓,蛋白質(zhì)被榨出造成的。在相同情況下,蛋白質(zhì)受到的壓榨程度越大,粒子塑性變形程度越大,提取出的蛋白質(zhì)成分也就越多。然而,受到某種壓力的影響,冷榨壓縮存在一定限度,即使壓力增加到最大值,壓縮能力也不再增加,此時(shí)為不可壓縮體,也就是極限壓力。
工藝反應(yīng)條件:通過(guò)表5確定的最佳冷榨控制溫度為60 ℃,通過(guò)表6確定的最佳水分含量為15%,在該溫度和水分含量下,選取冷榨壓力分別為1.0,2.0,3.0,4.0 MPa進(jìn)行冷榨,由此研究冷榨壓力對(duì)南瓜籽蛋白質(zhì)提取效率的影響,結(jié)果見(jiàn)表7。
表7 冷榨壓力對(duì)工藝的影響Table 7 The effect of cold pressing pressure on process
由表7可知,隨著冷榨壓力增加,南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率升高,但變化幅度不大。為了防止在蛋白質(zhì)提取過(guò)程中壓力過(guò)大影響提取效率,選擇壓力為3.0 MPa作為工藝提取指標(biāo)。
2.4.4 冷榨轉(zhuǎn)速對(duì)工藝的影響
工藝反應(yīng)條件:通過(guò)表5確定的最佳冷榨控制溫度為60 ℃,通過(guò)表6確定的最佳水分含量為15%,通過(guò)表7確定的冷榨壓力為3.0 MPa,在該溫度、水分含量和壓力下,選取冷榨轉(zhuǎn)速分別為32,34,36,38,40,42,44 r/min進(jìn)行冷榨,由此研究冷榨轉(zhuǎn)速對(duì)南瓜籽蛋白質(zhì)提取效率的影響,結(jié)果見(jiàn)表8。
表8 冷榨轉(zhuǎn)速對(duì)工藝影響Table 8 The effect of cold pressing rotating speed on process
由表8可知,轉(zhuǎn)速越大,南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率也隨之變大,其中當(dāng)轉(zhuǎn)速為42 r/min時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率達(dá)到最高為66.7%,然而,當(dāng)轉(zhuǎn)速為44 r/min時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效率卻降低。因此,選擇42 r/min作為蛋白質(zhì)提取工藝的最佳轉(zhuǎn)速。
通過(guò)上述分析可知,影響南瓜籽蛋白質(zhì)提取的因素主要為冷榨溫度、冷榨水分含量、冷榨壓力和冷榨轉(zhuǎn)速,其中當(dāng)溫度為60 ℃、水分含量為15%、冷榨壓力為3.0 MPa、冷榨轉(zhuǎn)速為42 r/min時(shí),南瓜籽蛋白質(zhì)的提取效果最好。為了驗(yàn)證該情況下提取效果良好,需使用不同提取方法與冷榨法對(duì)比,并在紫外分光光度計(jì)支持下完成對(duì)比分析。
將南瓜籽分成3組,每組150 g南瓜籽,使用紫外分光光度計(jì)測(cè)定蛋白質(zhì)的純度。選擇5個(gè)10 mL比色管,用0.9% NaCl溶液溶解,將蛋白質(zhì)稀釋成250 mL,3個(gè)試管大小為1.5 cm×15 cm×9 cm。分別使用三氯醋酸-丙酮沉淀法、電泳法和冷榨法提取南瓜籽蛋白質(zhì),以下為對(duì)比內(nèi)容及結(jié)果。
使用紫外分光光度計(jì)檢測(cè)蛋白質(zhì)提取效率時(shí),由于蛋白質(zhì)中含有共軛雙鍵,使蛋白質(zhì)具有很強(qiáng)的吸收紫外光特性。在一定波長(zhǎng)下,分析蛋白質(zhì)溶液吸光度值與蛋白質(zhì)溶液濃度的關(guān)系,由此獲取蛋白質(zhì)提取效果。
選取光程為1 cm、波長(zhǎng)為290 nm、縱坐標(biāo)為A290、橫坐標(biāo)為蛋白質(zhì)濃度的石英比色皿,將1 mL待測(cè)蛋白質(zhì)溶液配以1 mL,加入3 mL蒸餾水,搖動(dòng)均勻,測(cè)定A290。
分別使用三氯醋酸-丙酮沉淀法、電泳法和冷榨法提取蛋白質(zhì),其紫外分光光度計(jì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖3。
(a)三氯醋酸-丙酮沉淀法
(b)電泳法
(c)冷榨法
3.3.1 三氯醋酸-丙酮沉淀法
使用三氯醋酸-丙酮沉淀法處理南瓜籽時(shí)較難,得到的蛋白質(zhì)濃度不高。當(dāng)蒸餾水為3.0 mL時(shí),隨著蛋白質(zhì)濃度增加,吸收紫外光波長(zhǎng)也隨之增加,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為2.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為235 nm;在蒸餾水為1.5 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為2.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為255 nm;在蒸餾水為0 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為2.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為260 nm。
3.3.2 電泳法
使用電泳法雖然提取雜質(zhì)少,但在提取過(guò)程中會(huì)影響蛋白質(zhì)遷移速率。當(dāng)蒸餾水為3.0 mL時(shí),隨著蛋白質(zhì)濃度增加,吸收紫外光波長(zhǎng)也隨之增加,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為240 nm;在蒸餾水為1.5 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為255 nm;在蒸餾水為0 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為270 nm。
3.3.3 冷榨法
使用冷榨法不會(huì)破壞南瓜籽的組織結(jié)構(gòu),當(dāng)蒸餾水為3.0 mL時(shí),隨著蛋白質(zhì)濃度增加,吸收紫外光波長(zhǎng)也隨之增加,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為240 nm;在蒸餾水為1.5 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為265 nm;在蒸餾水為0 mL情況下,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為290 nm。
通過(guò)上述分析結(jié)果可知,使用冷榨法能夠提取高純度蛋白質(zhì)。
通過(guò)研究確定:
(1)南瓜籽蛋白質(zhì)的持水能力比持油能力強(qiáng),蛋白質(zhì)在pH值為4.5時(shí),溶解度達(dá)到最低;
(2)南瓜籽蛋白質(zhì)比大豆蛋白質(zhì)的吸水性、吸油性低,而其他特性比大豆蛋白質(zhì)要高;
(3)冷榨控制最佳溫度為60 ℃,最佳水分含量為15%,最佳冷榨壓力為3.0 MPa,最佳轉(zhuǎn)速為42 r/min。
通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證可知,使用冷榨法不會(huì)破壞南瓜籽的組織結(jié)構(gòu),在蒸餾水為0 mL情況下,蛋白質(zhì)濃度為3.5 mL時(shí),吸收紫外光波長(zhǎng)達(dá)到最高,為290 nm,能夠提取高純度蛋白質(zhì)。