植物蛋白及其分離純化.ppt

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1、植物蛋白及其分離純化 # 1.植物蛋白概況 蛋白質是人類生命活動的重要物質基礎。隨著世界人口 的不斷增長，蛋白質供給出現(xiàn)了嚴重不足。為了解決這一 問題，世界各國尤其是不發(fā)達國家和地區(qū)，積極采取措施， 試圖從可以得到的食物中獲得有營養(yǎng)和廉價的蛋白質。在 世界范圍的蛋白質資源供給中，大部分為植物蛋白，占蛋 白質總量的 70，而動物蛋白僅占 30。另外，具有經濟 性、營養(yǎng)性、功能性等優(yōu)點的植物蛋白在建立健康的飲食 結構方面所起的作用也越來越受人們重視。 # 植物蛋白是蛋白質的一種，來源是從植物里提取的， 營養(yǎng)與動物蛋白相仿，但是更易于消化。植物性蛋白質主 要來源于米面類、豆類，但是米面類和豆類的蛋白

2、質營養(yǎng) 價值不同。米面類來源的蛋白質中缺少賴氨酸（一種必需 氨基酸），所以被人體吸收和利用的程度也會差些。 從營養(yǎng)學上說，植物蛋白大致分為兩類：一是完全蛋 白質，如大豆蛋白質；二是不完全蛋白質，絕大多數的植 物蛋白質屬于此類。植物蛋白可用以制成形、味、口感等 與相應動物食品相似的仿肉制品 。 # 西方學術界把植物蛋白分為兩類，一類叫 plant protein，指花、草、樹木、灌木等植物中所含的蛋白 質；另一類是 vegetable protein即指大豆、花生等可 食性果實或油料中所含的蛋白質。中國的文獻將兩者 統(tǒng)稱為植物蛋白質。 # 1.1植物蛋白質的基本特征 A.營養(yǎng)性 蛋白質的營養(yǎng)價值

3、，主要是取決于其所含必需 氨基酸是否平衡。一般來說，動物蛋白質中的必需氨基酸 比較平衡，而植物蛋白往往是賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸和 蛋氨酸的含量相對不足。谷物蛋白一般缺乏賴氨酸，而油 料蛋白主要是蛋氨酸不足。例如小麥蛋白主要是賴氨酸和 蘇氨酸不足；玉米蛋白主要是色氨酸和賴氨酸不足；棉子 蛋白主要是蛋氨酸不足；花生蛋白主要是缺乏蛋氨酸；大 豆蛋白除蛋氨酸和半胱氨酸含量稍低于 FA0(聯(lián)合國糧農組 織 )推薦值外，氨基酸組成基本平衡，接近于全價蛋白， 是僅次于動物蛋白的理想蛋白質資源。 # B.加工特性 加工特性主要是指食品在加工過程中和 加工后所表現(xiàn)出的物理性質，如物料或制品的保水性、 乳化性、彈

4、性和黏結性等。這些物性指標是進行食品 品質評價的重要內容。植物性蛋白質，特別是油料蛋 白質具有較好的加工特性，既可以單獨制成食品，也 可以與蔬菜或肉類等相組合加工成各種各樣的食品。 它們在加工過程中，賦予制品保水性和保型性，防止 加熱調理收縮變形，使制品有較好的物性品質。 # C功能特性 動物性蛋白質主要來源于肉、魚、奶、蛋 等食物，這些食物一方面由于價格較貴，另一方面由于 肉制品含有較多的易導致心血管疾病的飽和脂肪酸和膽 固醇，因而不利于健康。而來源于植物的蛋白質雖然有 的缺少某種氨基酸，但可同其他食物配合食用，使營養(yǎng) 效果互相補充。而且植物性蛋白質食物如大豆，不但不 含膽固醇，而且還會降低

5、人體中的膽固醇，減少心血管 疾病的發(fā)病率，因此大豆蛋白比動物蛋白質更具有保健 的特性。 營養(yǎng)學家認為，從食物中按比例平衡攝取這兩類蛋白 質是比較理想的。植物蛋白質與動物蛋白質以 2： 1配合， 對居住在溫帶的人最好。年齡不同，其比例有所不同， 小孩以 1： 1為宜，青壯年以 65： 35為宜，老人以 80： 20 最好。 # 1.2 植物蛋白的種類及性質 1.2.1 油料種子蛋白質 油料種子主要包括大豆、花生、芝麻、油 菜子、向日葵、棉子、紅花、椰子等。其中大 豆、油菜子產量最大。 # A. 花生蛋白質 花生在世界各地均有生產，產量以印度、中國、美 國為首。它不僅可作為零食食用，而且還是重要的

6、榨油 原料。花生渣餅和大豆豆粕一樣，除可用于家畜的飼料 外，還可以制造脫脂花生粉、濃縮花生蛋白、分離花生 蛋白等?；ㄉ?26 29蛋白質，其中球蛋白占 90， 其余為清蛋白。花生蛋白可分為花生球蛋白、伴花生球 蛋白 I和伴花生球蛋白 ，等電點均在 pH值 4 5附近。由 花生加工得到蛋白粉制品多為白色，且風味極佳，尤其 是溶解性高，黏度低，具有一定的熱穩(wěn)定性和發(fā)泡性， 可用于制造飲料及面包。 # # B. 油菜子蛋白質 加拿大與印度是油菜子的主要產地。油菜子顆粒小， 含有 40% 45油脂和 20 25蛋白質。蛋白質中 的大部分為 12s球蛋白，相對分子質量約 30萬。與大豆 球蛋白相似，含

7、有酸性和堿性亞基。在植物蛋白質中， 油菜子蛋白的營養(yǎng)價值最高，沒有限制性氨基酸，特 別是含有許多在大豆中含量不足的含硫氨基酸。 以油菜子的脫脂物為原料可加工濃縮蛋白。蛋白質 在提取、分離等加工過程中，易受到加熱變性的影響， 使蛋白質溶解度降低，不能形成膠體，但該種蛋白質 制品具有很好的保水性與持油性，因而可應用于紅腸 等畜肉制品的加工。此外，經分離得到的變性少的蛋 白質，其乳化性、發(fā)泡性、凝膠形成性均很好。 # # C. 向日葵蛋白質 向日葵是俄羅斯和歐洲一些國家重要的油脂原料，也是 世界食用油生產量較大的一種。向日葵脫脂物的加工利用， 關鍵是去除向日葵中的石炭酸以及高效率地去除種子的外 皮。

8、在向日葵脫脂物中含有 3 3.5石炭酸，因此在加 工過程中，會因 pH值的不同，而產生黃綠色色變。 向日葵中 70 80蛋白質由具有鹽溶性的球蛋白構成。 從營養(yǎng)角度來看，向日葵蛋白的賴氨酸含量少，是營養(yǎng)上 的限制因子。 向日葵蛋白質不易形成凝膠，但具有優(yōu)良的起泡性和發(fā) 泡穩(wěn)定性。并且向日葵的脫脂物具有很好的組織形成性， 利用擠壓成型機，能制成組織狀向日葵蛋白制品，但不足 之處是產品的外觀顏色較灰暗。 # # D. 棉子蛋白質 棉子中約含 20蛋白質，是較豐富的蛋白質資源。 可是其中含有棉子酚這一毒性物質，使得它在食品和 飼料的利用方面受到限制。棉子酚可通過育種或采取 適當的加工技術去除。 棉子

9、的氨基酸組成中，賴氨酸、蛋氨酸含量較少。 由棉子脫脂粉加工的蛋白質具有在酸性條件下易溶的 特性，因此該蛋白質制品適用于制作酸性飲料；又因 其在中性環(huán)境中難溶，機能特性很少，也常被利用于 制面包和點心。 # # F. 紅花蛋白質 在很早以前紅花色素作為食品著色劑被應用于食品 加工。紅花種子的 1 2為外皮。除去外皮部分的 40 為脂肪， 15 19 為蛋白質， 20 25為纖維。 用 70 80酒精處理，提取出具有苦味的成分和導 致腹瀉的物質。 紅花種子蛋白質的必需氨基酸中賴氨酸含量不足。該 蛋白質有與棉子蛋白質相似的性質，即在酸性環(huán)境中 也能溶解，因此用于酸性飲料的制作。在機能特性方 面，它具

10、有起泡性，它還能部分地代替面粉，用于面 包。 # # 1.2.2 豆類蛋白質 豆類中含有的儲藏蛋白幾乎都存在于蛋白質體中。蛋白質 體中的 80左右是蛋白質，除此之外，還有大量的植酸鈣鎂 鹽。一般來說，豆類蛋白質中谷氨酸、天門冬氨酸等酸性氨基 酸含量較多，而堿性氨基酸含量較少，因此豆類中等電點偏向 弱酸性的蛋白質含量多。 豆類中的主要蛋白質是球蛋白，從其類似性來劃分，可分 為豆球蛋白和伴豆球蛋白兩種，兩者共占蛋白質總含量的 80% 左右。除此之外，還含有 2S球蛋白質，植物凝集素，清蛋白 質。 # # 1.2.3 谷類蛋白質 谷類中的蛋白質不溶于水或鹽溶液，其主要成分分為能溶 解于酒精的醇溶蛋白

11、和能溶解于堿溶液的谷蛋白。 醇溶蛋白含量最多的是黍類植物。玉米、黍子種子蛋白質 中含有 50 60醇溶蛋白， 30 45谷蛋白。醇溶蛋白 儲存在蛋白質體中，而谷蛋白在蛋白質體的內外均有分布。 小麥、大麥、黑麥等禾谷類作物種子的蛋白質中，醇溶蛋 白與谷蛋白的含量基本相同，為 30 50。 大麥和稻米的蛋白質以能溶解于堿性溶液的谷蛋白為主要 成分。 # # # 1.2.4 螺旋藻蛋白 螺旋藻是最近被食品界較為關注的蛋白質源。它是一種外 觀為藍綠色、螺旋狀單細胞水生植物。生物學家和營養(yǎng)學家長 期研究認為，螺旋藻是最具有潛力生產單細胞蛋白質的藻類。 螺旋藻營養(yǎng)價值高，其蛋白質含量高達 70，所含氨基酸

12、種類 又比較理想，人和動物所必需的賴氨酸、蘇氨酸，含量也相當 豐富。螺旋藻細胞壁極薄，易消化，消化率可達 80。螺旋藻 除可作食品、食品添加劑、飼料外，還可作為醫(yī)藥原料?，F(xiàn)在 市場上有許多螺旋藻保健品和添加了螺旋藻的食品。 # 2. 大豆蛋白質及其制取和應用 2.1 大豆蛋白質的特點 大豆起源于我國，是我國十大糧食作物之一，也是四 大油料作物之一。自古以來，東方大豆被加工成豆腐、腐乳、 醬油、納豆等各種食品。自 20世紀 70年代始，大豆作為優(yōu)質 廉價的蛋白質資源得到了廣泛重視，大豆的應用范圍正在不 斷擴大。 大豆的主要成分是蛋白質和脂肪，兩者占整個大 豆成分的 60以上。大豆的蛋白質含量豐富

13、，一般在 40左 右，被譽為“綠色牛乳”、“植物肉”。 # 另外，現(xiàn)代營養(yǎng)學研究證實，大豆蛋白質具有降低 膽固醇、減少心血管病發(fā)生的功效，由大豆蛋白質調制的 多肽具有促進營養(yǎng)吸收和降血脂作用。大豆含有的皂甙、 異黃酮等生理活性成分具有抗氧化、防衰老、提高免疫力、 促進鈣吸收等功能。因此，無論在人口不斷增長的發(fā)展中 國家，還是在西方發(fā)達國家，大豆在解決蛋白質供給不足 和改善飲食模式及膳食結構中的營養(yǎng)平衡等問題上都占有 重要的位置。 # 大豆蛋白質的氨基酸組成 # 2.2 大豆蛋白質的制取和應用 2.2.1 濃縮蛋白質制取方法 濃縮蛋白質 (SPC， soy protein concentrate

14、)主要是指 以低溫脫溶豆粕為原料，通過不同的加工方法，除去低溫 粕中的可溶性糖分、灰分以及其他可溶性的微量成分，使 蛋白質的含量從 45 50提高到 70左右而獲得的制品。 濃縮蛋白質的制取方法主要有酒精浸提法、稀酸浸提 法和熱處理 3種。其中最為常用的是酒精水溶液法和稀酸法。 這 3種方法加工的濃縮蛋白的質量有很大的不同，下表比較 了 3種不同工藝加工制品的蛋白質溶解性以及去除可溶性糖、 灰分、提高蛋白質含量方面的能力。 # 從表中看出，以酸浸洗制取的濃縮蛋白質的氮溶解指數 (NSI， nitrogen solublity index)最高，可達 69；而濕熱和酒精處理的蛋白質 NSI未超過

15、 5。這說明濕熱和 酒精處理引起了蛋白質的變性。但以質量分數為 50 70的酒精洗除低溫粕中所 含的可溶性糖類 (如蔗糖、棉子糖、水蘇糖 )、可溶性灰分及可溶性微量成分后獲得 的濃縮蛋白在氣味上優(yōu)于用其他兩種方法制取的產品。 # A. 酒精濃縮蛋白質生產工藝 # 首先將低溫脫溶豆粕經風機吸人集料器，再經螺旋運輸機送人酒精 洗滌罐中進行洗滌。洗滌罐有 2只，內裝有擺動式攪拌器，可輪流使用。 每次裝低溫粕的同時按料液比 1： 7的比例由酒精泵從暫存罐內吸入 60 65的酒精。操作溫度 50 ，攪拌 30 min。每個生產周期為 1h。 洗滌過程中，可溶性糖分、灰分及一些微量組分便溶解于酒精中。 為

16、盡量減少蛋白質損失，選 60 65酒精，因這時的蛋白質 NSI僅為 9 ，低于任何濃度的酒精。 洗滌后，從罐中將蛋白質淤漿物由泵送入管式超速離心機中進行分 離，分離出固形物和酒精溶液。分離出來的酒精要回收進行再利用，分 離出來的酒精糖溶液首先被送入一效蒸發(fā)器中進行初步濃縮，再由泵送 人二效蒸發(fā)器中進一步蒸除酒精，其操作真空度 66 7 73 3 kPa，溫 度 80 。最后濃縮糖漿由二效蒸發(fā)器底部排出，另作它用。從一效、二 效蒸發(fā)分離器出來的酒精流入濃酒精暫存罐中，通過泵送人工作溫度為 82 5 酒精蒸餾塔中蒸餾，一方面制取濃酒精，另一方面脫除酒精中的 不良氣味。 從離心機中分出的漿狀物進入二

17、次洗滌罐，以 80 90的酒精洗 滌。用 95熱酒精洗滌，可使蛋白質具有較好氣味、氮溶指數 (NSI)和色 澤。在溫度 70 的條件下進行二次洗滌 30min。經過兩次洗滌后的淤漿物， 經由泵送入真空干燥器上的暫存罐中，經閘門閥流入臥式真空干燥器進 行脫水干燥，脫水時間 60 90min，真空度 77.3kPa，工作溫度 80 。 # B. 稀酸濃縮蛋白質生產工藝 # 生產時，先將通過 100目的低溫脫溶豆粕粉加入酸洗 罐中，加入 10倍質量的水攪拌均勻后，加入 37的鹽酸， 調節(jié) pH值至 4 5，攪拌 1 h，這時大部分蛋白質沉析，粗 纖維形成漿狀物。 一部分可溶性糖、灰分及低分子蛋白質形

18、成乳清，而 漿狀物送人碟式離心機中進行液固分離。固態(tài)漿狀物流人 一次水洗罐內，在此連續(xù)加水洗滌，然后經泵注入第二部 碟式離心機中分離脫水。漿狀物流人二次水洗罐中進行二 次水洗，然后由泵注入第三部碟式離心機中分離廢水，漿 狀物流人中和罐內，加入適量堿調節(jié) pH值為中性，再經泵 壓入干燥塔中，脫水干燥成成品。 # 2.2.2 分離蛋白質生產技術 # 分離蛋白質 (SPI， soy protein isolate)是指除去大豆中的油脂、 可溶性及不可溶性碳水化合物、灰分等的可溶性大豆蛋白質。提取過 程比較復雜，主要包括浸提、除渣、酸沉、分離、解碎、中和、殺菌 及噴霧干燥等工藝。在分離蛋白質的提取工藝

19、中，首先用弱堿溶液浸 泡低溫脫溶豆粕，使可溶性蛋白質、碳水化合物等溶解出來，利用離 心機除去溶液中不能溶解的纖維及殘渣。在已經溶解的蛋白質溶液中， 加入適量的酸液，調節(jié)溶液的 pH值達到 4 5，使大部分的蛋白質從溶 液中沉析出來，這時只有大約 lO的少量蛋白質仍留在溶液中，這部 分溶液稱為乳清。乳清中除含有少量蛋白外，含有可溶性糖分、灰分 以及其他微量成分。然后將用酸沉析出的蛋白質凝聚體進行破碎、水 洗，送人中和罐內，加堿中和溶解成溶液狀態(tài)。將蛋白質溶液調節(jié)到 合適濃度，由高壓泵送入加熱器中經閃蒸器快速滅菌后，再送人噴霧 干燥塔中脫除水分，制成分離蛋白質。 分離大豆蛋白質是高度精制的蛋白質，

20、其蛋白質含量一般在 90 以上，蛋白質的分散度在 80 90之間，具有較好的功能性質。因 此，分離大豆蛋白質作為食品加工助劑有較好的實用價值。 # 2.2.3 大豆蛋白的應用 大豆蛋白由于具有豐富的營養(yǎng)和許多優(yōu)良的功能特性， 因此被廣泛地應用于多種食品體系，如肉類食品、焙烤食品、 乳制品、飲料等。近年來，國內外植物蛋白飲料得到很大發(fā) 展，除利用全大豆生產各種豆奶類飲料外，也可以以大豆蛋 白為原料生產含大豆成分的乳制品。目前市場上產品有豆牛 奶、代牛奶、咖啡伴侶、代奶酪、冰激凌、代奶油等多種食 品。 # # 3. 螺旋藻及其有效成分的提取 螺旋藻是一種生長于 30 億年前的多細胞絲狀藍藻，是 地

21、球上最早進行光合作用的植物之一，螺旋藻被譽為現(xiàn)代 “微型綠色功能性營養(yǎng)寶庫”，也是人類成功開發(fā)并實現(xiàn)產 業(yè)化的微藻，它含人體必需的 8種氨基酸和多種生物活性物 質，如 -胡蘿卜素、葉綠素、 、 -亞麻酸、維生素、微量元 素、藻藍蛋白，其中特別是含具有特殊生理作用的螺旋藻多 糖。螺旋藻多糖能夠促進蛋白質合成，增強免疫功能，抑制 和殺傷腫瘤細胞，而且有顯著的抗輻射作用。放、化療病人 食用螺旋藻后，能使白細胞、紅細胞、血小板及血色素恢復 正常并維持穩(wěn)定，有緩解射線對骨質細胞增殖的抑制作用 。 因此螺旋藻多糖日益受到人們的關注。 # 3.1 螺旋藻多糖的提取方法 目前國內外提取螺旋藻多糖 ,主要采用稀

22、酸、稀堿、水 抽提的方法，因為螺旋藻多糖中含有較多的極性基團，易 溶于稀酸、稀堿和水。利用上述方法提取的螺旋藻多糖為 粗多糖，含有蛋白質、無機鹽等較多的雜質，需要進一步 提純。一般采用 Sevage 法、三氯乙酸法和酶法脫除蛋白 質。無機鹽等小分子一般可用透析除去。螺旋藻多糖純化 可用纖維素離子交換柱層析和葡聚糖凝膠柱層析法進行 。 # # 3.2 螺旋藻多糖的純化 DEAE 纖維素柱層析分析純化 裝柱 將 100gDEAE-52干膠用蒸餾水浸泡，使其充 分溶脹，用傾瀉法將上浮的細小顆粒傾去，分別用稀酸稀 堿反復浸泡，用蒸餾水沖洗至中性，將處理好的凝膠浸泡 在洗脫液中，關閉層析柱出水口，并向柱

23、管內注入約 1/3 柱容積的洗脫夜，然后在攪拌下，將濃漿狀的凝膠連續(xù)地 傾入柱內，使之自然沉降，待凝膠沉降約 23cm后，打開 柱的出口，調節(jié)合適的流速，使凝膠繼續(xù)沉集，待沉集的 凝膠上升到離柱的頂端約 2cm處時停止裝柱，檢查柱內凝 膠是否均勻，有無“紋路”或氣泡。若層析柱不均一，必 須重新裝柱。 # 裝好柱后用洗脫液平衡 72h。取 10g粗多糖溶于 0.1mol/L NaCl溶液中，離心除去不溶物。取上清液沿柱 壁小心加到事先用 0.1mol/L NaCl溶液平衡好的 DEAE-52 柱上（ 2.6 40cm），進樣后選用 0.1mol/L NaCl溶液洗 脫，流速 3mL/min，按

24、5mL/管分部收集，用硫酸 -蒽酮法 跟蹤檢測峰值，一直洗至無糖檢出為止。然后改 3.9mol/LNaCl0.1mol/LNaCl進行梯度洗脫，繼續(xù)分部收 集，同法跟蹤檢測多糖峰位。所得溶液減壓濃縮至適當體 積，扎袋透析去除 NaCl，乙醇沉淀，再依次用乙醚、丙 酮洗滌三次，真空冷凍干燥，得初步純化螺旋藻多糖。 # DEAE-52 纖維素層析純化結果 將螺旋藻粗多糖經 DEAE-52 柱層析純化，收集到二組糖 峰（ PSP 和 PSP ，以下均用此表示螺旋藻多糖），分 離結果見圖 12，各得 PSP 3.65g 、 PSP 1.1g,得率分 別為 3.65%、 1.1%。 PSP 、 PSP

25、為白色粉末。 # SephadexG-200 柱層析純化 稱取 8gSephadexG-200 干凝膠浸入洗脫液中，室溫下放置 72h，使之充分溶脹，在浸泡時用傾瀉法將上浮的細小顆粒 傾去，浸泡好的凝膠采用自然沉降法裝柱，平衡 72h。取初 步純化的螺旋藻多糖 ，溶于 0.1mol/L NaCl 溶液中，離心去 不溶物，取上清液上預先用 0.1mol/L NaCl 平衡的 SephadexG-200 層析柱（ 2.6 60cm）用 0.1mol/L NaCl 洗 脫，流速 12mL/h,按 4mL/管收集硫酸 -蒽酮法檢測多糖峰位， 將收集液減壓濃縮，扎袋蒸餾水透析 72h，醇析過夜， 400

26、0r/min 離心、沉淀，用乙醚、丙酮洗滌三次，真空冷凍 干燥，得螺旋藻多糖精品（白色粉末） 。 # Sephadex G 200 層析純化結果 經離子交換層析分離的二個多糖組分 PSP 、 PSP 再分別經 Sephadex G-200層析進一步純化，未再分 出新的多糖組分。所得螺旋藻多糖精品均為白色粉末。 PSP 2.68g 、 PSP 0.73g,得率分別為 73.42%、 66.4%。 # # 螺旋藻多糖的提取純化流程圖 # 螺旋藻的應用領域日益廣泛，從最初的保健食品擴 大到了醫(yī)藥、精細化工、水產養(yǎng)殖等領域。許多國家包 括我國都在積極研究和開發(fā)利用螺旋藻。如直接添加到 各種食品和營養(yǎng)保健品中供食用；制成了各種片劑、藥 丸和膠囊，治療高血壓、貧血、肥胖等疾??；還有用作 添加劑制作各種高檔水產飼料、天然色素和制成香波、 面膜及護膚品等。 大量科學研究表明螺旋藻具有多種生物活性，可作 為治療多種疾病的藥物和輔助藥物。更重要的是螺旋藻 具有的無毒性、生長周期短而速度快、光能轉化率高的 罕見特點和其在植物界獨特的地位使得國內外對它的研 究日趨重視。 # 謝謝！