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    植物葉蛋白提取方法及研究進(jìn)展

    2017-01-05 07:13:22王震喬天磊霍乃蕊高文偉
    山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年1期
    關(guān)鍵詞:加熱法鹽析沉淀法

    王震,喬天磊,霍乃蕊,高文偉

    (山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,山西太谷030801)

    植物葉蛋白提取方法及研究進(jìn)展

    王震,喬天磊,霍乃蕊,高文偉

    (山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院,山西太谷030801)

    植物葉蛋白營(yíng)養(yǎng)全面,具有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值,被廣泛應(yīng)用于食品、飼料和醫(yī)療等領(lǐng)域中,是一種極具開(kāi)發(fā)價(jià)值的新型蛋白質(zhì)資源,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景。提取葉蛋白的常用方法有加熱法、酸堿法、鹽析法和有機(jī)溶劑法等,對(duì)這些提取方法及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行了綜述,以期使這種來(lái)源廣泛易得的低值原料得以充分提取并實(shí)現(xiàn)高值利用。

    葉蛋白;提取方法;提取工藝

    葉蛋白是植物組織內(nèi)天然蛋白質(zhì)的濃縮物,富含氨基酸、蛋白質(zhì)、生物活性酶、礦物質(zhì)和胡蘿卜素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),不含膽固醇,部分葉蛋白還具有很高的食用價(jià)值和藥用價(jià)值,是潛藏價(jià)值很高的一種新型蛋白資源。葉蛋白對(duì)飼料[1-5]、醫(yī)療[6-9]、美容[10]等產(chǎn)業(yè)以及緩解糧食危機(jī)[11-13]具有深遠(yuǎn)的意義。提取葉蛋白的原料來(lái)源廣泛,種類(lèi)繁多,廉價(jià)易得,因此,安全、經(jīng)濟(jì)、高效的葉蛋白提取方法的建立成為葉蛋白利用和開(kāi)發(fā)的研究熱點(diǎn)。葉蛋白提取工藝流程大致為:原料清洗、打漿、過(guò)濾、提取和離心分離。除提取工藝外,其他工藝大致相同。目前,常用的提取方法有直接加熱法、酸(堿)加熱法、鹽析法、有機(jī)溶劑法、酸堿沉淀法、發(fā)酵酸法和酶法等。

    本文總結(jié)了提取葉蛋白的多種方法以及各種方法的原理及優(yōu)缺點(diǎn),旨在為葉蛋白的提取研究提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),以期為葉蛋白綜合利用和深度開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。

    1 直接加熱法

    直接加熱法是利用高溫破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),使蛋白質(zhì)變性凝固。有關(guān)苜蓿葉蛋白的提取報(bào)道較多,由于化學(xué)鍵斷裂需要吸收能量,所以,蛋白得率與加熱時(shí)間和溫度具有一定的相關(guān)性,加熱溫度一般為70~90℃,加熱時(shí)間一般7~15 min。影響提取率的因素還有料水比,而料水比和原料有很大關(guān)系,不同原料含水量不同,因此,料水比差異亦較大。葉蛋白的提取率一般為1.5%~3.8%。表1列舉了直接加熱法提取部分植物葉蛋白的相關(guān)研究。

    表1 直接加熱法提取部分植物葉蛋白的工藝參數(shù)

    直接加熱法成本較低,操作簡(jiǎn)單,制備的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)緊密,還可滅活酶、防止?fàn)I養(yǎng)流失;但高溫會(huì)使蛋白質(zhì)變性失活,且提取率較低。

    2 酸(堿)加熱法

    酸(堿)加熱法一方面利用酸(堿)調(diào)節(jié)溶液pH值至蛋白質(zhì)等電點(diǎn),或利用強(qiáng)酸(堿)使蛋白質(zhì)變性,另一方面利用高溫破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu),最終使蛋白質(zhì)凝集沉降。影響葉蛋白提取率的主要因素有pH值、加熱溫度、加熱時(shí)間和料水比,除pH值以外,其他影響因素與直接加熱法較為相似。

    2.1 酸化加熱法

    酸化加熱法是提取葉蛋白應(yīng)用最廣泛的方法之一,適用性廣,且提取率較高。在提取過(guò)程中,pH值為1.0~6.0,溫度為70~90℃,加熱時(shí)間為3~9 min,提取率為1.36%~65.73%,甚至更高。據(jù)報(bào)道,南瓜葉葉漿在0.4%乙酸提取液中100℃浸提3 min,蛋白得率可達(dá)93.14%[18]。不同方法提取藜、中亞濱藜和紫花苜蓿的葉蛋白時(shí),酸化加熱法的效果最好,將植物按1∶3的料水比打漿3 min,調(diào)節(jié)提取液pH值至4,加熱絮凝,離心分離,提取率分別達(dá)到62.64%,54.78%和54.26%[19]。酸化加熱法提取其他植物葉蛋白的工藝參數(shù)如表2所示。

    酸化加熱法操作簡(jiǎn)單,成本低廉,提取時(shí)葉蛋白凝集快,所得葉蛋白結(jié)構(gòu)緊密,能終止植物內(nèi)的酶解作用,并具有一定的殺菌作用;但會(huì)增多不飽和脂肪酸和胡蘿卜素的損失,而且在提取時(shí)只能得到等電點(diǎn)偏酸性的一部分蛋白。

    表2 酸化加熱法提取部分植物葉蛋白的工藝參數(shù)

    2.2 堿化加熱法

    堿化加熱法也是一種常用方法,可提取多種植物葉蛋白,適用于含有大量等電點(diǎn)偏堿性的植物葉蛋白提取,體系pH值為8.0~10.0,溫度為55~100℃,加熱時(shí)間為4~60 min,提取率為4.42%~94.56%。茶渣是一類(lèi)非常具有利用價(jià)值的高蛋白物質(zhì),堿化加熱法的提取率可達(dá)72.89%[25]。料液比為1∶4的桑葉葉漿,以0.7%NaOH為浸提液,在75℃下浸提20 min,提取率為4.42%[26]。堿化加熱法提取其他植物葉蛋白的工藝參數(shù)如表3所示。

    堿化加熱法操作簡(jiǎn)單,不僅可去除多種不利因子,還能提高葉黃素的穩(wěn)定性,所得葉蛋白的起泡性、持水性和吸油性較好,是飼料或食品的優(yōu)質(zhì)蛋白源;但所得葉蛋白結(jié)構(gòu)疏松、品質(zhì)較差、不易分離,一定程度上加劇了不飽和脂肪酸和胡蘿卜素的損失。

    表3 堿化加熱法提取部分植物的葉蛋白的工藝參數(shù)

    3 鹽析法

    鹽析法利用中性鹽中和蛋白質(zhì)表面的電荷并破壞水化膜,使蛋白凝集沉淀。在葉蛋白提取過(guò)程中,高濃度中性鹽溶液可加速植物細(xì)胞死亡,促進(jìn)細(xì)胞壁裂解;低濃度中性鹽可增加水的極性,使更多的蛋白質(zhì)溶解到提取液中,通常與其他提取方法配合使用來(lái)增加提取率。影響鹽析法提取率的因素主要是中性鹽種類(lèi)和添加量。常用的中性鹽有氯化鈉和硫酸鈉,提取率為3.37%~41.41%。鹽析法提取部分植物葉蛋白的工藝參數(shù)如表4所示。

    鹽析法操作簡(jiǎn)單,生產(chǎn)過(guò)程安全,制取的葉蛋白結(jié)構(gòu)完整;但葉蛋白品質(zhì)較差。由于不同蛋白質(zhì)在不同的中性鹽濃度下,溶解度不同,所以,在生產(chǎn)過(guò)程中,鹽析法可以更有效提取所需蛋白質(zhì),提高分離效果。鹽析法提取條件較為溫和,提取液中殘留了大量的可溶性蛋白質(zhì),常與酸化加熱法等配合使用。

    表4 鹽析法配合其他方法提取部分植物葉蛋白

    4 有機(jī)溶劑法

    有機(jī)溶劑提取蛋白質(zhì)時(shí),一方面破壞蛋白質(zhì)表面的水化膜,另一方面降低溶液的介電常數(shù),從而增加蛋白質(zhì)表面不同電荷的吸引力,使蛋白質(zhì)分子凝集沉淀。常用的提取溶劑有乙醇、丙酮、乙腈等。有機(jī)溶劑不同、濃度不同,提取率3.37%~51.76%不等。

    乙醇具有沉淀蛋白的作用,65%的乙醇提取添加0.3%中性鹽,按料水比為1∶7打漿的聚合草汁,提取率為3.37%[36]。TCA和丙酮均能使蛋白質(zhì)變性沉淀,TCA-丙酮法提取的聚合草葉蛋白,提取率可達(dá)46.45%(干葉)和51.76%(鮮葉)[37]。另外,30%乙腈配合纖維素酶和酸化加熱法對(duì)橄欖葉蛋白也具有很好的提取效果[38]。

    有機(jī)溶劑可去除某些多酚類(lèi)物質(zhì)和植物色素,在一定程度上去除了植物中的有害物質(zhì);但操作較復(fù)雜,如果提取活性物質(zhì)還須在低溫下進(jìn)行,而且殘留的有機(jī)溶劑需要去除,增加了生產(chǎn)成本。

    5 酸堿沉淀法

    酸堿沉淀法是對(duì)酸化加熱法和堿化加熱法的優(yōu)化,由于葉蛋白組成比較復(fù)雜,所以,酸化或堿化加熱法只能提取其中等電點(diǎn)偏酸或者偏堿的蛋白質(zhì),勢(shì)必會(huì)損失一些蛋白質(zhì)。依次利用酸和堿進(jìn)行提取則擴(kuò)大了蛋白質(zhì)的提取范圍。酸堿沉淀法主要有溶解工藝和沉淀工藝,溶解工藝可以將大量的蛋白質(zhì)溶解在溶劑中,沉淀工藝通過(guò)調(diào)節(jié)pH值,從而使蛋白質(zhì)析出。

    提取菜用黃麻葉蛋白時(shí),以pH值為5的水作為浸提劑、按1∶8的料液比打漿3 min,室溫下浸提6 min,85℃絮凝8 min,分離蛋白質(zhì)后,再調(diào)節(jié)提取液pH值分別至3和11,繼續(xù)分離蛋白質(zhì),經(jīng)過(guò)3次不同pH值提取,提取率達(dá)到8.07%[39]。酸堿沉淀法提取其他植物葉蛋白的工藝參數(shù)如表5所示。

    酸堿沉淀法可提高提取率,充分沉降植物葉蛋白,由于反應(yīng)條件溫和,所制備的葉蛋白結(jié)構(gòu)疏松;但操作較復(fù)雜,大規(guī)模制備時(shí),耗酸(堿)量大,而且需要高溫或低溫輔助沉降,增加了工業(yè)制備的成本。

    表5 酸堿沉淀法提取部分植物葉蛋白的工藝參數(shù)

    6 發(fā)酵酸法

    發(fā)酵酸法的原理與酸化加熱法基本相似,是酸化加熱法的特殊形式,利用酵母菌等菌種在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)酸產(chǎn)熱,使溶液pH值降低至蛋白質(zhì)的等電點(diǎn),在酸效應(yīng)和熱效應(yīng)的共同作用下析出蛋白。發(fā)酵酸法分為直接發(fā)酵法和間接發(fā)酵法,分別利用酵母菌和酸液,發(fā)酵一定時(shí)間提取葉蛋白。提取率的主要影響因素有發(fā)酵菌種、接種量、溫度和時(shí)間。產(chǎn)酸和耐酸能力強(qiáng)的優(yōu)良菌種可縮短發(fā)酵時(shí)間,降低發(fā)酵溫度。

    發(fā)酵酸法制備苜蓿葉蛋白時(shí),乳酸菌接種量107個(gè)/mL,37℃發(fā)酵11 h,葉蛋白得率為14.9%[44],接種相同數(shù)量的乳酸菌,34℃密閉發(fā)酵8 h,提取率為30.84%[45]。

    發(fā)酵酸法屬生物性提取方法,化學(xué)污染少,節(jié)約資源,環(huán)保,操作簡(jiǎn)單、成本低廉,提取過(guò)程中還會(huì)破壞皂角素等有害物質(zhì),制得的葉蛋白結(jié)構(gòu)緊密,易分離,而且混有微生物蛋白,如果需要制作葉蛋白食品時(shí)還可保留益生菌。但是,該方法發(fā)酵耗時(shí)較長(zhǎng),而且發(fā)酵過(guò)程不易控制,對(duì)蛋白質(zhì)有一定程度的降解。

    7 酶法

    植物細(xì)胞壁和胞間成分主要是纖維素和果膠,添加一定量的纖維素酶和果膠酶能破壞植物組織和細(xì)胞壁,使胞內(nèi)蛋白更多地釋放并溶于提取液中,從而提高提取率。

    Ansharullah[46]等在用纖維素酶和淀粉酶輔助提取米糠中的蛋白質(zhì)時(shí),提取率可達(dá)53.20%。在茶渣中添加1.5%的纖維素酶和2.5%的果膠酶(以茶渣用量計(jì)),50℃提取2 h后,再添加2.5%的堿性蛋白酶,茶渣蛋白的提取率為63.97%[25]。Sajid等[2]比較了5種商業(yè)酶提取辣木種子蛋白的效果,確定了Protex7L是最適酶種,提取率可達(dá)75.4%。

    酶法反應(yīng)條件溫和,多種酶聯(lián)合使用能有效提取植物葉蛋白,且在酶解過(guò)程中可以產(chǎn)生具有生物活性的多肽,在食品和飼料方面具有很高的價(jià)值。但是,其提取成本較高,而且酶易失活。

    8 其他方法

    提取植物葉蛋白的方法還有濃縮法和凝聚劑沉淀法等。將甘薯莖葉打漿放入60%乙醇溶液中攪拌浸提50 min,離心后用80%乙醇溶液在70℃下洗滌沉淀2次,每次15 min,此條件下提取率可達(dá)18.7%[42]。以1∶4的料水比與花椰菜打漿,調(diào)節(jié)pH值至4.0,添加0.4 g/L的殼聚糖進(jìn)行絮凝,制得的葉蛋白提取率為39.01%,得率為14.79%[47]。另外,超聲波可破壞植物組織和細(xì)胞壁,提高提取率。超聲波輔助提取法亦可使植物細(xì)胞裂解,釋放更多蛋白。提取扁核木葉蛋白時(shí),超聲波處理后,其提取率可提高到87.9%,高于酸熱法的70.37%[48]。提取葉蛋白的其他方法還有純蛋白質(zhì)沉淀法、反膠團(tuán)相轉(zhuǎn)移法、堿提膜過(guò)濾法、超濾法、結(jié)晶和重結(jié)晶法等,但相關(guān)報(bào)道較少。

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    Methods for Plant Leaf Protein Extraction and Related Research Progresses

    WANG Zhen,QIAO Tian-lei,HUO Nai-rui,GAO Wen-wei
    (College of Animal Science&Veterinary Medicine,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

    The nutrients of plant leaf protein are comprehensive.Leaf protein has high edible value and medicinal value,which can be applied in food,feed,medical and other fields.It is a new protein resources,which has great potential development value.Methods suitable for leaf protein extraction include heating method,heating method combined with acid and alkali treatment,salting-out method and organic solvent method,and so on.This paper summarized leaf protein extraction methods and the related researches both domestic and overseas with an expection that this sort of low-cost material could be fully extracted with proper method and realize its high-value use.

    leaf protein;extraction method;extraction process

    Q946

    A

    1002-2481(2016)01-0126-05

    10.3969/j.issn.1002-2481.2016.01.33

    2015-09-23

    山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20130312009)

    王震(1991-),男,山西太原人,在讀碩士,研究方向:動(dòng)物傳染病診斷與防治。高文偉為通信作者。

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