红薯蛋白浓缩物的性质及其水解物的抗氧化性研究

论文摘要

甘薯资源丰富,在全世界100多个国家都有种植。甘薯除了直接食用外,主要用于甘薯淀粉的生产,是淀粉工业生产淀粉主要的原料之一。甘薯中不仅含有淀粉,还含有一定量的蛋白。但是迄今为止,甘薯蛋白的性质尚未非常清晰,这导致了这种资源丰富的蛋白副产物的应用也比较滞缓。本论文主要目的是研究甘薯淀粉工业副产物甘薯淀粉渣和新鲜甘薯中分离提取得到了两种甘薯浓缩蛋白（SPPr和SPPC）的性质,并对影响其性质的因素进行初步探讨,然后以这两种甘薯浓缩蛋白为原料制备具有抗氧化活性的蛋白水解物,详细研究水解物的抗氧化活性并研究了热对它们抗氧化活性稳定性的影响。在此基础上,进一步对水解物进行分离纯化,获得一系列具有强自由基淬灭活性的肽段序列。通过上述研究以期阐明甘薯蛋白性质,并为其未来作为蛋白质和抗氧化物的应用提供基础。论文首先从甘薯淀粉渣和新鲜甘薯分离得到的甘薯淀粉浓缩蛋白SPPr和SPPC,其蛋白含量分别为73%和76%。和土豆分离蛋白（PPI）相比,甘薯浓缩蛋白SPPr和SPPC都显示了较好的氮溶解度指数（>80%）（p<0.05）。其中,从甘薯淀粉工业副产物甘薯淀粉渣中分离得到的甘薯浓缩蛋白SPPr的但溶解指数相对较高。甘薯浓缩蛋白SPPr和SPPC在低酸性（pH 2）和高碱性（pH 12）条件下都有起泡性,其起泡能力接近于170%。而除了pH4时,土豆分离蛋白（PPI）的起泡能力则随着pH的增加而增加。和PPI形成的泡沫的稳定性在偏碱性条件下相比较好不同,SPPr和SPPC形成的泡沫的的泡沫稳定性在酸性条件下较为稳定,其中SPPC形成的泡沫的泡沫稳定性达到了50%以上（P <0.05）。SPPr的的乳化活性指数（EAI）在pH10时最高,这和PPI一样。而SPPC的乳化活性指数（EAI）则在pH4时最高。相比于PPI制备得到的乳状液的乳化稳定性在pH10-12时有显著提高,SPPr和SPPC制备得到的乳状液的乳化稳定性在pH4时有显著不同,其乳化稳定性不低于80%。随后,用截留分子量为100kDa的超滤膜对新鲜甘薯中分离得到的浓缩蛋白SPPC进行了超滤分离,并进一步用Superdex 75凝胶色谱柱和DEAE Sepharose Fast Flow离子交换色谱进行纯化。将部分纯化得到的蛋白进行了等电点的测定,结果表明其等电点在pH4,此时蛋白的zeta电位接近于零。将纯化的蛋白进行了原态电泳的分析,电泳上显示了两个条带。电泳条带上主要的蛋白经过鉴定为甘薯蛋白中主要的可溶性蛋白sporamin。论文进一步对分离得到的甘薯浓缩蛋白进行了酶解,并分析了甘薯蛋白经过碱性蛋白酶（Alcalase）和风味蛋白酶（Flavourzyme）水解6h后得到的蛋白水解物的抗氧化活性。抗氧化活性的测定分别采用ABTS+自由基淬灭能力、DPPH自由基淬灭能力、还原力、金属离子螯合能力以及亚油酸氧化抑制能力这五种方法进行。其中,甘薯蛋白的风味蛋白酶水解物（SPPH （Alc））显示了较好的Fe2+螯合能力,而甘薯蛋白的碱性蛋白酶水解物（SPPH （Flv））则显示了较好的还原力。SPPH （Alc）的清除DPPH自由基能力>SPPH（Flv）,而清除ABTS+自由基能力正好相反。SPPH （Alc）的亚油酸氧化抑制能力则比SPPC和SPPH （Flv）都高。为了得到甘薯水解蛋白物中活性多肽的信息,用反相C18制备色谱对SPPH（Alc）和SPPH（Flv）进行了分离,并分析了分离得到多个组分的ABTS+自由基清除能力。用UPLC-Q-TOF-MS对分离得到的清除自由基能力较好的组分进行了分析,从SPPH （Alc）中鉴定得到了抗氧化肽STY, DPMLR和VIKPTDV,而从SPPH（Alc）中鉴定得到了抗氧化肽GVGKGGGL, TPRSAGGGV和SLPFGGAV。研究表明,抗氧化肽的抗氧化活性不仅和多肽分子的大小有关,还和多肽分子的氨基酸序列有关。对水解物抗氧化能力的热稳定性研究表明用甘薯蛋白蛋白水解物在80℃加热后其活性并不受影响,和未加热蛋白水解物没有差异（p>0.05）。当加热温度升高到100和120℃,这些蛋白水解物的活性则随着温度的升高而增加。但是在温度增加到150℃时,这些蛋白水解物的活性经过加热后则下降了。对比从甘薯淀粉工业副产物甘薯淀粉渣分离得到的蛋白制备的水解物和从新鲜甘薯分离得到的蛋白制备的水解物,结果表明前者不仅抗氧化活性较高而且稳定性更好。综上所述,SPPr and SPPC在物理化学性质、抗氧化功能和热稳定性上显示出来的较好的性质,以及其较好的可利用率,使其成为有竞争力的食品配料,并可能可以替代那些昂贵的食品蛋白配料而被广泛应用于食品产品中。

论文目录

• ACKNOWLEDGEMENT
• ABSTRACT
• 摘要
• TABLE OF CONTENTS
• LIST OF FIGURES
• LIST OF TABLES
• ACRONYMS
• CHAPTER ONE:GENERAL INTRODUCTION AND LITERATURE REVIEW
• 1. Introduction
• 2. Literature review
• 2.1. Sweet potato protein
• 2.2. Protein nutritional quality
• 2.3. Utilization
• 2.4. Effect of processing on protein nutritional quality
• 2.5. Protein functionality
• 3. General objective
• 3.1 Specific Objective
• CHAPTER TWO:FUNCTIONAL PROPERTIES OF PROTEIN CONCENTRATESOBTAINED FROM INDUSTRIAL STARCH RESIDUE OVER FRESH SWEET POTATO
• 1. Introduction
• 2. Materials and methods
• 2.1 Material
• 2.2. Preparation of sweet potato protein concentrates from industrial starch residue
• 2.3. Preparation of sweet potato protein concentrates from fresh sweet potato
• 2.4. Proximate composition analysis
• 2.5. Amino acid determination
• 2.6. Protein purification and pI measurement by zeta:ζ-potential
• 2.7. Native page analysis
• 2.8.Water/Oil holding capacity
• 2.9. Nitrogen solubility
• 2.10.Surface Hydrophobicity
• 2.11.Foaming properties
• 2.12. Emulsifying properties
• 3. Statistical analysis
• 4. Results and Discussion
• 4.1. Proximate composition analysis
• 4.2. Amino acid determination
• 4.3. Protein purification and pI measurement by（zeta）ζ-potential
• 4.4. Native PAGE assay
• 4.5. Water/Oil holding capacity
• 4.6. Nitrogen solubility
• 4.7. Surface Hydrophobicity
• 4.8. Foaming properties
• 4.9. Emulsifying properties
• 5. Conclusion
• CHAPTER THREE:IN VITRO ANTIOXIDANT ACTIVITY OF SWEET PROTEINHYDROLYSATES AND IDENTIFICATION OF ACTIVE PEPTIDES BY LC/QTOF-MS
• 1. Introduction
• 2. Material and methods
• 2.1. Raw materials,chemicals and enzymes
• 2.2. Preparation of sweet potato protein concentrate
• 2.3. Sweet potato protein hydrolysate
• 2.4. Degree of hydrolysis
• 2.5. SDS-PAGE
• 2.6. Antioxidant activity
• + radical scavenging assay'>2.6.1. ABTS⁺ radical scavenging assay
• 2+)chelating assay'>2.6.2. Metal(Fe²⁺)chelating assay
• 2.6.3. Diphenyl-1-picryhydrazyl（DPPH·）radical scavenging assay
• 2.6.4. Reducing power
• 2.6.5. Lipid peroxidation inhibition assay
• 2.6.6. Isolation and identification of active peptides by LC/QTOF-MS
• 2.6.7. Measurement of thermal stability
• 3. Statistical analysis
• 4. Results and discussion
• 4.1. Enzymatic hydrolysis
• 4.2. SDS-PAGE
• 4.3.Antioxidant activity
• + radical scavenging assay'>4.3.1.ABTS⁺ radical scavenging assay
• 2+)chelating assay'>4.3.2.Metal(Fe²⁺)chelating assay
• 4.3.3. DPPH·radical scavenging assay
• 4.3.4.Reducing power
• 4.3.5.Lipid peroxidation inhibition assay
• 4.3.6.Isolation and identification of active peptides
• 4.3.7.Measurement of thermal stability
• 5. Conclusion
• CHAPTER FOUR:GENERAL CONCLUSIONS AND RECOMMENDATIONS
• 1. Conclusion
• 2. Recommendations
• REFERENCES
• APPENDIX