工业大麻籽蛋白的制备与功能特性研究

论文摘要

大麻是起源于中国的传统作物,产地遍布全国。然而,大麻植株花叶中含有致人成瘾的物质——四氢大麻酚,许多国家对其种植和利用严加管制,使大麻资源的正常开发受到了极大限制。90年代初,新型大麻品种——工业大麻（英文名常用hemp）培育成功,其THC含量极少,不能被利用为毒品,只能用作食品及工业原料。国内外对工业大麻的研究和开发因此重新得到重视。但到目前为止,大麻籽的食品级应用主要停留在初级大麻籽油的开发,对于提取过油脂的大麻籽粕除了充当饲料以外,国内外仅见少量报道,对大麻籽粕进行深加工以提高产品附加值是一个急需解决的问题。本课题选择脱脂工业大麻籽粕（DIHP）为研究对象,对其进行了分级分离和营养特性分析,研究了工业大麻分离蛋白（IHPI）的制备工艺,并分析了其功能性,主要考察了不同温度、pH、离子强度对IHPI溶解性和乳化性的影响。论文首先自制DIHP,并根据DIHP的蛋白质组成特点,选用较成熟的碱溶酸沉法制备IHPI,运用单因素结合响应面法优化蛋白提取工艺条件,在优化的工艺条件下（温度40℃,pH9.3,料液比1:24,提取时间0.5h）,蛋白质提取率达到52.27%,蛋白质纯度为83.8%,脂肪0.3%,水分4.01%,灰分1.5%,碳水化合物5.63%。为了进一步了解新开发植物蛋白资源的基础信息,研究选用经典Osborne分级分离蛋白的方法对DIHP进行分级分离,得到四种蛋白组分,其中球蛋白含量最丰富（37.38%）,其次是清蛋白（31.66%）和醇溶蛋白（3.95%）,含量最少的是谷蛋白（3.39%）;继续分析氨基酸组成得知:IHPI及DIHP分级蛋白组分的E/T值都高于WHO衡量理想蛋白资源的推荐值（36%）,清蛋白的氨基酸评分最高,色氨酸及赖氨酸是大麻分离蛋白及其蛋白组分的限制性氨基酸,含量相对较低;和大豆分离蛋白（SPI）相比,工业大麻清蛋白、球蛋白的体外消化率较好,IHPI与SPI相当。综合评价,大麻清蛋白、球蛋白和大麻分离蛋白的营养价值较高,是一种宝贵的植物蛋白资源。SDS-PAGE分析结果表明,IHPI主要亚基的相对分子质量分别为64.2、59、54.2、35.4、28.6、24.1、19.5、17.9、15.1kDa;大麻清蛋白主要亚基的相对分子质量分别为54.2、35.4、28.6、17.9、15.1kDa;大麻球蛋白显示了八条谱带,相对分子质量分别为64.2、59、54.2、35.4、28.6、19.5、17.9、15.1kDa;DSC分析表明,大麻清蛋白和球蛋白的变性温度分别为74.02℃和94.00℃,谷蛋白没有检测到变性温度,可能是由于在制备过程中已经变性,也可能是由于含量和纯度均较低。IHPI的峰值热变性温度是84.83℃。较两种市售SPI相比,IHPI拥有更好的感官接受度,吸油能力可以与SPI相媲美,其起泡特性和乳化特性均优于SPI,但吸水能力一般,氮溶解指数相对较低,乳化容量也较低,在一定程度上限制了它的功能性发挥。IHPI的表面疏水性指数较高,二级结构中α-螺旋、β-折叠两种有序构象所占比例较高,达到43.2%。分别以氮溶解指数、乳化活力、乳化稳定性为指标,考察了不同温度、pH、离子强度对IHPI溶解性和乳化性的影响。研究发现:蛋白质浓度、基团表面电荷、空间构效、温度、pH值、介质离子强度等共同作用对乳化活力和乳化稳定性产生影响。在所有影响因素中,乳化活力与蛋白质浓度和离子环境拥有最直接的关系,而与其在体系中的表面疏水性并没有表现出很强烈的对应关系,仅存在一个较弱的正相关性;而乳化稳定性则与表面疏水性存在很强烈的对应关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工业大麻概况
• 1.1.1 大麻与工业大麻
• 1.1.2 工业大麻的基本组成及营养价值
• 1.1.3 工业大麻的开发与市场价值
• 1.2 工业大麻的国内外研究现状
• 1.2.1 大麻籽油
• 1.2.2 大麻籽蛋白
• 1.2.3 四氢大麻酚（THC）
• 1.3 立题背景和意义
• 1.4 课题主要研究内容
• 第二章 工业大麻分离蛋白的制备
• 2.1 引言
• 2.2 材料与设备
• 2.2.1 实验原料与试剂
• 2.2.2 主要试验设备
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 基本组成分析
• 2.3.2 原料预处理及脱脂工业大麻粕蛋白的制备
• 2.3.3 IHPI 的制备方法
• 2.3.4 IHPI 的制备工艺条件优化
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 原料基本组成分析
• 2.4.2 IHPI 提取单因素实验
• 2.4.3 酸沉pH 值的确定
• 2.4.4 IHPI 提取率的响应面优化结果分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 工业大麻粕蛋白的分级分离及营养特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 材料与设备
• 3.2.1 实验原料与试剂
• 3.2.2 主要试验设备
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 原料的预处理
• 3.3.2 原料基本组成分析
• 3.3.3 DIHP 的Osborne 法分级分离
• 3.3.4 氨基酸组成分析
• 3.3.5 营养指标评价
• 3.3.6 体外消化率评估
• 3.3.7 相对分子质量测定
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 DIHP 各蛋白组分分布
• 3.4.2 IHPI 和DIHP 各蛋白组分氨基酸组成分析
• 3.4.3 IHPI 和DIHP 各蛋白组分的营养价值评估
• 3.4.4 IHPI 和DIHP 各蛋白组分的体外消化率评估
• 3.4.5 IHPI 和DIHP 各蛋白组分的SDS-PAGE 分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 工业大麻分离蛋白的功能特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 材料和设备
• 4.2.1 实验原料与试剂
• 4.2.2 主要实验设备
• 4.3 实验方法
• 4.3.1 色差分析
• 4.3.2 吸水、吸油能力的测定
• 4.3.3 溶解性的测定
• 4.3.4 起泡性和泡沫稳定性的测定
• 4.3.5 乳化容量的测定
• 4.3.6 乳化性和乳化稳定性的测定
• 4.3.7 表面疏水性测定
• 4.3.8 巯基及二硫键测定
• 4.3.9 圆二色性测定
• 4.3.10 热变性温度测定
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 IHPI 的基本理化性质和功能性比较
• 4.4.2 IHPI 的溶解特性分析
• 4.4.3 IHPI 的乳化特性分析
• 4.5 本章小结
• 主要结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录：攻读硕士学位期间发表的论文