吳娜，劉凌，周明，孫慧，李國(guó)明，姜忠杰

(中國(guó)食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京，100015)

馬鈴薯汁水是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，來(lái)源于馬鈴薯原料在磋磨工段分離的細(xì)胞水。汁水中固形物含量為4% ～5%，其中約1/3是蛋白質(zhì)、肽和氨基酸，還包括淀粉、纖維素、脂類(lèi)、有機(jī)酸、多酚和礦物質(zhì)［1］。目前國(guó)內(nèi)的馬鈴薯淀粉企業(yè)基本沒(méi)有回收馬鈴薯蛋白的工序，通常作為廢水處理。國(guó)外的大型馬鈴薯淀粉企業(yè)一般采用熱絮凝法［2］回收馬鈴薯蛋白，產(chǎn)品外觀(guān)為暗褐色、口感苦澀，很難用于食品，一般做動(dòng)物飼料。

膜分離作為一種有利于保持熱敏性食品品質(zhì)的分離技術(shù)在液體食品分離領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，其中，應(yīng)用于農(nóng)副食品加工副產(chǎn)物回收蛋白質(zhì)的研究很多，包括膜分離工藝條件篩選、膜孔徑和膜材等對(duì)蛋白質(zhì)回收率的影響分析［3-4］。但很少有人對(duì)膜法回收的馬鈴薯蛋白基本性能以及應(yīng)用于食品配料的可能性進(jìn)行研究。本文對(duì)照了馬鈴薯蛋白和大豆分離蛋白的功能和營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)，并測(cè)定了其中的生物堿含量，以推動(dòng)馬鈴薯蛋白在食品加工領(lǐng)域里的應(yīng)用。

1 原料、試劑與儀器設(shè)備

1.1 原料及試劑

馬鈴薯汁水，內(nèi)蒙古地區(qū)淀粉廠(chǎng);預(yù)染 SDSPAGE低分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)，上海凱勃生物技術(shù)有限公司;超低分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)，中科瑞泰(北京)生物科技有限公司;α-茄堿(α-Solanine，≥95%)，美國(guó) Sigma公司;大豆分離蛋白，天津某食品公司;高效液相色譜所用試劑為色譜純，其他試劑為分析純。

1.2 儀器設(shè)備

陶瓷膜管件及設(shè)備，江蘇久吾高科膜技術(shù)工程有限公司;DYCZ-24DN型電泳儀，北京六一儀器廠(chǎng);高效液相色譜系統(tǒng)，日本島津公司;氨基色譜柱，大連依利特科學(xué)儀器有限公司;噴霧干燥機(jī)，濟(jì)南奧諾能源科技有限公司。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 馬鈴薯蛋白濃縮液的制備

馬鈴薯淀粉生產(chǎn)磋磨工段產(chǎn)生的馬鈴薯汁水粗過(guò)濾為膜分離濃縮的原料。采用無(wú)機(jī)陶瓷膜進(jìn)行馬鈴薯汁水的分離濃縮，制備得到蛋白濃縮液。

2.2 馬鈴薯蛋白粉的制備

馬鈴薯汁水蛋白濃縮液直接噴霧干燥制得。

2.3 檢測(cè)方法

2.3.1 水分的測(cè)定

按照GB5009.3-2010的方法測(cè)定。

2.3.2 灰分的測(cè)定

按照GB5009.4-2010的方法測(cè)定。

2.3.3 蛋白質(zhì)的測(cè)定

按照GB5009.5-2010的方法測(cè)定。

2.3.4 蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的測(cè)定［5］

2.3.4.1 溶解性的測(cè)定

蛋白質(zhì)的溶解度一般采用氮溶解指數(shù)(NSI)和蛋白質(zhì)分散指數(shù)(PDI)表示。

本文以NSI為指標(biāo)計(jì)算蛋白質(zhì)的溶解性。

NSI/%=(水溶解氮/樣品總氮)×100

稱(chēng)取蛋白質(zhì)樣品0.3 g，溶于30 mL水中，不調(diào)節(jié)pH值，室溫磁力攪拌l h，4 000 r/min離心15 min，將上清液轉(zhuǎn)移，并定容至50 mL。取上清液測(cè)定水溶解氮的含量，從而計(jì)算氮溶解指數(shù)(NSI)。

2.3.4.2 持水力的測(cè)定

取50 mL塑料離心管稱(chēng)重，稱(chēng)取蛋白質(zhì)樣品0.3 g置于離心管中，加蒸餾水30 mL，不調(diào)節(jié)pH值。室溫振蕩攪拌l h，在恒溫水浴中，于60℃加熱30 min，在冷水中冷卻30 min。5 000 r/min離心15 min，去除上清液。稱(chēng)量離心管質(zhì)量，計(jì)算蛋白質(zhì)的持水力(WHC)。

蛋白質(zhì)持水力(WHC)=(m2-m1-m0)/m0

式中:m2，去上清液后離心管的質(zhì)量(g);m1，離心管的質(zhì)量(g);m0，蛋白質(zhì)干重(g)。

2.3.4.3 乳化性的測(cè)定

配制蛋白質(zhì)濃度為0.4%的懸濁液6 mL，不調(diào)節(jié)pH值，室溫加入10 mL植物油。在高速組織剪切機(jī)中均質(zhì)(10 000 r/min)1 min，制成乳狀液。準(zhǔn)確吸取底部乳狀液40 μL，放入試管中，立即加入10 mL 0.1%的SDS溶液，充分搖勻后，以0.1%的SDS為參比，在500 nm處，測(cè)定吸光度值(AOD)，并以乳化活性指數(shù)(EAI=AOD×100)表示乳化性。15 min后，再次測(cè)定吸光度值()。

式中:t為時(shí)間間隔。

2.3.4.4 起泡性的測(cè)定

將樣品配成2%的溶液50 mL，室溫不調(diào)節(jié)pH值。將溶液轉(zhuǎn)移至量筒中，測(cè)定此時(shí)溶液高度(h1)，用高速組織剪切機(jī)攪打(10 000 r/min)1 min，再立刻轉(zhuǎn)移至量筒內(nèi)，測(cè)定此時(shí)泡沫高度(h2)，計(jì)算蛋白質(zhì)的起泡性。

起泡性/%=(h2/h1)×100

泡沫穩(wěn)定性:經(jīng)攪打形成的泡沫靜置30 min，測(cè)定泡沫高度(h3)，計(jì)算泡沫穩(wěn)定性。

穩(wěn)定性/%=(h3/h1)×100

2.3.5 馬鈴薯蛋白粉氨基酸的測(cè)定

按照GB 5009.124-2003的方法測(cè)定。

2.3.6 馬鈴薯蛋白粉相對(duì)分子質(zhì)量分布的測(cè)定

低分子質(zhì)量蛋白質(zhì)SDS-PAGE凝膠電泳:分離膠濃度12%，濃縮膠濃度5%。

超低分子質(zhì)量蛋白質(zhì)SDS-PAGE凝膠電泳:分離膠濃度6%，濃縮膠濃度3%。

2.3.7 α-茄堿含量的分析

以α-茄堿標(biāo)準(zhǔn)品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。氨基色譜柱(4.6 mm ×250 mm，5 μm)，UV 檢測(cè)器200 nm，流動(dòng)相:V(乙腈)∶V(20 mmol/L KH2PO4)=75∶25，柱溫40℃，流速1.0 mL/min。

3 結(jié)果與討論

3.1 馬鈴薯蛋白粉的基本成分分析

馬鈴薯蛋白粉的基本成分分析結(jié)果如表1所示。膜法回收所得馬鈴薯蛋白粉中蛋白質(zhì)含量會(huì)有一定的差異，根據(jù)原料的蛋白質(zhì)含量不同、膜種類(lèi)、回收工藝的不同有一定的浮動(dòng)范圍。除了水分、灰分和蛋白質(zhì)外，馬鈴薯蛋白粉中還含有少量的馬鈴薯淀粉和馬鈴薯膳食纖維。

表1 馬鈴薯蛋白粉基本成分分析Table 1 Analysis of the basic components of potato protein

3.2 馬鈴薯蛋白粉的功能性質(zhì)分析

本文以大豆分離蛋白為對(duì)照樣品，分析了馬鈴薯蛋白粉的溶解性、持水力、乳化性和起泡性等功能性質(zhì)，結(jié)果如表2所示。

表2 馬鈴薯蛋白和大豆分離蛋白的功能性質(zhì)Table 2 Function properties of potato protein and soy protein isolate

由表2可知，和大豆分離蛋白相比，馬鈴薯蛋白具有優(yōu)良的起泡性和泡沫穩(wěn)定性，兩者的溶解度和乳化性基本相當(dāng)，但持水力相差很大。說(shuō)明馬鈴薯蛋白具有優(yōu)良的表面活性，可在氣-液界面形成堅(jiān)韌的薄膜使大量氣泡進(jìn)入并可使其保持穩(wěn)定。

3.3 馬鈴薯蛋白粉中蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量分布范圍分析

新鮮馬鈴薯塊莖中的蛋白質(zhì)主要是相對(duì)分子質(zhì)量在40 kDa附近的Patatin和5～25 kDa的蛋白酶抑制劑，其他10% ～20%的是大分子蛋白［1］。

馬鈴薯蛋白的電泳圖譜帶如圖1所示。譜帶集中在40 kDa和20 kDa附近。超低分子質(zhì)量的蛋白質(zhì)電泳譜帶顯示，在20 kDa附近的譜帶條數(shù)很多，距離很近，幾乎沒(méi)有分開(kāi)。由此可以判斷膜分離技術(shù)保留了馬鈴薯中的兩類(lèi)主要蛋白質(zhì):Patatin和多種蛋白酶抑制劑。

圖1 馬鈴薯蛋白SDS-PAGE電泳圖Fig.1 SDS-PAGE of potato protein

3.4 馬鈴薯蛋白粉的氨基酸組成分析

以大豆分離蛋白為對(duì)照品，馬鈴薯蛋白粉的氨基酸分析結(jié)果如表3所示。

表3 馬鈴薯蛋白和大豆分離蛋白的氨基酸組成Table 3 Amino acid composition of potato protein and soy protein isolate

由表3可知，馬鈴薯蛋白由18種氨基酸組成，氨基酸總量為72.78%，其中必需氨基酸含量為35%，占總氨基酸的48%，與雞蛋蛋白(49%)相當(dāng)。大豆分離蛋白的必需氨基酸含量為32.68%，占總氨基酸的40%。馬鈴薯蛋白的必需氨基酸比例優(yōu)于大豆分離蛋白。

3.5 馬鈴薯蛋白的生物堿含量分析

馬鈴薯塊莖中茄啶糖苷生物堿(solanidine glycoalkaloids(SGA))的含量為30～100 mg/kg，SGA 可溶解在馬鈴薯汁水中，因此以馬鈴薯汁水為原料制備所得馬鈴薯蛋白產(chǎn)品的安全性風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)自馬鈴薯原料帶入的生物堿［6］，其生物堿種類(lèi)以α-茄堿和α-卡茄堿(α-chaconine)為主。歐洲飼用馬鈴薯粗蛋白粉多采用熱絮凝的方法制備，其SGA的含量為1 500～2 500 mg/kg［7］。將 α-茄堿標(biāo)準(zhǔn)品、馬鈴薯蛋白粉采用HPLC進(jìn)行檢測(cè)。圖2表明，標(biāo)品α-茄堿的出峰時(shí)間在7.5～8 min(標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)方程Y=603 809X+693.04，R2=0.999 5)。以此可推斷圖3中在7.5～8 min的出峰為α-茄堿，計(jì)算得到馬鈴薯蛋白粉中α-茄堿的含量為330 mg/kg，則總生物堿(以α-茄堿和α-卡茄堿的比為 2∶1［1］計(jì))的含量在 500 mg/kg 左右，遠(yuǎn)低于歐洲飼用馬鈴薯蛋白粉中SGA的含量。

圖2 α-茄堿標(biāo)準(zhǔn)品色譜圖Fig.2 HPLC chromatogram of α-Solanine standard

圖3 馬鈴薯蛋白粉色譜圖Fig.3 HPLC chromatogram of potato protein powder

由此可見(jiàn)，相比熱絮凝的方法，膜技術(shù)回收所得馬鈴薯蛋白降低了其中總生物堿的含量，提高了制品的安全性。

4 結(jié)論

膜分離方法所得馬鈴薯蛋白保留了原馬鈴薯中兩類(lèi)主要的蛋白質(zhì)，具有優(yōu)良的功能性質(zhì)和較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，且大幅降低了原料中SGA的含量，使馬鈴薯蛋白用于食品配料成為可能。

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