專利名稱：甘薯蛋白及其生產(chǎn)技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甘薯(Ipomoea batatas)是旋花科甘薯屬的一個重要栽培品種，原產(chǎn)于南美洲，由于其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)并具有抗干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)，在我國被大量地種植，產(chǎn)量僅次于水稻、小麥和玉米，占世界甘薯產(chǎn)量的80％以上(約1.2億噸)。甘薯除含豐富的淀粉和糖類外，甘薯塊根中一般還含有2-10g/100g于物質(zhì)的蛋白質(zhì)。在我國，甘薯主要用于生產(chǎn)甘薯淀粉、粉絲和粉條，作為副產(chǎn)物的甘薯蛋白往往被作為廢水而排放掉，這不僅使環(huán)境受到污染，而且還造成了資源極大的浪費(fèi)[王國扣.淀粉與淀粉糖，1997，(4)40-44.]。
中國種植的甘薯品種主要是蘇薯、徐薯、北京2號等品種，為適應(yīng)國內(nèi)市場對甘薯的需求，許多甘薯種植基地紛紛從國外引進(jìn)優(yōu)良品種，這些品種在營養(yǎng)成分上有著很大的差異。許多品種不僅含有豐富的淀粉，還含有大量的蛋白質(zhì)。例如，日本“紅冬”鮮薯，蛋白質(zhì)含量高達(dá)3.7％。
甘薯的藥用價值在我國古書中曾被多次提到，如清代趙文敏《本草綱目拾遺》(1765)中寫道“爾味甘平無毒。主治補(bǔ)中和血，暖胃肥五臟。白皮白肉者，益肺氣生津?！崩顣r珍的中草藥著作《本草綱目》中也有“甘薯補(bǔ)虛乏，益氣力，健脾胃強(qiáng)腎陰”的記載，并說食用甘薯可使人長壽。盡管甘薯記載有如此多的功效，但還缺乏有系統(tǒng)的研究。最近有報告稱，甘薯蛋白質(zhì)不僅是甘薯的主要營養(yǎng)成分，還具有較強(qiáng)的抗氧化性、脫氧抗壞血酸還原酶活性和單脫氧抗壞血酸還原酶活性，這意味著甘薯蛋白能夠作為一種抗衰老物質(zhì)加以利用。此外，甘薯蛋白除具有增強(qiáng)免疫力、降血脂、降血糖、減少高血壓發(fā)病率和抗癌等功效外，還有防止糖尿病、白血病等多種疾病的作用(楊立明，陳錫民.1995.國外農(nóng)學(xué)-雜糧作物.(2)44-45.；Kusano，S.et al.2001.Biosci.Biotechnol.Biochem.65(1)109-114.)。
國內(nèi)有一些對甘薯糖蛋白提取方法的報道，但比較復(fù)雜(李亞娜等.2003.食品科學(xué).24(1)118-121.)，首先要將甘薯在40-50℃溫度下烘干，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后，用不同的有機(jī)溶劑(乙醚、丙酮)反復(fù)提取過濾，再用水提取和乙醇沉淀，最后還要經(jīng)過氯仿、正丁醇有機(jī)溶劑的純化和水的溶解，經(jīng)透析干燥獲得粗品后，還要經(jīng)過DEAE-52柱層析和Sephadex-100柱層析純化，最終只能獲得蛋白質(zhì)含量約10％左右，分子量為62000的甘薯糖蛋白。眾所周知，乙醚、丙酮、氯仿和正丁醇均含有不同程度的毒性，不適用于食品工業(yè)化生產(chǎn)，而且該法提取步驟繁瑣，很難滿足食品企業(yè)對產(chǎn)品投資少效益大的要求。
國外也有從甘薯中提取水溶性蛋白質(zhì)(Sporamin)的報道，這種蛋白質(zhì)被認(rèn)為是由兩種不同分子量的蛋白所構(gòu)成，分別為31KDa和22KDa。雖然這兩種蛋白質(zhì)被推測為糖蛋白，但到目前為止仍未有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛴枰宰C明(Masayoshi M.Phytochemistry.24(9)1899-1902.1985)。
綜上所述，到目前為止國內(nèi)外對甘薯蛋白的研究還僅僅局限于對甘薯蛋白質(zhì)進(jìn)行了簡單的實(shí)驗(yàn)，既缺乏對蛋白質(zhì)分離提取方法進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，也沒有對提取物的組分及其物化特性進(jìn)行基礎(chǔ)理論方面的研究。因此，阻礙了甘薯蛋白在食品領(lǐng)域中的進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一系列從甘薯中分離提取得到的蛋白產(chǎn)品。由于甘薯中所含化學(xué)成分因品種及其生長條件的不同而有所差異，因此從不同來源的甘薯中所獲得的干燥蛋白粉末，其蛋白質(zhì)含量和其它化學(xué)成分均有所不同，其范圍如下蛋白質(zhì)含量為60-90％(水溶性蛋白質(zhì)含量為40-70％)，水分含量為3～14％；粗脂肪含量為1～6％；粗纖維含量為0.1～3％，灰份含量為0.1～3％(以上各物質(zhì)的含量均為重量比)。從SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳的圖譜中可以看出，此蛋白粉末主要是由三種不同分子量的蛋白所構(gòu)成，它們的分子量分別被推算為22000，31000和50000(詳見圖3)。而PAS染色實(shí)驗(yàn)則證明這三種蛋白質(zhì)均為糖蛋白(詳見圖4)。
另外本發(fā)明涉及一種快速簡便地分離提取上述甘薯蛋白的生產(chǎn)技術(shù)。此方法所獲得的蛋白提取物，不僅蛋白含量高，而且提取過程中不使用任何有機(jī)溶劑，所得到的產(chǎn)品食用安全可靠，可作為功能食品或添加劑被進(jìn)一步應(yīng)用。此方法操作簡單，不需要復(fù)雜的儀器設(shè)備，適用于進(jìn)行工業(yè)化大生產(chǎn)。具體制備方法如下甘薯汁液首先將洗凈后的甘薯切成2cm見方的小塊，為防止薯塊褐變將薯塊迅速放入亞硫酸氫鈉含量至少為0.2g/Kg冰水溶液中(也可用亞硫酸或亞硫酸氫鉀溶液代替)。然后用粉碎機(jī)將薯塊打成漿狀，再用紗布過濾，濾液用于提取蛋白質(zhì)(該濾液也可從淀粉加工產(chǎn)生的廢液中直接獲得)。
甘薯蛋白將上述濾液在1500-10000g的離心力條件下離心，離心時間根據(jù)離心力的大小確定，最終目的使濾液中的淀粉和其他不溶性物質(zhì)充分沉淀。取上清液用鹽酸(也可用其它試劑，如食品工業(yè)中常用的檸檬酸或食用醋酸等)將濾液的pH調(diào)至3.5-6，靜置后使蛋白質(zhì)凝集沉淀下來，經(jīng)離心后得到甘薯蛋白質(zhì)沉淀物。
膜透析用10倍量5％(w/v)氯化鈉溶液將甘薯蛋白質(zhì)沉淀物稀釋，再用氫氧化鈉調(diào)至中性。經(jīng)過透析膜(透析后產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量明顯提高，見實(shí)施例2結(jié)果)透析后進(jìn)行濃縮(透析膜規(guī)格要求截留蛋白質(zhì)分子量為8000以上)。
干燥處理本次實(shí)驗(yàn)主要采用了冷凍干燥(也可采用噴霧干燥、真空干燥等干燥方式)技術(shù)來獲得干燥的蛋白質(zhì)提取物，凍干需在低于0℃的溫度條件下進(jìn)行。此外，還可根據(jù)生產(chǎn)的需要對冷凍干燥前經(jīng)過透析的蛋白溶液直接加以利用，也可將干燥后的粉末加工成不同形狀的產(chǎn)品。


圖1表示用本發(fā)明方法所獲得的紅冬蛋白產(chǎn)品。
圖2表示用本發(fā)明方法所獲得的22-5蛋白產(chǎn)品。
圖3表示玉豐甘薯蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜(考馬斯亮蘭染色)，其中“1”為蛋白標(biāo)樣；“2”為pH 4處理透析后樣品；“3”為pH 4.5處理透析后樣品；“4”為pH4處理非透析樣品；“5”為pH4.5處理非透析樣品。結(jié)果表明，產(chǎn)品中主要含有三種不同分子量的蛋白質(zhì)，分別為22,000、31,000和50,000。
圖4表示玉豐甘薯蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳圖譜(PAS染色)，其中“1”為pH 4處理透析后樣品；“2”為pH 4.5處理透析后樣品；“3”為pH4處理非透析樣品；“4”為pH4.5處理非透析樣品。結(jié)果表明產(chǎn)品中的三種主要蛋白質(zhì)均為糖蛋白。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1本實(shí)施例以紅冬甘薯為例詳細(xì)說明甘薯蛋白提取物的制備方法。
a、將洗凈后的甘薯切成2cm見方的小塊，為防止薯塊褐變放入0.5g/Kg亞硫酸氫鈉冰水溶液中。
b、將薯塊用粉碎機(jī)打成漿狀，過濾。
c、將濾液在3000g(離心機(jī)型號LXY-IIB型，上海安亭科學(xué)儀器廠)，室溫下離心30min，使濾液中的淀粉充分沉淀。
d、用2N鹽酸(分析純)將上清液的pH調(diào)至4。
e、在3000g(離心機(jī)型號同上)，室溫下離心30min。
f、傾去上清液，將沉淀用10倍的5％氯化鈉溶液稀釋后，用2N氫氧化鈉調(diào)至中性。
g、經(jīng)過透析膜(購于北京欣經(jīng)科試劑公司，美國碳化公司產(chǎn)品，規(guī)格截留分子量8000以上)透析后進(jìn)行冷凍干燥獲得干燥的蛋白粉末。
實(shí)施例2此實(shí)施例以玉豐甘薯為例，說明提取過程中透析處理對產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量的影響。
將玉豐甘薯去除淀粉后的濾液分成兩部分，一部分用鹽酸調(diào)節(jié)pH至4，另一部分調(diào)節(jié)pH為4.5，將離心后沉淀用10倍的蒸餾水稀釋，再分別將其分為兩部分，一部分溶液直接進(jìn)行冷凍干燥，另一部分溶液則放入約30倍的蒸餾水中進(jìn)行透析后，進(jìn)行冷凍干燥，分別獲取各自的干提取物。這些提取物中蛋白質(zhì)的含量用Markwell等人[MarkwellM.A.K.Anal.Biochem.1978，87206-210]和Peterson[Peterson G.L..Anal.Biochem.1977.193265-275]的蛋白定量方法進(jìn)行了測定，蛋白標(biāo)準(zhǔn)樣品牛血清購自美國Sigma公司。結(jié)果(見表1)表明無論pH 4還是pH 4.5，透析后樣品中蛋白質(zhì)含量均有明顯地升高，這表明通過透析處理，排除了分子量較小的蛋白質(zhì)和游離態(tài)的鹽類小分子，大大提高了水溶性蛋白質(zhì)的純度。
表1冷凍干燥后樣品中水溶性蛋白質(zhì)的含量

實(shí)施例3此實(shí)施例為了篩選最適宜的甘薯品種，用凱氏定氮法測定了不同甘薯品種的蛋白質(zhì)含量。結(jié)果(表2)表明不同品種甘薯中蛋白質(zhì)含量有明顯的不同，紅冬甘薯中蛋白質(zhì)含量最高，為玉豐甘薯的2.64倍，因此在制備甘薯蛋白提取物時，選擇蛋白質(zhì)含量高的甘薯品種是很重要的。
具體實(shí)驗(yàn)方法如下稱取甘薯2g置于消化管中，加濃硫酸12ml，消化溫度420℃，時間1.5小時，用凱氏定氮儀測定甘薯中蛋白質(zhì)含量(瑞典Foss公司KIELTECANALYSISER凱氏定氮儀)。
表2甘薯蛋白質(zhì)含量(w/w，％)

實(shí)施例4此實(shí)施例主要介紹了從紅冬甘薯蛋白干燥粉末中各種化學(xué)成分的測定方法及其結(jié)果。
蛋白質(zhì)含量測定稱取0.20g紅冬蛋白粉末放入消化管中，加濃硫酸12ml，消化溫度420℃，時間1.5小時，用凱氏定氮儀測定甘薯中蛋白質(zhì)含量(瑞典Foss公司KIELTECANALYSISER凱氏定氮儀)。
粗纖維測定稱取1.0g紅冬蛋白提取物放置在預(yù)干燥的坩堝里。用福斯特卡托公司2010半自動纖維分析儀，熱浸提方法提取粗纖維，浸提結(jié)束后將浸提管用水洗3遍，將樣品轉(zhuǎn)移到樣品架上，在室溫下放置到有機(jī)溶劑完全揮發(fā)，然后將樣品放入100℃的烤箱中，烘烤10分鐘，除去有機(jī)溶劑。再在130℃±2℃的烤箱中烘烤兩小時。將坩堝置于干燥器中冷卻到室溫，稱重精確到1.0g±0.002g。然后在525℃±10℃灰化樣品，最少3小時。再將坩堝置于干燥器中冷卻到室溫，稱重精確到1.0g±0.002g，計算粗纖維含量。

脂肪測定稱取1.0g紅冬蛋白提取物放置在潔凈的紙?zhí)淄仓?，加入少量脫脂棉，在浸提燒杯中?0ml石油醚，用福斯特卡托公司Soxtec Avanti 2050自動脂肪檢測儀提取樣品中脂肪。浸提結(jié)束后，取出提取杯，并將提取杯置于100℃干燥箱中30分鐘，在干燥器中冷卻再稱重，計算脂肪含量。

水分測定和灰分測定水分測定和灰分測定參照黃偉坤的方法(黃偉坤等編.1989.食品檢驗(yàn)與分析.P8；P18)。
紅冬蛋白提取物中化學(xué)成分結(jié)果見表3。
表3紅冬蛋白提取物成分表

實(shí)施例5此實(shí)施例以玉豐蛋白提取物為例，用SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測蛋白提取物中蛋白質(zhì)的構(gòu)成。
具體方法如下SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳是依照Laemmli[Laemmli.Nature.1970.227680-685]的方法，凍干后的粉末分別與含有1％SDS、0.5M Tris-HCl、60mM EDTA-2Na、12％glycerol樣品溶解液以一定比例混合，在泳動前可溶性蛋白質(zhì)樣品被放在沸水中加熱約2分鐘后離心。濃縮膠濃度為5％、分離膠濃度為15％，采用25％甲醇、10％醋酸和0.25％考馬斯亮蘭R-250對蛋白進(jìn)行染色，用25％甲醇和7％醋酸作為脫色液，分子量標(biāo)樣購自美國SIGMA公司。為了進(jìn)一步驗(yàn)證蛋白是否屬于糖蛋白質(zhì)，泳動后的膠體參照Zacharius和Zell[Zacharius and R.M.，Zell，T.E..Anal.Biochem.1969.30148-152]的方法進(jìn)行了糖蛋白染色實(shí)驗(yàn)。結(jié)果(見圖3和圖4)表明玉豐甘薯蛋白提取物中含有三種蛋白質(zhì)，分子量分別為22,000、31,000和50,000，而且這三種蛋白質(zhì)均為糖蛋白。
權(quán)利要求
1.一種甘薯蛋白，其特征是由下列組份重量比組成蛋白質(zhì)為 60～90％水分 3～14％粗脂肪 1～6％粗纖維 0.1～3％灰份 0.1～3％此蛋白粉末主要由三種不同分子量的蛋白構(gòu)成，它們的分子量分別為22000、31000和50000，三種蛋白質(zhì)均為糖蛋白。
2.一種甘薯蛋白的生產(chǎn)技術(shù)，其特征為a、甘薯汁液首先將洗凈后的甘薯切成2cm見方的小塊，放入含量至少為0.2g/kg的亞硫酸氫鈉或亞硫酸或亞硫酸氫鉀冰水溶液中，然后用粉碎機(jī)將薯塊打成漿狀，再用紗布過濾；b、甘薯蛋白將上述濾液在1500～10000g的離心力條件下離心至濾液中的淀粉和其它不溶性物質(zhì)充分沉淀，取上清液用鹽酸或檸檬酸或食用醋酸將濾液的pH值調(diào)至3.5～6，得到甘薯蛋白質(zhì)沉淀物；c、膜透析用10倍量5％(w/v)氧化鈉溶液將甘薯蛋白質(zhì)沉淀物稀釋，再用氫氧化鈉調(diào)至中性，經(jīng)過透析膜透析，透析膜規(guī)格要求截留分子量在8000以上，透析后進(jìn)行濃縮；d、干燥處理采用冷凍技術(shù)，獲得干燥的蛋白質(zhì)提取物，凍干最好在低于0℃的溫度條件下進(jìn)行。
3.按權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)技術(shù)，其特征是甘薯汁液也可以是從淀粉加工產(chǎn)生的廢液中直接獲得。
4.按權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)技術(shù)，其特征是干燥處理也可采用噴霧干燥或真空干燥。
5.按權(quán)利要求2所述的生產(chǎn)技術(shù)，其特征是干燥后的產(chǎn)品加工成不同形狀的產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明屬農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域。本發(fā)明從甘薯中分離提取的蛋白產(chǎn)品，其組成蛋白質(zhì)為60～90％，水分占3～14％，粗脂肪1～6％，粗纖維0.1～3％，灰分為0.1～3％，其蛋白粉末主要由三種不同分子量構(gòu)成分別為22000、31000和50000。本發(fā)明是一種快速簡單分離提取甘薯蛋白生產(chǎn)技術(shù)，用粉碎、過濾、離心、沉淀、上清液調(diào)至pH3.5～6，再經(jīng)膜透析、干燥處理得到蛋白粉末，該方法取得的蛋白粉末，蛋白質(zhì)含量高，不用有機(jī)溶劑，安全可靠，適用于工業(yè)化生產(chǎn)，可作為功能食品或添加劑被進(jìn)一步應(yīng)用。
文檔編號A23L1/216GK1720814SQ20041006896
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月15日
發(fā)明者木泰華, 孫艷麗, 劉魯林, 魏益民 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所