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去衣处理对水法提取核桃仁蛋白质和脂质的影响

发布日期:2022-04-08 09:54来源:中国油脂作者:裴昊铭(lkmoo)点击次数:

核桃是世界四大坚果之一,营养价值高。核桃仁中含有60%~70%的油脂,油中不饱和脂肪酸含量可达90%以上[1]。核桃油中的ω-3、ω-6脂肪酸含量的比例在1∶ 4左右,对促进人体骨骼生长、减弱神经衰退,甚至是减缓肿瘤细胞的生长都有帮助[2-3]。核桃仁中的蛋白质含量在15%左右,核桃蛋白中精氨酸的占比高达12%~13%,可以作为一种良好的婴幼儿必需氨基酸的营养补充剂来源[4]。目前,核桃仁加工多以压榨法、浸出法、超临界CO2萃取法等提取核桃油,再利用碱溶酸沉法、水酶法等提取核桃粕中的核桃蛋白,或制备核桃肽等[5-6]。这些工艺一般不进行去衣处理或部分去衣处理,这使得核桃衣中的多酚物质,诸如单宁等,会造成核桃油品质与口感的降低,还会与蛋白质相互作用形成不溶性物质,影响核桃蛋白的提取以及所得产品的色泽,这对后续产品的处理提出了更高的要求[7-9]。核桃仁去衣的方法主要为碱泡法、微波法和烘烤法等。微波法与烘烤法的去衣效果不甚理想;碱泡法虽然去衣效果良好,但会使核桃仁发生不同程度的褐变,降低核桃油与核桃蛋白的品质[10-12]。目前,国内已有食品机械可在常温、无酸碱的条件下对核桃仁进行去衣[13]。基于此,本文首先通过对核桃仁磨浆、过滤、离心分离,考察去衣处理对核桃仁中固形物、蛋白质和脂质提取和离心分离的影响,接着将核桃浆(去衣)离心分离所得富含蛋白质的沉淀进行喷雾干燥,考察了核桃蛋白粉的储藏性。本文旨在尝试在去衣处理条件下制取得率更高、品质更好的核桃油(如油体富集物可作为新型植物奶油)和蛋白产品,促进核桃深加工产业的发展。

1材料与方法

1.1实验材料核桃仁,购自河北保定。葡萄糖标准品、二硫苏糖醇(DTT)、氯仿、甲醇、石油醚等。九阳JYL-Y5型破壁料理机,九阳股份有限公司;K9840-半自动凯氏定氮仪,济南海能仪器股份有限公司;TDZ5-WS型台式低速离心机,湖南湘仪实验室仪器开发有限公司;L-8900型氨基酸自动分析仪,日本Hitachi公司; BE-210G电泳仪,日本Bio-Craft株式会社;Chemi Doc XRS+凝胶成像仪,Bio-Rad生命医学产品(上海)有限公司;SES-07型喷雾干燥机,瑞安市善源机械有限公司。 

1.2实验方法

1.2.1核桃浆的制备工艺核桃仁→清洗→浸泡(料水质量比1∶ 5,4 ℃,12 h)→人工去衣(常温,无酸碱)→磨浆(料水质量比1∶ 9,18 000 r/min,3 min)→过滤除渣 (0.075 mm纱布)→核桃浆→离心(4 ℃,4 000 r/min,15 min)→分离三相(轻相,油体富集物;中间相,清液;重相,沉淀)。以未去衣核桃仁作为对照,仅减少人工去衣步骤,其余与去衣工艺一致.    

1.2.2核桃蛋白粉的制备取核桃浆(去衣)离心分离所得沉淀,加入去离子水,稀释至固形物含量为10%,在流速11~13 mL/min、进风温度180 ℃、出风温度85 ℃条件下进行喷雾干燥,得到核桃蛋白粉。    

1.2.3基本指标的测定水分及固形物含量测定:参考GB 5009.3—2016中的直接干燥法。蛋白质含量测定:参考GB 5009.5—2016中的凯氏定氮法。灰分含量测定:参考GB 5009.4—2016中的食品中总灰分的测定。脂质含量测定:参考居巧苓[14]的方法并做一定改进。取1~5 g待测样品(样品质量记为m0)于蓝盖瓶中,加入60 mL氯仿-甲醇溶液(体积比2∶ 1),旋盖密封,置于60 ℃水浴锅中保持微沸3 h,随后使用砂芯漏斗抽滤,将滤液置于80 ℃水浴锅中挥发有机溶剂,冷却后分别加入25 mL石油醚和15 g无水硫酸钠,振荡5~10 min,静置分层后倒出石油醚,再用新鲜石油醚洗涤硫酸钠沉淀3次,与上述倒出的石油醚混合,并在4 000 r/min下离心5 min。将离心后的上清液置于烘干至恒重的铝盒中(铝盒质量记为m1),40 ℃挥发石油醚后,再置于105 ℃烘箱中1 h后称重(质量记为m2),平行测定3次。按照公式(1)计算脂质含量(Y)。

Y=(m2-m1)/m0×100%(1)

总糖含量测定:参考张青等[15]的方法并做一定改进。称取10 mg烘干的葡萄糖标准品定容至100 mL作为标准溶液,分别移取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4、1.6、1.8、2.0 mL标准溶液至20 mL具塞刻度试管中,分别加入1 mL质量分数为5%的苯酚溶液和7 mL浓硫酸后,加去离子水至20 mL,混匀、密封,置于沸水中孵育10 min,待冷却到室温后,于490 nm下测吸光度,以葡萄糖的质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。待测样品按照以上步骤测定吸光度,并依据标准曲线计算样品的总糖含量,每个样品平行测定3次。

1.2.4氨基酸含量分析称取一定量样品置于酸水解管中,加入10 mL 6 mol/L的盐酸,氮吹3 min,置于120 ℃烘箱中水解22 h。之后,定容到100 mL,用双层滤纸过滤,取2 mL滤液于试管中,用L-8900型氨基酸自动分析仪分析氨基酸含量。

1.2.5核桃蛋白粉的储藏性分析将核桃蛋白粉放置于37 ℃恒温箱中储藏,在3个月和12个月时分别取样,进行Tricine -SDS-PAGE分析。样品处理:将待测样品用去离子水稀释至蛋白质质量浓度为2 mg/mL,取0.5 mL稀释样品与0.5 mL蛋白溶解液(1% SDS,0.25 mol/L Tris-HCl 缓冲液,pH 6.8)、10 μL 1%溴酚蓝指示剂、20 μL 1 mol/L DTT溶液混合均匀,煮沸5 min,冷却至室温后即可用于还原Tricine-SDS-PAGE分析。对于非还原Tricine-SDS-PAGE分析,参照上述步骤进行样品处理,只是不加DTT和不煮沸处理。Tricine-SDS-PAGE分析参考Schagger[16]的方法,浓缩胶质量分数为4%,分离胶质量分数为16%,样品量10 μL,样品在进入分离胶之前电压为30 V,进入分离胶后电压调整为100 V,电泳结束后进行固定、染色、脱色,并用凝胶成像仪拍照。

2结果与讨论

2.1去衣处理对核桃浆离心分离三相中基本成分分布的影响

按1.2.1的方法,核桃浆离心分离后可得到油体富集物、清液和沉淀三相,对固形物、蛋白质和脂质在这三相中的分布进行计算(以核桃仁中各成分为100%),结果见表1。

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由表1可知,固形物、脂质和蛋白质集中分布在不同相中,固形物(未去衣vs去衣,61.36% vs 6403%)和脂质(未去衣vs去衣,82.65% vs 8569%)主要集中分布在油体富集物中,而蛋白质主要分布在沉淀(未去衣vs去衣,59.87% vs 6100%)和清液(未去衣vs去衣,15.97% vs 2359%)中。与未去衣处理相比,去衣处理可提升固形物(未去衣vs去衣,85.79% vs 87.96%)、蛋白质(未去衣vs去衣,83.20% vs 88.03%)和脂质(未去衣vs去衣,93.80% vs 97.76%)的提取率,有利于脂质和蛋白质的离心分离,仅有3.44%的蛋白质(未去衣7.36%)分布在油体富集物中,仅有124%(未去衣2.86%)的脂质分布在沉淀中。这是由于核桃衣中存在的多酚类物质会与蛋白质相互作用,形成不溶性复合物,使得蛋白质提取率下降[8]。同理,水法加工提取的脂质主要以油体形式存在,油体表面包裹的单层磷脂膜上所镶嵌的油体蛋白同样会受到多酚类物质的影响,导致脂质提取率降低[17]。

2.2去衣处理对核桃浆离心分离三相中基本成分含量的影响对核桃浆离心分离所得油体富集物、清液和沉淀三相中的固形物、蛋白质和脂质含量进行测定,结果如表2所示。

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由表2可知,去衣处理对三相中基本成分的含量均存在不同程度的影响。去衣处理后,油体富集物中主要成分为脂质,固形物和脂质含量分别由未去衣的67.04%和59.12%增加到76.80%和7334%,脂质的干基含量由88.19%提升至95.49%;沉淀中固形物和蛋白质含量则分别由未去衣的38.97%和2745%提升至49.27%和42.28%,蛋白质的干基含量由70.44%提升至85.81%;清液中固形物、蛋白质与脂质含量也均有一定程度的增加。去衣处理后油体富集物中的脂质干基含量和沉淀中蛋白质的干基含量提升的主要原因是核桃衣中存在的多酚与核桃蛋白、油体蛋白结合,降低了蛋白质的溶解性,使得脂质与蛋白质的提取率与分布情况都有所变化。去衣处理后油体富集物中的脂质含量和沉淀中的蛋白质含量大大增加,更易于分离收集和后续加工,并且油体富集物(明亮的乳白色)和沉淀(色浅)的外观和色泽更佳,这对于实际生产是有利的。

2.3去衣处理对氨基酸含量分布的影响

去衣前后油体富集物、清液和沉淀中氨基酸相对含量见表3。由表3可见,谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸、甘氨酸、丙氨酸为三相中的主要氨基酸。去衣处理后,油体富集物中丙氨酸、酪氨酸、精氨酸、甲硫氨酸、组氨酸、谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸这8种氨基酸相对含量的变化幅度超过20%,清液中有相似变化幅度的氨基酸为甲硫氨酸、半胱氨酸,而沉淀中则为甲硫氨酸、酪氨酸以及组氨酸。通过横向对比发现,清液、沉淀与去衣处理前油体富集物的谷氨酸、丙氨酸、甘氨酸的相对含量较为接近,而去衣处理后这3种氨基酸在油体富集物中相对含量的变化幅度在30%左右,这是因为去衣处理后油体富集物中的非油体蛋白含量减少所致。

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2.4核桃蛋白粉的基本性质

2.4.1 核桃蛋白粉的基本成分对按1.2.2方法所得核桃蛋白粉的基本成分进行测定,结果见表4。由表4可见,核桃蛋白粉的水分含量为6.47%,蛋白质干基含量为85.81%,而脂质、总糖和灰分的干基含量分别为5.85%、3.07%和4.81%。

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2.4.2核桃蛋白粉的储藏性按1.2.5方法考察了核桃蛋白粉的储藏性,不同储藏期核桃蛋白粉的还原和非还原Tricine-SDS-PAGE分析结果见图1。

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由图1可见,在还原和非还原条件下,3个样品的主要条带都没有明显的变化。这表明,在储藏期间,核桃蛋白粉未出现蛋白交联或降解。同时,储藏12个月的蛋白粉没有哈败味,说明本方法所制备的核桃蛋白粉的储藏性极佳。   

3结论

通过去衣处理,可将核桃蛋白质和脂质的提取率分别提升至88.03%(未去衣83.20%)和9776%(未去衣93.80%)。去衣处理也有利于核桃浆中脂质和蛋白质的离心分离:可将核桃仁中脂质在油体富集物中的分布提升至85.69%(未去衣8265%),并将核桃仁中蛋白质在油体富集物中的分布降低至3.44%(未去衣7.36%),油体富集物中的脂质干基含量和沉淀中的蛋白质干基含量分别高达95.49%(未去衣88.19%)和85.81%(未去衣70.44%)。油体富集物、清液、沉淀中的氨基酸组成也受去衣处理的影响。此外,核桃浆(去衣)的离心沉淀物经过喷雾干燥所得的核桃蛋白粉具有极佳的储藏性。总体来说,核桃仁的去衣处理可明显提高蛋白质和脂质的提取率,并且有助于核桃浆中蛋白质和脂质的离心分离。
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