橡胶籽分离蛋白的功能性质研究Ⅱ.docx

1、橡胶籽分离蛋白的功能性质研究海 南 大 学毕 业 论 文题 目：橡胶籽分离蛋白的功能性质研究 学 号： 20090855667565 姓 名： XXX 年 级： 2009级 学 院： 食品学院 系 别： 食品科学与工程系 专 业： 食品科学与工程 指导教师： XXX 完成日期： 2013年4月20日 摘 要为了更好地开发利用橡胶籽分离蛋白，本实验探究了橡胶籽仁部分营养成分与橡胶籽蛋白质的功能性质。采用单因素实验研究离子强度（Na+）、pH、温度等因素对橡胶籽分离蛋白的吸水性、溶解性、起泡性及泡沫稳定性的影响。结果显示：橡胶籽仁样品水分含量为8.099%、灰分含量为6.661%，脱脂后橡胶籽粉末

2、样品粗脂肪为3.447%、蛋白含量为31.412%；在Na+浓度为0.2 mol/L橡胶籽分离蛋白吸水性、溶解性、起泡性最好，其泡沫稳定性最差；pH在等电点pH=5附近吸水性、溶解性、起泡性最差，橡胶籽分离蛋白溶液泡沫稳定性最好；温度为60吸水性、溶解性、起泡性最好，橡胶籽分离蛋白溶液泡沫稳定性最差；随着橡胶籽分离蛋白溶液浓度增加，其吸水性、溶解性、起泡性及泡沫稳定性都是逐步提高。本研究有利于综合利用橡胶籽资源、开发橡胶籽分离蛋白；丰富我国植物蛋白品种；为橡胶籽蛋白的工业化生产及在食品加工中的应用提供了理论依据。关键词：橡胶籽；分离蛋白；功能性质AbstractIn order to deve

3、lop and utilize rubber seed isolated protein better, the experiments probe into certain nutritional ingredients in rubber seed and functional properties of rubber Isolated protein. Single factor experiment was adopted to research the effect of ionic strength (Na+), pH, temperature and other factors

4、on the water imbibition, solubility, froth-ability, foam stability of the isolated protein from the rubber seed. The result indicates that the sample of rubber seed contain 8.099% water, 6.661% of ash, 3.447% of crude fat in the rubber seed powder sample after degreasing, and 31.412% of protein. whe

5、n density of Na+ 0.2 mol/L, water imbibition, solubility, froth-ability of the rubber seed are in the best state, but foam stability is the lowest. When pH is approximate in isoelectric point of pH 5, water imbibition, solubility，froth-ability are the lowest, and foam stability of the rubber seed so

6、lution is the best. When temperature is 60 , water imbibition, solubility, froth-ability is the best, but foam stability is the lowest. with the increasing of rubber seed protein isolated solution density, its water imbibition, solubility, froth-ability, foam stability are gradually increased.The re

7、search is conducive to utilize the rubber seed resource and develope the rubber seed protein，which can enrich national protein variety and offer theory to the industrial production and application in food processing of the rubber seed protein.Key Words: rubber seed；Protein isolate；Functional propert

8、ies 目 录1 前沿 12 材料与方法 22.1 材料与试剂 22.2 仪器与设备 22.3 样品处理 22.4 实验方法 22.4.1 水分的测定 22.4.2 灰分的测定 32.4.3 残留油脂的测定 32.4.4 粗蛋白质的测定 32.4.5 橡胶籽分离蛋白的提取 32.4.6 橡胶籽分离蛋白吸水性的测定 32.4.6 橡胶籽分离蛋白溶解性的测定 32.4.6 橡胶籽分离蛋白起泡性及泡沫稳定性的测定 43 结果与分析 43.1 橡胶籽粉末水分的测定 43.2 橡胶籽粉末灰分的测定 43.3 脱脂橡胶籽粉末残留油脂的测定 53.4 橡胶籽粉末粗蛋白的测定 53.5 橡胶籽分离蛋白的吸水性

9、 63.5.1 Na+强度对吸水性的影响 63.5.2 pH对吸水性的影响 73.5.3 温度对吸水性的影响 73.6 橡胶籽分离蛋白的溶解性 83.6.1 Na+强度对溶解性的影响 83.6.2 pH对溶解性的影响 93.6.3 温度对溶解性的影响 103.7 橡胶籽分离蛋白的起泡性及泡沫稳定性 103.7.1 Na+强度对起泡性及泡沫稳定性的影响 113.7.2 pH对起泡性及泡沫稳定性的影响 123.7.3 蛋白浓度对起泡性及泡沫稳定性的影响 133.7.4 温度对起泡性及泡沫稳定性的影响 144 小结 14致 谢 16参考文献 171 前沿 橡胶籽是橡胶种植业的一项副产品。目前，全世界

10、共有43个国家和地区种植橡胶树，面积近1000 万hm2 1，主要集中在东南亚地区，约占全世界天然橡胶种植面积的90%，尤其以泰国、印度尼西亚、马来西亚、中国、印度、越南、缅甸、斯里兰卡等国种植面积最大。橡胶树每年可结三批果实，按年株产籽1 kg，375 株/km2计3。在我国南部广泛分布着橡胶林，2005年我国橡胶种植面积居世界第4 位，现有橡胶种植面积近656 万亩，估计可年产橡胶籽最低为25 万吨以上3-4。海南省是我国最大的天然橡胶生产基地，拥有橡胶林500 万亩。每年，随着胶林的收割，我国估计可年产橡胶籽为25 万t以上3-4。查阅相关文献资料，可发现大部分地区橡胶林的橡胶籽均未得到

11、合理利用， 每年大量的橡胶籽资源白白浪费。橡胶籽具有丰富的利用价值，对橡胶籽进行综合利用，既可避免将橡胶籽废弃后腐烂造成的环境污染，又可充分利用其中的各种有效成分，所得产品可应用于日用化工、医药和饲养业等产业，由此产生的经济效益、社会效益将是十分显著的4。特别是橡胶籽含有丰富的粗蛋白，而蛋白质是人体的重要组成部分，蛋白质资源紧缺也是一个世界性的问题，通过对植物分离蛋白功能性质研究有利于更好解决这一世界性的问题。蛋白质的功能特性是指食品在加工、贮藏和消费过程中，决定蛋白质行为表观的性质8（包括吸水性、起泡性、溶解性、乳化及乳化稳定性）。环境因素如温度、离子种类和强度、溶液酸碱度、改性和多糖大分子

12、等对植物分离蛋白的功能特性均能产生影响，对不同的蛋白其影响程度、作用趋势和作用机理也是有差异的8。随着对植物分离蛋白的功能特性的研究不断深入，可以为解决蛋白质资源紧缺这个世界性的问题提供理论支持，从而减缓我国近年来蛋白质需求量强劲增长趋势，植物蛋白掺和在肉类食品中，可部分替代动物性蛋白，开发植物蛋白食品。植物分离蛋白可应用于乳制品生产，如配方奶粉、液体奶。可提高蛋白质含量，与乳的营养、风味结合，在氨基酸含量、配比及风味上形成优势互补；用于肉制品，既可作为非功能性填充料，也可用作功能性添加剂，改善肉制品的质构和增加风味，充分利用不理想或不完整的边角原料肉；用于烘焙食品及面制食品中，可以增加面筋强

13、度，改善面团在加工过程中的吸水性及提高产品风味和营养成分；植物分离蛋白加工成四鲜植物蛋白肉罐头，可以成为随身携带、方便食用、具有高营养价值的食品；各式各样的植物蛋白也可以用于饮料加工，从而促进饮料行业的大发展；植物蛋白还可以用作抗菌包装、发泡剂等9。本文主要探讨橡胶籽蛋白质的吸水性、溶解性、起泡性及泡沫稳定性，本研究有利于综合利用橡胶籽资源、开发橡胶籽分离蛋白；丰富我国植物蛋白品种；为橡胶籽蛋白的工业化生产及在食品加工中的应用提供了科学技术依据。2 材料与方法2.1 材料与试剂橡胶籽仁，pH试纸，硫酸铜（CuSO45H20），硫酸钾，碳酸钠（Na2CO3），硫酸（密度为1.8419 g/L），

14、硼酸溶液（20 g/L），氢氧化钠溶液（400 g/L），（0.1 mol/L、0.05 mol/L）盐酸、0.01 mol/L盐酸标准滴定溶液，混合指示试剂（0.1%甲基红乙溶液液1份，与0.1%溴甲酚绿乙醇溶液5份临用时混合），无水乙醚，橡胶管，酚酞，氢氧化钠溶液（2%），酒石酸钾钠，乙酸、正己烷。2.2 仪器与设备 电热鼓风恒温干燥箱（1012型，常州华普达教学仪器有限公司）；电子天平（EL303型，梅特勒-托利多仪器有限公司）；可见分光光度计（UNIC7200型，尤尼科有限公司）；水浴锅；微量定氮蒸馏装置；250mL凯氏烧瓶；蒸馏烧瓶；酸式滴定管；pH计；铁架台；调温电炉；锥形瓶；烧杯

15、；量筒；索氏提取仪；铁架台；100 mL容量瓶；移液管和实验室常用仪器。2.3 样品处理将橡胶籽剥壳，橡胶籽去壳后挑选没有变质的果仁破碎成橡胶籽粉末，用正己烷除去其大部分油脂，干燥处理后橡胶籽粉末过80目筛得到实验样品置于保鲜袋中并放置在干燥器中保存，备用。2.4 实验方法2.4.1 水分的测定称量一定量m0橡胶籽粉末至培养皿m皿放在恒温干燥箱中，定期称量培养皿和橡胶籽粉末重量，直至其重量不再变化为m2。即：GB5497-85，105衡重法。计算：橡胶籽粉末水分的含量（%）=（m2-m皿）/ m0*100%2.4.2 灰分的测定 称量一定量橡胶籽粉末m0经炭化后至培养皿m皿放入高温炉内灼烧，称

16、量残留物和培养皿的总重量m2。即：GB5505-85，550灼烧法。计算：橡胶籽粉末灰分的含量（%）=（m2-m皿）/ m0*100%2.4.3 残留油脂的测定用滤纸斗取3g橡胶籽粉末，放在抽提管中略低于虹吸管的上弯头处，向提取管中缓慢地倒入已醚直至液面达到虹吸管上弯头部，正好虹吸一次；再向提取管中倒入乙醚，使其液面达到第一次液面的一半。将索氏提取仪整个装置放入恒温水浴锅中加热提取（水温控制在70 左右），回流一次的时间约为10-12 分钟，提取时间10-12 h，约虹吸50-60 次以上。即：GB/T5009.5-2003，索氏抽提法。计算：样品粗脂的含量（%）=（粗脂的质量/样品的质量）*

17、100%2.4.4 粗蛋白质的测定取定量样品，蛋白质含量测定：GB5511-85，微量凯氏定氮法。2.4.5 橡胶籽分离蛋白的提取橡胶籽粉末加蒸馏水稀释（料液比1:43.5）后，调PH=9.8，在温度为57.7 的恒温水浴锅中摇晃加热45 min，冷却后离心，取清液调PH=4.4，澄清后对沉淀液进行离心分离，将离心后沉淀均匀铺平在培养皿中，完全干燥后放入保鲜袋中保存，并置于干燥器中备用。即采用碱溶酸沉的方法提取分离我们实验所需的橡胶籽分离蛋白质。2.4.6 橡胶籽分离蛋白吸水性的测定准确称取m0g橡胶籽蛋白于离心管(m1g)中，向离心管中加入10 ml蒸馏水配制成橡胶籽蛋白溶液，漩涡震荡10

18、min使其充分分散，室温下静置30 min，4000 r/min离心10 min，小心倾去上清液，再次称重为m2g。吸水性=（m2-m1-m0）/W02.4.6 橡胶籽分离蛋白溶解性的测定在50 mL水中加入0.5 g分离蛋白，30 下磁力搅拌1 h，提取液在4 000 r/min下离心10 min，上清液中的蛋白质浓度用福林酚法测定，分离蛋白中的蛋白质含量用凯氏定氮法测定。溶解度（solubility）=上清液中蛋白质含量/橡胶籽分离蛋白中蛋白质含量100。2.4.6 橡胶籽分离蛋白起泡性及泡沫稳定性的测定一定量的蛋白质溶液 50 mL，调节pH或离子强度，在可调高速匀浆机中( 10 000

19、 r/min) 均质2 min，记下均质停止时泡沫的体积，静置30 min后记录泡沫体积。起泡性 = 均质停止时泡沫体积/50 100%泡沫稳定性 = 均质停止静置一定时间泡沫的体积/均质停止时泡沫体积 100%3 结果与分析3.1 橡胶籽粉末水分的测定 将橡胶籽粉末置于恒温干燥箱中，定期称其重量，直至其重量不再变化，测得橡胶籽粉末水分含量结果如表1所示。表1 橡胶籽粉末水分含量组别 m皿(g)m皿+粉(g)烘后m皿+粉(g)m粉(g)135.96637.95537.7951.989233.32735.33835.1742.011从表1可知，第一份中橡胶籽粉末样品含水为m水1=0.16 g，其

20、含水量为8.044%；第二份橡胶籽粉末样品含水m水2=0.164 g，其含水量为8.155%；平均水分含量为8.099%。故此批实验橡胶籽粉末水分含量为8.099%，其水分含量低，实验样品不易变质，有利于实验样品的保藏，从而保证后期实验数据的准确性。3.2 橡胶籽粉末灰分的测定称量橡胶籽粉末分别经炭化后放入高温炉内灼烧测得其橡胶籽粉末的灰分含量结果如表2所示。表2 橡胶籽粉末灰分含量组别m皿(g)m粉(g)M皿+灰(g)M灰分(g)灰分含量（%）137.6741.50937.7750.10156.726232.6641.50032.7630.0996.640330.0161.51130.116

21、0.1006.618从表2可知，第一份橡胶籽粉样品末灰分含量为6.726%，第二份橡胶籽粉末样品灰分含量为6.640%，第三份橡胶籽粉末样品灰分含量为6.618%，其样品平均灰分含量为6.618%。此数据表明样品的脂肪含量很也低，说明实验样品橡胶籽粉末蛋白质等其他物质含量很高，保证了后期研究橡胶籽蛋白质功能性质数据的可靠性。3.3 脱脂橡胶籽粉末残留油脂的测定称量橡胶籽粉末用索氏提取法测定其残留油脂的含量，得到其实验结果如表3所示。表3 橡胶籽粉末残留油脂含量组别m粉(g)m瓶(g)m瓶+油(g)m油(g)残油含量（%）13.002114.264114.3580.0943.13123.0021

22、04.446104.5590.1133.764从表3可知，第一份橡胶籽粉末样品残留油脂含量为3.131%，第二份橡胶籽粉末样品残留油脂含量为3.764%，其样品平均灰分含量为3.447%。此数据表明其橡胶籽样品含量也非常低，橡胶籽实验样品油脂前期处理很完全。由相关文献可知，橡胶籽仁油脂含量非常高，其油脂含量可高于50%，油脂含量太高，橡胶籽会因氧化作用而变质，油脂含量高的橡胶籽仁在常温下储藏时应放置于避光、低温、干燥、缺氧的环境中。所以要用正己烷除去橡胶籽仁粉末大部分油脂，处理后的橡胶籽粉末不但方便了保藏，也保证了后期研究橡胶籽蛋白质功能性质的可靠性。3.4 橡胶籽粉末粗蛋白的测定 脱脂后的橡

23、胶籽粉末进行粗蛋白测定，测定中用的盐酸要先进行标定，盐酸标定结果如表4所示，粗蛋白测定结果如表5所示。表 粗蛋白含量的计算组别m样(g)V前(ml)V后(ml) V(ml)V平(ml)Pro（g/100g)10.5070.418.818.418.5531.34118.937.618.720.5020.51918.518.4531.4831937.418.4由表4和粗蛋白计算公式可知，第一份橡胶籽粉末样品为31.341%，第二份橡胶籽粉末样品为31.483%，实验的样品粗蛋白含量31.412%。3.5 橡胶籽分离蛋白的吸水性吸水性是指蛋白质产品吸附或摄取水分的能力。通常用每克产品吸附水分的克数或

24、毫升数来表示11。影响蛋白质的吸水性因素主要有离子强度（Na+）、pH、温度等因素影响，本次实验主要研究离子强度（Na+）、pH、温度这三个主要因素对橡胶籽分离蛋白的吸水性影响。3.5.1 Na+强度对吸水性的影响图1 Na+强度对吸水性的影响由图1所示，随着离子强度的增大，离子强度对橡胶籽和大豆分离蛋白的吸水性影响趋势相似，都是随着离子强度增大吸水性逐渐增强，当离子强度到达某个临界点之后两者的吸水性都呈减弱趋势。橡胶籽分离蛋白在Na+浓度为0.2 mol/L，其吸水性达到最强，离子浓度0.2 mol/L则呈减弱趋势；大豆分离蛋白则在0.4 mol/L达到最强，之后也呈减弱趋势。在离子强度00

25、.3 mol/L时，橡胶籽分离蛋白的吸水性较大豆分离蛋白的吸水性要好，在离子强度0.4 mol/L附近时，大豆分离蛋白的吸水性比橡胶籽分离蛋白好。当浓度比较低时(0.1mol0.15mol)，中性电解质（NaCl溶液）的存在有利于蛋白质结合水，因为少量Na+与蛋白质结合后相当于增加了蛋白质的电荷密度;继续增加离子浓度，则蛋白质结合水能力下降，其原因是离子与水竞争蛋白基团，削弱了蛋白质的双电层10。盐离子的“脱水”能力与离子的电荷密度相关，离子半径越小，电荷密度越大，则“脱水”能力越强10。3.5.2 pH对吸水性的影响图2 pH对吸水性的影响由图2所示，橡胶籽分离蛋白在pH=4附近的吸水性最弱

26、，大豆分离蛋白则在pH=5附近时的吸水性最弱。这是因为这两个点分别是橡胶籽分离蛋白和大豆分离蛋白的等电点，蛋白质的溶解性低，也就是说橡胶籽和大豆分离蛋白的吸水性都是在等电点附近最弱，远离等电点慢慢增大，pH大于等电点时候，溶液趋于碱性时候其橡胶籽和大豆分离蛋白的吸水性则都有明显增强。这也说明碱性条件下，蛋白质的溶解性会明显增大，从而使蛋白质的吸水性明显增强。从图中也可以看出在碱性条件下，橡胶籽分离蛋白的吸水性比大豆分离蛋白的吸水性更好，在实际加工生产中可以利用这些特性改变蛋白质的吸水性质从而提高生产效率，降低成本。3.5.3 温度对吸水性的影响图3 温度对吸水性的影响从图3所示，橡胶籽分离蛋白

27、的吸水性要比大豆分离蛋白的吸水要好，两者吸水性变化趋势也是随着温度逐步升高，其两者的吸水性的变化过程都是逐渐变强，到达一个峰值后再逐渐变弱。只是大豆分离蛋白吸水性变强过程更快，当温度是40，大豆分离蛋白的吸水性达到最强，高于40之后随着温度升高，其吸水性就逐渐变弱了；而橡胶籽分离蛋白随着温度升高，其吸水性变强的趋势相对大豆分离缓和，在60时候其吸水性才达到峰值，在6080之后随着温度升高，其吸水性逐步减弱。3.6 橡胶籽分离蛋白的溶解性物质在各种溶剂中溶解性常以溶解度表示，是指在一定温度下，每100 克溶剂中所能溶解溶质最状小颗粒17。而在此提到橡胶籽分离蛋白溶解度，是指处于特定环境下橡胶籽分

28、离蛋白中可溶性橡胶籽分离蛋白所占百分比，即可认为处于特定环境下百克橡胶籽蛋白，能溶于特定溶剂最大克数17。关于蛋白质溶解度有两种表示方法:一是指氮溶解度指数(NSI)，二是指蛋白质分散度指数(PDI)。氮溶解度指数(NSI)常用来表示分离蛋白溶解度及其所含功能性蛋白含量。本次实验研究橡胶籽分离蛋白溶解性采用氮溶解度指数(NSI)来表示，主要研究离子强度（Na+）、pH、温度这三个主要因素对橡胶籽分离蛋白的溶解性影响。3.6.1 Na+强度对溶解性的影响图4 Na+对溶解性的影响由图4所示，橡胶籽分离蛋白和大豆分离蛋白的溶解度都是随着Na+浓度变化呈现现增加后降低趋势。在Na+为0.2 mol/

29、L处理的橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度都达到最大值，在此Na+浓度下橡胶籽分离蛋白的溶解度要不如大豆分离蛋白的溶解度，而在Na+浓度0.40.6 mol/L处理的橡胶籽的溶解性要好于大豆分离蛋白的溶解度。橡胶籽和大豆分离蛋白都是复杂的蛋白质，离子强度对蛋白质溶解度影响的机制较为复杂，在较低的离子强度下，橡胶籽分离蛋白的溶解度不如大豆蛋白的溶解度。但随着盐离子浓度的增大，对橡胶籽分离蛋白溶解度的影响较大，对橡胶籽分离蛋白有一定的变性作用，即蛋白质的盐溶和盐析性质，这时候橡胶籽的溶解性要好于大豆分离蛋白的溶解度。3.6.2 pH对溶解性的影响图5 pH对溶解性的影响由图5所示，不同的pH条件下，橡胶

30、籽和大豆分离蛋白的溶解度不同，当pH为24时，橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度都是随pH升高而降低，在pH=5时，橡胶籽和大豆大部分分离蛋白发生沉淀，此时他们的溶解度都是最小的。当pH大于511时，橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度都是随着pH的增高而增大，当pH在68时，橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度变化较小，但是在强碱的条件下两者的溶解度都有较大大幅度的提升。由相关文献可以知道，蛋白质分子主要是以正离子状态存在，电荷是相互排斥，蛋白分子分散性好，所以蛋白质的溶解度较好。但是随着pH的升高，橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度就逐步下降了，在其等电点附近，橡胶籽和大豆分离蛋白则是两性离子存在溶解度最小，当随着p

31、H的继续升高，橡胶籽和大豆分离蛋白分子又变成负离子，溶解度当然随pH的升高而升高。简而言之，在碱性范围内，橡胶籽分离蛋白和大豆分离蛋白溶解度随着pH的降低而降低，在等电点附近时溶解度降到最低。3.6.3 温度对溶解性的影响图6 温度对溶解性的影响由图6可见，橡胶籽和大豆分离蛋白的溶解度变化趋势相似，在3050 ，大豆分离蛋白的溶解度是随着温度升高而升高，当温为50 度达到时大豆分离蛋白溶解度最大，之后继续升温，大豆分离蛋白的溶解度则随着温度升高而降低；在3060 ，橡胶籽分离蛋白的溶解度也是随着温度升高而升高，当温为60 度达到时橡胶籽分离蛋白溶解度最大，继续升温，橡胶籽分离蛋白的溶解度同样随着温度升高而降低。由相关文献可知，在低温范围内，随着温度升温，蛋白分子的构象只是发生轻微变化，分子立体结构拉升有利于蛋白质分子和水分子的运动和相互作用16，故而温度的增加起到了增容作用；在高温范围内继续升温，由于热动能的增加导致蛋白质结构的展开（变性），原先埋藏