膜技術回收馬鈴薯蛋白的基本性能*

吳娜，劉凌，周明，孫慧，李國明，姜忠杰

(中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京，100015)

馬鈴薯汁水是馬鈴薯淀粉生產的副產物，來源于馬鈴薯原料在磋磨工段分離的細胞水。汁水中固形物含量為4% ～5%，其中約1/3是蛋白質、肽和氨基酸，還包括淀粉、纖維素、脂類、有機酸、多酚和礦物質［1］。目前國內的馬鈴薯淀粉企業(yè)基本沒有回收馬鈴薯蛋白的工序，通常作為廢水處理。國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，產品外觀為暗褐色、口感苦澀，很難用于食品，一般做動物飼料。

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

1 原料、試劑與儀器設備

1.1 原料及試劑

馬鈴薯汁水，內蒙古地區(qū)淀粉廠;預染 SDSPAGE低分子質量標準蛋白質，上海凱勃生物技術有限公司;超低分子質量標準蛋白質，中科瑞泰(北京)生物科技有限公司;α-茄堿(α-Solanine，≥95%)，美國 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 儀器設備

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

2 實驗方法

2.1 馬鈴薯蛋白濃縮液的制備

馬鈴薯淀粉生產磋磨工段產生的馬鈴薯汁水粗過濾為膜分離濃縮的原料。采用無機陶瓷膜進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 檢測方法

2.3.1 水分的測定

按照GB5009.3-2010的方法測定。

2.3.2 灰分的測定

按照GB5009.4-2010的方法測定。

2.3.3 蛋白質的測定

按照GB5009.5-2010的方法測定。

2.3.4 蛋白質功能性質的測定［5］

2.3.4.1 溶解性的測定

蛋白質的溶解度一般采用氮溶解指數(NSI)和蛋白質分散指數(PDI)表示。

本文以NSI為指標計算蛋白質的溶解性。

NSI/%=(水溶解氮/樣品總氮)×100

稱取蛋白質樣品0.3 g，溶于30 mL水中，不調節(jié)pH值，室溫磁力攪拌l h，4 000 r/min離心15 min，將上清液轉移，并定容至50 mL。取上清液測定水溶解氮的含量，從而計算氮溶解指數(NSI)。

2.3.4.2 持水力的測定

取50 mL塑料離心管稱重，稱取蛋白質樣品0.3 g置于離心管中，加蒸餾水30 mL，不調節(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。稱量離心管質量，計算蛋白質的持水力(WHC)。

蛋白質持水力(WHC)=(m2-m1-m0)/m0

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

2.3.4.3 乳化性的測定

配制蛋白質濃度為0.4%的懸濁液6 mL，不調節(jié)pH值，室溫加入10 mL植物油。在高速組織剪切機中均質(10 000 r/min)1 min，制成乳狀液。準確吸取底部乳狀液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，測定吸光度值(AOD)，并以乳化活性指數(EAI=AOD×100)表示乳化性。15 min后，再次測定吸光度值()。

式中:t為時間間隔。

2.3.4.4 起泡性的測定

將樣品配成2%的溶液50 mL，室溫不調節(jié)pH值。將溶液轉移至量筒中，測定此時溶液高度(h1)，用高速組織剪切機攪打(10 000 r/min)1 min，再立刻轉移至量筒內，測定此時泡沫高度(h2)，計算蛋白質的起泡性。

起泡性/%=(h2/h1)×100

泡沫穩(wěn)定性:經攪打形成的泡沫靜置30 min，測定泡沫高度(h3)，計算泡沫穩(wěn)定性。

穩(wěn)定性/%=(h3/h1)×100

2.3.5 馬鈴薯蛋白粉氨基酸的測定

按照GB 5009.124-2003的方法測定。

2.3.6 馬鈴薯蛋白粉相對分子質量分布的測定

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

超低分子質量蛋白質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-茄堿標準品制作標準曲線。氨基色譜柱(4.6 mm ×250 mm，5 μm)，UV 檢測器200 nm，流動相:V(乙腈)∶V(20 mmol/L KH2PO4)=75∶25，柱溫40℃，流速1.0 mL/min。

3 結果與討論

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果如表1所示。膜法回收所得馬鈴薯蛋白粉中蛋白質含量會有一定的差異，根據原料的蛋白質含量不同、膜種類、回收工藝的不同有一定的浮動范圍。除了水分、灰分和蛋白質外，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分析

本文以大豆分離蛋白為對照樣品，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，結果如表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，但持水力相差很大。說明馬鈴薯蛋白具有優(yōu)良的表面活性，可在氣-液界面形成堅韌的薄膜使大量氣泡進入并可使其保持穩(wěn)定。

3.3 馬鈴薯蛋白粉中蛋白質的相對分子質量分布范圍分析

新鮮馬鈴薯塊莖中的蛋白質主要是相對分子質量在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。超低分子質量的蛋白質電泳譜帶顯示，在20 kDa附近的譜帶條數很多，距離很近，幾乎沒有分開。由此可以判斷膜分離技術保留了馬鈴薯中的兩類主要蛋白質: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照品，馬鈴薯蛋白粉的氨基酸分析結果如表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。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品的安全性風險主要來自馬鈴薯原料帶入的生物堿［6］，其生物堿種類以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-茄堿標準品、馬鈴薯蛋白粉采用HPLC進行檢測。圖2表明，標品α-茄堿的出峰時間在7.5～8 min(標準曲線方程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)的含量在 500 mg/kg 左右，遠低于歐洲飼用馬鈴薯蛋白粉中SGA的含量。

圖2 α-茄堿標準品色譜圖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，相比熱絮凝的方法，膜技術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 結論

膜分離方法所得馬鈴薯蛋白保留了原馬鈴薯中兩類主要的蛋白質，具有優(yōu)良的功能性質和較高的營養(yǎng)價值，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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［5］ 劉素穩(wěn).馬鈴薯蛋白質營養(yǎng)價值評價及功能性質的研究［D］.天津:天津科技大學，2007:52-61.

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