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核桃蛋白组分的营养价值、功能特性及抗氧化性研究

发布日期:2019-05-22 中国油脂网

 韩海涛1,宴正明2,张润光1,戚登斐1,杨 涛1,张有林1
(1.陕西师范大学 食品工程与营养科学学院,西安 710119; 2.陕西省林业科学院,西安 710082)
 
 
摘要:以“清香”核桃为原料,经液压榨油机冷榨取油后得到核桃饼,将其粉碎,再用石油醚对核桃饼进行脱脂处理得到脱脂核桃粕,从中提取清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白-1、谷蛋白-2 5种蛋白质,并测定5种蛋白质的营养价值、功能特性及抗氧化性。结果表明:5种蛋白质氨基酸组成中,谷氨酸含量最高,精氨酸次之,5种蛋白质均具有良好的乳化性、乳化稳定性;谷蛋白-1必需氨基酸含量最高,占37.14%,谷蛋白-2的乳化性、起泡性和泡沫稳定性最佳,分别为278.66 m2/g、50.03%、60.01%;球蛋白乳化稳定性最高,为75.27%;清蛋白对DPPH自由基清除能力最高,清除率为97.15%。
关键词:核桃蛋白;组分;营养价值;功能特性;抗氧化性
中国分类号:TS229;TQ646   文献标识码:A
文章编号:1003-7969(2019)04-0029-06
 
Nutritional value, functional characteristics and antioxidant
activities of fractions in walnut protein
HAN Haitao1, YAN Zhengming2, ZHANG Runguang1,
QI Dengfei1, YANG Tao1, ZHANG Youlin1
(1.College of Food Engineering and Nutritional Science, Shaanxi Normal University, Xi’an 710119,
China; 2.Shaanxi Academy of Forestry,Xi’an 710082,China)
 
 
Abstract:“Qingxiang” walnut was used as material. After the oil was extracted by hydraulic press, the walnut cake was obtained. The walnut oil was defatted with petroleum ether to obtain the defatted walnut meal, and the albumin, globulin, alcohol soluble protein, glutelin-1 and gluten-2 were extracted. The nutritional value, functional characteristics and antioxidant activities of the five proteins were determined. The results showed that the glutamate content in the five protein amino acid components was the highest, followed by arginine, and the five proteins all had good emulsifying ability and emulsion stability. The essential amino acid content in glutelin-1 was the highest, accounting for 37.14%. The emulsifying ability, foamability and foam stability of gluten-2 were the best, which were 278.66 m2/g, 50.03% and 60.01%, respectively. The globulin had the highest emulsion stability (75.27%). Albumin had the highest DPPH· scavenging ability, which was 97.15%. 
Key words:walnut protein; fraction; nutritional value; functional characteristic; antioxidant activity

核桃(JuglanslegiaL.)又名胡桃,起源于亚洲西部\[1\],在我国种植面积广泛,截至2015年底,栽培面积320万hm2,年产量290万t\[2\],居世界首位。核桃除直接食用外,还用来榨取核桃油。核桃仁冷榨取油后的核桃饼,依然保留大部分营养物质,其中蛋白质含量高达50%,且18种氨基酸齐全,精氨酸含量很高\[3-5\],这些成分对人体具有良好的保健功能\[6-8\]。但目前我国核桃饼粕多用作肥料或饲料,造成优质蛋白资源极大浪费\[9\]。
 
蛋白质中可溶性组分与蛋白质的功能特性密切相关。大豆蛋白中的7S球蛋白具有良好的乳化性,决定了大豆蛋白的凝胶特性\[10\]。绿豆清蛋白、玉米醇溶蛋白、燕麦球蛋白等因其特殊的理化性质被广泛应用于食品加工。蛋白的溶解度影响其功能特性,一般溶解性好的蛋白质更有利于广泛应用。添加溶解度高的蛋白可提高饮料制品的营养价值,且具有透明度好、黏度高等优点\[11\]。目前,利用植物蛋白分离组分的特殊功能生产多元功能产品已屡见不鲜。
 
在蛋白保健功能研究方面,多种蛋白以及相关的多肽产品被广泛应用。从绿豆蛋白中分离抗氧化活性肽\[12\],大豆多肽具有降血压、降胆固醇等功能\[13\],从海地瓜蛋白、金枪鱼蛋白中分离ACE抑制肽\[14-15\]。核桃蛋白具有一定的抗氧化性,并能有效防御心血管疾病、肥胖症、糖尿病等多种疾病\[16-18\]。核桃蛋白具有药食同源性,且可以改善食品原有品质,但针对其组分分离的研究少有报道。本研究分离与纯化核桃粕中的主要蛋白质,并研究这些蛋白质的营养价值、功能特性及抗氧化性,旨在为核桃蛋白的综合利用提供理论依据。
 
1材料与方法
 
1.1试验材料
 
“清香”核桃,购于安康市汉滨区瀛湖镇。
 
硫酸、硫酸钾、硫酸铜、石油醚、乙醇、铁氰化钾、三氯乙酸、氯化铁、氯化亚铁、冰乙酸、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、氢氧化钠、氯化钠、考马斯亮蓝G250、牛血清白蛋白、8-苯胺-1-萘磺酸(ANS)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH),均为分析纯。
 
Kjeltec2300型全自动凯氏定氮仪,瑞典福斯公司;L-8900全自动氨基酸分析仪,日本Hitachi公司;DL-4C低速大容量离心机,奥林巴斯公司;XHF-D高速分散器;RF-6000荧光分光光度计,日本岛津公司;PHS-3C精密pH计;QL-866旋涡混合器。
 
1.2试验方法
 
1.2.1核桃蛋白的分离与纯化
 
将核桃仁粉碎,用液压榨油机冷榨50min取油后得到核桃饼,粉碎。取一定量核桃饼粉,按料液比1∶5加入石油醚,振荡3h,抽滤,重复两次,45℃烘干得到脱脂核桃粕。采用Kumar等\[19\]的方法,收集核桃总蛋白。采用王美玉等\[20\]的方法,分别收集清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白-1、谷蛋白-2溶液。将总蛋白、球蛋白、谷蛋白-1及谷蛋白-2溶液透析48h。将所有蛋白组分冻干,-20℃下保存备用。
 
1.2.2氨基酸组成测定
 
利用凯氏定氮法测定各组分的蛋白质含量,按照谢蓝华等\[21\]的方法测定氨基酸含量。并计算非极性氨基酸含量(NPS)和极性氨基酸含量与非极性氨基酸含量的比率(P)。
 
1.2.3溶解度测定
 
用pH7.0的PB缓冲液(0.01mol/L)将核桃蛋白配制成1mg/mL溶液,搅拌30min,于4℃、8000r/min离心20min,收集上清液,用凯氏定氮法测定上清液及样品中蛋白质含量并计算氮溶指数(NSI)。
 
NSI=上清液蛋白质含量/样品中蛋白质含量×100%
 
1.2.4表面疏水性测定
 
疏水性的测定采用ANS荧光探针法\[22\]。以蛋白质质量浓度为横坐标,荧光强度为纵坐标作图,所得曲线的斜率即为核桃蛋白组分的表面疏水性指数。
 
1.2.5乳化性及乳化稳定性测定
 
采用浊度法测定5种核桃蛋白组分在不同NaCl浓度下的乳化性及乳化稳定性。
 
乳化性(EAI)=2.303×2×A0×稀释因子/(C×Φ×10000)
 
乳化稳定性(ESI)=At/A0×100%
 
式中:C为蛋白质质量浓度,1mg/mL;Φ为组分蛋白对应乳状液的油体积(0.25);稀释因子为50;A0为500nm下稀释的乳状液的吸光值;At为500nm下稀释的乳状液10min后的吸光值。
 
1.2.6起泡性及泡沫稳定性测定
 
取30mL0.5mg/mL的蛋白样品,NaCl浓度分别为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6mol/L,均质(10000r/min,1min),记录均质停止时体积(V0)以及10min后泡沫的体积(Vt),计算起泡性及泡沫稳定性。
 
起泡性(FC)=V0/30×100%
 
泡沫稳定性(FS)=Vt/V0×100%
 
1.2.7DPPH自由基清除率测定
 
参照文献\[23\]测定核桃蛋白组分的DPPH自由基清除率,以0.4mg/mL丁羟甲苯(BHT)作对照。
 
1.2.8还原力测定
 
量取1mL样品溶液(0.5mg/mL)、2.5mL0.2mol/L磷酸盐缓冲液(pH6.6)、2.5mL铁氰化钾溶液(10mg/mL,0.1%)混匀,将混合物在50℃下水浴20min。在混合物中加入2.5mLTCA(100mg/mL),4000r/min下离心10min。取上清液、蒸馏水和氯化铁(10mg/mL,0.1%)各2.5mL混合,反应10min后测定700nm处吸光值。空白对照不加氯化铁,空白对照为0.1mg/mL丁羟甲苯(BHT),以吸光值反映还原力。
 
1.2.9羟基自由基清除率测定
 
参照文献\[24\]测定核桃蛋白组分的羟基自由基清除率。
 
1.2.10超氧阴离子自由基清除率测定
 
参照文献\[25\]测定核桃蛋白组分的超氧阴离子自由基清除率。
 
1.2.11金属螯合性测定
 
将1mL的样品(0.5mg/mL)加入蒸馏水至28mL,并添加50μL2mmol/L的FeCl2和150μL2mmol/L的菲啰嗪,10min后在波长562nm处测吸光值At,以1mL蒸馏水代替样品作为空白对照,测其吸光值A0。计算金属离子整合率。
 
螯合率=(1-At/A0)×100%
 
1.2.12营养价值评价
 
蛋白质营养价值的评价方法主要有生物学法和氨基酸分析评价法。根据核桃所含主要蛋白质的类型,本文采用氨基酸分析评价法\[26\],通过测定核桃粕蛋白质体外消化率(IVPD)、必需氨基酸含量等参数,并与FAO/WHO推荐的氨基酸含量对比评价其营养价值\[27\]。体外消化率采用双酶法测定。
 
2结果与分析
 
2.1核桃饼粕中主要成分及含量(见表1)
 
 
由表1可知,核桃饼中蛋白质含量为48.64%,脱脂核桃粕中蛋白质含量为60.05%。此外,脱脂核桃粕提取可溶性蛋白质组分得到6.63%清蛋白、14.89%球蛋白、5.81%醇溶蛋白、21.9%酸性谷蛋白(谷蛋白-1)和50.77%碱性谷蛋白(谷蛋白-2),由此看出谷蛋白是核桃蛋白的主要成分,尤其是碱性谷蛋白,这与Sze-Tao等\[28\]研究结果略有不同,可能是原料差异所致。
 
2.2核桃蛋白组分营养价值与理化性质
 
2.2.1核桃蛋白组分氨基酸组成与营养特征(见表2)
 
 
2.2.2核桃蛋白组分的功能特性
 
在室温、pH7.0条件下测定核桃蛋白各组分的溶解度。在室温、NaCl浓度0mol/L下测定核桃蛋白各组分的乳化特性和起泡特性,结果见表3。
 
 
由表3可以看出,5种核桃蛋白组分中,清蛋白、谷蛋白-2以及醇溶蛋白的表面疏水性较高,谷蛋白-1最低。清蛋白的氮溶指数最高,为6121%,从整体上看,核桃蛋白组分的溶解性较差,原因可能是原料中存在酚类与单宁类物质。5种蛋白均显示出良好的乳化性和乳化稳定性,其中谷蛋白-2的乳化性最高,其次是清蛋白,5种蛋白良好的乳化性可能与其较高的表面疏水性有关,蛋白质分子可以快速进入油相和水相界面形成乳化层,表现出良好的乳化性。球蛋白的乳化稳定性最高,其次是醇溶蛋白。谷蛋白-2和球蛋白具有相对较好的起泡性和泡沫稳定性,醇溶蛋白和谷蛋白-1起泡性和泡沫稳定性较差。
 
2.2.3NaCl浓度对核桃蛋白组分乳化特性、起泡特性的影响(见图1~图4)
 
 
 
 
 
 
之间的关系
 
由图1、图2可以看出,不同核桃蛋白组分,NaCl浓度对其乳化特性的影响不同。谷蛋白-2的乳化性随着NaCl浓度的增加急剧降低,清蛋白的乳化性随NaCl浓度的增加而缓慢下降,谷蛋白-1的乳化性在NaCl浓度0~0.4mol/L随NaCl浓度增加而升高,在0.4~0.6mol/L随NaCl浓度增加而下降,球蛋白与醇溶蛋白的乳化性在NaCl浓度0~0.2mol/L随浓度增加而升高,在0.2~0.4mol/L随浓度增加而下降,在0.4~0.6mol/L趋于平稳。清蛋白与谷蛋白-1的乳化稳定性在NaCl浓度0~0.2mol/L随浓度增加而升高,在0.2~0.4mol/L随浓度增加而下降,在0.4~0.6mol/L随浓度增加而上升。球蛋白的乳化稳定性在NaCl浓度0~0.2mol/L随浓度增加而下降,在0.2~0.6mol/L随浓度增加而升高,醇溶蛋白的乳化稳定性在NaCl浓度0~0.4mol/L随浓度增加而升高,在0.4~0.6mol/L随浓度增加而下降。原因可能是不同NaCl浓度下各蛋白组分的表面疏水性发生了变化,从而影响了乳化性与乳化稳定性。
 
由图3、图4可以看出,5种核桃蛋白组分中,谷蛋白-2和球蛋白具有相对较好的起泡性和泡沫稳定性,二者的起泡性在NaCl浓度0~0.4mol/L时随浓度增加而升高,在NaCl浓度0.4~0.6mol/L时随浓度增加而降低。谷蛋白-2的泡沫稳定性在NaCl浓度0~0.1mol/L随浓度增加而下降,在0.1~0.4mol/L随浓度增加而升高,在0.4~0.6mol/L随浓度增加而下降。球蛋白的泡沫稳定性在NaCl浓度0~0.2mol/L随浓度增加而升高,在0.2~0.3mol/L随浓度增加而下降,在0.3~0.6mol/L随浓度增加而缓慢升高。醇溶蛋白、清蛋白、谷蛋白-1的起泡性和泡沫稳定性较差。原因可能是不同NaCl浓度下蛋白质发生“盐溶”“盐析”的结果。
 
2.3核桃蛋白组分的抗氧化性(见表4)
 
 
 
由表4可知,在相同质量浓度下,清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白-2的DPPH自由基清除能力最高,分别是97.15%、9335%和90.58%,明显高于BHT的(73.50%),很可能是因为这3种蛋白具有较高的表面疏水性。而球蛋白和谷蛋白-1的DPPH自由基清除率较低,可能是因为其表面疏水性较低。
 
有研究\[29\]表明,抗氧化活性和还原力之间可能存在正相关性,可以通过还原力的大小来表示抗氧化活性的强弱。由表4可知,醇溶蛋白的还原力最高,且显著高于BHT的,可以作为良好的抗氧化剂,其次是球蛋白。
 
在相同质量浓度下,5种核桃蛋白组分的羟基自由基清除活性大小顺序为醇溶蛋白>球蛋白>谷蛋白-2>谷蛋白-1>清蛋白。其中,醇溶蛋白对羟基自由基的清除能力(111.2%)明显超过BHT的(77.31%)。羟基自由基清除活性与一些生理活性有直接关系,具有一定的羟基自由基清除活性,很有可能具有ACE抑制活性\[30\]。
 
5种核桃蛋白组分的超氧阴离子自由基清除率大小顺序为谷蛋白-1>谷蛋白-2>醇溶蛋白>球蛋白>清蛋白,并且均高于BHT的。
 
金属离子在自由基氧化过程中充当催化剂,因此将其螯合可降低其催化作用。由表4可知,5种核桃蛋白组分对金属离子的螯合能力均低于对照BHT的。
 
3结论
 
从核桃粕中提取5种核桃蛋白组分,对其营养价值、功能特性及抗氧化性进行测定。5种蛋白质氨基酸组成中,谷氨酸含量最高,精氨酸次之。谷蛋白-2的乳化性、起泡性和泡沫稳定性最佳,分别为278.66m2/g、50.03%、60.01%。球蛋白乳化稳定性最高,为75.27%。清蛋白对DPPH自由基清除能力最高,清除率为97.15%,其次为醇溶蛋白,清除率为93.35%,均高于BHT的(73.50%),醇溶蛋白金属螯合性虽低于BHT,但还原力高于BHT,抗氧化活性和还原力之间存在正相关性,说明醇溶蛋白可以作为良好的抗氧化剂。

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