专利名称：甘薯蛋白及其生产技术的制作方法
技术领域：
本发明属于农产品加工领域。
背景技术：
甘薯(Ipomoea batatas)是旋花科甘薯属的一个重要栽培品种，原产于南美洲，由于其高产稳产并具有抗干旱、耐瘠薄、适应性强、营养丰富等特点，在我国被大量地种植，产量仅次于水稻、小麦和玉米，占世界甘薯产量的80％以上(约1.2亿吨)。甘薯除含丰富的淀粉和糖类外，甘薯块根中一般还含有2-10g/100g于物质的蛋白质。在我国，甘薯主要用于生产甘薯淀粉、粉丝和粉条，作为副产物的甘薯蛋白往往被作为废水而排放掉，这不仅使环境受到污染，而且还造成了资源极大的浪费[王国扣.淀粉与淀粉糖，1997，(4)40-44.]。
中国种植的甘薯品种主要是苏薯、徐薯、北京2号等品种，为适应国内市场对甘薯的需求，许多甘薯种植基地纷纷从国外引进优良品种，这些品种在营养成分上有着很大的差异。许多品种不仅含有丰富的淀粉，还含有大量的蛋白质。例如，日本“红冬”鲜薯，蛋白质含量高达3.7％。
甘薯的药用价值在我国古书中曾被多次提到，如清代赵文敏《本草纲目拾遗》(1765)中写道“尔味甘平无毒。主治补中和血，暖胃肥五脏。白皮白肉者，益肺气生津。”李时珍的中草药著作《本草纲目》中也有“甘薯补虚乏，益气力，健脾胃强肾阴”的记载，并说食用甘薯可使人长寿。尽管甘薯记载有如此多的功效，但还缺乏有系统的研究。最近有报告称，甘薯蛋白质不仅是甘薯的主要营养成分，还具有较强的抗氧化性、脱氧抗坏血酸还原酶活性和单脱氧抗坏血酸还原酶活性，这意味着甘薯蛋白能够作为一种抗衰老物质加以利用。此外，甘薯蛋白除具有增强免疫力、降血脂、降血糖、减少高血压发病率和抗癌等功效外，还有防止糖尿病、白血病等多种疾病的作用(杨立明，陈锡民.1995.国外农学-杂粮作物.(2)44-45.；Kusano，S.et al.2001.Biosci.Biotechnol.Biochem.65(1)109-114.)。
国内有一些对甘薯糖蛋白提取方法的报道，但比较复杂(李亚娜等.2003.食品科学.24(1)118-121.)，首先要将甘薯在40-50℃温度下烘干，经粉碎机粉碎后，用不同的有机溶剂(乙醚、丙酮)反复提取过滤，再用水提取和乙醇沉淀，最后还要经过氯仿、正丁醇有机溶剂的纯化和水的溶解，经透析干燥获得粗品后，还要经过DEAE-52柱层析和Sephadex-100柱层析纯化，最终只能获得蛋白质含量约10％左右，分子量为62000的甘薯糖蛋白。众所周知，乙醚、丙酮、氯仿和正丁醇均含有不同程度的毒性，不适用于食品工业化生产，而且该法提取步骤繁琐，很难满足食品企业对产品投资少效益大的要求。
国外也有从甘薯中提取水溶性蛋白质(Sporamin)的报道，这种蛋白质被认为是由两种不同分子量的蛋白所构成，分别为31KDa和22KDa。虽然这两种蛋白质被推测为糖蛋白，但到目前为止仍未有实验能够予以证明(Masayoshi M.Phytochemistry.24(9)1899-1902.1985)。
综上所述，到目前为止国内外对甘薯蛋白的研究还仅仅局限于对甘薯蛋白质进行了简单的实验，既缺乏对蛋白质分离提取方法进行全面系统的分析，也没有对提取物的组分及其物化特性进行基础理论方面的研究。因此，阻碍了甘薯蛋白在食品领域中的进一步的发展和应用。
发明内容
本发明涉及一系列从甘薯中分离提取得到的蛋白产品。由于甘薯中所含化学成分因品种及其生长条件的不同而有所差异，因此从不同来源的甘薯中所获得的干燥蛋白粉末，其蛋白质含量和其它化学成分均有所不同，其范围如下蛋白质含量为60-90％(水溶性蛋白质含量为40-70％)，水分含量为3～14％；粗脂肪含量为1～6％；粗纤维含量为0.1～3％，灰份含量为0.1～3％(以上各物质的含量均为重量比)。从SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳的图谱中可以看出，此蛋白粉末主要是由三种不同分子量的蛋白所构成，它们的分子量分别被推算为22000，31000和50000(详见图3)。而PAS染色实验则证明这三种蛋白质均为糖蛋白(详见图4)。
另外本发明涉及一种快速简便地分离提取上述甘薯蛋白的生产技术。此方法所获得的蛋白提取物，不仅蛋白含量高，而且提取过程中不使用任何有机溶剂，所得到的产品食用安全可靠，可作为功能食品或添加剂被进一步应用。此方法操作简单，不需要复杂的仪器设备，适用于进行工业化大生产。具体制备方法如下甘薯汁液首先将洗净后的甘薯切成2cm见方的小块，为防止薯块褐变将薯块迅速放入亚硫酸氢钠含量至少为0.2g/Kg冰水溶液中(也可用亚硫酸或亚硫酸氢钾溶液代替)。然后用粉碎机将薯块打成浆状，再用纱布过滤，滤液用于提取蛋白质(该滤液也可从淀粉加工产生的废液中直接获得)。
甘薯蛋白将上述滤液在1500-10000g的离心力条件下离心，离心时间根据离心力的大小确定，最终目的使滤液中的淀粉和其他不溶性物质充分沉淀。取上清液用盐酸(也可用其它试剂，如食品工业中常用的柠檬酸或食用醋酸等)将滤液的pH调至3.5-6，静置后使蛋白质凝集沉淀下来，经离心后得到甘薯蛋白质沉淀物。
膜透析用10倍量5％(w/v)氯化钠溶液将甘薯蛋白质沉淀物稀释，再用氢氧化钠调至中性。经过透析膜(透析后产品中蛋白质含量明显提高，见实施例2结果)透析后进行浓缩(透析膜规格要求截留蛋白质分子量为8000以上)。
干燥处理本次实验主要采用了冷冻干燥(也可采用喷雾干燥、真空干燥等干燥方式)技术来获得干燥的蛋白质提取物，冻干需在低于0℃的温度条件下进行。此外，还可根据生产的需要对冷冻干燥前经过透析的蛋白溶液直接加以利用，也可将干燥后的粉末加工成不同形状的产品。
图1表示用本发明方法所获得的红冬蛋白产品。
图2表示用本发明方法所获得的22-5蛋白产品。
图3表示玉丰甘薯蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱(考马斯亮兰染色)，其中“1”为蛋白标样；“2”为pH 4处理透析后样品；“3”为pH 4.5处理透析后样品；“4”为pH4处理非透析样品；“5”为pH4.5处理非透析样品。结果表明，产品中主要含有三种不同分子量的蛋白质，分别为22,000、31,000和50,000。
图4表示玉丰甘薯蛋白的SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱(PAS染色)，其中“1”为pH 4处理透析后样品；“2”为pH 4.5处理透析后样品；“3”为pH4处理非透析样品；“4”为pH4.5处理非透析样品。结果表明产品中的三种主要蛋白质均为糖蛋白。
具体实施例方式
实施例1本实施例以红冬甘薯为例详细说明甘薯蛋白提取物的制备方法。
a、将洗净后的甘薯切成2cm见方的小块，为防止薯块褐变放入0.5g/Kg亚硫酸氢钠冰水溶液中。
b、将薯块用粉碎机打成浆状，过滤。
c、将滤液在3000g(离心机型号LXY-IIB型，上海安亭科学仪器厂)，室温下离心30min，使滤液中的淀粉充分沉淀。
d、用2N盐酸(分析纯)将上清液的pH调至4。
e、在3000g(离心机型号同上)，室温下离心30min。
f、倾去上清液，将沉淀用10倍的5％氯化钠溶液稀释后，用2N氢氧化钠调至中性。
g、经过透析膜(购于北京欣经科试剂公司，美国碳化公司产品，规格截留分子量8000以上)透析后进行冷冻干燥获得干燥的蛋白粉末。
实施例2此实施例以玉丰甘薯为例，说明提取过程中透析处理对产品中蛋白质含量的影响。
将玉丰甘薯去除淀粉后的滤液分成两部分，一部分用盐酸调节pH至4，另一部分调节pH为4.5，将离心后沉淀用10倍的蒸馏水稀释，再分别将其分为两部分，一部分溶液直接进行冷冻干燥，另一部分溶液则放入约30倍的蒸馏水中进行透析后，进行冷冻干燥，分别获取各自的干提取物。这些提取物中蛋白质的含量用Markwell等人[MarkwellM.A.K.Anal.Biochem.1978，87206-210]和Peterson[Peterson G.L..Anal.Biochem.1977.193265-275]的蛋白定量方法进行了测定，蛋白标准样品牛血清购自美国Sigma公司。结果(见表1)表明无论pH 4还是pH 4.5，透析后样品中蛋白质含量均有明显地升高，这表明通过透析处理，排除了分子量较小的蛋白质和游离态的盐类小分子，大大提高了水溶性蛋白质的纯度。
表1冷冻干燥后样品中水溶性蛋白质的含量
实施例3此实施例为了筛选最适宜的甘薯品种，用凯氏定氮法测定了不同甘薯品种的蛋白质含量。结果(表2)表明不同品种甘薯中蛋白质含量有明显的不同，红冬甘薯中蛋白质含量最高，为玉丰甘薯的2.64倍，因此在制备甘薯蛋白提取物时，选择蛋白质含量高的甘薯品种是很重要的。
具体实验方法如下称取甘薯2g置于消化管中，加浓硫酸12ml，消化温度420℃，时间1.5小时，用凯氏定氮仪测定甘薯中蛋白质含量(瑞典Foss公司KIELTECANALYSISER凯氏定氮仪)。
表2甘薯蛋白质含量(w/w，％)
实施例4此实施例主要介绍了从红冬甘薯蛋白干燥粉末中各种化学成分的测定方法及其结果。
蛋白质含量测定称取0.20g红冬蛋白粉末放入消化管中，加浓硫酸12ml，消化温度420℃，时间1.5小时，用凯氏定氮仪测定甘薯中蛋白质含量(瑞典Foss公司KIELTECANALYSISER凯氏定氮仪)。
粗纤维测定称取1.0g红冬蛋白提取物放置在预干燥的坩埚里。用福斯特卡托公司2010半自动纤维分析仪，热浸提方法提取粗纤维，浸提结束后将浸提管用水洗3遍，将样品转移到样品架上，在室温下放置到有机溶剂完全挥发，然后将样品放入100℃的烤箱中，烘烤10分钟，除去有机溶剂。再在130℃±2℃的烤箱中烘烤两小时。将坩埚置于干燥器中冷却到室温，称重精确到1.0g±0.002g。然后在525℃±10℃灰化样品，最少3小时。再将坩埚置于干燥器中冷却到室温，称重精确到1.0g±0.002g，计算粗纤维含量。
脂肪测定称取1.0g红冬蛋白提取物放置在洁净的纸套筒中，加入少量脱脂棉，在浸提烧杯中加80ml石油醚，用福斯特卡托公司Soxtec Avanti 2050自动脂肪检测仪提取样品中脂肪。浸提结束后，取出提取杯，并将提取杯置于100℃干燥箱中30分钟，在干燥器中冷却再称重，计算脂肪含量。
水分测定和灰分测定水分测定和灰分测定参照黄伟坤的方法(黄伟坤等编.1989.食品检验与分析.P8；P18)。
红冬蛋白提取物中化学成分结果见表3。
表3红冬蛋白提取物成分表
实施例5此实施例以玉丰蛋白提取物为例，用SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳检测蛋白提取物中蛋白质的构成。
具体方法如下SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳是依照Laemmli[Laemmli.Nature.1970.227680-685]的方法，冻干后的粉末分别与含有1％SDS、0.5M Tris-HCl、60mM EDTA-2Na、12％glycerol样品溶解液以一定比例混合，在泳动前可溶性蛋白质样品被放在沸水中加热约2分钟后离心。浓缩胶浓度为5％、分离胶浓度为15％，采用25％甲醇、10％醋酸和0.25％考马斯亮兰R-250对蛋白进行染色，用25％甲醇和7％醋酸作为脱色液，分子量标样购自美国SIGMA公司。为了进一步验证蛋白是否属于糖蛋白质，泳动后的胶体参照Zacharius和Zell[Zacharius and R.M.，Zell，T.E..Anal.Biochem.1969.30148-152]的方法进行了糖蛋白染色实验。结果(见图3和图4)表明玉丰甘薯蛋白提取物中含有三种蛋白质，分子量分别为22,000、31,000和50,000，而且这三种蛋白质均为糖蛋白。
权利要求
1.一种甘薯蛋白，其特征是由下列组份重量比组成蛋白质为 60～90％水分 3～14％粗脂肪 1～6％粗纤维 0.1～3％灰份 0.1～3％此蛋白粉末主要由三种不同分子量的蛋白构成，它们的分子量分别为22000、31000和50000，三种蛋白质均为糖蛋白。
2.一种甘薯蛋白的生产技术，其特征为a、甘薯汁液首先将洗净后的甘薯切成2cm见方的小块，放入含量至少为0.2g/kg的亚硫酸氢钠或亚硫酸或亚硫酸氢钾冰水溶液中，然后用粉碎机将薯块打成浆状，再用纱布过滤；b、甘薯蛋白将上述滤液在1500～10000g的离心力条件下离心至滤液中的淀粉和其它不溶性物质充分沉淀，取上清液用盐酸或柠檬酸或食用醋酸将滤液的pH值调至3.5～6，得到甘薯蛋白质沉淀物；c、膜透析用10倍量5％(w/v)氧化钠溶液将甘薯蛋白质沉淀物稀释，再用氢氧化钠调至中性，经过透析膜透析，透析膜规格要求截留分子量在8000以上，透析后进行浓缩；d、干燥处理采用冷冻技术，获得干燥的蛋白质提取物，冻干最好在低于0℃的温度条件下进行。
3.按权利要求2所述的生产技术，其特征是甘薯汁液也可以是从淀粉加工产生的废液中直接获得。
4.按权利要求2所述的生产技术，其特征是干燥处理也可采用喷雾干燥或真空干燥。
5.按权利要求2所述的生产技术，其特征是干燥后的产品加工成不同形状的产品。
全文摘要
本发明属农产品加工领域。本发明从甘薯中分离提取的蛋白产品，其组成蛋白质为60～90％，水分占3～14％，粗脂肪1～6％，粗纤维0.1～3％，灰分为0.1～3％，其蛋白粉末主要由三种不同分子量构成分别为22000、31000和50000。本发明是一种快速简单分离提取甘薯蛋白生产技术，用粉碎、过滤、离心、沉淀、上清液调至pH3.5～6，再经膜透析、干燥处理得到蛋白粉末，该方法取得的蛋白粉末，蛋白质含量高，不用有机溶剂，安全可靠，适用于工业化生产，可作为功能食品或添加剂被进一步应用。
文档编号A23L1/216GK1720814SQ20041006896
公开日2006年1月18日 申请日期2004年7月15日 优先权日2004年7月15日
发明者木泰华, 孙艳丽, 刘鲁林, 魏益民 申请人:中国农业科学院农产品加工研究所