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核桃粕是核桃经过挤压出油后的副产品,数量巨大,大多数核桃粕都被用来喂养动物或被直接丢弃.核桃粕是蛋白质的良好来源,然而,目前对核桃蛋白的研究主要集中在碱法提取核桃蛋白上.这种传统方法不仅费时低效,而且加工工艺也不适应于未来工业的发展.因此,研究一种有效的制备方法来克服这些缺点意义重大.
本研究的目的是:(1)优化扫频超声辅助碱提核桃蛋白技术,同时与传统碱提技术相对比,评价超声处理对核桃蛋白性能的影响;(2)建立扫频超声辅助碱提核桃蛋白的动力学模型,同时考察超声的影响;(3)优化超声辅助核桃蛋白酶解技术,并与传统酶解技术比较,评价超声处理对核桃多肽性能的影响.主要结论如下:
(1)扫频超声辅助碱提核桃蛋白的研究结果表明,研究的所有超声因素对核桃蛋白的产量和含量均有显著影响.获得了核桃蛋白的最佳超声辅助碱液提取工艺参数为:料液比1∶12、pH值9.0、初始温度15℃、频率28kHz、扫频振幅1.5kHz、扫频周期100ms、占空比77%(10s/3s)、处理时间90min,在此条件下,核桃蛋白得率和含量分别为14.7%和34.7%.与传统碱提相比(10.9%和31.6%),蛋白得率和含量分别增加了34.9%和9.8%.由此得出超声处理显著提高了核桃蛋白的得率和含量.傅里叶红外光谱、荧光光谱、圆二色谱和扫描电镜结果表明,超声处理提高了蛋白质间的氢键作用力和环状酰胺的形成,破坏了核桃蛋白的三级结构,并使二级结构趋于有序,微观结构更加分散,这有利于提高超声提取的核桃蛋白的热稳定性.
(2)扫频超声辅助碱提取动力学的研究结果表明,超声功率强度(UPI)和超声温度对可溶性蛋白的浓度和溶出率均有正向影响,两者具有协同作用,超声显著提高了核桃粕中核桃蛋白的提取率.在不考虑蛋白聚集影响的情况下,得到真实的动力学模型为:y=8.588E-6·P0.015T2.801[1-exp(-7.896E-15P0.957T2.702·t)]+0.1909exp(-7.896E-15·P0.957T2.702·t)在该模型中,可溶性蛋白溶出率y∞的数值大小与超声功率强度、超声温度和超声时间有关.傅里叶红外光谱结果表明在较短的超声处理时间内,超声处理使蛋白质中C=O基团与附近基团结合形成了环状酰胺.荧光结果表明,超声波干扰了核桃蛋白的三级结构.圆二色谱结果表明,超声处理后核桃蛋白质的二级结构发生了显著变化,变得更加有序.SEM结果表明,超声波使得可溶性蛋白和提取后残渣的微观结构发生了明显的变化,变得更加分散.
(3)超声工作模式筛选试验结果表明,较平板式超声(A、B、C、D和E)而言,探头式超声(F、G和H组)可显著提高核桃多肽的活性.其中,20/40kHz(H组)探头式超声模式下的ACE抑制率最高.因此,超声辅助核桃蛋白酶解制备核桃多肽的最佳条件为:底物浓度20g/L、加酶量16500U/g、酶解温度50℃、pH值9.0、超声功率强度100W/L、频率组合20/40kHz、超声占空比10s/5s、超声工作时间30min、剩余酶解时间120min.在此条件下,DH和ACE抑制率分别为24.5%和59.3%.与传统酶解相比,超声处理后多肽的ACE抑制率显著提高,提高率达23.8%.在酶解过程中,超声处理使得多肽的分子量分布更集中在200-1000Da,且分子量在200-1000Da的多肽含量显著增加了30.3%.此外,超声处理后,多肽液中疏水性氨基酸含量显著提高,提高率高达4.0%.分子量在200-1000Da的多肽含量和多肽中疏水性氨基酸含量的增加都有利于高活性肽组分的产生,这可以很好地解释超声处理使得多肽的ACE抑制率提高的原因.
本研究的目的是:(1)优化扫频超声辅助碱提核桃蛋白技术,同时与传统碱提技术相对比,评价超声处理对核桃蛋白性能的影响;(2)建立扫频超声辅助碱提核桃蛋白的动力学模型,同时考察超声的影响;(3)优化超声辅助核桃蛋白酶解技术,并与传统酶解技术比较,评价超声处理对核桃多肽性能的影响.主要结论如下:
(1)扫频超声辅助碱提核桃蛋白的研究结果表明,研究的所有超声因素对核桃蛋白的产量和含量均有显著影响.获得了核桃蛋白的最佳超声辅助碱液提取工艺参数为:料液比1∶12、pH值9.0、初始温度15℃、频率28kHz、扫频振幅1.5kHz、扫频周期100ms、占空比77%(10s/3s)、处理时间90min,在此条件下,核桃蛋白得率和含量分别为14.7%和34.7%.与传统碱提相比(10.9%和31.6%),蛋白得率和含量分别增加了34.9%和9.8%.由此得出超声处理显著提高了核桃蛋白的得率和含量.傅里叶红外光谱、荧光光谱、圆二色谱和扫描电镜结果表明,超声处理提高了蛋白质间的氢键作用力和环状酰胺的形成,破坏了核桃蛋白的三级结构,并使二级结构趋于有序,微观结构更加分散,这有利于提高超声提取的核桃蛋白的热稳定性.
(2)扫频超声辅助碱提取动力学的研究结果表明,超声功率强度(UPI)和超声温度对可溶性蛋白的浓度和溶出率均有正向影响,两者具有协同作用,超声显著提高了核桃粕中核桃蛋白的提取率.在不考虑蛋白聚集影响的情况下,得到真实的动力学模型为:y=8.588E-6·P0.015T2.801[1-exp(-7.896E-15P0.957T2.702·t)]+0.1909exp(-7.896E-15·P0.957T2.702·t)在该模型中,可溶性蛋白溶出率y∞的数值大小与超声功率强度、超声温度和超声时间有关.傅里叶红外光谱结果表明在较短的超声处理时间内,超声处理使蛋白质中C=O基团与附近基团结合形成了环状酰胺.荧光结果表明,超声波干扰了核桃蛋白的三级结构.圆二色谱结果表明,超声处理后核桃蛋白质的二级结构发生了显著变化,变得更加有序.SEM结果表明,超声波使得可溶性蛋白和提取后残渣的微观结构发生了明显的变化,变得更加分散.
(3)超声工作模式筛选试验结果表明,较平板式超声(A、B、C、D和E)而言,探头式超声(F、G和H组)可显著提高核桃多肽的活性.其中,20/40kHz(H组)探头式超声模式下的ACE抑制率最高.因此,超声辅助核桃蛋白酶解制备核桃多肽的最佳条件为:底物浓度20g/L、加酶量16500U/g、酶解温度50℃、pH值9.0、超声功率强度100W/L、频率组合20/40kHz、超声占空比10s/5s、超声工作时间30min、剩余酶解时间120min.在此条件下,DH和ACE抑制率分别为24.5%和59.3%.与传统酶解相比,超声处理后多肽的ACE抑制率显著提高,提高率达23.8%.在酶解过程中,超声处理使得多肽的分子量分布更集中在200-1000Da,且分子量在200-1000Da的多肽含量显著增加了30.3%.此外,超声处理后,多肽液中疏水性氨基酸含量显著提高,提高率高达4.0%.分子量在200-1000Da的多肽含量和多肽中疏水性氨基酸含量的增加都有利于高活性肽组分的产生,这可以很好地解释超声处理使得多肽的ACE抑制率提高的原因.