植物葉蛋白提取及脫色研究進(jìn)展

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(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,江蘇南京 210037; 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,江蘇南京 210014)

植物葉蛋白提取及脫色研究進(jìn)展

施曼1,2,高巖2,*,易能2,張維國(guó)2,嚴(yán)少華2,*

(1.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院,江蘇南京 210037; 2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所,江蘇南京 210014)

植物葉蛋白是一種潛在的可再生蛋白資源,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富。葉蛋白的高效率、優(yōu)質(zhì)提取是實(shí)現(xiàn)其高價(jià)值資源化利用的前提。本文介紹了常用的葉蛋白提取方法以及獲取優(yōu)質(zhì)葉蛋白使用的脫色方法,闡明了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合已有的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了植物葉蛋白提取及脫色存在的問(wèn)題,并針對(duì)面向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的葉蛋白提取方法及脫色方法提出了優(yōu)化建議,以期為高品質(zhì)葉蛋白的進(jìn)一步研發(fā)和應(yīng)用提供參考。

葉蛋白,提取方法,脫色方法,資源化利用

植物葉蛋白是以新鮮植物的莖葉為原料,經(jīng)壓榨后從其汁液中提取的綠色蛋白濃縮物[1],簡(jiǎn)稱葉蛋白(Leaf protein concentration,LPC),富含人體所需的必需氨基酸和非必需氨基酸,是一種原料豐富、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、無(wú)膽固醇、可再生的新型蛋白資源。高效率地提取優(yōu)質(zhì)的植物葉蛋白可為人類膳食、飼料加工、養(yǎng)殖業(yè)、畜牧業(yè)提供豐富的蛋白質(zhì)資源,滿足世界人口劇增和人民生活水平提高所帶來(lái)的對(duì)優(yōu)質(zhì)蛋白的需求。同時(shí),還可解決工農(nóng)業(yè)上的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物資源浪費(fèi)問(wèn)題,例如利用水生植物修復(fù)污染水體后,植物修復(fù)材料存在后續(xù)處置難題,而某些植物修復(fù)材料如漂浮水生植物水葫蘆,對(duì)氮的吸收轉(zhuǎn)化效率極高,在吸收水體過(guò)量氮的同時(shí)使其體內(nèi)貯存豐富的粗蛋白;塊莖糧食作物可為人類提供食物,葉片常被丟棄,如木薯,其葉片中蛋白質(zhì)含量較高,干物質(zhì)的蛋白含量達(dá)15%～40%[2],若不加以利用,實(shí)為資源的浪費(fèi)。因此,植物葉蛋白的研究具有多種益處。

目前對(duì)于植物葉蛋白的研究主要集中于葉片粗蛋白的提取方法、工藝優(yōu)化及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值等[3-7]方面,對(duì)葉蛋白脫色及如何獲取高品質(zhì)、高價(jià)值葉蛋白方面的研究較少,導(dǎo)致植物葉蛋白的應(yīng)用范圍窄、推廣度不夠。一般來(lái)說(shuō),提取得到的粗蛋白顏色呈墨綠色或棕色[8],適宜作為動(dòng)物飼料用。經(jīng)過(guò)脫色后,其呈米白色,可經(jīng)適當(dāng)加工后添加入人類膳食當(dāng)中,或作為食品添加劑等,其應(yīng)用范圍拓寬且具有較高的附加值。本文主要從植物葉蛋白的原料來(lái)源、提取方法及脫色處理等方面對(duì)國(guó)內(nèi)外植物葉蛋白的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié),期望為植物葉蛋白提取方法的改進(jìn)、脫色方法的建立及應(yīng)用的進(jìn)一步拓展提供借鑒。

1 植物葉蛋白主要原料及其特性

理論上,任何植物的葉片都含有蛋白質(zhì)。因此任何植物都可以作為葉蛋白的原料來(lái)源,但考慮到成本問(wèn)題,符合以下一種或幾種條件的植物更適宜作為葉蛋白提取的主要原料:葉蛋白含量高、生長(zhǎng)速度快、種植面積大、可刈割后再生等條件,因?yàn)檫_(dá)到這些條件的植物可以在短時(shí)間內(nèi)提供大量的葉蛋白,適宜作為葉蛋白產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的材料。目前,國(guó)內(nèi)外葉蛋白研究的主要原料為苜蓿、水葫蘆、木薯、甜菜、桑葉、黑麥草、煙草等。苜蓿集蛋白含量高、種植面積大、生長(zhǎng)速度快等優(yōu)點(diǎn)于一體,成為葉蛋白研究最多的植物,其提取的葉蛋白可作為食品添加到人類膳食中,也可作為獸禽魚(yú)的飼料。中國(guó)作為世界上苜蓿品種資源較為豐富的國(guó)家,其種植面積達(dá)130萬(wàn)公頃[9],歐洲和北美也廣泛種植,全世界苜蓿種植面積約3200萬(wàn)公頃[10],其粗蛋白含量約2600 kg/ha[11]。木薯干物質(zhì)的蛋白含量達(dá)15%～40%,在巴西各地區(qū)被廣泛種植,其木薯生產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的13%,平均每公頃木薯的干物質(zhì)可達(dá)2 t,因此其葉片被認(rèn)為是一種農(nóng)產(chǎn)品的廢料,對(duì)其葉蛋白的提取和利用減少了木薯葉片資源的浪費(fèi)[2]。水葫蘆具有葉蛋白含量高、繁殖速度快、分布范圍廣的特點(diǎn),其干物質(zhì)中粗蛋白含量約10.5%,是葉蛋白提取的另一個(gè)植物材料。非洲等熱帶國(guó)家中,大量的河流、湖泊、池塘等水域遍布水葫蘆,孟加拉國(guó)的港口城市——吉大港內(nèi)約60%的池塘和湖泊長(zhǎng)滿水葫蘆[12],是巨大的葉蛋白資源庫(kù),對(duì)其葉蛋白的提取不僅可以提供豐富的蛋白質(zhì)資源,而且可以解決水葫蘆瘋狂生長(zhǎng)造成的環(huán)境問(wèn)題。

植物葉蛋白根據(jù)其在水中的溶解性主要分為“親水蛋白”和“親脂蛋白”兩類[13]。“親水蛋白”即可溶性蛋白,約占葉蛋白總量的50%,主要由葉綠體基質(zhì)中的核酮糖1,5-二磷酸羧化/加氧酶組成[14],約占可溶性蛋白的30%～70%[15]。這部分蛋白呈白色,無(wú)異味,是人類食品應(yīng)用的優(yōu)選蛋白[16],傳統(tǒng)方法提取的粗蛋白主要由這部分蛋白構(gòu)成。“親脂蛋白”即不溶性蛋白,約占葉蛋白總量的50%,主要由膜蛋白和色素結(jié)合蛋白組成[8,16],在傳統(tǒng)的提取方法中,這部分蛋白多存在于被丟棄的殘?jiān)?是葉蛋白提取得率不高的主因。在大多數(shù)食物系統(tǒng)中,溶解度是蛋白質(zhì)最關(guān)鍵的功能特性,影響著膠凝、乳化和起泡等其他功能特性[16],也影響著食品的感官質(zhì)量。因此,可溶性蛋白更適宜食品級(jí)生產(chǎn)應(yīng)用。

2 植物葉片粗蛋白的提取方法

目前,提取植物葉片粗蛋白效率較高的通用方法主要有堿溶酸沉法、乳酸發(fā)酵法及膜過(guò)濾法等。傳統(tǒng)單一的提取方法,如直接加熱法、酸沉法、堿沉法、鹽析法等應(yīng)用范圍較窄,且蛋白質(zhì)提取得率一般,在此不做詳細(xì)介紹。

2.1葉蛋白常規(guī)提取法

2.1.1 堿溶酸沉法 堿溶酸沉法是目前應(yīng)用較多的方法,也是較為傳統(tǒng)的方法,集堿溶、酸沉、直接加熱法于一體,利用蛋白質(zhì)等電點(diǎn)沉淀及高溫變性的特點(diǎn),通過(guò)對(duì)pH的調(diào)節(jié)及溫度的控制,使蛋白沉淀,得到葉片的粗蛋白。該方法可以較好地提取葉蛋白,但缺點(diǎn)是提取步驟較為繁瑣,特別是對(duì)pH的調(diào)節(jié)在生產(chǎn)應(yīng)用上會(huì)帶來(lái)一定的阻礙。T.M. ABO BAKR等[17]用堿溶酸沉法提取水葫蘆的葉蛋白,用0.01 mol/L NaOH與切碎的葉子混勻,料液比1∶5,然后放入搗碎機(jī)搗10～15 min,用紗布過(guò)濾后得提取液,加入1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至4.5,最后將溶液加熱到75 ℃,完成蛋白質(zhì)的沉淀,沉淀3000 r/min離心15 min,并用水清洗后冷凍干燥,最終得到水葫蘆葉片的粗蛋白提取物,提取物中粗蛋白含量為49.6%。A.E. Ghaly等[18]采用堿溶酸沉法對(duì)莧菜、豇豆、荷蘭豆、南瓜、甘薯、卷心菜等六種植物提取葉蛋白,采用100 g葉片、70 mL 0.1 mol/L 的NaOH與170 mL蒸餾水混合打漿,過(guò)濾后取上清液,用1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH至3.5,最后加熱至蛋白沉淀。以干基計(jì),六種植物中南瓜和莧菜的葉蛋白含量最高,分別為11.75%和10.7%。

2.1.2 乳酸發(fā)酵法 乳酸發(fā)酵法是近年來(lái)逐漸受到重視的一種成本較低的葉蛋白提取方法。該方法將菌種在恒溫下培養(yǎng),接種到培養(yǎng)基中,取多次活化后的發(fā)酵液與一定比例的葉片汁液混合,利用發(fā)酵液產(chǎn)生的乳酸,降低混合液的pH,使其達(dá)到蛋白質(zhì)等電點(diǎn),從而產(chǎn)生沉淀。該方法安全、便捷、成本低,缺點(diǎn)是發(fā)酵過(guò)程不好控制,且對(duì)蛋白質(zhì)有一定程度的降解,降低葉蛋白的得率。目前常用的菌種主要是乳酸桿菌和家制泡菜酸液。曾凡枝等[19]采用直接發(fā)酵法,在苜蓿汁液中接種乳酸菌107個(gè)/mL,34 ℃發(fā)酵8 h,離心后取上清液將其作為發(fā)酵酸與打漿過(guò)濾后的濾液混合,得到發(fā)酵法的最佳工藝為體積比(發(fā)酵酸體積/濾液體積)2∶1,發(fā)酵酸循環(huán)使用1次,沉淀10 min,其最大提取率為38.01%。劉鵬等[20]用家制泡菜的酸液作菌種,加入到已處理好的植物葉片榨汁液中,30 ℃恒溫培養(yǎng),在pH<4.0時(shí)取上部清液作為葉蛋白沉淀劑進(jìn)行葉蛋白提取。比較了直接加熱法、鹽酸法與發(fā)酵酸法制取的紫云英蛋白聚凝物中,發(fā)酵酸法所得的粗蛋白含量最高,達(dá)50%。V.N. PANDEY等[21]采用一種含嗜酸乳桿菌和乳酸鏈球菌的發(fā)酵乳制品——印度凝乳作為發(fā)酵劑,將其添加到南苜蓿提取液中,35 ℃培養(yǎng)12 h,過(guò)濾后在60 ℃真空中干燥,所得提取物中粗蛋白含量達(dá)57.19%。

2.1.3 膜過(guò)濾分離提取法 膜過(guò)濾技術(shù)是以壓力為推動(dòng)力,依靠膜的選擇性,將液體中的組分進(jìn)行分離的方法,包括微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)和反滲透(RO)四種,在食品工業(yè)及水處理等領(lǐng)域被廣泛使用。膜過(guò)濾技術(shù)成本適中、空間需求小、操作簡(jiǎn)單[22],更因其高截留率、無(wú)化學(xué)添加物、優(yōu)良的滲透品質(zhì)等優(yōu)勢(shì)[23-25],常被用來(lái)分離植物葉蛋白,其中,微濾和超濾是兩種常用的方法。Wen xiang Zhang等[26]采用微濾(MF)和超濾(UF)兩種方法提取苜蓿葉蛋白,分別采用超濾杯死端過(guò)濾(DA)、旋轉(zhuǎn)盤式動(dòng)態(tài)錯(cuò)流過(guò)濾(CRDM)及旋轉(zhuǎn)盤式死端過(guò)濾(DRDM)三種過(guò)濾方式進(jìn)行研究,認(rèn)為微濾中的旋轉(zhuǎn)盤式動(dòng)態(tài)錯(cuò)流過(guò)濾(CRDM)可以獲得最高的蛋白生產(chǎn)率,提取葉蛋白純度達(dá)93%,具有較好的工業(yè)化應(yīng)用的潛力。為進(jìn)一步改善苜蓿汁液葉蛋白過(guò)濾工藝,Wenxiang Zhang等[27]又選擇了具有更高防污力、更好選擇性、更高的滲透通量及更好的過(guò)濾效果的超濾膜,研究其過(guò)濾的工藝參數(shù),優(yōu)化操作條件以提高過(guò)濾通量、改善分離效果,優(yōu)化后的操作條件為:US100P超濾膜,溫度55 ℃,跨膜壓6巴,轉(zhuǎn)速2000 r/min。Werner Koschuh等[28]采用超濾技術(shù)提取黑麥草汁液中的葉蛋白,粗蛋白提取率達(dá)59%,而傳統(tǒng)的直接加熱法只有45%,采用超濾技術(shù)對(duì)苜蓿汁液粗蛋白的提取率達(dá)52%。

2.1.4 其他方法 除了常規(guī)的提取方法外,還有一些方法使用頻率較少,但具有其特殊性,如醋酸乙醇溶液浸泡法、低溫醇洗法等。Oyeyemi Adeyemi等[29]收集水葫蘆的葉子清洗后用5%醋酸在加熱罩中熱燙5 min,用去離子水清洗并在室溫下晾干。之后浸入95%的乙醇溶液中吸收6 h以除去脂肪,然后在45 ℃保溫箱中烘干獲取葉蛋白,獲取的葉蛋白在研磨機(jī)中磨碎并真空貯藏。該法操作簡(jiǎn)單,可在獲取葉蛋白的同時(shí)除去色素及酚類化合物等,缺點(diǎn)是對(duì)溶劑需求量較大。劉偉等[30]將在4 ℃冰箱中預(yù)冷1 h的水葫蘆葉片放入打漿機(jī)中,迅速加入4倍重量的已預(yù)冷至-20 ℃的95%的乙醇,打漿30 min,之后過(guò)100目篩,除去粗纖維,得到蛋白乙醇混合物,濾紙過(guò)濾后得葉粗蛋白,用95%乙醇反復(fù)醇洗至無(wú)綠色為止。該法可以去除葉蛋白的色素及酚類化合物,免去了葉蛋白脫色的步驟,缺點(diǎn)是提取過(guò)程要在-5 ℃冰箱中進(jìn)行,全程低溫操作,耗能較多。

2.2葉蛋白輔助提取法

葉蛋白的提取還可以在傳統(tǒng)常規(guī)方法的基礎(chǔ)上增加酶或超聲波等手段輔助提取,提高細(xì)胞破碎程度,增加葉蛋白的溶解度,以提升葉蛋白提取得率。

2.2.1 酶輔助法 纖維素酶可以有效地破壞植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu),使細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)更容易提取,有利于提高葉蛋白的提取率,且酶解條件溫和,無(wú)污染[31],適宜纖維含量高的植物輔助提取葉蛋白。朱天明等[32]以桑葉為原料在酸加熱法的基礎(chǔ)上采用纖維素酶輔助提取葉蛋白,得到桑葉葉蛋白的最佳提取工藝條件為:固液比1∶38 (g/mL),酶解時(shí)間為2 h,加酶量為4%,此時(shí)5 g桑葉經(jīng)酶解后總?cè)艹龅牡鞍踪|(zhì)質(zhì)量為49.056 mg。M. Vergara-Barberán等[33]在有機(jī)溶劑提取法的基礎(chǔ)上利用纖維素酶輔助提取油橄欖的葉蛋白,優(yōu)化的提取參數(shù)為30%氰化甲烷溶解液氮研磨后的葉片粉末,用5%的纖維素酶1.5 L在pH5.0、55 ℃下提取15 min。

2.2.2 超聲波輔助法 與傳統(tǒng)提取方法相比,超聲波輔助是一種簡(jiǎn)單、快速、平價(jià)、有效的方法。超聲波具有增溶作用,在進(jìn)行葉蛋白提取時(shí),能有效地打破細(xì)胞邊界層,大大提高提取速率,縮短提取時(shí)間,并且能有效降低提取溫度,保護(hù)蛋白的活性[34]。許英一等[35]在堿溶酸沉法的基礎(chǔ)上采用超聲波輔助提取苜蓿葉蛋白,以1∶2的固液比進(jìn)行提取時(shí)最佳工藝條件為:溫度40 ℃,pH8.5,超聲時(shí)間30 min,粗蛋白提取率為51.09%,與單純的堿溶法相比,縮短了提取時(shí)間且葉蛋白的提取率提高了10%～15%。梁麗琴等[36]在酸溶法的基礎(chǔ)上采用超聲波輔助提取扁核木葉蛋白,酸溶法提取的最佳工藝是:時(shí)間25 min、溫度45 ℃、液料比8、pH3.6,此時(shí),扁核木葉蛋白的提取率為70. 37%;超聲波輔助酸溶法提取扁核木葉蛋白的最佳條件:時(shí)間20 min、溫度40 ℃、液料比12、pH4.2,此時(shí),扁核木葉蛋白的提取率可達(dá)87.90%,與傳統(tǒng)的酸溶法相比,提取率提高了17.3%。

2.2.3 納米器件輔助法 隨著納米科技的發(fā)展,納米材料在環(huán)保、醫(yī)學(xué)、生物等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用,吸附性納米材料、納濾技術(shù)及納米光催化技術(shù)等均給環(huán)保、醫(yī)學(xué)及生物領(lǐng)域帶來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。羅芳等[37]采用納米器件研究水葫蘆、番茄和菠菜的葉蛋白提取率,認(rèn)為用納米高能片處理過(guò)的植物提取液能提高蛋白質(zhì)在提取液中的溶解度,進(jìn)而提高葉蛋白的提取率,增幅為10%～30%。

3 植物葉蛋白的脫色

植物高價(jià)值葉蛋白的提取還包括葉蛋白的脫色步驟。除有機(jī)溶劑提取外,一般提取方法獲得的葉蛋白呈墨綠色、棕色。綠色主要是含有葉綠素而呈現(xiàn)的顏色,而棕色主要是由于蛋白質(zhì)與多酚類化合物結(jié)合呈現(xiàn)出的顏色[8]。這些顏色限制了植物葉蛋白的商品使用范圍及商業(yè)價(jià)值,因此,脫色是高價(jià)值葉蛋白提取過(guò)程中不可缺少的一環(huán)。

3.1吸附法

吸附法是在多糖提取、廢水處理等領(lǐng)域常用的脫色方法,常用的材料是活性炭、大孔樹(shù)脂等。筆者對(duì)水葫蘆葉蛋白的脫色實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)活性炭可能不是一個(gè)很好的選擇,因?yàn)樗粌H吸附色素還會(huì)吸附葉蛋白,活性炭處理時(shí)間短脫色效果差;處理時(shí)間長(zhǎng),則葉蛋白損失嚴(yán)重,且活性炭會(huì)對(duì)葉蛋白產(chǎn)生一定程度的污染。大孔樹(shù)脂吸附法操作繁瑣,也會(huì)造成葉蛋白較多的損失。因此,除了特殊蛋白的提取外,也不建議其用于葉蛋白脫色。

3.2有機(jī)溶劑處理法

有機(jī)溶劑法是目前葉蛋白脫色處理常用的方法,利用色素易溶于有機(jī)溶劑、難溶于水，而蛋白難溶于有機(jī)溶劑的特性達(dá)到去除色素的目的。常用的有機(jī)溶劑為乙醇、丙酮、甲醇等,這三種溶劑均被劃分為食品級(jí)溶劑,不僅可以去除葉綠素等色素,也可以消除酚類化合物,從而達(dá)到脫色的效果。該方法脫色效果較好,但缺陷是對(duì)溶劑的消耗較多。Angelica Tamayo Tenorio等[8]采用80%的丙酮對(duì)含色素的甜菜粗蛋白進(jìn)行洗滌脫色,連續(xù)洗5次后,大多數(shù)葉綠素被清除,葉蛋白變?yōu)槊装咨?蛋白含量基本不變。Bals等[38]用95%的乙醇去除苜蓿葉蛋白中的葉綠素,得到不含葉綠素的葉蛋白。Teng,Z.等[39]采用甲醇與水體積比40∶60的混合液可有效去除煙草葉蛋白中的酚類化合物。

3.3超臨界CO2流體萃取技術(shù)

超臨界CO2流體萃取技術(shù)是提取生物活性物質(zhì)較合適的一種技術(shù),該技術(shù)安全、無(wú)毒、容易獲得、易與最終提取物分離,且能保持提取物的生物特性[40-42],是一種綠色環(huán)保的分離技術(shù)。其在葉蛋白脫色方面的應(yīng)用也有一定的歷史。FABIO FAVATI等[43]在1988年就利用超臨界CO2流體萃取技術(shù)將苜蓿葉蛋白中的胡蘿卜素及葉黃素萃取出來(lái),一方面達(dá)到了葉蛋白脫色的目的,另一方面得到了另一種增加葉蛋白經(jīng)濟(jì)價(jià)值的副產(chǎn)品。提取工藝為10～70 MPa的壓力、55 ℃的溫度及5～6 L/min的CO2流速。在壓力超過(guò)30 MPa時(shí)90%的胡蘿卜素可被除去,但葉黃素的去除則需要70 MPa的壓力。除了胡蘿卜素、葉黃素外,超臨界CO2流體萃取技術(shù)也可以萃取葉綠素及酚類化合物[44-45],除了脫色和獲取另一種副產(chǎn)品之外,超臨界CO2流體萃取技術(shù)在分離葉蛋白色素時(shí)還有另一個(gè)優(yōu)勢(shì),即CO2與提取液中的水接觸時(shí),會(huì)形成游離的碳酸,將溶液的pH降至3左右[46],在將色素和多酚溶解在超臨界CO2流體的同時(shí),導(dǎo)致葉蛋白沉淀。

4 植物葉蛋白研究展望

4.1葉蛋白提取存在的問(wèn)題及方法優(yōu)化

目前對(duì)于植物葉蛋白的研究仍然集中于提取方法上,低成本、方法簡(jiǎn)單、安全無(wú)毒、葉蛋白得率高、品質(zhì)佳、且能廣泛用于工業(yè)化生產(chǎn)的提取方法仍然是目前葉蛋白研究領(lǐng)域的一大難點(diǎn)。傳統(tǒng)的葉蛋白提取方法集中于可溶性蛋白的提取,而難溶性蛋白則成為廢棄物,這是葉蛋白提取得率不高的主要原因。筆者認(rèn)為若要提高植物葉蛋白的得率,可以從兩方面著手。一方面,鮮葉打漿越碎越好,植物細(xì)胞的破碎程度直接影響細(xì)胞內(nèi)蛋白在提取液中的溶解程度,蛋白溶解度越高,提取的蛋白得率越大,因此高速打漿機(jī)或高速攪拌機(jī)的選擇是葉片機(jī)械破碎的關(guān)鍵,是提高葉蛋白提取率的第一步。另一方面,提取可溶性蛋白后的殘?jiān)蛇M(jìn)行針對(duì)膜蛋白的進(jìn)一步加工提取。蛋白質(zhì)組學(xué)上的提取法中有一種采用食品級(jí)表面活性劑提取葉片膜蛋白的方法,可為膜蛋白的產(chǎn)業(yè)化提取提供靈感,如表面活性劑相分區(qū)法[8]。Triton X-100,Tween 80等均是常用的食品級(jí)表面活性劑,這些表面活性劑有增溶作用,可以增加膜蛋白在溶液中的溶解度,將與脂膜、其他蛋白、色素等相結(jié)合的蛋白分離出來(lái),使其成為膠束狀態(tài)[14],再通過(guò)離心等步驟將其分離出來(lái)。Tween 80常被用來(lái)使膜蛋白增溶,其在食品中添加量可達(dá)1 wt%～10 wt%[47]。

很多葉蛋白提取方法主要針對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究進(jìn)行,將其應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展還有一定的阻礙,在面向產(chǎn)業(yè)化時(shí)還需要進(jìn)行葉蛋白提取方法的優(yōu)化。傳統(tǒng)的堿溶酸沉法提取過(guò)程較為繁瑣,特別是pH調(diào)節(jié)這一環(huán)節(jié),因需要在混勻的汁液中用pH計(jì)測(cè)定其pH,精確度難以控制,給葉蛋白的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用帶來(lái)較大的阻礙,因此筆者認(rèn)為可將方法中提取液與植物葉片的量固定,探索出調(diào)節(jié)至某一pH時(shí)所用的酸量,使其成為定量的提取方案,從而免去pH調(diào)節(jié)這一環(huán)節(jié),簡(jiǎn)化提取過(guò)程。此外,針對(duì)植物葉蛋白提取的新型方法也應(yīng)繼續(xù)開(kāi)發(fā),隨著科技的發(fā)展,很多天然無(wú)毒的提取試劑及分離技術(shù)不斷更新,比之傳統(tǒng)方法更為安全、簡(jiǎn)便,可以為葉蛋白的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供更多契機(jī),如殼聚糖、海藻酸鈉等試劑的使用。

4.2葉蛋白脫色存在的問(wèn)題及建議

傳統(tǒng)方法提取的葉蛋白一般呈墨綠色或棕色,顏色和口感均限制了其應(yīng)用范圍及商業(yè)價(jià)值。目前針對(duì)葉蛋白的脫色常分為兩類:一類是葉蛋白提取前脫色,一類是提取后脫色。前者主要是采用有機(jī)溶劑打漿或浸泡,將色素和酚類化合物去除,然后進(jìn)行葉蛋白的提取和提純,這將大大減少后期脫色的工作,甚至免去脫色的步驟,如低溫醇洗法。后者是采用傳統(tǒng)的方法提取葉蛋白后,將獲得的葉蛋白專門脫色,采用有機(jī)溶劑或超臨界CO2流體萃取等化學(xué)分離手段,獲得高品質(zhì)葉蛋白。然而,無(wú)論是提取前還是提取后采用有機(jī)溶劑法脫色對(duì)溶劑消耗量較大,成本較高。超臨界CO2流體萃取以CO2為萃取劑,溶劑成本較低,但設(shè)備投資較高。兩者在脫色方面均存在缺陷,因此探索一種針對(duì)蛋白分離的低成本、安全、便捷的脫色方法是獲取高品質(zhì)蛋白的必要途徑。

在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)不同方法提取出的葉蛋白顏色差異較大,以水葫蘆為例,采用水溶酸沉法提取的葉蛋白呈淺棕色,堿溶酸沉法提取的葉蛋白呈棕色,酸沉法提取的葉蛋白呈深綠色。因此,采用顏色較淺的粗蛋白進(jìn)行脫色處理對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用具有較大的意義。篩選粗蛋白顏色較淺的提取方法配合脫色是獲取低成本、高品質(zhì)葉蛋白的有效途徑。

植物葉蛋白是一個(gè)巨大的全球性資源,具有廣闊的市場(chǎng)前景和商業(yè)潛力,相信隨著科技的發(fā)展,高品質(zhì)植物葉蛋白的資源化利用將會(huì)越來(lái)越深入。

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Researchprogressonthemethodsforleafproteinextractionanddecoloration

SHIMan1,2,GAOYan2,*,YINeng2,ZHANGWei-guo2,YANShao-hua2,*

(1.College of Forestry,Nanjing Forestry University,Nanjing 210037,China; 2.Institute of Agricultural Resources and Environment,Jiangsu Academy of Agricultural Science,Nanjing 210014,China)

Leaf protein concentrate(LPC)is a valuable and renewable protein resource with high nutritional quality. How to efficiently extract high quality leaf protein is an essential prerequisite to achieve commercial application and make profit. In this review,we summarized the methods commonly used for leaf protein extraction and decoloration,as well as the advantage and disadvantage of different methods. Based on the summary and our previous research,we addressed some of the existing problems for leaf protein extraction and decoloration,and proposed some suggestion on how to optimize the methods when using them in the industry. We expect this critical review can provide some valuable information for improving the potential development of high quality LPC utilization.

leaf protein concentration;methods of extraction;methods of decoloration;resource utilization

2017-03-24

施曼(1990-),女,博士研究生,研究方向:植物資源利用,E-mail:961221529@qq.com。

*

高巖(1978-),女,博士,副研究員,研究方向:富營(yíng)養(yǎng)化水體生物修復(fù)及機(jī)理研究,E-mail:jaas.gaoyan@hotmail.com。嚴(yán)少華(1956-),男,博士,研究員,研究方向:富營(yíng)養(yǎng)化湖泊治理研究,E-mail:shyan@jaas.ac.cn。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571458,41471415);農(nóng)業(yè)部行業(yè)專項(xiàng)(201203050-6);江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大成果培育項(xiàng)目(ZX(15)1002);基于輻射技術(shù)的高性能變性淀粉及其高聚物創(chuàng)制與應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究(CX(14)2136)。

TS201.2

A

1002-0306(2017)21-0342-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.066