富硒马铃薯全粉加工及蛋白研究

摘要

2015年中国正式启动马铃薯主食化战略，预计到2020年50％以上的马铃薯将作为主粮消费。硒元素是人和动物体内必不可缺少的一种微量元素，对维持机体正常机能和保持健康有着及其重要的作用。随着硒健康产业的不断发展和国家马铃薯主粮化战略的推进，研究人员就马铃薯对硒的吸收规律以及硒对马铃薯生长发育、产量、品质等各方面的影响展开了大量的研究工作。作为享有“世界硒都”美誉的湖北省思施州，硒马铃薯产业发展达到了一个全新的高度。本课题以湖北恩施的富硒马铃薯为实验原料，旨在大力研发富硒马铃薯全粉工艺及马铃薯硒蛋白性质。这对马铃薯主食化及马铃薯产品升级有着非常重大的经济价值和社会意义。论文的研究内容主要包括以下几个部分: 1)分别研究了切片厚度、漂烫温度、漂烫时间、气蒸温度及热风温度对马铃薯硒含量、蛋白质含量、淀粉含量、还原糖及碘蓝值的影响。结果表明，切片厚度及温度变化对硒含量的影响比较显著，尤其是切片厚度的影响最为显著，这可能是由于在切片过程中硒的结合物质的损失导致的。由文献调查可知，硒在植物体内主要分为有机硒和无机硒。无机硒含量较少，主要为有机硒，其又占总量的80％左右，有机硒中又以蛋白硒为主。同时切片厚度和温度条件的变化对蛋白质和淀粉的影响也较为显著，可以推测马铃薯中的硒和蛋白及多糖的结合较多，在切片过程中由于淀粉及蛋白的损失导致了硒的损失。漂烫时间、漂烫温度及气蒸时间对还原糖和碘蓝值的影响较为显著。这和马铃薯的可溶性糖在水中的溶解度及淀粉分解酶活性有关。在单因素的基础上，设计多因素试验，经过数据分析及考虑到课题的目的，选择对硒含量影响较为显著的因素切片厚度、漂烫温度及热风温度作为多因素试验的因子，以马铃薯粉的感官评定为指标，最后得出最优的马铃薯粉制作工艺条件。结果表明，当切片厚度为5mm，漂烫温度为60℃，热风温度为70℃，漂烫时间为2min，气蒸时间为10min时马铃薯粉的感官评定得分最高。此时，马铃薯粉的硒含量为0.19μg/g，为富硒马铃薯粉。 2)用最优工艺得到的马铃薯全粉，提马铃薯硒蛋白。首先是对马铃薯蛋白提取剂的一个筛选，查阅相关文献及本实验室提蛋白的相关经验，设计用水，0.5mol/L的氯化钠，0.1mol/L的氯化氢及0.1mol/L的氢氧化钠作为马铃薯蛋白的提取剂，用考马斯亮蓝法测其蛋白的提取率。最后结果表明，碱提的蛋白含量远远大于其他提取剂提取的蛋白含量。由文献可知马铃薯中含有30％～40％的贮藏蛋白，50％的蛋白酶抑制剂，10％～20％的多酚氧化酶等其他蛋白质，而蛋白酶抑制剂有属于碱性蛋白，实验结果可能和马铃薯蛋白的种类有关。所以选取了0.1mol/L氢氧化钠作为马铃薯蛋白的提取剂。 3)采用碱提酸沉的方法对马铃薯蛋白进行粗提，然后进一步在阴离子交换琼脂糖凝胶柱DEAE Sepharose Fast Flow(2.5cm×60cm)上进行纯化，用0-1MNaCl的Tris-HCl缓冲液（pH8.8，25mmol/L）进行洗脱。结果发现马铃薯蛋白只有一个洗脱峰，猜想只提取出一种马铃薯蛋白组分。收集吸光度大于0.1的洗脱液，冷冻干燥后得到马铃薯蛋白纯品。分别测定马铃薯粗蛋白及纯蛋白的硒含量，为0.42μg/g和1.78μg/g。结果表明当马铃薯蛋白含量增加时，硒含量也随之富集，证明了马铃薯中的硒主要是和蛋白质结合的。 4)对马铃薯蛋白进行初步的结构性质研究。首先从马铃薯的氨基酸组成分析可得，富硒马铃薯氨基酸的总量大于克山马铃薯氨基酸的总量，富硒马铃薯氨基酸中所测的7种必需氨基酸占氨基酸总量的45.35％;克山马铃薯氨基酸中所测的7种必需氨基酸占氨基酸总量的44.50％。且富硒马铃薯中甲硫氨酸的含量要多于半胱氨酸的含量，推测硒主要是和甲硫氨酸结合。从HPLC-ICP-MS联用分析技术分析的马铃薯硒蛋白的有机硒形态结果来看，马铃薯中的硒和半胱氨酸和甲硫氨酸结合，且硒代半胱氨酸的含量高于硒代甲硫氨酸，这和氨基酸组成分析结果不符，推测是由于酶解过程中硒代甲硫氨酸被破坏。紫外扫描结果显示，马铃薯蛋白的紫外吸收峰可分成两个区域，200～250nm的肽键吸收峰区和250产～300nm的芳香族氨基酸吸收峰区。红外结果表明，粗蛋白比纯蛋白多了两个吸收峰1159cm-1和1023cm-1，纯化过程中蛋白质的一些键型被破坏掉，两种马铃薯蛋白在结构上相差不大。电镜扫描图谱可以看出，富硒马铃薯蛋白和克山马铃薯蛋白的形貌有一定的区别，富硒马铃薯蛋白呈块状，比较紧密，克山马铃薯蛋白呈杆状居多，且结构疏松。 5)对马铃薯蛋白的活性性质进行初步研究。从DPPH、ABTS自由基清除试验的结果可以总结出，纯蛋白的清除率大于粗蛋白的清除率，恩施富硒蛋白的清除率大于克山马铃薯蛋白的清除率，这可能是由于硒的原因导致恩施马铃薯蛋白的清除率大于克山马铃薯的清除率。 6)为了响应马铃薯主食化战略，使马铃薯粉的使用量加大，研究马铃薯饼干中马铃薯粉的最大添加量。最后经过对马铃薯饼干质构及感官的研究，得出马铃薯粉最大添加量为50％。

目录

摘要

1．1马铃薯概述

1．1．1马铃薯的营养价值

1．1．2马铃薯的产业现状

1．1．3马铃薯主食化前景

1．2马铃薯蛋白研究

1．2．1马铃薯蛋白的营养价值

1．2．2马铃薯蛋白的研究现状

1．2．3马铃薯蛋白的分离提取

1．3硒蛋白研究进展

1．3．1硒与蛋白结合形式

1．3．2硒蛋白的功能特性

1．3．3硒蛋白与疾病之间的关系

1．4研究目的及意义

1．5研究内容及技术路线

1．5．1研究内容

1．5．2技术路线

2．1引言

2．2材料与设备

2．2．1实验原料

2．2．2实验试剂

2．2．3主要仪器设备

2．3实验方法

2．3．1富硒马铃薯全粉加工工艺路线

2．3．2各工艺参数对富硒马铃薯品质的影响

2．3．3测定方法

2．3．4数据处理

2．4结果与讨论

2．4．1工艺参数对富硒马铃薯品质影响的单因素试验

2．4．2工艺参数对富硒马铃薯品质影响的多因素试验

2．5本章小结

第三章富硒马铃薯蛋白提取、纯化及性质初步研究

3．1引言

3．2材料与设备

3．2．1试验材料

3．2．2实验试剂

3．2．3主要试验仪器

3．3实验方法

3．3．1马铃薯粗蛋白提取

3．3．2马铃薯粗蛋白的纯化

3．3．3马铃薯蛋白的氨基酸组成分析

3．3．4马铃薯蛋白的紫外光谱扫描

3．3．5马铃薯蛋白的红外光谱扫描

3．3．6马铃薯蛋白的电镜扫描

3．3．7马铃薯硒蛋白的有机硒形态测定

3．3．8马铃薯蛋白的自由基清除率

3．4结果与讨论

3．4．1马铃薯粗蛋白提取剂筛选结果

3．4．2马铃薯粗蛋白的得率、蛋白及硒含量测定结果

3．4．3马铃薯蛋白纯化结果

3．4．4马铃薯蛋白氨基酸结果分析

3．4．5马铃薯蛋白紫外扫描结果

3．4．6马铃薯蛋白的红外扫描结果

3．4．7马铃薯蛋白的电镜扫描结果

3．4．8马铃薯硒蛋有机硒形态分析结果

3．4．9马铃薯蛋白自由基清除率

3．5本章小结

4．1引言

4．2材料与设备

4．2．1试验材料

4．2．2试验仪器

4．3试验方法

4．3．1马铃薯粉-小麦粉混合粉的配制

4．3．2混合面团的制备

4．3．3混合面团的质构测定

4．3．4马铃薯饼干配方

4．3．5马铃薯饼干的加工工艺

4．3．6不同马铃薯粉饼干的质构分析

4．3．7不同马铃薯粉饼干的感官评定

4．4结果与讨论

4．4．1混合面团的质构分析

4．4．2不同比列马铃薯饼干质构分析

4．4．3马铃薯饼干感官评定结果

4．5本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢

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