芝麻蛋白功能特性研究

1、安徽工程大学毕业设计（论文） - -I 芝麻蛋白功能特性研究芝麻蛋白功能特性研究 孙庆海 （安徽工程大学生物与化学工程学院，芜湖 241000） 摘摘 要要 芝麻是我国主要油料作物之一，产于长江、黄河流域。麻油加工厂遍及这些地区， 制油后下脚料即芝麻粕，在早期常当作废料丢弃，或作为肥料种地，实之浪费资源。 研究表明：芝麻粕中蛋白质含量丰富高达50%，其氨基酸组成及比例均可与优质蛋白质 媲美，可见芝麻粕是一种值得开发和研究的廉价优质蛋白源。本课题就是对芝麻蛋白 提取工艺和部分功能性质进行研究。功能性质对蛋白质应用范围起着举足轻重的作用， 是决定蛋白利用价值大小的关键因素。 所谓蛋白质的功能性质，

2、是指蛋白质在食品加工和储藏过程中所起的特殊作用， 对芝麻蛋白来讲，是其本身固有的性质，如组成成分、氨基酸序列、形态结构等的作 用。 因此，本实验着重研究了芝麻蛋白的吸水性、吸油性、湿润性、热凝集性、持水 力、发泡性、黏度等功能性质，以期为芝麻粕的高附加值综合利用和深加工开发提供 理论依据和技术支持。结果表明，实验室自制的芝麻蛋白具有良好的吸水性、吸油性、 湿润性和发泡能力。 关键词：芝麻蛋白； 提取条件；功能特性 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 -II Functional Properties of Protein from Sesame Sun Qinghai （Department of

3、Biochemistry，Anhui Polytechnic University，Anhui Wuhu 241000） Abstract Sesame is one of the main oil crops in China, produced in the Yangtze River, Yellow River Basin. Throughout these regions, there are many sesame oil processing plant. The offal is sesame seed meal, which is often abandoned or as f

4、ertilizer farming in in the early times that wastes a lot of resources. The study shows that: the protein in sesame seed meal is as high as 50%, and the types and proportion of amino acid in sesame seed meal is comparable to high quality protein, which showing that sesame seed meal is a low-cost and

5、 high-quality protein source that worth development and research. This paper is the study of sesame protein extraction process and its some functional properties. The functional nature plays an important role in range of applications of the protein and the key factors of the size of the protein valu

6、e. The so-called protein functional properties is the special role played by the protein in the food processing and storage process, and in terms of the sesame protein, it is its inherent nature, such as its composition, amino acid sequence and morpHological structure and so on. Therefore, this expe

7、riment focuses on the functional properties of sesame protein, such as the water absorption, oil absorption, wet, Thermal coagulation, water-holding capacity, foaming and viscosity and so on, which can provide a theoretical basis and technical support for the comprehensive utilization of high value-

8、added and the deep processing of sesame seed meal. The results show that the laboratory-made sesame protein has a good water absorption, oil absorption, wetting and foaming capacity. Key Words: sesame protein；extraction conditions； functional properties 安徽工程大学毕业设计（论文） - -III 目目 录录 引言引言.1 第第 1 章章 绪论绪

9、论.2 1.1 芝麻与芝麻蛋白概述.2 1.1.1 芝麻.2 1.1.2 芝麻油的压榨工艺.2 1.1.3 芝麻粕.2 1.1.4 芝麻蛋白.2 1.2 芝麻蛋白的研究现状.2 1.3 蛋白质的功能性质在食品中的作用.3 1.4 立题背景与意义.3 1.5 本课题主要研究的内容.4 第第 2 章章 材料及方法材料及方法.5 2.1 实验原料、试剂、器材.5 2.1.1 实验原料.5 2.1.2 实验试剂.5 2.1.3 实验仪器.5 2.2 实验原理及试验方法.5 2.2.1 芝麻粕蛋白的提取.5 2.2.2 单因素实验.6 2.2.3 正交实验设计.6 2.3 芝麻蛋白的功能性质测定.6 2

10、.3.1 吸水性的测定.6 2.3.2 持水力的测定.7 2.3.3 湿润性的测定.7 2.3.4 吸油性的测定.7 2.3.5 热凝集性的测定.7 2.3.6 发泡性的测定.7 2.3.7 黏度的测定.7 第第 3 3 章章 结果与分析结果与分析.8 3.1 芝麻蛋白的提取.8 3.1.1 关于提取工艺条件.8 3.1.2 关于产品色泽.8 3.1.3 单因素实验.8 3.1.4 正交实验结果与讨论.11 3.2 芝麻蛋白的吸水性.12 3.3 芝麻蛋白的持水力.12 3.4 芝麻蛋白的湿润性.12 3.5 芝麻蛋白的吸油性.13 3.6 芝麻蛋白的热凝集性.13 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研

11、究 -IV 3.7 芝麻蛋白的发泡性.14 3.8 芝麻蛋白的黏度.14 结论与展望结论与展望.16 结论.16 展望.16 致致 谢谢.18 参考文献参考文献.19 安徽工程大学毕业设计（论文） - -V 插表清单插表清单 表2-1 实验中所用试剂.5 表2-2 试验中所用仪器.5 表2-3 芝麻蛋白提取实验因素水平表.6 表3-1 料液比对芝麻蛋白得率的影响.8 表3-2 提取时间对芝麻蛋白得率的影响.9 表3-3 pH值对芝麻蛋白得率的影响.10 表3-4 温度对芝麻蛋白得率的影响.10 表3-5 芝麻蛋白提取正交实验结果.11 表3-6 芝麻蛋白的吸水性.12 表3-7 芝麻蛋白的持水

12、力.12 表3-8 芝麻蛋白的湿润性.13 表3-9 芝麻蛋白的吸油性.13 表3-10 芝麻蛋白的热凝集性.13 表3-11 芝麻蛋白的发泡性.14 表3-12 pH对芝麻蛋白溶液黏度的影响.14 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 -VI 插图清单插图清单 图2-1 实验室芝麻蛋白的提取工艺流程图.6 图3-1 料液比对芝麻蛋白得率的影响.9 图3-2 提取时间对芝麻蛋白得率的影响.9 图3-3 pH值对芝麻蛋白得率的影响.10 图3-4 温度对芝麻蛋白得率的影响.11 图3-5 pH对芝麻蛋白溶液黏度的影响.15 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 0 - 引言引言 芝麻是人类知道得最早的油料种

13、籽, 它含油量很高, 几乎占所有油籽的首位。芝 麻的蛋白质含量也很高, 提取油后的芝麻粕是制取蛋白质分离物的廉价原料。芝麻蛋 白质的质量亦较好, 不仅人体必需的八种氨基酸都齐全, 而且其量也接近或超过世界 粮农组织提出的参考标准, 特别是含硫氨基酸比大豆蛋白质中的要高得多。芝麻的含 油量为4554，蛋白质含量高达 50。芝麻富含亚油酸、木脂素、维生素 E 、维生素A 、维生素B1、维生素B2和钙、磷等矿物质。具有护肝、补肾、润肠、 软化皮肤、滋补养血、调经、润滑、利尿、缓泻、安神的功效，在中医药上被用于 辅助治疗慢性便秘、耳鸣、 脱发、口角溃疡和齿眼炎、贫血、头昏眼花、偏头痛、 视力减退、骨质

14、疏松、烧伤烫伤等。可见芝麻粕作为废料及肥料均是一种浪费，芝 麻粕是一种值得我们开发利用的廉价优质蛋白。 芝麻蛋白主要是碱溶性蛋白（67%） ， 在碱性条件下溶解度较大， 所以提取基本 方法是碱提酸沉法。Taha等研究用0.4 mol/L NaOH, 固液比为1:25，采用逆流式提取可 提取91.7%含氮物，且可得植酸含量很低的浓缩蛋白、分离蛋白。金青哲采用未去皮麻 渣为原料进行研究, 正交实验得出最佳提取工艺：固液比1:18-1:20，pH为10.0，时间 为3 h,温度70 一80 ,再用HCl调pH3.8-4.0沉淀出蛋白质,可得68.4%粗蛋白2。 本课题就是针对实验提取工艺和芝麻蛋白质

15、进行功能特性研究，主要包括：吸水 性、吸油性、湿润性、热凝集性、持水力、发泡性、黏度。白质 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 1 - 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.1 芝麻与芝麻蛋白概述 1.1.1 芝麻 芝麻（学名：Sesamum indicum）脂麻科，是胡麻的籽种。虽然它的近亲在非洲出 现，但品种的自然起源仍然是未知的。它遍布世界上的热带地区。芝麻是我国四大食 用油料作物的佼佼者，是我国主要油料作物之一。芝麻产品具较高的应用价值。它的 种子含油量高达4554。我国自古就有许多用芝麻和芝麻油制作的名特食品和美 味佳肴，一直著称于世。 芝麻可提供人体所需维生素 E、B1、钙质，特别是

16、它的“亚麻仁油酸”成份，可 去除附在血管壁上的胆固醇，食用前将芝麻磨成粉，或是直接购买芝麻糊以充分吸收 这些营养素。 1.1.2 芝麻油的压榨工艺 我国传统的芝麻油以小磨香油最为出名，它以芝麻为原料，用水代法加工制取， 具有浓郁的独特香味，是良好的调味油。用水代法加工制取小磨香油在我国已有四百 多年历史14。小磨香油主要用作佐餐调味，也是一些传统特色食品糕点的主要辅料。 小磨香油采用的是“水代法”生产，这是一种最优秀的工艺，是我们的祖先发明的， 尤其值得我们骄傲。小磨香油的主要工具就是石磨。芝麻炒熟后，通过石磨的研磨， 形成酱坯。在酱坯中倒入一定比例的优质饮用水，利用油水比重不同，将油从酱坯中

17、 代换出来，在国家标准中称为“水代法”12。 “水代法”榨油后副产品麻渣或饼粕含蛋白质 38%50%, 含量丰富, 但通常都 是直接把它用作饲料或肥料, 没能进一步综合利用。鉴于麻渣或饼粕蛋白质含量高, 且其蛋白质氨基酸除赖氨酸含量低外, 其与牛肉或酪蛋白相比, 接近或达到 FAO/WHO 建议优质蛋白。其富含甲硫氨基酸, 尤其是蛋氨酸含量高于其它植物蛋白 因此为了更好开发利用蛋白质资源, 有必要对芝麻蛋白进行了解和研究。 1.1.3 芝麻粕 芝麻粕是芝麻榨油后的副产物，将其通过溶剂浸出法脱脂后的产物则称为脱脂 芝麻粕粉。 1.1.4 芝麻蛋白 芝麻是人类知道得最早的油料种籽, 它含油量很高,

18、 几乎占所有油籽的首位。芝 麻的蛋白质含量也很高, 提取油后的芝麻粕是制取蛋白质分离物的廉价原料。芝麻蛋 白质的质量亦较好, 不仅人体必需的八种氨基酸都齐全, 而且其量也接近或超过世界 粮农组织提出的参考标准, 特别是含硫氨基酸比大豆蛋白质中的要高得多。芝麻蛋白 质的不足之处是赖氨酸量较低, 比不上大豆蛋白质。 1.2 芝麻蛋白的研究现状 在我国芝麻饼粕的利用主要还是作为饲料和肥料，而芝麻饼粕中蛋白质和芝麻素 的提取还只是处在初期研究阶段。Taha等研究用0.4 mol/L NaOH, 固液比为1:25，采用 逆流式提取可提取91.7%含氮物，且可得植酸含量很低的浓缩蛋白、分离蛋白。金青哲 采

19、用未去皮麻渣为原料进行研究, 正交实验得出最佳提取工艺：固液比1:18-1:20，pH 为10.0，时间为3 h,温度70 一80 ,再用HCl调pH 3.8-4.0沉淀出蛋白质,可得68.4% 粗蛋白2。 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 2 - 目前芝麻粕蛋白的提取需要改进之处在于提高收率和降低成本的同时，解决蛋白 质的脱色问题，正是因为芝麻饼粕蛋白较深的褐色，才严重影响了芝麻饼粕蛋白粉在 食品中的应用，所以低变性、高纯度的纯天然芝麻饼粕蛋白是今后研发的重点。从芝 麻粕中提取蛋白质的方法目前主要有酶法和碱法，本课题采用的是碱法提取芝麻蛋白。 芝麻蛋白的干燥方法主要有热风干燥、真空干燥、真空

20、冷冻干燥、喷雾干燥，据研究 效果最好的是真空冷冻干燥，但是由于实验条件的原因，本课题只能采用热风干燥箱 干燥。 从芝麻饼粕中提取芝麻素，国内目前主要是采用溶剂浸提，这种方法还需要在提 高纯度和收率的同时降低能耗、溶剂成本及防止溶剂对芝麻素的污染。 1.3 蛋白质的功能性质在食品中的作用 蛋白质是食品的重要成分。它不但能提高食品的营养价值，而且对食品的质量也 起着重要的作用。各种蛋白质都有不同的功能性质，在食品加工过程中发挥出不同的 功能，赋予产品引人注目的商品特征。根据功能性质不同，选定适宜的蛋白质，加入 到食品中，使之与其它成分（碳水化合物、脂肪和水）反应，加工的成品便具有很大 的优点。美国

21、莫尔斯顿公司的普利拉蛋白产品，基本品种只有5 6 种，而通过功能 性和配方特点生产的产品多达几十种，其中一种保水性很好的大豆分离蛋白，在火腿 中添加2 %，不仅能保侍鲜肉的水分和风味，而且由于蛋白质的吸水、油性很高，可以 增重1520%13。 将蛋白质的功能性质应用于食品的成分时，它的大部分功能性质影响食品的色泽、 风味、外形、质构等食品品质，特别是结构特性，而且对食品或食品成分在在加工及 储藏的物理或化学性质起着极为重要的作用。例如：焙烤食品的感官性质与小麦面筋 蛋白质的黏弹性和面团形成性质有关；肉制品的质构和多汁性主要取决于肌肉蛋白质； 乳制品的质构特性和凝乳块形成性质取决于酪蛋白胶束独特

22、的胶体结构；蛋糕的结构 以及甜食的搅打起泡性质取决于蛋清蛋白的性质等。 食品蛋白质的功能性质指的是对人们所期望的食品特征产生影响的那些物理化学 性质，它对于食品或食品成分在制造、加工或保藏中的理化性质起重要的作用。例如： 面粉的谷蛋白（面筋）的粘弹性；牛奶的酪蛋白的凝乳性；鸡蛋的卵白蛋白的发泡性 和乳化性；肌肉蛋白的组织性；大豆蛋白质的水溶性和乳化性。可以将食品蛋白质的 功能性质分为三个类别: 1）水化性质（hydration properties） ，取决于蛋白质- 水的相互性质，包括溶解度、 吸水与持水性、湿润性、粘着性、肿胀和粘度； 2）与蛋白质- 蛋白质相互作用有关的性质，这对产生凝胶

23、作用、沉淀作用和组织 化形成各种其他结构（如面团）时具有重要意义； 3）表面性质（interfacial propertites） ，这与蛋白质的表面张力、乳化性、风味结合 和发泡性紧密相关13。 1.4 立题背景与意义 芝麻蛋白的氨基酸组成与FAO/WHO 推荐的人类蛋白质标准具有很好的一致性, 芝 麻蛋白必需氨基酸含量占氨基酸总量的30%,必需氨基酸除赖氨酸和异亮氨基含量低于 FAO/WHO要求外, 其他的氨基酸都可以满足人体的需求3。可是在我国芝麻饼粕的利用 主要还是作为饲料和肥料，而芝麻饼粕中蛋白质和芝麻素的提取还只是处在初期研究 阶段。可见人们已经认识到了在倡导环保节约型社会的今天，

24、坚定了我们对地球上 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 3 - 的现有资源加以充分利用的决心，我们发现很多公益生产的下脚料丢弃，不能物尽 其用，本课题研究的芝麻粕只是万千中的一个。以期改变芝麻粕作为废料及肥料均 的现状，证明芝麻粕是一种值得我们开发利用的廉价优质蛋白。 本课题对芝麻粕蛋白的提取工艺进行优化研究，并对芝麻蛋白作为食物的功能 性质进行研究，使其作为食品原料的可能性，提供理论依据。 1.5 本课题主要研究的内容 本课题将以芝麻粕为原料，确定其芝麻蛋白的最佳提取条件，研究实验室提取的 芝麻粕蛋白的功能性质，以期为芝麻粕的高附加值综合利用和深加工开发提供理论依 据和技术支持。 本课题的

25、主要研究内容： （1）芝麻粕蛋白的提取工艺条件的研究； （2）芝麻粕蛋白的功能性质研究，如：吸水性、持水力、湿润性、吸油性、热凝 集性、发泡性、黏度。 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 4 - 第第 2 2 章章 材料及方法材料及方法 2.1 实验原料、试剂、器材 芝麻粕，导师提供。 2.1.2 实验试剂 表2-1 实验中所用试剂 试剂名称级别生产厂家 NaOH HCl 石油醚 色拉油 蒸馏水 分析纯 分析纯 分析纯 南京盛跃精细化工发展有限公司 漂阳市东方化学试剂有限公司 上海化学试剂总厂 市售 实验室自制 2.1.3 实验仪器 表2-2 试验中所用仪器 仪器名称规格/型号生产厂家 数显恒温

26、水浴锅 循环水式多用真空泵 电热恒温鼓风干燥箱 冰箱 可见分光光度计 电子天平 台式离心机 数显粘度计 恒温磁力搅拌器 大容量离心机 高速组织捣碎机 数显pH计 烧杯、试管、培养皿、容量 瓶等 HH-2 SHB- DHG-9143B5- BDC-198ZM2 723 JA2003N TGL-16G NDG-5S 85-24 L-550 DS-200 pHS-2F 国华电器有限公司 郑州市上街华科仪器厂 上海新苗医疗器械制造有限公司 合肥美菱股份有限公司 上海菁华科技仪器有限公司 上海精密仪器有限公司 上海安亭仪器厂 上海昌吉地质仪器有限公司 金坛市杰瑞尔电器有限公司 长沙湘仪离心机仪器有限公司

27、 江阴市保利科研器械有限公司 上海雷磁 实验室自备 2.2 芝麻蛋白提取条件的探索 2.2.1 芝麻蛋白的提取 本课题所研究的蛋白质是属碱溶性蛋白，所以我提取蛋白质是采用碱提酸沉的方 法，但是由于芝麻粕含油量比较高，所以须用石油醚进行脱脂处理。 具体的操作方法及处理如下： 1）预处理，将原料用40目的网筛筛选颗粒比较细的原料，后用石油醚以料液比为 1浸泡3 d，再换新的石油醚浸泡1 d，最后，将石油醚倒掉，置于通风橱中自然 风干； 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 5 - 2）以反应条件为pH为11的NaOH提取液1:30,水浴时间为4 h，水浴温度为70 提 取蛋白质； 3）将提取液用循

28、环水式真空泵抽滤，取滤液于烧杯中，用pH为1.6的HCl调节pH至 4.5，静置30 min后用台式大容量离心机，转速3000 r/min，离心20 min； 4）置于热风干燥箱中干燥，碾碎备用5。可以简化为工艺流程图如下： 原料筛选 石油醚脱脂 抽滤 滤渣 抽滤、风干 碱液浸提 离心烘干 盐酸沉淀 抽滤留滤液 图 2-1 实验室芝麻蛋白的提取工艺流程图 2.2.2 单因素实验 本次课题所采用的是 NaOH 提取，HCl 沉淀的方法，根据影响芝麻蛋白得率的因素 设计单因素实验，主要：有浸提液的料液比（g/mL） 、浸提液的 pH 值、浸提时间（h） 、 浸提温度（）15。 1）料液比的选择 把

29、料液比以外的条件固定，即是条件为提取温度为 60 ，碱液的 pH 值为 10，浸 提时间为 3 h。分别以 1:10、1:20、1:30、1:40 的浸提液料液比提取芝麻蛋白，测其得 率。 2）浸提时间的选择 把浸提时间以外的条件固定，即时以条件为提取温度为 60 ，碱液的 pH 值为 10，料液比为 1:30。浸提时间分别为 2 h、3 h、4 h、5 h 提取芝麻蛋白，测其得率。 3）浸提液的 pH 值的选择 把碱液的 pH 值以外的条件固定，即是条件为提取温度为 60 ，料液比为 1:30， 浸提时间为 3 h。分别以 pH 为 8、9、10、11、12 提取芝麻蛋白，测其得率。 4）浸

30、提温度的选择 把浸提温度以外的条件固定，即是条件为提取温度为 60 ，碱液的 pH 值为 10， 料液比为 1:30。分别以浸提温度为 50 、60 、70 、80 提取芝麻蛋白，测其得 率。 2.2.3 正交实验设计 在单因素实验的基础上进行正交实验，优化提取工艺，单因素中已经确定浸提料 液比在 1:30、提取时间为 4 h 是提取的效果最佳。在此基础上建立 L9（34）正交表对 提取工艺条件进行优选1。 表 2-3 芝麻蛋白提取实验因素水平表 因素 水平 A pH 值 B 料液比 （g/mL） C 温度（） D 时间（h） 1101:25703.5 2111:30804 3121:3090

31、4.5 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 6 - 2.3 芝麻蛋白的功能性质测定 2.3.1 吸水性的测定 准确称取0.500 g 芝麻粕蛋白,三份平铺于直径为10 cm 的培养皿( 已称重, 与样 品共重m1) 置于度为35 , 相对湿度为90%的条件下恒温恒湿培养箱中, 每隔6 h 测定 一次培养皿的质量, 至培养皿的质量不再增加时停止测定, 此时培养皿的质量为m23, 则样品的吸水性按公式2-1计算: 吸水性( g/g) = (m2- m1） /0.5 （公式2-1） 2.3.2 持水力的测定 取50mL 塑料离心管称量(m1) , 准确称取0.5g 芝麻蛋白3份置于离心管, 加蒸馏 水

32、30mL, 用磁力搅拌器使蛋白质溶液分散均匀, 调节pH 值7.0, 于60恒温水浴中加 热30min, 然后在冷水中冷却30min, 把样品管置于离心机, 在3000r/min 条件下离心 10min 后, 倾去上清液, 称取离心管的质量(m2) , 并计算出每克蛋白质样品的持水力 (Water Hold Capacity简称WCH)5 。 WCH (g/g) = (m2- m1- 1) /样品的质量4 （公式2-2） 2.3.3 湿润性的测定 将80 mL 蒸馏水倒入一个放有磁力搅拌器的100 mL烧杯中, 称取1.0 g 粉末状芝麻 蛋白的样品。 并通过40目筛网把样品分散加入盛有蒸馏水

33、的烧杯中, 立即观察水面粉 状样品的湿润情况, 1.5 h 后, 开动磁力搅拌器, 使液体形成的涡漩水柱到达烧杯底部, 充分搅拌样品0.5 min1 min3。通过测定蛋白质在溶液中的分散情况来判断。 2.3.4 吸油性的测定 蛋白质吸油率（Fat Bonding Rate简称FBT)的测定，准确称取0.300 g芝麻粕蛋白样 品于离心管中，加入4mL色拉油（市售调和食用油） ，搅拌充分后于3000 r/min的转速离 心机中离心20 min，吸去上层未吸附油11，称重计算如公式2-3。 FBT（g/g)=（吸油后重量吸油前重量）/样品蛋白重量 （公式2-3） 2.3.5 热凝集性的测定 配制

34、100 mL 1% ( 质量分数) 的芝麻蛋白质溶液, 并调节pH值至7。置于离心机 中, 以4000 r/min 的速度离心30 min,测定上清液的吸光度A 为400 nm。取20 mL上清 液置于离心管中,于水浴锅中98100 加热30 min, 然后冷却至室温,以2000 r/min 的 速度离心15 min3, 用滤纸过滤 , 测定滤液的吸光度A 为400 nm。以混浊性的变化表 示热凝集性。 2.3.6 发泡性的测定 蛋白质的发泡性可以从两个方面研究，即是发泡能力( Foaming Capacity 简称FC )和 泡沫稳定性( Foaming Stability 简称FS)采用打

35、擦起泡法。称取1.500 g 样品溶于100 mL, pH = 7.0 的缓冲液, 搅拌10 min, 用组织捣碎机于1200 r/min的转速搅打2 min, 立即倾入150 mL量筒11, 记录其体积V, FC 为: FC (% ) =( V- 100)/100 100%9 （公式2-4） 间隔30分钟之后再记录其总体积VO 以及析水体积VT，FS 表示为: FS(% ) = （1-VT/Vo)100%9 （公式2-5） 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 7 - 2.3.7 黏度的测定 配制1%的芝麻蛋白溶液，用NDJ- 5S 数显黏度计测定不同pH值环境下的黏度 （Viscosity

36、)3，转速为60 r/min。 第第3 3章章 结果与分析结果与分析 3.1 芝麻蛋白的提取 3.1.1 关于提取工艺条件 芝麻蛋白中80 % 左右为a-球蛋白, 水溶性佳。变性后水溶性降低, 但在碱作用下 仍可适度降解而溶出。这些水溶性蛋白质分子在等电点附近时易发生凝聚而析出沉淀, 即为分离蛋白。试验中我们严格控制碱对蛋白质的降解度。碱作用太弱, 蛋白质得率 不高; 碱作用太强, 蛋白质降解过度, 不易被酸所沉淀, 影响蛋白质得率, 同时也增 强了美拉德反应,影响产品色泽。 影响蛋白质得率另一个重要因素是酸沉条件。实验表明, 酸沉的适宜pH可控制在 4.2 -4.5。此时蛋白质沉解速率大,

37、上清清晰透明, 两相分离容易收率高1。 3.1.2 关于产品色泽 试验表明, 如不加特别处理, 制取的分离蛋白产品色泽通常较深, 说明发生了褐 变现象, 此褐变反应通常出现于产品的干燥操作过程, 酸沉蛋白质在与上清分离干燥 之前, 其色泽令人满意。但在干燥阶段, 产品色泽出现了从灰黄色到褐色, 深褐色甚 至黑色的变化。这种与基质浓度有关的褐变是美拉德反应的一个典型特征1。 实验中也可观察到酶促褐变现象, 即有氧能迅速促进产品的褐变。酶促褐变须在 多酚、多酚酶及氧三者共存下发生。近期的研究表明:酶促褐变的强度主要取决于多酚 含量, 而与多酚酶活性强弱并不明显有关。一般认为麻脚中的多酚酶经过制油过

38、程已 大部份失活, 但只要麻脚中多酚酶活性尚存, 在多酚含量高, 有氧存在时, 酶促褐变 就不可避免。 如果适当控制提取工艺条件, 如pH , 固液比等, 对产品护色是有效的。在此基础 上, 借助于喷雾干燥法, 就能取得较好的护色效果。其做法是在喷雾干燥前将酸沉蛋 白质用温水洗涤数次, 真空浓缩后在一定条件下喷雾干燥, 使其水分瞬间蒸发至干。 得到的产品不但色泽好, 呈浅淡棕色, 且风味正常, 溶解性好。喷雾干燥法抑制褐变 的原因是它大大缩短了蛋白质在干燥过程中发生美拉德反应速率最大区间(水分活度为 0.6 -0.8) 中的停留时间, 也减少了与氧气接触的机会。 3.1.3 单因素实验 1）料

39、液比的选择 取 3.000 g 芝麻粕粉 3 份相同条件下提取芝麻蛋白，所得的结果如下表 3-1。 表 3-1 料液比对芝麻蛋白得率的影响 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 8 - 料液比 （g/mL） 1:101:201:301:40 得率（%）1.936.137.96.27 根据表 3-1 作图得： 图 3-1 料液比对芝麻蛋白得率的影响 由图 3-1 可以看出芝麻蛋白的得率随着料液比的变化的趋势，可以看出当料液比 为 1:30 时得率最高。所以我的正交实验是以料液比为 1:30 为基点研究的。 2）提取时间的选择 取 3.000 g 芝麻粕粉 3 份相同条件下提取芝麻蛋白，所得的结果如下

40、表 3-2。 表 3-2 提取时间对芝麻蛋白得率的影响 编号时间(h)得率(%) 126.72 2313.28 3414.97 4512.81 根据表 3-2 作图得： 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 9 - 图 3-2 提取时间对芝麻蛋白得率的影响 由图 3-2 可以看出从 2 h-3 h 蛋白质得率明显升高，而在 3 h-4 h 得率的升高趋势变 化较平缓，并在 4 h 时达到最高，在 4 h-5 h 得率降低。所以我的正交实验研究的是以 4 h 为基点研究的。 3）pH 的选择 取 3.000 g 芝麻粕粉 3 份相同条件下提取芝麻蛋白，所得的结果如下表 3-3。由于 芝麻蛋白在碱

41、作用太强条件下, 蛋白质降解过度, 不易被酸所沉淀, 影响蛋白质得率, 同时也增强了美拉德反应,影响产品色泽。所以本课题选用的最高 pH 为 12。 表 3-3 pH 值对芝麻蛋白得率的影响 编号pH 值得率(%) 182.23 294.3 3106.18 41111.76 51213.54 由表 3-3 作图得： 图 3-3 pH 值对芝麻蛋白得率的影响 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 10 - 4）温度的选择 取 3.000 g 芝麻粕粉 3 份相同条件下提取芝麻蛋白，所得的结果如下表 3-4。 表 3-4 温度对芝麻蛋白得率的影响 编号温度（）得率(%) 1501.79 2602.35

42、 3707.56 4808.9 由表 3-4 做图得： 图 3-4 温度对芝麻蛋白得率的影响 3.1.4 正交实验结果与讨论 表 3-5 芝麻蛋白提取正交实验结果 因素试验指标 编号 A 料液比 （g/mL） B pH 值 C 温度（） D 时间（h） 得率/% 11（1:25）1（10）1（70）1（3.5）6.94 212（11）2（80）2（4）10.47 313（12）3（90）3（4.5）12.77 42（1:30）1238.76 5223111.95 6231212.5 73（1:35）13210.47 8321310.43 93（1:35）32115.1 安徽工程大学毕业设计（论

43、文） - - 11 - K130.1826.1729.8733.99 K233.2132.8534.3333.44 K33640.3735.1931.96 k110.068.729.9611.33 k211.0710.9511.4411.15 k31213.4611.7310.65 R1.944.741.770.68 T=99.39 因素主次BACD 最优组合方案A3B3C3D1 从正交实验数据中可以看出 pH 值对芝麻蛋白提取得率的影响最大，料液比次之， 提取时间影响相对最小。理论正交实验方案应该是 A3B3C3D1，这种组合方案和第九组 很相近但是由于实际上的提取温度属于次要因素，温度的提

44、高会增加生产成本同时高 温下提取的芝麻蛋白颜色比较重，而且温度过高蛋白质容易变性，在单因素中已经研 究了温度对芝麻蛋白的影响不是十分的大。由此我采取的提取实验组合为: A3B3C2D1；A3B3C2D1方案相对于 A3B3C3D1方案缩短了时间，降低了温度并且蛋白质 的提取得率仅降低不到 1%,我认为这是最佳的方案即芝麻蛋白的最优提取工艺条件是： 料液比为 1:30、pH 为 12、温度为 80 、提取时间为 3.5 h,此时的提取得率为 15.65%。 但是 pH 和温度都影响蛋白质产品的色泽，而且高温和高碱度的作用下蛋白 质降解严重，影响蛋白质的得率。所以我优化提取条件为：料液比 1:30

45、、pH 为 11、温 度为 70 、提取时间为 4 h,经验证此时的芝麻蛋白的得率为 15.89%。 3.2 芝麻蛋白的吸水性 吸水性是指蛋白质产品吸附或摄取水分的能力。通常用每克产品吸附水分的克数 或毫升数来表示。芝麻蛋白3份置于温度为35 , 相对湿度为90%的条件下恒温恒湿培 养箱中测得的吸水性，如下表3-6： 表3-6 芝麻蛋白的吸水性（g/g) 培养皿及样品重量/g 组别 6 h12 h18 h24 h30 h 重量变 化/g 吸水性 （g/g) 平均 （g/g) 128.51528.54228.54728.54828.5470.0320.064 230.4130.43430.443

46、0.44230.4420.0310.062 333.09733.12533.13133.1333.1320.0330.066 0.064 由表3-6可知，芝麻蛋白的吸水性还是比较高的。 3.3 芝麻蛋白的持水力 蛋白的持水力是指蛋白质将水截留（或保留）在其组织中的能力，被截留的水包 括有吸附水、物理截留水和流体动力学水。蛋白质的持水力与其水结合能力有关，可 影响到食品的嫩度、多汁性、柔软性，由此可见蛋白质的持水力对食品品质具有更重 要的实际意义7。芝麻蛋白的持水力可以用离心分离后的蛋白质制品中的残留水分的含 量来衡量。影响蛋白质持水力的因素很多, 除随蛋白质浓度的增加而增大外, 主要还 与食品

47、体系的温度、pH 值、电离强度等因素有关。 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 12 - 表3-7 芝麻蛋白的持水力 组别 m1/gm2/g 持水力 （g/g) 平均（g/g） 121.23322.460.454 223.14024.3680.456 325.08726.3420.510 0.473 由表3-7可知，芝麻蛋白的持水力也是很优异的。 3.4 芝麻蛋白的湿润性 湿润性是指蛋白质产品吸附水分快慢的能力, 通过测定蛋白质在溶液中的分散情 况来判断。芝麻蛋白的湿润性测定结果见表3-8。 表3-8 芝麻蛋白的湿润性 现象湿润性 芝麻蛋 白 粉末仅稍微湿润, 有结块、少量沉入底部, 大部 分浮

48、于水面, 少量溶解。1.5 h 后, 完全湿润, 沉入底部, 有少量结块浮于水面, 开动磁力搅拌 器搅拌可分散。 良 3.5 芝麻蛋白的吸油性 吸油性是指蛋白质产品吸附油的能力。通过用每克蛋白质产品吸附油的毫升数来 表示, 一般用离心法测定。影响吸油性的主要因素是蛋白质产品的种类和来源、粒子 大小、温度和加工方法，吸油性还受蛋白含量, 蛋白颗粒表面性质, 特别是蛋白质疏 水性和油的流动性等多方面因素的影响7。水解降低蛋白质的分子量、增加了蛋白质的 亲水基团, 必然导致吸油性下降。芝麻蛋白的吸油性以吸油率表示，测定结果如下表 3-9： 表3-9 芝麻蛋白的吸油性 离心管及样品重量/g 组别 吸油

49、前吸油后 重量增加量/g吸油率（g/g) 平均吸油率 （g/g) 12.3532.7860.4331.44 22.3602.7770.4171.39 32.3382.7880.451.50 1.44 由表3-9可知，芝麻蛋白具有良好的吸油性。 3.6 芝麻蛋白的热凝集性 以混浊性的变化表示蛋白质的热凝集性。pH 值、盐、变性剂对蛋白质的热凝集性 有影响。芝麻蛋白的聚集一般是有较大的聚合物生成，蛋白质的胶凝作用是一些蛋白 质食品非常重要的功能性质，在许多食品的制备中起着重要的作用，如乳制品、凝胶、 各种加热的肉糜、鱼制品等。蛋白质的胶凝作用除可以用来形成固体弹性凝胶、提高 安徽工程大学毕业设计（

50、论文） - - 13 - 食品的吸水性、增稠、黏着脂肪外，对食品中成分的乳化-发泡的稳定性还有帮助7。 胶凝作用是蛋白质最重要的功能之一，也是食品加工中经常考虑的问题之一。实验室 提取芝麻蛋白的热凝集性如下表3-10： 表3-10 芝麻蛋白的热凝集性 吸光度/A 组别 热变前热变后 混浊度/A平均混浊度/A 10.0930.1230.03 20.0910.1240.033 30.0920.1240.032 0.032 由表3-10可知，芝麻蛋白的热凝聚性不是太好，可能是提取出的蛋白质一部分发 生变性；也可能是由于芝麻蛋白的复溶性太差，蛋白质溶液浓度达不到要求造成的。 3.7 芝麻蛋白的发泡性

51、泡沫通常是指气体在连续液相或半固相中分散所形成的分散所形成的分散体系， 典型的泡沫食品例子就是冰淇淋、啤酒、搅打的奶油等7。蛋白质发泡性的评价指标一 般使用发泡能力( Foaming Capacity )和泡沫稳定性( Foaming Stability )，本课题是采 用的组织捣碎机打擦起泡法。但是发泡能力和泡沫稳定性之间通常是相反的，具有良 好的发泡能力的蛋白质，其泡沫稳定性一定很差，反之亦然，其原因是蛋白住的发泡 能力和泡沫稳定性由两类不同的分子性质决定。发泡能力取决于蛋白质分子的快速扩 散、对外界张力的降低、疏水基团的分布等性质，主要由蛋白质的溶解性、疏水性、 肽链的柔软性决定；泡沫稳

52、定性主要由蛋白质的流变学性质决定的10。本课题所研究 的实验室提取芝麻蛋白的发泡性质如下表3-11： 表3-11 芝麻蛋白的发泡性 发泡能力/mL 组别 发泡前发泡后 30 min 后 /mL 发泡能力 /% 平均 FC/% 110012510025 210013510030 310013210032 29 由表3-11可知，芝麻蛋白具有非常好的发泡能力，但是相反他的泡沫稳定性很差， 30 min后泡沫几乎完全消失。 3.8 芝麻蛋白的黏度 芝麻蛋白的黏度主要决定于蛋白质本身的性质,如分子大小、形状、表面电荷和浓 度, 也受pH 值、浓度、温度等的影响。溶液的黏度反映出它对流动的阻力情况。蛋白

53、 质的黏度、稠度是流体食品如饮料、肉汤、汤汁等的主要功能性质，影响食品的品质、 质地7，对于蛋白质食品的输送、混合、加热和冷却等加工过程也有非常重要的实际意 义。本课题主要研究pH对实验室自制芝麻蛋白溶液黏度的影响如下表3-12： 表3-12 pH对芝麻蛋白溶液黏度的影响 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 14 - 溶液 pH 值 2.53.44.25.36.47.58.69.810.111.312.1 黏度 /mp*s 76422223452 据表3-12作图3-5，如下图3-5： 图3-5 pH对芝麻蛋白溶液黏度的影响 由图3-1可知，芝麻蛋白溶液的黏度在pH 2.0-5.3是随着pH值得

54、增大而递减，在pH 5.3-8.6黏度相对趋于平衡，在pH 8.6-11.3黏度随着pH值得增大而递增，达到峰值，pH 再增大黏度下降。 安徽工程大学毕业设计（论文） - - 15 - 结论与展望结论与展望 结论 本实验采用石油醚对原料进行处理，采用NaOH溶液水浴浸提芝麻粕中的蛋白质。 利用实验室研究得到蛋白质浸提的最佳工艺条件，提取芝麻蛋白，并在热风干燥箱中 干燥后碾碎备用。进一步研究了芝麻粕中蛋白质的一系列功能性质，主要包括：吸水 性、吸油性、湿润性、热凝集性、持水力、发泡性、黏度。具体结论如下： （1）正交实验确定芝麻粕蛋白的最佳提取工艺条件：pH为12.0的氢氧化钠作为浸提剂， 浸提

55、的料液比为1:30，浸提温度为70.0 ，水浴浸提时间是4 h。影响浸提效果的因素 依次是水浴温度、浸取液浓度、料液比、水浴浸取时间，实验室所提取的芝麻蛋白的 得率是15.89%； （2）在干燥温度为40.0 的热风干燥箱中干燥，研磨呈棕黄色细末状的芝麻粕粗蛋白； （3）实验室提取的芝麻蛋白具有良好的吸水性、吸油性、湿润性和发泡能力；一般的 持水力；较差的热凝集性和泡沫稳定性；以及蛋白溶液黏度随着pH变化的规律。 展望 据资料表明，每100克芝麻中含有19.10 g蛋白质、780 mg钙、516 mg磷、22.70 mg 铁、50.4 mg VE等营养成分，具有清除自由基、益肝、补肾、养血、润

56、燥、生发乌发、 美容、降血脂、抗衰老等生理功能，是极佳的保健、美容食品，经常食用有益健康。 据研究表明芝麻蛋白质的营养价值较高, 是完全蛋白质, 其氨基酸的组成与瘦肉相近, 生理价值为71；芝麻蛋白中含有大量的蛋氨酸与半胱氨酸。蛋氨酸学名甲硫氨酸，是 含硫必需氨基酸，为含硫-氨基酸之一。是蛋白质的一种成分，卵白蛋白和酪蛋白 中很多，天然得到的是L-型。L型D型都有效。与生物体内各种含硫化合物的代谢密切 相关。在生物体内先从ATP接受腺苷基变成S-腺苷酰甲硫氨酸（活性甲硫氨酸 ）再进 行甲基转移。失去甲基的同型半胱氨酸经胱硫醚变成半胱氨酸。当缺乏蛋氨酸时,会引 起食欲减退、生长减缓或不增加体重、

57、肾脏肿大和肝脏铁堆积等现象，最后导致肝坏 死或纤维化。半胱氨酸是一种天然产生的氨基酸，在食品加工中具有许多用途，它主 要用于焙烤制品，作为面团改良剂的必需成分；半胱氨酸是一种还原剂，它可以促进 面筋的形成，减少混合所需的时间和所需药用的能量，半胱氨酸通过改变蛋白质分子 之间和蛋白质分子内部的二硫键，减弱了蛋白质的结构，这样蛋白质就伸展开来。 在人类生活在各种食品安全危害的危险中，人们在极力而又迫切的找到天然绿色 的食品源。蛋白质（protein）是生命的物质基础，没有蛋白质就没有生命。因此，它 是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。机体中的每一个细胞和所 有重要组成部分都有蛋白质

58、参与。人体内蛋白质的种类很多，性质、功能各异，但都 是由20多种氨基酸按不同比例组合而成的，并在体内不断进行代谢与更新。故人类对 孙庆海：芝麻蛋白功能特性研究 - 16 - 蛋白质的需求很大，而地球上的蛋白资源是非常有限的，所以我们应该充分利用现有 蛋白质，这就让我们注意到了一直以来被人们忽视的廉价蛋白源芝麻粕，它一直 被我们用作肥料或饲料，对于接近或达到 FAO/WHO 建议优质的蛋白实属浪费资源。 通过人们的不断研究与探索，相信这种廉价却非常优质的蛋白质会早日为人们利用起 来。 为了了解本课题，我查阅了大量的文献资料，从中也学到了很多东西，同时也发 现了很多的问题。目前芝麻油的提取工艺：水

59、代法、液压压榨法、螺旋压榨法和 CO2 超临界萃取法8。其中水代法是最为传统的榨取工艺。芝麻蛋白的提取方法主要有酶法 和碱法，干燥工艺主要有热风干燥、真空干燥、真空冷冻干燥、喷雾干燥，据研究效 果最好的是真空冷冻干燥，但是由于实验条件的原因，本课题只能采用热风干燥箱干 燥。 在本实验中还有很多需要进一步研究的地方： （1）实验室自制芝麻蛋白的得率，本课题所制得的芝麻蛋白的得率相比理论值相 距很大，这就需要我们对实验条件进一步探索及优化，比如浸取液的浓度、浸取时间、 合理的固液分离方法，更甚是采取更优化提取方法。 （2）实验室自制芝麻蛋白的色泽，本课题所制得的蛋白质色泽往往比较深，这就 需要我们

60、探索最佳的脱色和干燥工艺，实验中我们采用不同比例的石墨、双氧水对蛋 白质进行脱色处理，可是不是脱色不佳，就是蛋白质被大量吸附。 （3）实验室自制芝麻蛋白的干燥，试验表明, 如不加特别处理, 制取的分离蛋白 产品色泽通常较深, 说明发生了褐变现象, 此褐变反应通常出现于产品的干燥操作过 程, 酸沉蛋白质在与上清分离干燥之前, 其色泽令人满意。但在干燥阶段, 产品色泽 出现了从灰黄色到褐色, 深褐色甚至黑色的变化。这种与基质浓度有关的褐变是美拉 德反应的一个典型特征。这就要求我们采取适当的干燥工艺，比如真空干燥箱干燥、 真空冷冻干燥，可是由于实验室条件有限，本课题只能采用实验室满足的热风干燥箱 干