華霄，徐沙楠，陳穎，楊蕙，楊瑞金,2

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 2(江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)

番茄皮渣蛋白質(zhì)提取及其性質(zhì)表征

華霄1,2*，徐沙楠1，陳穎1，楊蕙1，楊瑞金1,2

1(江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無錫，214122) 2(江南大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 無錫，214122)

從番茄皮渣中提取蛋白質(zhì)并對蛋白質(zhì)進(jìn)行了分析和性質(zhì)表征。以番茄醬加工所得的番茄皮渣為原料，脫脂后在常溫(25 ℃)下用pH 9.0的NaOH溶液按料液比1∶20 (g∶mL) 的比例提取0.5 h，蛋白質(zhì)提取率達(dá)到約70%。所得蛋白質(zhì)堿提液經(jīng)過1 000 Da超濾膜超濾至完全脫除鹽分同時(shí)，脫除了74.3%的色素。凱氏定氮分析顯示，所提取樣品中蛋白質(zhì)含量為46%，元素分析(C、H、N、S)結(jié)果表明，樣品中除蛋白質(zhì)外存在碳水化合物，紅外光譜結(jié)果也顯示糖類物質(zhì)的存在的可能性，因此推測所得蛋白質(zhì)為糖蛋白。相比大豆分離蛋白，番茄皮渣蛋白質(zhì)具有更好的起泡性和相當(dāng)?shù)娜榛?，但其泡沫穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性稍弱于大豆分離蛋白。

番茄皮渣；蛋白質(zhì)；提??；超濾；元素分析；起泡性；乳化性

番茄加工會產(chǎn)生大量皮渣，僅在番茄醬的精制階段——從精制機(jī)內(nèi)破碎的番茄漿汁中分離排出的皮籽產(chǎn)量就占到原料的3%左右[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國目前年加工番茄量約900萬t，產(chǎn)生番茄皮渣約30萬t[2]。番茄皮渣營養(yǎng)成分豐富，其中油脂含量占8%～10%、蛋白質(zhì)含量占20%～30%、粗纖維含量占50%～60%，是一種優(yōu)良的食品配料資源[3]。目前番茄皮渣的主要處理手段是直接風(fēng)干后作為動物飼料，只能實(shí)現(xiàn)其基本價(jià)值[4]，但隨著食品加工技術(shù)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用程度提高，對番茄皮渣中油脂(包括番茄紅素)、膳食纖維和蛋白質(zhì)的開發(fā)利用已經(jīng)逐漸引起業(yè)內(nèi)廣泛重視[5-6]。特別是番茄皮渣蛋白中不含有抗?fàn)I養(yǎng)因子或有害物質(zhì)，因此相比其他植物蛋白而言是一種更好的食品蛋白質(zhì)[7]，但目前為止。對番茄皮渣蛋白質(zhì)的研究報(bào)道相對較少，尤其對其理化性質(zhì)和加工特性表征不夠深入。本文首先用稀堿溶液(pH 9.0)結(jié)合超濾從番茄皮渣中提取純化蛋白質(zhì)，然后對蛋白質(zhì)進(jìn)行了氨基酸組成分析、分子質(zhì)量分布和元素分析表征，最后對蛋白質(zhì)的起泡性和乳化性進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄皮渣，江蘇省亞克西食品有限公司；大豆分離蛋白，山東谷神集團(tuán)；食品級乙酸乙酯，廣東省陽東縣化工工業(yè)有限公司；三羥甲基胺基甲烷(Tris)，十二烷基硫酸鈉(SDS)， 30%丙烯酰胺，甲叉雙丙烯酰胺，考馬斯亮藍(lán)：分析純，美國Sigma公司；標(biāo)準(zhǔn)分子量Marker，美國伯樂(Bio-Rad)公司；其他試劑均為分析純(AR)，上海國藥集團(tuán)。金龍魚食用油，當(dāng)?shù)爻小?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

A11型粉碎機(jī)，德國IKA公司；Pellicon超濾系統(tǒng)，美國Millipore公司；KDN-103F自動定氮儀，上海纖檢儀器有限公司； UV1800紫外-可見分光光度計(jì)，日本Shimadazu公司；Vario Micro Cube元素分析儀，德國Elementar公司；iS5傅立葉紅外光譜儀，美國Nicolet公司；Agilent1100高效液相色譜儀，美國Agilent公司；Powerpac Basic蛋白質(zhì)電泳儀，美國Bio-Rad公司；T25高速分散器，德國IKA公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 番茄皮渣脫脂

番茄皮渣粉碎后過80目篩，按料液比1∶3(g∶mL)用食品級乙酸乙酯在常溫(25℃)下提取30 min，真空抽濾固液分離。濾渣用乙酸乙酯充分洗滌3次，然后在通風(fēng)櫥中充分揮發(fā)直至無乙酸乙酯殘留。

1.3.2 番茄皮渣蛋白質(zhì)提取

將脫脂后的番茄皮渣粉末按一定的物料比與去離子水均勻攪拌混合，用5 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)體系pH至特定值，在一定溫度下攪拌反應(yīng)一段時(shí)間，然后在5 000 r/min下離心20 min得到上清液即為蛋白質(zhì)堿提液。渣相加入10倍體積水?dāng)嚢柘礈?.5 h，再次在5 000 r/min下離心20 min，所得上清液與蛋白質(zhì)堿提液合并。蛋白質(zhì)提取的單因素實(shí)驗(yàn)如下：

(1)提取時(shí)間確定：脫脂番茄皮渣粉末按照料液比1∶12.5(g∶mL)與去離子水均勻混合，用5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系pH值為11.0，在T=50 ℃下分別攪拌提取0.5、1、2、3、4和5 h，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

(2)提取pH值確定：脫脂番茄皮渣粉末按照料液比1∶12.5(g∶mL)與去離子水均勻混合，用5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系pH值分別為8.0，9.0，10.0和11.0，在T=50 ℃下分別攪拌提取0.5 h，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

(3)提取溫度確定：脫脂番茄皮渣粉末按照料液比1∶12.5(g∶mL)與去離子水均勻混合，用5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系pH值為11.0，分別在T=25、45、50、55和60 ℃下攪拌0.5 h，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

(4)提取物料比確定：脫脂番茄皮渣粉末分別按照料液比1∶10、1∶12.5、1∶15和1∶20 (g∶mL)均勻混合，用5 mol/L NaOH調(diào)節(jié)體系pH值為11.0，在T=50 ℃下分別攪拌提取0.5 h，每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

所得蛋白質(zhì)提取率根據(jù)式(1)計(jì)算：

(1)

式中：ρ為凱氏定氮法測得堿提液中蛋白質(zhì)濃度，g/mL；V為堿提液體積，mL；m為凱氏定氮法測得原料番茄皮渣中蛋白質(zhì)質(zhì)量，g。

1.3.3 超濾純化

選擇截留分子質(zhì)量為1 000 Da的超濾膜，采用恒體積滲濾模式脫除蛋白堿提液中的色素和鹽分。當(dāng)透過液體積為原料液體積的2倍時(shí)，轉(zhuǎn)為濃縮滲濾直至原料液體積減少為原體積的50%。超濾過程中每當(dāng)透過液體積增加100 mL，測定截留液和透過液的pH和電導(dǎo)率。超濾結(jié)束后，用波長420 nm處的吸光值(OD420)計(jì)算色素的脫除率式(2)，并測定透過液、截留液中的蛋白質(zhì)濃度。所得截留液經(jīng)冷凍干燥得到蛋白質(zhì)樣品。

(2)

式中：A0和A1分別代表超濾前后的OD420值。

1.4 分析檢測方法

1.4.1 番茄皮渣原料成分測定

用凱氏定氮法(GB5009.5—2010)測定蛋白質(zhì)含量；用索氏提取法(GB/T 5009.6—2003)測定脂質(zhì)含量；用直接干燥法(GB 5009.3—2010)測定水分含量；根據(jù)GB/T 5009.10—2003測定粗纖維含量。

1.4.2 氨基酸組成分析

準(zhǔn)確稱取200.0 mg番茄皮渣蛋白質(zhì)于水解管內(nèi)，加入8 mL 6 mol/L HCl，充氮封管，在120 ℃下水解22 h，然后水解液全部轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用5 mol/L NaOH中和后定容，2層濾紙過濾至10 mL小燒杯，離心并移取400 μL上清液，在Agilent 1 100高效液相色譜儀上測定氨基酸含量。色譜條件：色譜柱Agilent Hypersil ODS (5 μm, 4.0 mm× 250 mm)；流動相A(pH 7.2)∶27.6 mmol/L 醋酸鈉-三乙胺-四氫呋喃(體積比500∶0.11∶2.5)，流動相B(pH 7.2)∶80.9 mmol/L 醋酸鈉-甲醇-乙腈(體積比1∶2∶2)；梯度洗脫程序：0 min 8%B;17 min 50%B；20.1 min 100%B；24.0 min, 0%B；流速1.0 mL/min，柱溫40 ℃，紫外檢測器波長338 nm，脯氨酸262 nm。

氨基酸評分(AAS)采用WHO/FAO氨基酸模式進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

(3)

式中：[AA]1和[AA]0分別為樣品和WHO/FA氨基酸模式中的氨基酸含量，mg/g。

1.4.3 SDS-PAGE

通過十二烷基硫酸鈉——聚丙烯酰胺凝膠垂直平板電泳(SDS-PAGE)表征蛋白質(zhì)分子質(zhì)量分布，分離膠濃度12%(pH 8.8)，濃縮膠濃度5%(pH 6.8)。取100 μL蛋白質(zhì)溶液和25 μL 5倍上樣緩沖液于沸水浴中加熱3 min，然后上樣。

1.4.4 元素分析

氦氣和氧氣壓力分別為 0.12 MPa、0.20 MPa，氦氣流量為 200 mL/min；氧氣流量：10 mL /min；燃燒爐溫度：1 150 ℃。還原爐溫度：850 ℃；第一次加氧時(shí)間：80 s，第二次加氧時(shí)間：100 s。準(zhǔn)確稱取5 mg樣品，用錫紙包裹。另測5個(gè)空白樣(2個(gè)加氧空白和3個(gè)無氧空白)、2個(gè)活化標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(磺胺)和3個(gè)校正因子標(biāo)準(zhǔn)樣品(磺胺)。

1.4.5 FTIR

取1.5 mg番茄皮渣蛋白質(zhì)樣品和90 mg KBr于瑪瑙研缽中充分研磨混合，壓片后進(jìn)行紅外光譜(FTIR)掃描，掃描范圍500～4 000 cm-1，光譜分辨率4.0 cm-1，掃描16次，以KBr空白片作為背景。

1.4.6 起泡性測定

取0.5 g番茄皮渣蛋白質(zhì)樣品，溶解于50 mL去離子水，配成濃度為10 g/L的番茄皮渣蛋白質(zhì)溶液，在100 mL量筒中用高速分散器在15 000 r/min下分散40 s，重復(fù)3次，然后靜置記錄氣泡體積變化直至氣泡體積不變。用相同方法測定大豆分離蛋白的起泡性。

1.4.7 乳化性測定

1.4.7.1 乳化能力測定

取0.5 g番茄皮渣蛋白質(zhì)樣品，溶解于50 mL去離子水中，室溫下15 000 r/min高速分散6 min，然后加入0.5 mL食用油，繼續(xù)15 000 r/min分散2 min，靜置2 min后用光學(xué)顯微鏡觀察是否存在游離油。重復(fù)添加食用油及分散操作，直至觀察到游離油。

1.4.7.2 乳化穩(wěn)定性測定

將0.5 g番茄皮渣蛋白質(zhì)，溶解于50 mL去離子水，按照V(水相)∶V(油相)=20∶3比例混合，15 000 r/min分散2 min后立即吸取200 μL乳狀液于10 mL比色管中，用1 g/L SDS稀釋到10 mL，500 nm下測定吸光值。間隔一定時(shí)間取樣按相同方法測定吸光值，并按式4計(jì)算乳化穩(wěn)定性(ES)。用相同方法測定大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性。

(4)

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 16.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA單因素方差分析及Ducan′s多重檢驗(yàn)，設(shè)定顯著差異水平P<0.05，數(shù)值以(平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差)的形式表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料組分分析及脂質(zhì)提取結(jié)果

番茄皮渣中粗脂肪含量為(8.66±0.81)%，蛋白質(zhì)含量為(24.74±0.70)%，粗纖維含量(56.15±1.86)%，水分含量(8.83±0.41)%，該結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道值相似[8-9]。用乙酸乙酯可以提取75%的脂質(zhì)，考慮到皮渣中粗脂肪含量較低且不溶于水，因此殘余脂質(zhì)并不影響堿提蛋白質(zhì)的純度。粗纖維中約95%為水不溶性的纖維素和半纖維素[10]，在堿提蛋白質(zhì)過程中不會溶出。

2.2 堿提蛋白質(zhì)的單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 pH值的影響

堿提蛋白質(zhì)是利用OH-離子中和蛋白質(zhì)表面的正電荷，從而增加蛋白質(zhì)之間的靜電斥力，提高蛋白質(zhì)的水溶性。直接以去離子水提取蛋白質(zhì)提取率僅為23%左右(圖1)，此時(shí)體系pH值為4.6，H+離子可能來源于番茄皮渣中的游離酸，此時(shí)蛋白質(zhì)表面負(fù)電荷被中和，靜電斥力消失，分子間疏水相互作用較強(qiáng)，因此溶解度較小。當(dāng)調(diào)節(jié)體系pH值到8.0以上，蛋白質(zhì)提取率提高到70%左右。但在pH 9.0～11.0范圍內(nèi)蛋白質(zhì)提取率沒有顯著變化(P>0.05)，說明pH 9.0已經(jīng)滿足提取需要。

圖1 pH對番茄皮渣蛋白質(zhì)提取率的影響(料液比=1∶12.5(g∶mL)，T=50℃，t=0.5 h)Fig.1 Effect of extraction pH on the yield of tomato peel protein

2.2.2 溫度的影響

通常升高提取溫度可以加速蛋白質(zhì)分子向水相的遷移速度，但過高的溫度會引起蛋白質(zhì)變性，因此考察了25～65 ℃內(nèi)溫度對蛋白質(zhì)提取率的影響。如圖2所示，在25 ℃下蛋白質(zhì)提取率可達(dá)到約70%，而在40～65 ℃內(nèi)提取率沒有顯著提高(P>0.05)。

圖2 提取溫度對番茄皮渣蛋白質(zhì)提取率的影響(料液比=1∶12.5(g∶mL)，pH=11，t=0.5 h)Fig.2 Effect of extraction temperature on the yield of tomato peel protein

在植物細(xì)胞中蛋白質(zhì)與油脂(包括番茄紅素)一般形成有色體[11]，由于在脫脂過程中大部分油脂(包括番茄紅素)已經(jīng)被乙酸乙酯提取，因此蛋白質(zhì)處于游離態(tài)，很容易溶解在堿溶液中。

2.2.3 提取時(shí)間的影響

適當(dāng)延長提取時(shí)間有利于蛋白質(zhì)充分溶出，提取時(shí)間過長則提高生產(chǎn)成本。圖3為提取時(shí)間對蛋白質(zhì)提取率的影響，從圖3中看出在0.5～5 h內(nèi)，蛋白質(zhì)提取率沒有顯著變化(P>0.05)，仍然為70%左右。該結(jié)果與圖2的結(jié)果相符，說明番茄皮渣中的蛋白質(zhì)處于游離態(tài)，易溶于水，在短時(shí)間內(nèi)就能溶于堿溶液。

圖3 提取時(shí)間對番茄皮渣蛋白質(zhì)提取率的影響(料液比=1∶12.5(g∶mL)，pH=11，T=50 ℃)Fig.3 Effect of extraction time on the yield of tomato peel protein

2.2.4 料液比的影響

料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響如圖4所示。

圖4 物料比對番茄皮渣蛋白質(zhì)提取率的影響(pH=9，T=50 ℃，t=1 h)Fig.4 Effect of solid-to-liquid ratio on the yield of tomato peel protein

當(dāng)料液比為1∶10(g∶mL)時(shí)蛋白質(zhì)提取率就能達(dá)到64%，逐漸提高料液比至1∶15時(shí)蛋白質(zhì)提取率并無顯著提高(P>0.05)，但在1∶20時(shí)提取率可提高至70%(P<0.05)。這可能是由于料液比小于1∶15時(shí)體系黏度較高，固液分離較為困難，部分蛋白質(zhì)也不能完全溶出。

綜上所述，從脫脂后的番茄皮渣中提取蛋白質(zhì)，在常溫下用pH 9.0的稀NaOH溶液按料液比1∶20提取0.5 h，提取率即可達(dá)到約70%。相比文獻(xiàn)報(bào)道提取番茄籽蛋白所用條件(料液比1∶10，pH 8.0，50 ℃，1 mol/L NaCl)[12]，本文的提取條件更溫和一些。另據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，番茄皮渣中的蛋白質(zhì)主要存在于番茄籽中[13]，而番茄籽蛋白包括清蛋白、球蛋白、醇蛋白和麥谷蛋白等，其中球蛋白含量達(dá)到70%[14]，因此用pH 9.0 稀堿溶液能提取出幾乎全部清蛋白和球蛋白，而難溶的醇蛋白和麥谷蛋白則殘留在渣相。

2.3 番茄皮渣蛋白質(zhì)堿提液的超濾純化

2.3.1 pH值、電導(dǎo)率及色素變化情況

蛋白質(zhì)堿提液中的雜質(zhì)主要為NaOH、無機(jī)鹽和水溶性色素，因此使用截?cái)喾肿淤|(zhì)量1 000 Da的超濾膜進(jìn)行純化。體系初始pH值為8.2，在超濾過程中鹽分逐漸被脫除，至終點(diǎn)時(shí)pH值降低至7.4，相應(yīng)地體系電導(dǎo)率從3 000 μs/cm降低至900 μs/cm，說明NaOH和其他無機(jī)鹽幾乎已被完全除去。由于蛋白質(zhì)為兩性分子，因此蛋白質(zhì)溶液也具有一定的電導(dǎo)率。超濾前后蛋白質(zhì)堿提液的OD450分別為1.252和0.322，根據(jù)式(2)計(jì)算得到色素脫除率為74.3%。

2.3.2 蛋白質(zhì)濃度變化情況

表1為超濾過程中蛋白質(zhì)溶液濃度的變化。從表1可知，在恒體積滲濾過程中約有30%的N損失，這部分應(yīng)該是氨基酸和小肽(聚合度<10)。在濃縮過程中有也有少量蛋白質(zhì)損失，這是由于濃縮過程中超濾膜兩側(cè)濃差極化效應(yīng)加強(qiáng)，跨膜壓差增大，部分蛋白質(zhì)被截留在膜孔中。超濾過后，在100 g番茄皮渣原料中提取得到11.23 g固體樣品，但用凱氏定氮法測得蛋白質(zhì)質(zhì)量僅為6.43 g，其原因在后文討論。

表1 超濾過程中蛋白質(zhì)溶液的濃度變化

2.4 番茄皮渣蛋白質(zhì)理化性質(zhì)分析

2.4.1 分子質(zhì)量分布

文獻(xiàn)報(bào)道番茄籽蛋白中主要有5個(gè)組成部分，分子質(zhì)量分別為48、33、20、19和10 kDa[12]，另有文獻(xiàn)報(bào)道稱番茄籽中水溶性蛋白主要有3個(gè)，分子質(zhì)量分別為39.2、30.1和15.8 kDa[15]。本研究所提取的蛋白質(zhì)的SDS-PAGE照片如圖5所示，樣品主要包含了5個(gè)蛋白質(zhì)組分，分子質(zhì)量分別為41.4、31.3、 22.2、17.2和15.6 kDa。另外，樣品中還包括較多分子量<15 kDa的肽鏈(聚合度<140)。蛋白質(zhì)在常溫中性pH水溶液中相當(dāng)穩(wěn)定，本文確定的提取條件為用pH 9.0的弱堿性水溶液常溫短時(shí)間提取，因此提取過程并不會對所提取蛋白質(zhì)造成明顯降解，而膜分離過程為常溫下的物理過程，也不會引起蛋白質(zhì)肽鏈降解。另外，在已有的文獻(xiàn)報(bào)道中[16]，也觀察到分子質(zhì)量在17～10 kDa內(nèi)有明顯的蛋白分布。由于SDS-PAGE為還原態(tài)電泳，蛋白質(zhì)之間的非共價(jià)鍵作用被充分破壞，因此SDS-PAGE結(jié)果僅說明所提取蛋白質(zhì)中含有<15 kDa的肽鏈，但不能反應(yīng)各肽鏈之間的相互作用。

圖5 標(biāo)準(zhǔn)蛋白和番茄皮渣蛋白的SDS-PAGE電泳圖Fig.5 SDS-PAGE of the standard protein and tomato peel protein

2.4.2 氨基酸組成

據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，番茄皮渣蛋白中富含谷氨酸和天冬氨酸[17]，以及相比其他植物蛋白更高的賴氨酸含量[18]。本研究提取的番茄皮渣蛋白質(zhì)氨基酸組成結(jié)果如表2所示，共有17種氨基酸，主要含有谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸和精氨酸等，與上述文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果相符。表2也列出了樣品中含有7種人體必需氨基酸和2種條件必需氨基酸(半胱氨酸和酪氨酸)。特別需要說明的是，由于采用酸水解預(yù)處理，在此過程中色氨酸被破壞而無法檢出。對比WHO/FAO氨基酸模式，計(jì)算得到各種必需氨基酸的AAS值。若不計(jì)色氨酸，則蛋氨酸為第一限制性氨基酸。

2.4.3 元素分析

根據(jù)凱氏定氮法測定的蛋白質(zhì)含量，在凍干后得到的樣品中僅占46%。為進(jìn)一步表征其他成分存在的可能性，對樣品進(jìn)行了元素分析，結(jié)果如表3所示。樣品中N元素含量約為7.5%，與凱氏定氮法結(jié)果相近；S元素含量約為0.45%，來自半胱氨酸和蛋氨酸，根據(jù)其對應(yīng)的摩爾含量(0.01 mol/100 g)計(jì)算含硫氨基酸(蛋氨酸和半胱氨酸)的含量(11 mg/100 g)與氨基酸組成分析結(jié)果(9.1 mg/100 g)能很好地符合；由于元素分析采用氧氣氣氛，因此O元素通過減量計(jì)算，約為46.5%。從元素分析結(jié)果推測，樣品中還存在由C，H和O構(gòu)成的物質(zhì)，排除油脂和有機(jī)物小分子的可能性之后，可初步認(rèn)為是糖類物質(zhì)。由于在超濾過程中單糖、寡糖均能被滲濾脫除，而纖維類大分子多糖不溶于水，果膠質(zhì)由于和纖維素、半纖維素交織共存，在常溫弱堿性條件水溶性很低[19]，因此推測所得蛋白質(zhì)是糖蛋白，其中糖占比(質(zhì)量百分比)約54%。

表2 番茄皮渣蛋白質(zhì)的氨基酸組成及含量

表3 番茄皮渣蛋白元素分析結(jié)果

2.4.4 FTIR

為進(jìn)一步確定蛋白質(zhì)樣品中糖類物質(zhì)的存在，對樣品進(jìn)行了紅外光譜分析(圖6)。1 630～1 690 cm-1處為蛋白質(zhì)肽鏈的酰胺鍵伸縮振動峰。3 000～3 500 cm-1為羥基或羧酸上的O—H伸縮振動，但是羥基O—H伸縮振動峰尖銳而羧酸O—H伸縮振動寬泛，且在1 400 cm-1和900 cm-1附近沒有羧酸O—H的強(qiáng)而寬泛的彎曲振動吸收峰，相反在1 000 cm-1處的強(qiáng)而尖銳的吸收峰可歸為糖類物質(zhì)中C—O單鍵的伸縮振動特征吸收。另外，在2 800～2 900 cm-1范圍內(nèi)的吸收峰包含了氨基酸和糖單元上亞甲基(—CH2—)的C—H伸縮振動信號。

圖6 番茄皮渣蛋白的紅外光譜圖Fig.6 FT-IR of tomato peel protein

2.4.5 起泡性

圖7顯示所制備的番茄皮渣蛋白的起泡性。

圖7 番茄皮渣蛋白與大豆分離蛋白的起泡性Fig.7 Foaming ability of tomato peel protein and soybean protein isolate

在分散后0 min時(shí)刻10 g/L番茄皮渣蛋白溶液的起泡能力達(dá)到100 mL，是同等濃度下大豆分離蛋白的2.5倍(40 mL)，從SDS-PAGE結(jié)果來看，番茄皮渣蛋白分子量小于50 kDa，明顯小于大豆分離蛋白的分子質(zhì)量(一般為數(shù)十萬)，因此番茄皮渣蛋白能更快地到達(dá)水-空氣界面，在相同時(shí)間內(nèi)形成更多泡沫體積。另一方面，番茄皮渣蛋白所結(jié)合的糖分子高度親水，提高了蛋白質(zhì)與水相的相容性同時(shí)降低了表面張力。2種蛋白質(zhì)的泡沫體積減少50%所需的時(shí)間均為13 min左右，期間主要是大體積泡沫不斷破裂。50 min以后泡沫體系逐漸穩(wěn)定，體積緩慢減少，2種蛋白質(zhì)氣泡體積減少曲線變化情況非常相似，但是番茄皮渣蛋白的氣泡體積始終大于大豆分離蛋白。

2.4.6 乳化性

2.4.7.1 乳化能力

乳化能力是指每克蛋白質(zhì)所形成乳液能包埋的油相體積(mL)。圖8顯示了隨所添加油相體積逐漸增加，番茄皮渣蛋白質(zhì)所形成的乳液的光學(xué)顯微鏡照片。

(a) 1∶4；(b) 1∶8；(c) 1∶12；(d) 1∶14；(e) 1∶16；(f) 1∶20；(g) 1∶40；(h) 1∶50圖8 不同蛋白質(zhì)∶油相(g∶mL)比例的乳液光學(xué)顯微鏡照片(×100)Fig.8 Optical observation (×100) of emulsions with various protein-to-oil ratio

當(dāng)包埋量為4 mL/g得到細(xì)小乳液(圖8-(a))，當(dāng)包埋量逐漸提高到16 mL/g時(shí)(圖8(b)～(c))，觀察到乳液液滴數(shù)量明顯增多且液滴直徑變大。如前所述所提取番茄皮渣蛋白是一種糖蛋白，糖分子的存在顯著提高了蛋白質(zhì)的親水性，降低了蛋白膜形成乳液時(shí)的表面張力。同時(shí)若有糖分子連接不同的蛋白質(zhì)則會進(jìn)一步提高蛋白膜的穩(wěn)定性，因此當(dāng)乳液半徑增加，包埋量增多時(shí)液滴不至于破裂。當(dāng)包埋量提高到20 mL/g時(shí)，仍然沒有觀察到有游離油(圖8-(f))，但是在包埋量逐步提高到50 mL/g(圖8(g)～(h))過程中，可以發(fā)現(xiàn)很多大乳液滴中含有多個(gè)小乳液滴，這種現(xiàn)象說明乳化體系逐漸由O/W的亮相體系轉(zhuǎn)變?yōu)镺/W/O的三相體系。為了和大豆分離蛋白進(jìn)行對比，本研究中取接近相轉(zhuǎn)變零界點(diǎn)的15 mL/g包埋量測試乳化穩(wěn)定性。

2.4.7.2 乳化穩(wěn)定性

乳化穩(wěn)定性與時(shí)間、乳化粒徑2個(gè)因素相關(guān)，粒徑越小則乳化液穩(wěn)定性越好[16]，因此番茄皮渣蛋白所形成的較大O/W乳液在一定程度上不利于穩(wěn)定，更傾向于溶合聚集。隨著靜置時(shí)間的延長，小顆粒逐漸聚集在一起變成較大顆粒，相同情況下吸光度增大，表明乳化穩(wěn)定性隨之降低。從圖9看出，充分分散后番茄皮渣蛋白和大豆分離蛋白的初始乳化性均能達(dá)到95%左右，之后緩慢下降，兩者下降趨勢類似，但大豆分離蛋白的乳化穩(wěn)定性要高于番茄皮渣乳液，這可能是因?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白的分子量更大，一旦形成蛋白膜以后其穩(wěn)定會更高。靜置5 h后，大豆分離蛋白乳液穩(wěn)定性下降30%左右，而番茄皮渣蛋白乳液穩(wěn)定性下降了42%左右。

圖9 番茄皮渣蛋白與大豆分離蛋白的乳化性Fig.9 Emulsion stability of tomato peel protein and soybean protein isolate

3 結(jié)論

本文首先從番茄皮渣中提取得到了蛋白質(zhì)。由于脫脂過程將脂質(zhì)與蛋白質(zhì)分離，因此使用稀堿(pH 9.0)溶液在常溫下短時(shí)間內(nèi)就能提取蛋白質(zhì)，提取率達(dá)到70%。表征分析結(jié)果顯示，所得蛋白質(zhì)可能為糖蛋白，相比大豆分離蛋白，番茄皮渣蛋白質(zhì)具有更好的起泡性和相當(dāng)?shù)娜榛?，但其泡沫穩(wěn)定性和乳化穩(wěn)定性稍弱。由于番茄皮渣資源豐富，因此番茄皮渣蛋白有望成為一種性質(zhì)優(yōu)良的食品加工配料。

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Extraction and characterization of protein from tomato peel waste

HUA Xiao1,2*, XU Sha-nan1, CHEN Ying1, YANG Hui1, YANG Rui-jin1,2

1 (School of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122,China) 2 (State Key Lab of Food Science and Technology, Jiangnan University, Wuxi 214122,China)

Tomato pulp protein was extracted and characterized. Tomato pulp is the waste of tomato source processing after defatting, and was extracted by pH 9.0 NaOH at 25℃; the solid-to-liquid ratio was 1∶20 (g∶mL), and yield was around 70%. Protein extract was then ultra-filtrated by a 1 000 Da membrane to remove salts, and meanwhile 74.3% of the pigments were permeated. The protein content determined by Kjeldahl method was about 46%. Elemental analysis (C, H, N, S) indicated the possibility of carbohydrates and it was further confirmed by FTIR (Fourier Transform infrared spectroscopy). Therefore, the protein could be a glycoprotein. In comparison to soybean protein isolate, the tomato pulp protein showed better foaming ability and equivalent emulsion ability, but its foam stability and emulsion stability was weaker.

tomato pulp waste; protein; extraction; ultrafiltration; elemental analysis; foaming ability; emulsion ability

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201703045

博士，副教授(本文通訊作者，E-mail：huaxiao@jiangnan.edu.cn)。

十二五國家科技支撐計(jì)劃課題(2014BAD04B01)；江蘇省農(nóng)業(yè)支撐項(xiàng)目(BN2015162)；中央高?；究蒲谢?JUSRP51501)

2016-06-24，改回日期：2016-08-14