本发明属于农产品加工领域,尤其涉及一种甘薯蛋白多肽的制备方法
背景技术:
甘薯(Ipomoea batatas)是旋花科甘薯属的一个重要栽培品种,原产于南美洲,因具有高产、稳产、抗干旱、耐瘠薄、适应性强、营养丰富等特点,在我国被广泛种植。甘薯块根除含有大量的淀粉外,还有2.24%~12.21%(以干物质计)的甘薯粗蛋白。甘薯蛋白含有丰富的18种氨基酸,其中人体必须的8种氨基酸含量均高于许多其他植物蛋白,具有很高的营养价值。由于未变形的甘薯蛋白具有胰蛋白酶抑制活性,影响其消化吸收,如使之生成小分子量的肽,会使其生物效价更高。同时研究表明甘薯蛋白多肽具有降血压、抗凝血、提高免疫力、抗肿瘤等功能,并对二苯基苦味肼基自由基(DPPH)具有一定的清除能力。因此,开发甘薯蛋白多肽具有重要的意义和价值。
常用制备蛋白肽的方法主要有三种。一是酸碱法,此法工艺简单,但副反应多,产品结构易改变,现在已不在采用。二是酶解法,即使用蛋白酶水解蛋白质生成肽,此法制备的多肽性能稳定,目前制备甘薯蛋白多肽多采用酶解法。石雨等采用木瓜蛋白酶、碱性蛋白酶水解甘薯蛋白生产甘薯蛋白多肽,测定不同酶解条件所得多肽的抗氧化活性,探索甘薯蛋白抗氧化多肽制备工艺[1];吴广辉等利用Alcalase碱性蛋白酶水解甘薯蛋白,探讨了酶解条件对酶解效果影响,得到3个不同分子量的蛋白肽组分[2]。但不同蛋白酶的作用位点不同,具有很强的特异性,导致蛋白在作用过程中的酶解程度不高,另外酶的成本较高,这都使其应用受到了很大的影响。三是微生物发酵法,指利用微生物产生的蛋白酶来水解蛋白质,从而制备生物蛋白肽。微生物来源比较广泛、所产蛋白酶不用分离、生长周期不长、生产成本相对酶解法较低;微生物法制备的蛋白肽产率高,不需要进行脱苦处理,从而极大地减少了工艺流程、降低了生产成本。利用微生物制备多肽过程中影响因素较多,微生物的选择和发酵过程的控制很关键,目前该法制备甘薯蛋白多肽的研究很少见报道。
[1]石雨,王道园等.甘薯蛋白多肽的制备及其对DPPH自由基清除作用,食品科技,2010,35(5),168-172.
[2]吴广辉,木泰华等.Alcalase碱性蛋白酶水解甘薯蛋白的研究,食品科技,2008,7,22-25.
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种甘薯蛋白多肽的制备方法,其能利用常见的微生物菌株制备甘薯蛋白多肽,改善多肽性能,提高多肽产率,降低生产成本。
为达到上述目的,本发明采用如下的技术方案:
一种甘薯蛋白多肽的制备方法,包括以下步骤:
(1)将甘薯洗净去皮,粉碎后加水浸提,浸提液静置后过滤,弃去沉淀,留取上清液;
(2)将上清液离心后弃去沉淀,留取上清液为二次上清液;
(3)将二次上清液通过截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤浓缩,所得浓缩液为甘薯蛋白液;
(4)向甘薯蛋白液中加入碳源、氮源和无机盐,灭菌后放冷至室温,加入黑曲霉菌液,恒温振荡发酵72h;然后再加入枯草芽孢杆菌菌液,恒温振荡发酵38h,将发酵液离心,弃去沉淀,留取上清液,得到发酵上清液;
(5)将发酵上清液通过截留分子量为5kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的滤过液为甘薯蛋白多肽液,将其减压蒸馏浓缩,经冷冻干燥后得到甘薯蛋白多肽。
所述步骤(1)中加入甘薯4~5倍体积量的水浸提,浸提2~3次,合并浸提液静置6h~8h后采用板式法过滤,弃除甘薯纤维和大颗粒淀粉。
所述步骤(2)中离心速度为4000r/min,离心时间为10min~15min。
所述的黑曲霉菌液的制备为:以质量分数计,将2%可溶性淀粉、1%葡萄糖、0.1%KH2PO4、0.1%MgSO4、0.5%酵母粉、0.2%NaNO3加水配制黑曲霉培养基,灭菌后放冷至室温将黑曲霉接种到该培养基中,28℃以转速160r/min恒温振荡培养72h,得黑曲霉菌液;
所述的枯草芽孢杆菌菌液的制备为:以质量分数计,将0.5%酵母粉、2%葡萄糖、1%蛋白胨、0.5%NaCl混合均匀,加水配制枯草芽孢杆培养基并调节pH至7.2,灭菌后放冷至室温,将枯草芽孢杆菌接种到该培养基中,30℃以转速160r/min恒温振荡培养24h,得枯草芽孢杆菌菌液。
以体积比计,黑曲霉和枯草芽孢杆菌的接种总量为12%~15%,黑曲霉与枯草芽孢杆菌的接种比例为2:1~1:1.5。
以质量分数计,向甘薯蛋白液中加入2%的葡萄糖作为碳源,加入0.3%的牛肉膏作为氮源,加入0.5%的NaCl作为无机盐。
所述的恒温振荡发酵时,黑曲霉的发酵温度为27℃~30℃,转速为160r/min;枯草芽孢杆菌的发酵温度为33℃~35℃,转速为160r/min。
所述发酵液离心时,转速为8000r/min,离心时间为10min~15min。
所述冷冻干燥是在-20℃下真空冷冻干燥。
相对于现有技术,本发明具有的有益效果:
本发明以甘薯蛋白液作为微生物发酵的主要原料,采用多菌种分步发酵工艺。先将黑曲霉接入发酵,一方面黑曲霉可以充分利用甘薯蛋白中的营养成分,促进自身的生长,直接参与生化代谢,通过自身作用对某些基团进行修饰和重组,使肽之间、肽与氨基酸之间发生移接、重排,以改善甘薯蛋白多肽的功能特性和加工特性;同时黑曲霉代谢产生丰富的酶系,如酸性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、木聚糖酶,特别是活性较强的酸性蛋白酶,可以从两端切割肽链。
枯草芽孢杆菌对黑曲霉的生长具有影响作用,黑曲霉发酵至72h时,进入平稳期,产生的酶量和活力达到最高峰,之后开始产生黑色的孢子,菌体衰老破裂,给后续甘薯蛋白多肽的分离提取造成阻碍;因此枯草芽孢杆菌加入后,发酵条件改变,黑曲霉的生长和代谢受到抑制,孢子的产生延缓,而枯草芽孢杆菌所产蛋白酶主要是内切酶,酶的活性很强,能从蛋白内部进行水解切断肽链,生成小分子的多肽和氨基酸,枯草芽孢杆菌发酵至38h,开始进入衰亡期,故此时停止发酵。
本发明的的整个发酵过程中,微生物产生更加广泛的酶系,分别从蛋白的不同部位进行切割,将大分子的蛋白质降解成小分子的物质,协同配合,取长补短,大大提高多肽产率。本发明制备的甘薯蛋白多肽颗粒细腻,外观均匀,水解程度高达38.5%,肽链短,分子量介于6.2kDa-8.1kDa之间,性能稳定。
甘薯蛋白多肽的制备流程主要涉及粉碎、浸提、过滤、离心、超滤,这些工艺皆发展成熟,过程易控;制备蛋白的黑曲霉和枯草芽孢杆菌属于应用广泛的微生物工程菌,菌种的培育和发酵条件的控制要求简单,容易实现规模化的工业生产,两者都是安全的微生物,不会产生毒素,符合食品安全卫生的要求。另外,原料甘薯廉价易得,发酵辅料简单,生产成本较低。
具体实施方式
本发明提供一种甘薯蛋白多肽的制备方法,包括以下步骤:
(1)将甘薯洗净去皮,粉碎后加水浸提,浸提液静置后过滤,弃去沉淀,留取上清液;
(2)将上清液离心后弃去沉淀,留取上清液为二次上清液;
(3)将二次上清液通过截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤浓缩,所得浓缩液为甘薯蛋白液;
(4)向甘薯蛋白液中加入碳源、氮源和无机盐,灭菌后放冷至室温,加入黑曲霉菌液,恒温振荡发酵72h;然后再加入枯草芽孢杆菌菌液,恒温振荡发酵38h,将发酵液离心,弃去沉淀,留取上清液,得到发酵上清液;
(5)将发酵上清液通过截留分子量为5kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的滤过液为甘薯蛋白多肽液,将其减压蒸馏浓缩,经冷冻干燥后得到甘薯蛋白多肽。
进一步的,所述的黑曲霉菌液的制备为:以质量分数计,将2%可溶性淀粉、1%葡萄糖、0.1%KH2PO4、0.1%MgSO4、0.5%酵母粉、0.2%NaNO3加水配制黑曲霉培养基,灭菌后放冷至室温,将黑曲霉接种到该培养基中,28℃以转速160r/min恒温振荡培养72h,得黑曲霉菌液;
所述的枯草芽孢杆菌菌液的制备为:以质量分数计,将0.5%酵母粉、2%葡萄糖、1%蛋白胨、0.5%NaCl混合均匀,加水配制枯草芽孢杆培养基并调节pH至7.2,灭菌后放冷至室温,将枯草芽孢杆菌接种到该培养基中,30℃以转速160r/min恒温振荡培养24h,得枯草芽孢杆菌菌液。
黑曲霉和枯草芽孢杆菌的接种总量为12%~15%,黑曲霉与枯草芽孢杆菌的接种比例为2:1~1:1.5。
具体的,以质量分数计,向甘薯蛋白液中加入2%的葡萄糖作为碳源,加入0.3%的牛肉膏作为氮源,加入0.5%的NaCl作为无机盐。
下面给出具体的实施例。
实施例1
一种甘薯蛋白多肽的制备方法,包括以下步骤:
(1)将甘薯洗净去皮,粉碎后加4倍体积量的水浸提3次,浸提液静置7h后过滤,弃去沉淀,留取上清液;
(2)将步骤(1)中上清液以4000r/min离心10min,弃去沉淀,留取上清液为二次上清液;
(3)将步骤(2)中的二次上清液通过截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的浓缩液为甘薯蛋白液;
(4)称取2%(以质量分数计,下同)可溶性淀粉、1%葡萄糖、0.1%KH2PO4、0.1%MgSO4、0.5%酵母粉、0.2%NaNO3,灭菌后放冷至室温,将黑曲霉接种到该培养基中,28℃以转速160r/min恒温振荡培养72h,得黑曲霉菌液;
(5)称取0.5%(以质量分数计,下同)酵母粉、2%葡萄糖、1%蛋白胨、0.5%NaCl混合均匀,调节培养基pH至7.2,灭菌后放冷至室温,将枯草芽孢杆菌接种到该培养基中,30℃以转速160r/min恒温振荡培养24h,得枯草芽孢杆菌菌液;
(6)向步骤(3)的甘薯蛋白液中加入2%(以质量分数计,下同)葡萄糖、0.3%牛肉膏、0.5%NaCl,灭菌后放冷至室温,加入步骤(4)黑曲霉菌液,转速160r/min,27℃振荡发酵72h,然后加入步骤(5)枯草芽孢杆菌菌液,转速160r/min,35℃振荡发酵38h,其中,黑曲霉菌液与枯草芽孢杆菌菌液接种比例为2:1,接种总量为发酵液的15%(以体积分数计),将发酵液以8000r/min,离心15min,弃去沉淀,留取上清液;
(7)将步骤(6)上清液通过截留分子量为5kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的滤过液为甘薯蛋白多肽液,将其减压蒸馏浓缩,置于-20℃真空冷冻干燥,得甘薯蛋白多肽。
实施例2
一种甘薯蛋白多肽的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将甘薯洗净去皮,粉碎后加5倍体积量的水浸提3次,浸提液静置6h后过滤,弃去沉淀,留取上清液;
(2)将步骤(1)中上清液以4000r/min离心15min,弃去沉淀,留取上清液为二次上清液;
(3)将步骤(2)中的二次上清液通过截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的浓缩液为甘薯蛋白液;
(4)称取2%(以质量分数计,下同)可溶性淀粉、1%葡萄糖、0.1%KH2PO4、0.1%MgSO4、0.5%酵母粉、0.2%NaNO3,灭菌后放冷至室温将黑曲霉接种到该培养基中,28℃以转速160r/min恒温振荡培养72h,得黑曲霉菌液;
(5)称取0.5%(以质量分数计,下同)酵母粉、2%葡萄糖、1%蛋白胨、0.5%NaCl混合均匀,调节培养基pH至7.2,灭菌后放冷至室温,将枯草芽孢杆菌接种到该培养基中,30℃以转速160r/min恒温振荡培养24h,得枯草芽孢杆菌菌液;
(6)向步骤(3)的甘薯蛋白液中加入2%(以质量分数计,下同)葡萄糖、0.3%牛肉膏、0.5%NaCl,灭菌后放冷至室温,加入步骤(4)黑曲霉菌液,转速160r/min,30℃振荡发酵72h,然后加入步骤(5)枯草芽孢杆菌菌液,转速160r/min,33℃振荡发酵38h,其中,黑曲霉菌液与枯草芽孢杆菌菌液接种比例为1:1,接种总量为发酵液的12%(以体积分数计),将发酵液以8000r/min,离心10min,弃去沉淀,留取上清液;
(7)将步骤(6)上清液通过截留分子量为5kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的滤过液为甘薯蛋白多肽液,将其减压蒸馏浓缩,置于–20℃真空冷冻干燥,得甘薯蛋白多肽。
实施例3
一种甘薯蛋白多肽的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将甘薯洗净去皮,粉碎后加5倍体积量的水浸提2次,浸提液静置8h后过滤,弃去沉淀,留取上清液;
(2)将步骤(1)中上清液以4000r/min离心15min,弃去沉淀,留取上清液为二次上清液;
(3)将步骤(2)中的二次上清液通过截留分子量为30kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的浓缩液为甘薯蛋白液;
(4)称取2%(以质量分数计,下同)可溶性淀粉、1%葡萄糖、0.1%KH2PO4、0.1%MgSO4、0.5%酵母粉、0.2%NaNO3,灭菌后放冷至室温将黑曲霉接种到该培养基中,28℃以转速160r/min恒温振荡培养72h,得黑曲霉菌液;
(5)称取0.5%(以质量分数计,下同)酵母粉、2%葡萄糖、1%蛋白胨、0.5%NaCl混合均匀,调节培养基pH至7.2,灭菌后放冷至室温,将枯草芽孢杆菌接种到该培养基中,30℃以转速160r/min恒温振荡培养24h,得枯草芽孢杆菌菌液;
(6)向步骤(3)的甘薯蛋白液中加入2%(以质量分数计,下同)葡萄糖、0.3%牛肉膏、0.5%NaCl,灭菌后放冷至室温,加入步骤(4)黑曲霉菌液,转速160r/min,28℃振荡发酵72h,然后加入步骤(5)枯草芽孢杆菌菌液,转速160r/min,34℃振荡发酵38h,其中,黑曲霉菌液与枯草芽孢杆菌菌液接种比例为1:1.5,接种总量为发酵液的14%(以体积分数计),将发酵液以8000r/min,离心15min,弃去沉淀,留取上清液;
(7)将步骤(6)上清液通过截留分子量为5kDa的超滤膜进行超滤浓缩,得到的滤过液为甘薯蛋白多肽液,将其减压蒸馏浓缩,置于–20℃真空冷冻干燥,得甘薯蛋白多肽。