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菜籽粕是生产菜籽油的副产物,其中含有丰富的优质蛋白质,是重要的植物蛋白质资源,因菜籽粕中含有硫苷、单宁、植酸等抗营养成分,使菜籽饼粕作为植物蛋白资源在食品工业中的应用受到限制,目前主要作为添加剂用于动物饲料的生产,蛋白质的利用率很低。本文旨在提出一种高效利用菜籽蛋白的方法,即通过微生物固态发酵的方法将菜籽粕中的蛋白质水解成具有生物活性的小分子菜籽多肽,变废为宝,提高菜籽蛋白的利用率,具体研究内容如下。以黑曲霉、白地霉、宇佐美曲霉、雅致放射毛霉、产朊假丝酵母、地衣芽孢杆菌、米曲霉和枯草芽孢杆菌为出发菌,菜籽粕为原料,氮溶解指数、氨基酸态氮、肽得率和蛋白酶活力为评价指标,对固态发酵生产菜籽肽的菌种进行研究。结果表明:宇佐美曲霉、雅致放射毛霉和枯草芽孢杆菌发酵效果较好,发酵后产生了较多的低分子量菜籽肽;而枯草芽孢杆菌更适合单菌固态发酵生产菜籽蛋白肽。
本文研究了枯草芽孢杆菌固态发酵生产菜籽肽的动态效果,并通过2,2-二苯基-1-苦味肼基自由基(DPPH·)、超氧阴离子自由基、羟基自由基清除法探讨了菜籽肽清除自由基的能力。结果显示,随着发酵时间的延长,蛋白酶活力、氮溶解指数和多肽含量在发酵过程中呈先升高后降低趋势,在发酵中期(3d)达到最大值,分别为1840u/mL、70%和7.5mg/mL;菜籽肽清除自由基的能力与菜籽肽的浓度呈正相关,7.5mg/mL的菜籽肽对DPPH·、超氧阴离子自由基和羟基自由基的清除率分别为88.5%、71.2%和83.1%;色谱分析结果表明,随着发酵的进行,产生了许多小分子量菜籽肽,并且分子量越小的菜籽肽清除自由基的能力越强。为了提高枯草芽孢杆菌的产酶及酶解效率,获得尽可能高的菜籽肽产量,在单因素实验的基础上采用响应曲面法(Response Surface Methodology,RSM)。首先对发酵培养基中各组分的最佳浓度范围进行了研究,在获得最佳培养基组成的基础上再对各个外部条件的最佳水平范围进行研究,获得了枯草芽孢杆菌固态发酵生产菜籽肽的最佳工艺条件:料液比1:2.35(w/v)、葡萄糖浓度0.26%、KH2PO4浓度0.26%、培养基初始pH值6.5、发酵温度31.2℃、时间4.2d(100h)、接种量3.37×107。在此条件下菜籽肽得率的理论值可达14.49%,与优化前相比,菜籽肽得率提高了5%,同时测量了发酵后菜籽蛋白肽的分子量分布,分析结果显示固态发酵产生了大量的新的低分子量菜籽肽,发酵效果显著。
对发酵法制备的菜籽多肽加工特性研究表明,发酵菜籽肽具有良好溶解性,在广泛的pH范围内保持较高的氮溶解指数(NSI>85%),而菜籽蛋白在pH值8.0以下会凝聚沉淀,溶解性较低。与菜籽蛋白相比,发酵菜籽肽具有良好的乳化性能,在较宽的pH范围(溶解性高)和较大的浓度范围内(2%~5%)均表现出良好的乳化性和乳化稳定性。同时,发酵菜籽肽也具有良好的起泡性和泡沫稳定性。通过研究菜籽肽的体外抗氧化性研究表明,不同浓度的菜籽肽表现出不同程度的抗氧化性,并且随着浓度的增加菜籽肽的还原能力、对自由基的捕获能力、对Fe2+的螯合能力和对亚油酸自氧化的抑制能力都有所增加。其中,浓度为350ug/mL时,菜籽肽对DPPH自由基的清除率可达到最大值80%,IC50为165ug/mL;在0~1mg/mL浓度范围内,菜籽肽还原能力与浓度呈正相关(R2=0.994),1.0mg/mL时,OD700值可以达到1.65;菜籽肽表现出较低的螯合Fe2+的能力,25mg/mL时对Fe2+的螯合能力可以达到80%,IC50为7mg/mL;1mg/mL浓度的菜籽肽对亚油酸的氧化抑制效果明显。另外,由菜籽肽的氨基酸组成和分子量分布可以看出,菜籽肽由5个所占比例较大的组分组成,分子量小于1000Da的组分达到73.52%;在菜籽肽的氨基酸组成中,谷氨酸所占比例最大,赖氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、色氨酸和苯丙氨酸等必需氨基酸含量较高,氨基酸组成符合FAO推荐成人摄入蛋白的氨基酸组成,菜籽肽不仅具有抗氧化性,也具有较高的营养价值。