离心法生产初榨椰子油副产物中蛋白质的结构与技术功能特性研究

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:Food Chemistry: X 6.5

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  为解决初榨椰子油(VCO)副产物中蛋白资源未充分利用的问题,研究人员分析比较水相蛋白(APP)和固相蛋白(SPP)的结构及技术功能特性。发现 APP 溶解性、起泡性等更优,SPP 持水性更佳,为其高值化利用提供理论依据。

  
椰子是热带地区广泛种植的重要经济作物,其果肉是生产椰子油的主要原料。目前,椰子油加工主要分为以椰干为原料的干法和以椰奶为原料的湿法,高质量的初榨椰子油(VCO)多采用湿法生产。离心法作为湿法中的一种有效工艺,在分离椰子油的同时会产生含有较高蛋白质的水相( skimmed coconut milk)和固相( residue)副产物。然而,这些副产物中的蛋白质资源目前尚未得到充分利用,通常仅被作为动物饲料或丢弃,不仅造成资源浪费,还可能带来环境污染。因此,深入挖掘这些蛋白质的结构和功能特性,对于提升椰子加工的经济价值、促进可持续发展具有重要意义。

为解决这一问题,中国热带农业科学院的研究人员开展了初榨椰子油副产物中蛋白质的结构与技术功能特性研究,相关成果发表在《Food Chemistry: X》。

研究人员主要采用了以下关键技术方法:通过离心法分离椰子奶得到油相、水相和固相,对水相和固相蛋白进行脱脂、透析等处理获得水相蛋白(APP)和固相蛋白(SPP);运用氨基酸分析、SDS - 聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、热重分析(TGA)等技术,对蛋白的氨基酸组成、分子结构、表面形貌、二级结构及热稳定性等进行分析;通过测定溶解性、持水持油能力、起泡性、乳化活性指数(EAI)和乳化稳定性指数(ESI)等,评估蛋白的技术功能特性。

3.1 proximate and amino acid composition analysis


通过 proximate analysis 发现,脱脂和透析处理显著提高了 APP 和 SPP 的蛋白质含量,分别较处理前增加 36.72% 和 23.51%,同时降低了脂肪和碳水化合物含量。氨基酸分析表明,APP 和 SPP 中谷氨酸(Glu)含量最高,分别占总氨基酸的 21.2% 和 18.1%,必需氨基酸(EAA)含量分别为 33.8% 和 34.3%,均符合 FAO 和 WHO 推荐的成人需求。SPP 中极性氨基酸含量(47.9%)低于 APP(52.2%),这可能影响其在两相中的分布。

3.2 SDS-PAGE profile analysis


SDS-PAGE 结果显示,APP 和 SPP 的蛋白条带主要分布在 20-55 kDa 范围内。APP 在 55、35、33 和 24 kDa 处有较密条带,而 SPP 在 34 和 24 kDa 处条带较宽,推测两者中白蛋白、球蛋白和谷蛋白的比例不同。

3.3 SEM


扫描电子显微镜观察显示,APP 结构较为松散,表面孔隙内壁薄且呈典型层状结构;SPP 表面孔隙更多,内壁较厚且表面粗糙,颗粒尺寸略小于 APP,表明两者微观结构差异显著。

3.4 FTIR analysis


FT-IR 分析表明,APP 和 SPP 的二级结构中 β- 转角(β-turns)占比最高,其次为 β- 折叠(β-sheets)和无规卷曲(random coils)。APP 的无序结构(β-turns 和 random coils)含量显著高于 SPP,使其构象更灵活,这对蛋白的界面性质至关重要。

3.5 Thermal properties


热重分析显示,APP 和 SPP 的热降解过程分为三个阶段,APP 达到 50% 失重的温度(385.4℃)高于 SPP(371.7℃),表明其热稳定性略优。APP 的 DTG 曲线仅有一个主峰值(316.2℃),而 SPP 有两个峰值(134.7℃和 324℃),可能与氨基酸组成和空间结构差异有关。

3.6 - 3.11 其他功能特性分析


表面疏水性方面,SPP 高于 APP,这与其非极性氨基酸比例较高有关;APP 的游离氨基和游离巯基含量更高,使其溶解性(7.12%)显著优于 SPP(1.15%)。持水能力上,SPP(2.38 g/g)优于 APP(1.76 g/g),可能与其表面孔隙结构提供更多水附着位点有关。起泡性方面,酪蛋白(CAS)最佳,APP 次之,SPP 未检测到稳定泡沫;乳化活性 CAS 最高,但 APP 的乳化稳定性优于 SPP,这与 APP 较高的无序结构含量增强其在油水界面的吸附能力有关。

研究结论表明,初榨椰子油副产物中的水相蛋白(APP)和固相蛋白(SPP)在结构和技术功能特性上存在显著差异。APP 具有更高的溶解性、游离氨基含量和乳化稳定性,而 SPP 在持水能力和表面疏水性方面表现更优。这些发现为将椰子油加工副产物中的蛋白质开发为高附加值的食品乳化剂、营养强化剂和植物基产品提供了科学依据,有助于提升椰子产业的经济效益,减少资源浪费和环境污染,同时为拓宽食品蛋白来源、改善食品安全和营养状况提供了新途径,对实现可持续发展目标具有重要意义。未来研究可进一步优化这些蛋白的功能特性,推动其在健康食品和可持续产业链中的应用。

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