黄粉虫蛋白提取工艺的研究进展

基金资助:安徽省教育厅重点项目(No KJ 2007A033)作者简介:李奕冉,女,硕士研究生通讯作者:李朝品,男,博士,教授,研究方向:分子病原生物学,E ma i :lcp li 001@126.co m黄粉虫蛋白提取工艺的研究进展李奕冉,姜玉新,李朝品(皖南医学院人体寄生虫学教研室,安徽芜湖 241002)摘要:黄粉虫蛋白是一种优质纯天然全价蛋白质,因提取工艺尚未完善而限制了其在医疗保健方面的开发与利用。

本文主要对黄粉虫蛋白在脱脂、沉淀、脱色、酶解、除臭及医疗保健方面的研究进展进行了综述,希望能为黄粉虫蛋白的进一步研究开发提供参考。

关键词:黄粉虫蛋白;脱脂;沉淀;酶解;医疗保健Research develop m ent of Tene bri o m olitor protei n extracti onL I Y i ran ,JI A NG Yu x i n ,L I Chao p i n(D e p ar t m ent of H uman Paras itology W annanM e d ical Co llege ,W uhu,A nhui 241002)Abstrac t :T enebr i o m olitor protei n is a h i gh-quality natura l pro te i n ,but its deve l op m ent and utilization w as li m ited i n the health care because ex tracti on techno l ogy has not yet i m proved .T h i s paper m a i n l y rev ie w ed research prog ress o f renebrio mo litor pro tein ,i nc l udi ng deg reas i ng ,prec i p itati on ,deco loriza ti on ,hydro lysis ,deodor izati on and hea lt h care st udies ,so as to prov i de a reference f o r f urther research and deve lop m ent o f tenebrio mo li to r prote i n .K ey word s :tenebri o m o litor pro tein ;degreasi ng ;precipita tion ;hydro lysis ;health care 黄粉虫(T enebrio m o litor ,L i nnaeus)又称大黄粉虫、黄粉甲,俗称 面包虫 。

隶属于昆虫纲(Insecta)、鞘翅目(Co leop tera)、拟步甲科(T enebr i on i dae )、粉甲属(T enebrion i n i),其生长过程分为卵、幼虫、蛹、成虫四个阶段,属于完全变态昆虫,广布于我国的黑龙江、辽宁、甘肃、四川、山东、湖北等省区,其生长周期为一年一代或两代。

黄粉虫(干品)的蛋白质含量一般在25.3%~71.4%。

成虫的蛋白质含量最高,蛹的蛋白质含量最低,且不同发育时期其蛋白质含量随季节不同也不同[1~3]。

研究发现,每100g 干品含氨基酸高达847.91mg ,其各种营养成份居各类饲料之首。

据饲养测定,1kg 黄粉虫的营养价值相当于25kg 麦麸,20kg 混合饲料和100kg 青饲料的营养价值,被誉为 蛋白质饲料宝库[4]。

黄粉虫蛋白中18种氨基酸齐全,组成合理,含有八种人体必需氨基酸。

其必需氨基酸含量占氨基酸总量的39.14%,高于世界卫生组织和联合国粮农组织(WHO /FAO )推荐的蛋白质氨基酸记分模式(36%以上)的标准。

且其中异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、缬氨酸的含量超过了联合国粮农组织和世界卫生组织推荐的模式值。

因此,它是一种优质的蛋白资源[5]。

黄粉虫蛋白的开发利用在我国还处于初创时期,人们一直致力于黄粉虫蛋白和氨基酸的提取,蛋白质及其产物在食品行业和医疗保健行业的应用也越来越受到人们关注。

目前对黄粉虫蛋白提取分为如下几步:提取粗蛋白!!!提取氨基酸!!!脱色除臭。

本文针对黄粉虫蛋白提取、氨基酸的酶解及在医疗保健应用和展望进行综述。

1 提取蛋白质黄粉虫蛋白提取的一般工艺流程包括:脱脂!!!沉淀!!!脱色。

1.1 脱脂 目前昆虫蛋白的脱脂方法主要有机械压榨脱脂法、机械离心脱脂法和溶剂浸出法3种。

已报道的最常用的是溶剂浸出法。

而在黄粉虫蛋白提取中报道最多的则为石油醚浸出法。

溶剂浸出法进行脱脂的优点是残油率低(<5%)。

对于溶剂浸出法来说选择合适的浸出溶剂是关键。

浸出溶剂必须具备两个基本条件:一是对黄粉虫中的脂肪有良好的溶解性能,而蛋白不溶,且溶剂与蛋白质要易分离;二是溶剂要有适中的沸点,能够通过蒸馏的方法使溶剂与脂肪分离。

林学岷[6]等选用石油醚为溶剂对黄粉虫原料粉进行脱脂,并用蛋白水解酶比较了未脱脂和已脱脂蛋白粉的蛋白水解效率。

研究结果表明:脱脂后原料蛋白水解率提高了27.43%。

其根本原因是由于内部的蛋白质不再受脂肪的包裹,减少了脂肪对它的束缚因而易被酶解,从而提高了蛋白质水解率。

1.2 沉淀 在生化制备中,沉淀主要用于浓缩目的,或用于除去留在液相或沉淀在固相中的非必要成分。

在生化制备中常用的有以下几种沉淀方法:(1)盐析法;(2)有机溶剂沉淀法;(3)等电点沉淀法;(4)非离子多聚体沉淀法;(5)热变性及酸碱变性沉淀法。

而在黄粉虫蛋白提取中常用方法有加热沉淀法、酸碱沉淀法、盐沉淀法。

胡荣学[7]等用不同的方法比较了黄粉虫蛋白沉淀的析出率,结果表明盐沉淀法蛋白质析出率较高,达到77%,且此∀751∀安徽医药 AnhuiM ed ical and Pharmaceu tical Journal 2010Ju;l 14(7)法得到的蛋白沉淀易于脱色;虽然酸碱沉淀法蛋白质析出率最高,达到86%,但杂质较多,且不易分离;而加热沉淀法效果不佳,析出率仅为35%。

这是因为加热本身会增加蛋白质的溶解度,很难保证黄粉虫蛋白完全沉淀。

同时得出酸碱沉淀法提取蛋白质得到最佳工艺条件为:碱液浓度为1.0%、时间2h、温度50#、料液比1∃15。

在此条件下,重复试验3次,黄粉虫蛋白质的提取率为77.8%。

冀宪领[8]等分别用酸碱沉淀法和盐沉淀法对黄粉虫蛋白质沉淀条件进行了优化。

酸碱沉淀法的适宜条件为:碱液浓度为1%、抽提时间为1.5h、温度为80#、固液比为1∃10;盐沉淀法较为理想的条件为:离子浓度90%、抽提时间为3 h、温度为40#、固液比为1∃9。

结果表明,盐沉淀法对蛋白质产量和提取率优于酸碱沉淀法,且盐沉淀法所得的蛋白粉氨基酸含量高,各种必需氨基酸含量也符合W HO/FAO标准。

值得注意的是,仲义[9]等认为在现有条件下,胰蛋白酶提蛋白法得率最高,其次为碱提蛋白法和T r i s∀H C l提蛋白法,盐提蛋白法得率最低。

究竟是哪一种方法得率最佳有待进一步考证。

1.3 脱色 在蛋白质提取过程中会出现颜色发黑,影响产品的感观,需要进行脱色处理。

脱色常用的方法有吸附法(如用活性炭、硅藻土脱色),还有氧化或还原法(如用焦亚硫酸钠脱色)。

王文亮[10]等用室温25#,活性炭的用量分别选取5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%,室温下搅拌60m i n,抽滤,光线下观测样品颜色,结果表明活性炭用量以25%为宜。

若用量较少,则脱色效果差;反之,虽然效果好,但是成本高,处理量增大。

胡荣学[7]分别使用活性炭吸附法,离子交换树脂法,丙酮洗涤法对黄粉虫蛋白提取液进行脱色,用丙酮洗涤脱色的方法得到的产品为浅黄或灰白色,基本能满足使用的要求。

且丙酮可回收后再用,因此用丙酮洗涤法脱色较好。

2 氨基酸的获得蛋白质在各种蛋白酶作用下可降解成氨基酸,不同蛋白酶分解氨基酸的条件亦不同,且受到各种因素的影响。

由于酶的专一性,采用单酶水解时只能从几个固定的氨基酸残基进行水解,水解率不高,而采用双酶水解或者酶-酸水解时,蛋白质经酶解后,所生成的肽片断已大大减小,消弱了其侧链集团对肽的屏蔽保护作用,减小了它们之间的空间阻挡效应,再用另一种酶或者稀酸进行水解就能较为彻底。

提取的氨基酸易被人体吸收,可用于氨基酸分析和医疗保健行业。

2.1 酶解蛋白质 王文亮[11]等比较了胰蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰凝乳蛋白酶对黄粉虫蛋白的水解率,结果表明胰蛋白酶的作用最佳,水解率最高。

同时对5种影响水解效果的因素进行正交试验,得出最佳水解条件为:酶用量为0.5%,固液比为1∃3,温度为60#,p H值为7,时间为7h。

而李维胜[12]采用木瓜蛋白酶水解黄粉虫蛋白得出最佳工艺条件为:酶用量2.5%、固液比是1∃3、酶解温度50#、酶解时间6h、酶解p H值6.75。

罗赞[13]等对酶法提取黄粉虫蛋白质进行研究,使用如下5种提取方案:中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃-胰蛋白酶双酶法、复合-风味蛋白酶双酶法。

结果表明,复合蛋白酶+风味蛋白酶双酶解提取效果最好,提取率高达61.12%,且产品质量很好,颜色呈红黄,无苦味。

得出最佳水解条件为:先添加复合蛋白酶1.4%、p H值7.5、液固比(m l∀g-1)6∃1、酶解温度55#、提取时间30m i n,后添加风味蛋白酶5%、p H值7.0、液固比(m l∀g-1)6∃1、酶解温度55#、提取时间8h。

张莉莎[14]等认为用胰蛋白酶和碱性蛋白酶双酶组合水解黄粉虫蛋白的效果较单一酶好,且水解作用集中在前60 m in。

得出双酶水解黄粉虫蛋白的最佳酶解条件为:酶解时间120m i n,胰蛋白酶与碱性蛋白酶的酶活比1∃1,料液比1∃3,加酶量为23.41m g∀g-1,p H值8.77,酶解温度53.41#。

蛋白水解条件的优化主要包括两个方面:(1)黄粉虫粉经浸泡后可提高蛋白质水解率[15],这是由于在水的作用下,维系黄粉虫蛋白质结构的一些较弱的盐键、氢键以及疏水作用被破坏,蛋白质分子结构舒张开来,肽键部位暴露,易受酶的作用。

蛋白水解前浸泡不仅能提高氨基氮溶出率,还使水解液中的离子强度增大,能起到一定的防腐作用。

(2)加入金属离子等催化剂:有些酶需要离子来促进活性,即激活作用[16]。

机制可能如下:(1)离子成为酶活性中心的一部分或在酶和底物之间形成一个连接;(2)改变酶反应的平衡常数;(3)改变酶表面的电荷;(4)去除反应中的抑制剂或将无效的金属离子置换下来;(5)将活性较低的酶构象转化为较高活性的构象。