第一章文献综述
第一节棉籽饼粕的营养特性及其动物生产应用
棉花的种子称为棉籽,是重要的油料来源,在我国的年产量已超过1100万吨。棉籽经过机械压榨和/或有机溶刻浸提等方式,可产生12?18%的棉籽油和45%左右的棉籽饼粕等副产物(Jones, 1985 )。此类副产物中所含的粗蛋白质含量达35%以上,其中除赖氧酸含量较低外,氣基酸组成齐全且比例合理,是仅次于豆粕的世界第二大植物蛋白原料(Nagalakshmietal.,2007)。据统计,2012年我国棉籽粕产量已超过600万吨。棉籽粕可粗加工为植物蛋白原料,也可通过深加工为棉籽蛋白应用于食品工业(Alfordetal.,1996 )。随着全球范围内蛋白资源短缺问题的曰益严重,棉籽蛋白资源因其产量丰富,越来越受到学者的重视。目前,尝试利用各种生物技术手段,深度开发利用棉軒蛋白资源,提高棉籽饼粕的营养品质,扩展其生物学功能性质,已成为蛋白资源开发的一个热点。
1棉籽饼粕的营养特性
1.1棉軒蛋白及其氨基酸组成
棉籽饼粕中的棉籽蛋白成分,主要由90%左右的球蛋白和少量的谷蛋白和糖蛋白组成。经过密度梯度离心后,棉籽蛋白可被分成9S、5S和2S等3个主要组分。其中,9S组分包括分子量为55和49 kDa的肽段;5S组分包括分子量为24和22 kDa的肽段;2S组分主要由分子量为20、15和14 kDa的肽段组成(Sadeghiand Shawrang, 2007 )。
在氧基酸组成方面,棉軒蛋白的营养价值远比谷类蛋白高,与动物蛋白相似。除赖氣酸含量稍低外,其佘必需氣基酸含量均达到了联合国粮农组织(FAO)所推荐的参考标准(Alfordetal., 1996,表1-1 )。同时,棉籽蛋白在蛋白质功效比值、纯消化率、生物价以及蛋白质净利用率等指标上均基本接近于动物蛋白质(Alford et al.,1996 )。因此,棉籽蛋白是一种高质量的植物蛋白原料,可作为词料和食品蛋白源应用。
1.2限制棉軒饼粕利用的因素
棉籽饼粕中除含有丰富的蛋白外,也存在多种抗营养物质。其中,最为主要的是一类被称为棉酸的多元酸类毒性物质,其在棉軒粕的含量为2.4?4.8%( Rhee,1993 )。棉酸按其存在形式可分为结合态棉酸和游离态棉酸两大类。研究表明,动物摄入游离状态的棉酸可直接产生多种急慢性毒害反应(Surywanshi et al.,1993; Henry et al., 2001 ):而游离棉酌也可与棉轩蛋白中的赖裁酸等结合形成希夫氏减,降低棉符蛋白中可利用氧基酸的含量,从而大大限制了棉軒蛋白在畜牧和食品中的应用(Waldroup, 1981; Nagalakshmi et al., 2007 )。世界卫生组织及FAO建议食用棉籽蛋白制品中游离棉酸的含量不得超过400 mg/kg,总棉酸含量不得超过12 g/kg (Rhee, 1993);国家伺料卫生标准GB 13078-2001明确规定肉鸡、蛋鸡和育肥猪的配合饲料中游离棉酸含量的允许量应分别不超过100、20和60mg/kg。另一方面,棉籽饼粕中纤维素含量较高,赖氨酸含量较低等因素,均限制了其在词料中的大量添加(Nagalakshmi et al.,2007 在此背景下,通过各种手段改善棉籽蛋白的营养品质,降低棉酸等抗营养物质造成的负面影响,巳成为棉籽饼粕蛋白资源推广应用的前提。
2棉籽饼粕营养品质的改善手段
2.1微波及福照处理
微波处理是一种重要的蛋白改性方式,其与传统制油工艺中采用的高温蒸炒压榨技术较为相似。但由于微波可激发物料自身水分子的高速运动,从而极大的缩短热处理时间,因而与高温处理等手段相比,效率更高(Sadegi and Shawrang,2007)。研究表明,采用微波(800 W)处理棉籽柏4 min后,可有效降解棉籽蛋白中的各个亚基,并提高其在动物消化道内的利用率(Sadegi and Shawrang,2007)。但需要注意的是,采用微波手段改善棉籽蛋白品质时,微波的作用强度和时间均需要严格控制。过长的微波处理时间将可能引发棉籽蛋白变性及其它必需教基酸的破坏,反而不利于蛋白的消化利用(Sadegi and Shawrang,2006 )。
第二章棉軒粕菌酶协同处理工艺的建立
第一节棉耔粕发酵菌株的篩选及发酵条件的优化
1.1引言
棉籽粕是一种重要的植物蛋白原料。由于其含有游离棉酸、氨基酸组成不均衡、纤维素含量高等原因,限制了其在畜牧养殖业的广泛应用。微生物固态发酵是一种常用的提高棉軒粕营养品质的手段。研究表明,采用微生物发酵可显著降低棉軒粕中的游离棉酸等有毒物质的含量,同时提高棉軒粕的氧基酸水平(Wengand Sun, 2006; Zhang et al., 2006; 2007c )?目前,应用于棉籽粕发酵的菌株主要集中于丝状真菌,如黑曲霉、假丝酵母等(Zhang et al.,2007c )。芽抱杆菌是食品和词料工业中常用的发酵菌株之一。Feng等(2007)曾采用枯草芽抱杆菌发酵豆粕,有效地降解了 S粕中的抗原蛋白,并提高了大豆蛋白的氦基酸体外消化率。同样,Chiang等(2010)报道采用枯草芽抱杆菌和乳酸菌混合发酵菜籽粕后也提高了其营养价值。但目前條选芽抱杆菌类菌株应用于棉籽粕发酵的研究报道较少。
第三章棉籽肽的制备及其抗氧化特性研究............49
第一节菌酶处理棉籽粕中棉籽肽的制备及其活性分析............49
1.1引言............49
1.2材料与方法............50
1.3结果与分析............54
第二节体外模拟消化对棉籽肽抗氧化活性的影响............63
2.1引言............63
2.2材料与方法............63
2.3结果与分析............65
第四章抗氧化棉籽肽的分离纯化与结构鉴定............73
1.1引言............73
1.2材料与方法............74
1.3结果与分析............76
1.4讨论............83
1.5小结............85
第五章棉籽肽对巨噬细胞和大鼠抗氧化功能的影响............85
第一节棉籽肽对双氧水诱导的小鼠巨噬细胞氧化损伤的保护作用............86
第二节棉籽肽对饲喂高脂日粮SD大鼠抗氧化功能的影响............104
结论
(1 )芽抱杆菌BJ-1与木瓜蛋白酶协同处理棉籽粕可提高其粗蛋白质和氨基酸含量,有效降解棉軒蛋白,同时提高其体外蛋白消化率和抗氧化功能。
(2)处理棉籽粕中提取的低分子量肽类具有较高的抗氧化活性,且其活性与使用浓度和菌酶处理时间有关。在经过胃蛋白酶和胰酶的两步模拟消化后,棉籽肽组分仍具有体外抗氧化活性。
(3)棉籽肽及其纯化肽组分A-8( STFAPSGSA )可提高双氧水诱导的RAW264.7细胞的抗氧化功能,包括体外保护细胞基因组DNA,增强抗氧化酶(SOD、CAT和GSH-Px)活性,抑制细胞氧化代谢物(NO和MDA )的产生,并降低p53基因表达。同时,棉籽肽也可提高词喂高脂日粮大鼠血清和肝脏的部分抗氧化酶活,降低血清MDA和NO含量,提示其可能有助于缓解由词喉高脂曰粮所引起的大鼠的氧化应激。
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