煙草是茄科煙草屬植物

1、煙草是茄科煙草屬植物, 有, 5 余種, 人類栽培的多為紅花種和黃花種。早在新大陸被發(fā)現(xiàn)之前, 印第安人就知道利用煙草了。煙草傳入中國, 約在明朝萬歷年間。先由呂宋島傳到廈門, 再從漳州、泉州傳人內(nèi)地。到了明朝后期, 吸煙就很盛行了, 不過那時只有旱煙和水葵, 制成卷煙, 還是后來的事?，F(xiàn)代科學(xué)研究能指出吸煙的上百種害處, 所以進人8 5 年代以來, 禁煙之聲鵲起, 但要消滅癮君子,卻是天大的難事。植物生理學(xué)家對煙葉的成分進行研究, 發(fā)現(xiàn)煙葉蛋白質(zhì), 比雞蛋、乳酪和牛奶更適合人體利用。他們用化學(xué)方法處理煙葉, 提取葉中可溶性蛋白, 剩下的纖維制成比較安全的卷煙。因為煙霧中的氮化物, 氰化物和一

2、些致癌物, 主要由蛋白質(zhì)燃燒生成, 去掉蛋白質(zhì), 也就去掉了上述隱患。一畝生長良好的煙草, 可提取, 公斤無色無味的蛋白質(zhì), 還有纖維、淀粉、煙堿等殘渣。分離得到的煙堿用于殺蟲, 其他物質(zhì)可作飼料或肥料。如果在煙葉嫩綠時就采葉, 再讓其長出新葉, 一季就可以收獲一9 次, 能取得更高的生物量。同樣的技術(shù), 還可以在豆科植物和其他綠葉植物中使用, 提取食用蛋白?？茖W(xué)家們認(rèn)為, 煙葉蛋白的質(zhì)量最好, 含氨基酸種類多, 最易被人體吸收利用, 也特別適合在發(fā)展中國家推廣。煙草( N i cot iana tabacum L. ) , 茄科煙草屬植物, 共有60 余種, 人類栽培多為紅花種和黃花種 1,

3、 2 。煙葉中成分含量非常復(fù)雜, 其中以蛋白質(zhì)含量最為豐富, 如白肋煙中蛋白質(zhì)含量高達20. 48% 3 。隨著對葉蛋白研究的不斷深入, 人們逐漸認(rèn)識到植物葉是豐富的優(yōu)質(zhì)植物蛋白資源之一 4 。據(jù)報道, 植物葉蛋白尤以煙葉中可溶性蛋白含量較高, 具有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值, 并且逐步被作為一種食品蛋白來源應(yīng)用到食品領(lǐng)域中 5- 7 。從食品和營養(yǎng)的角度來說, 煙葉蛋白的氨基酸組成和含量相當(dāng)豐富、均衡, 通過多種高新技術(shù)精深加工后, 可獲得生物活性肽和氨基酸等高附加值產(chǎn)品 8 。前人都是以新鮮煙葉為原料, 采用水浸提法或者專利技術(shù)提取其中的蛋白質(zhì)。然而, 在煙草種植和加工過程中,產(chǎn)生了大量的低

4、次煙葉, 占煙草總產(chǎn)量的25%左右, 這部分低次煙葉除少量用于生產(chǎn)煙膏和農(nóng)藥外, 大部分棄之無用, 既浪費了資源, 又污染了環(huán)境, 但有關(guān)低次煙葉蛋白資源的綜合利用很少報道 1 。本文以低次煙葉為原料, 采用堿溶酸沉法從中提取蛋白質(zhì), 優(yōu)化其提取工藝, 并對所提取出蛋白質(zhì)的氨基酸組成進行了分析, 旨在為低次煙葉蛋白資源的綜合開發(fā)利用提供技術(shù)參數(shù)和理論指導(dǎo)。1材料與方法1. 11. 1試驗材料曬煙, B1K 級( 低次級) ) , 廣東產(chǎn), 取整片煙葉( 去除葉梗、葉脈) 用MJ-176NR 型攪拌機打碎, 采用其碎片進行試驗; KOH, H3PO4, Cl3CCOOH 均為分析純。1. 2主要

5、設(shè)備精密pH 計( PHS-3C 型, 上海雷茲儀器廠) , 攪拌機( MJ-176NR 型, 日本松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社) , 膠體磨( 溫州市歐海振業(yè)食品機械廠) , 強力電動攪拌機( JB200-D 型, 上海標(biāo)本模型廠) , 數(shù)顯恒溫水浴鍋( 上海儀表集團供銷公司) , 高速冷凍離心機( CR22G 型, 日本HIT ACHI 公司) , 全自動凱氏定氮儀( 瑞士B􀀁chiLabo rtechnik AG) , 高效液相色譜系統(tǒng)( 美國Waters 公司) 。1. 3試驗方法1) 煙葉蛋白提取方法: 堿溶酸沉法 9 , 采用氫氧化鉀和磷酸調(diào)整pH 值, 主要流程如下:煙

6、葉搗碎加水膠體磨磨漿堿溶第一次200 目濾布過濾 再堿溶第二、第三次 離心( 4800r / min, 20, 30 min) 除雜酸沉離心( 4800 r/ min,4, 30 min) 沉淀蛋白。2) 總氮的測定: 常量凱氏定氮法 10 。3) 非蛋白氮( NPN) 的測定: 三氯乙酸法 11, 12 。經(jīng)測定, 曬煙B1K 級中蛋白質(zhì)含量為8. 05% 。4) 計算方法磨漿過程中蛋白提取率= 磨漿提取出的總蛋白質(zhì)÷煙葉原料中總蛋白質(zhì)×100%堿溶過程中蛋白提取率= 堿溶提取出的總蛋白質(zhì)÷煙葉原料中總蛋白質(zhì)×100%酸沉過程中蛋白提取率= 酸沉提取出

7、的總蛋白質(zhì)÷堿溶提取出的總蛋白質(zhì)×100%5) 氨基酸分析方法: 采用高效液相色譜和PICO.T AG 氨基酸分析柱對經(jīng)強酸處理和強堿處理的煙葉蛋白分別進行測定, 分析條件: 38、流速1 mL/ min、檢測波長254 nm。2結(jié)果與分析2. 1磨漿工藝研究為提高煙葉蛋白的提取率, 在提取蛋白之前, 煙葉必須進行磨漿處理, 減小煙葉顆粒的粒度。在磨漿工藝中, 固液比( 煙葉水) 、提取溫度、提取液pH 值和磨漿次數(shù)這4 個因素對煙葉蛋白提取率均有直接影響 13 。因此, 對磨漿工藝中固液比、提取溫度、提取液pH值和磨漿次數(shù)4 個因素分別進行試驗, 測定煙葉蛋白提取率, 重

8、復(fù)3 次, 確定最佳工藝參數(shù)。試驗結(jié)果如圖1、圖2、圖3、圖4 所示。( 提取溫度50, pH7. 0, 磨漿3 次)圖1磨漿工藝中固液比對蛋白提取率的影響Fig . 1Effect of t he r atio o f tobacco leaf towat er o n pr otein ex tr actio n rate( 固液比118, pH7. 0, 磨漿3 次)圖2磨漿工藝中提取溫度對蛋白提取率的影響Fig. 2Effect o f ext racting temperat ur e onpro tein ex tr act ion r ate( 固液比118, 提取溫度65, 磨

9、漿3 次)圖3磨漿工藝中提取液pH 值對蛋白提取率的影響Fig. 3Effect o f pH v alue on pro tein ex tr actio n r ate( 固液比118, 溫度65, pH8. 0)圖4磨漿工藝中磨漿次數(shù)對蛋白提取率的影響Fig . 4Effect of g rinding time o n pr otein ex tr actio n rat e從圖1 可以看出, 煙葉蛋白磨漿提取率隨固液比的增大而提高, 當(dāng)固液比為118 時, 蛋白磨漿提取率最高為68. 38%。當(dāng)再增大固液比時, 蛋白提取率變化不大。圖2 表明, 磨漿工藝中提取溫度對煙葉蛋白提取率影響

10、比較明顯。蛋白提取率隨提取溫度的升高而增大,在65時, 煙葉蛋白提取率達到最高為70. 82%。而當(dāng)提取溫度進一步升高時, 蛋白提取率反而下降, 原因是溫度太高時, 可能有部分煙葉蛋白發(fā)生變性沉淀而被離心除去。圖3 顯示, 提取液pH 值對煙葉蛋白磨漿提取率的影響比較顯著。當(dāng)提取液pH 值從6. 0 上升至8. 0時, 蛋白提取率隨之上升并達到最高。提取液pH 值通過影響蛋白質(zhì)的水化作用而直接影響蛋白質(zhì)在水中的溶解度, 在pH8. 0 時, 蛋白質(zhì)的水化作用非常強, 溶解度最大, 因而煙葉蛋白磨漿提取率最高 14 。圖4 表明煙葉蛋白提取率隨磨漿次數(shù)的增多而明顯上升, 但磨漿兩次后, 再增加磨

11、漿次數(shù)時, 蛋白提取率上升的幅度趨于平緩, 可能是粒度足夠小以后對煙葉蛋白提取率影響就不大了。為了確定磨漿工藝中固液比、提取溫度和提取液pH 值這三個因素的最佳工藝參數(shù), 按表1 所設(shè)置的因素和水平進行磨漿工藝正交試驗( 磨漿2 次) , 結(jié)果見表1。表1磨漿工藝正交試驗設(shè)計L9( 34) 與結(jié)果Table 1Ort ho go nal ex periment desig n methodsL9( 34) and result s試驗號A固液比B提取溫度/ C提取液pH 值蛋白提取率/ %1 1( 117) 1( 60) 1(7. 5) 76. 752 1 2( 65) 2(8. 0) 73.

12、 683 1 3( 70) 3(8. 5) 65. 214 2( 118) 1 2 77. 305 2 2 3 71. 576 2 3 1 64. 147 3( 119) 1 3 77. 128 3 2 1 69. 039 3 3 2 66. 79K 1 215. 64 231. 17 209. 92K 2 213. 01 214. 28 217. 77K 3 212. 94 196. 14 213. 90k1 71. 88 77. 06 69. 97k2 71. 00 71. 43 72. 59k3 70. 98 65. 38 71. 30最優(yōu)水平A1 B1 C 2R 0. 90 11. 6

13、8 2. 62表1 表明, 磨漿工藝的最優(yōu)水平組合為: A1B1C2 , 即固液比117, 提取溫度60, 提取液pH8. 0。影響煙葉蛋白磨漿提取率的因素顯著( R 值) 次序為: 提取溫度> 提取液pH 值> 固液比。A1B1C2 這一最佳組合在正交試驗中沒有出現(xiàn), 通過采用磨漿工藝最優(yōu)水平參數(shù)進行試驗, 得到煙葉蛋白磨漿提取率為77. 59% , 比表1 中最高提取率77. 30% 還高, 這進一步驗證了正交試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。中國大量的低次煙葉資源, 通過采用現(xiàn)代分離技術(shù)和食品生物技術(shù), 可實現(xiàn)資源的充分綜合利用, 服務(wù)于人類, 意義重大。煙葉蛋白提取工藝包括磨漿、堿

14、溶和酸沉三個步驟。低次煙葉經(jīng)磨漿后, 由于煙葉中大量氨基酸、有機酸、煙堿等物質(zhì)的溶出, 從而使磨漿后煙葉混合液的pH 值變化很大, 因此在堿溶操作過程中, 必須對其pH 值再進行調(diào)整。選擇氫氧化鉀和磷酸調(diào)整pH 值, 是因為殘留于煙葉渣中的鉀、磷元素能促進燃燒, 經(jīng)提取蛋白后的煙葉渣可再次用于煙草薄片的生產(chǎn), 從而有利于改善卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)格。2) 煙葉蛋白提取工藝中, 磨漿工藝的最佳水平組合為固液比1g 17, 提取液溫度60, 提取液pH8. 0, 在此條件下磨漿兩次; 堿溶操作的最佳工藝是溫度60,pH8. 0, 時間60 min, 攪拌條件下堿溶提取3 次; 煙葉蛋白酸沉過程中, 在

15、pH3. 0, 4條件下靜置8 h 效果最佳, 煙葉蛋白酸沉提取率最高為86. 71% 。3) 煙葉蛋白的氨基酸分析結(jié)果顯示: 其氨基酸種類齊全, 必需氨基酸含量較高, 氨基酸分?jǐn)?shù)較高, 表明煙葉蛋白是一類比較優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源, 應(yīng)用前景廣泛。在世界上, 把葉蛋白作為研究和發(fā)展規(guī)劃的70 個國家中, 已有17 個國家開發(fā)了白色葉蛋白產(chǎn)品。白色葉蛋白產(chǎn)品(White Leaf Protein Products, w- LPP) 是來自植物細(xì)胞的葉綠體和細(xì)胞質(zhì)中的一類可溶性蛋白質(zhì), 也是一類脫色素的蛋白質(zhì)產(chǎn)品, 其中包含有膜結(jié)合蛋白和其它細(xì)胞組分。w- LPP 不僅具有較高的營養(yǎng)價值和良好的功能特

16、性, 且缺乏干擾礦物質(zhì)吸收和抗?fàn)I養(yǎng)的物質(zhì), 可廣泛的摻合到谷物食品、奶制品、肉類制品等人類食品中。主要從藜科、十字花科、豆科和茄科等植物的葉片中提取?？緹熑~蛋白的開發(fā)利用具有廣闊的前景。煙草, 茄科( So lanacea) 煙草屬(N icotiana ) 植物, 是我國重要的經(jīng)濟作物之一。國內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn), 煙葉(包括廢次煙葉)中含有多種藥食功能的成分, 如從中分離提取的葉蛋白( LPC )、氨基酸 1 、茄尼醇、煙堿 2 、果膠 3 、綠原酸、蕓香苷 4 等在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域均具有極高的利用價值, 煙草可能是當(dāng)前被忽視的天然藥食資源之一。我國是煙草種植和生產(chǎn)大國, 其種植面積和產(chǎn)量均居世界

17、首位, 但是,一方面, 對煙葉的利用方式比較單一, 沒有充分發(fā)揮其多種功效的生物學(xué)特性, 把吸用、藥用以及食用等多種用途加以綜合開發(fā)利用; 另一方面, 在煙草種植和加工過程中, 有大量廢次煙葉(含嫩煙葉、霉煙葉、煙梗和煙末等)產(chǎn)生, 約占煙葉總產(chǎn)量的30% 左右, 目前對這些廢次煙葉綜合利用的途徑少、程度低, 絕大部分作為廢物而被丟棄, 造成了自然資源的浪費和環(huán)境污染 5 。煙葉的組成成分非常復(fù)雜, 不同品種的煙葉成分各不相同。藥煙是含有醫(yī)藥成分的煙草, 是我國首次采用無性嫁接和有性雜交相結(jié)合的方法, 利用羅勒( Ocimum bailicum L. )、紫蘇 Perilla f rutescens( L. ) Brit.t 、曼陀羅( Datuva innox ia M il.l )、薄荷(M entha hap localyx Briq. )、黃芪A stragalusmembra􀀁naceus ( F isch. ) Bge. 和土人參Talinum panicula􀀁tum ( Jacq. ) G a