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一一位于美国加州的Impossible Foods正是这样一家让不可能变成可能的食品科技公司。这家由美国斯坦福大学生物化学研究人员创办的初创企业,主要研究由植物血红蛋白中含有的分子制造食用肉及乳制品的技术。
这家公司已经在去年拿到了D轮投资,UBS(瑞士银行)领投,Viking Global Investors跟投,原有投资方Khosla Ventures、李嘉诚旗下的Horizons Ventures以及比尔・盖茨的GatesVenture也参与了此轮融资。
前不久,这家公司还酷酷地拒绝了谷歌出价在2~3亿美元收购要求,而拒绝的理由是由创始人兼CEO Patrick BTown在公开场合做出解释:“简单来说,我并不是认为谷歌有什么不好的地方。我们是一家以目标为导向的公司……我们不希望自己的成功依赖于一家正在从事许多业务的公司,并时不时的向他们申请资源和支持,因此我们在现阶段被任何企业收购都是不合理的。”
制造没有鸡蛋的蛋黄酱和没有肉的肉,这被称作硅谷食物2.0时代。Impssible Foods正是后者的代表。使用食品科技生产肉质感的植物蛋白食物,除了健康原因,更重要的是改变污染和动物杀戮的食物链。据说今年将在美国上市的“奶酪”汉堡,除了色香味之外,甚至还会有和奶酪一样的拉丝效果,价格可能会达到20美金。但随着技术的普及化,这类汉堡的价格会随之下降,而产品也会尽可能地推向全世界。当然了,这家公司希望生产出更多食品,比如植物蛋白的牛奶、培根、猪肉、鸡肉,让死硬派肉食者过上食素生活。
Brown和硅谷其它创新食品公司的创始人一样相信,为了肉食而养殖是一项既低效、又带有毁灭性的、毫无必要的技术。而食用植物蛋白不仅安全,甚至还能避免来自屠宰场的细菌。为此Brown和他的团队花了三年半的时间,研究日常饮食中人们食用肉类食品过程的复杂美妙体验,然后在植物世界中寻找特别的蛋白质和营养成分以重建这种体验。
这家公司的最重要的一个发现便是,heme(亚铁血红素)是肉类的色香味的“神奇成分”。尽管heme大量存在于肉类中,却是包括植物所在的每一个生命都有的元素。一种植物中天然存在的heme可以让植物蛋白肉也有真正的肉味。借助这项突破性发现,Impossible Foods得以制作真正好吃的植物肉汉堡。在植物世界中寻找能够组成肉类的各种最佳元素,这使得这家公司发现了很多意想不到的成分,比如可可和白兰瓜。
而最重要的是使用植物蛋白,可以用更少的地方以及更少的能源,这对整个星球而言也是有益的。最简单的一个例子,人们不会再需要养牛场以及屠宰场,只要多种植物,要知道养殖业可是耗水大户,而且占用面积达到全球土地面积的30%。而这正是破坏生物多样性的根本原因之一。
关键词:盐蒿;蛋白饮料;配方;工艺
中图分类号:TS275.4 文献标识码:A DOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2012.02.017
Research and Production of Artemisia halodendron Compound Protein Beverage
XU Wei,WEI Xiao-qiu,LI Hui,WAN Zhi-ning,LIN Mei-juan,SHAO Li,WANG Lan-ping,SUN Tong-xing
(College of Life Science and Technology,Yancheng Teachers University, Yancheng,Jiangsu 224051,China)
Abstract: Artemisia halodendron, peanuts and soybeans as the main raw material, through orthogonal experiment to determine the best formula, trial compound plant protein beverage. The Artemisia halodendron compound protein beverage showed opacification, light green, delicate taste, tiny sweet. The protein content was ≥ 9 g・L-1. The detection of food additives, physical and chemical indicators were in line with food hygiene standards.
Key words: Artemisia halodendron;protein beverage;formula;technique
盐蒿(Artemisia halodendron)又名碱蓬、龙须菜,为藜科碱蓬属一年生的草本植物。盐蒿营养成分丰富,富含人体必需的各种氨基酸、矿物质与微量元素、维生素等,尤其是其蛋白质含量高达干质量的40%以上[1-5],是一种符合现代营养学关于健康食品要求的野生蔬菜,具备了作为保健食品开发的物质基础和价值[5-9]。
盐蒿自然生长在沿海滩涂上,江苏拥有全国最大的沿海滩涂湿地,按野生盐地盐蒿平均产量1.5 t・hm-2计,产量十分可观[10]。目前,以盐蒿为食品深加工原料的主要是脱水蔬菜,作为蛋白饮料原料及其相关产品的开发未见报道。本研究利用盐蒿为主要原料,加工生产复合植物蛋白饮料,对植物蛋白饮料配方、生产工艺等进行了研究,结合感官评定和理化分析,试制兼具风味独特与营养保健功能的新型蛋白饮料。
1 材料和方法
1.1 材料与仪器
采集自然生长于江苏盐城滩涂的新鲜盐蒿,清水漂洗干净备用。花生、大豆、蜂蜜、白砂糖、黄原胶、海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素和水等原料均为市售,符合食品级原料要求。
主要仪器包括HR-M磨浆机(武汉华日技术有限公司)、JM-L50胶体磨(郑州玉祥食品机械有限公司)、蒸煮锅(山东鼎泰盛食品工业装备股份有限公司)、SHP20-100高压均质机(上海科技大学机电厂)、TQ-2.5型真空脱气机(张家港市卫华饮料机械厂)、YXQ-SG46-280S杀菌锅(常州诺基仪器有限公司)等。
1.2 工艺流程
1.3 操作要点
选料:采集滩涂生长旺盛期的新鲜盐蒿;花生和大豆选择颗粒饱满、无虫蛀、无霉斑的,去除杂质。
原料预处理:去壳后的花生仁、大豆在40 ℃温水中浸泡12 h,捞出后在流水中清洗;盐蒿直接用清水漂洗。
磨浆、过滤与煮浆:浸泡好的原料用食品磨浆机粗磨,添加5倍体积的50 ℃热水,再用胶体磨处理,使其组织内蛋白质及油脂充分析出,以利于提高原料利用率。得到的浆液用0.1 mm筛过滤去除滤渣,过滤后的浆液置入锅内煮沸10 min。
调配:煮沸后的盐蒿原浆液与花生、大豆原浆液以及清水按比例混合,加入适量的稳定剂与风味剂调匀。
均质:将调配好的原浆液在80 ℃条件下,以40 MPa压力均质2次。
脱气:真空脱气机除去蛋白饮料中的不良风味物质,降低饮料中的含氧量,消除过多的泡沫。
灌装:将蛋白饮料装入清洗干净的玻璃瓶中,压盖密封。
杀菌:将灌装封盖后的盐蒿复合蛋白饮料在121 ℃高温灭菌15 min,冷却至室温即为成品。
2 结果与分析
2.1 最佳工艺配方的确定
试验发现,盐蒿、花生、大豆蛋白液的浓度、甜度、风味剂等不仅影响口感,而且对饮料的组织状态影响明显。对复合蛋白饮料品质起决定作用的因素依次为盐蒿>花生+大豆>蜂蜜>白砂糖。采用正交试验的方法(表1)获得的最佳配方为盐蒿15%、花生8%、大豆8%、白砂糖8%、蜂蜜4%。
2.2 稳定剂的选择
在植物蛋白饮料的生产工艺中,稳定性是衡量饮料质量的一个重要指标。因此,稳定剂的种类、数量、配比与饮料的稳定性关系极大。试验中选用了黄原胶、海藻酸钠、卡拉胶、羧甲基纤维素等多种稳定剂进行单因素与双因素复配的对比试验,最终确定最佳稳定剂及配比为0.15%黄原胶和0.05%羧甲基纤维素。经过常温3个月的保质观察,状态稳定,未出现混浊沉淀。
2.3 产品质量总体评价
盐蒿汁呈草绿色,主要辅料花生、大豆汁为乳白色,复合蛋白饮料的总体色泽呈现浅绿色。通过在普通花生、大豆蛋白饮料风味的基础上增加了盐蒿质朴的青汁味,无苦涩味,口感细腻,微甜。组织形态为均匀的乳浊状,无分层现象;蛋白质含量≥9 g・L-1,可溶性固型物含量≥0.85%,pH 值为7.2~7.6,食品添加剂符合GB 2760 标准规定;细菌总数≤100 个・mL-1;大肠杆菌总数≤6 个・mL-1;未检测到致病菌。
3 小 结
本试验以江苏沿海滩涂特有的盐生植物盐蒿为主要原料,配以花生和大豆为辅料,采用正交试验设计法对稳定剂进行筛选,在实验室试制确定了盐蒿复合植物蛋白饮料的基本生产工艺配方。通过对试制产品进行色泽、口感、气味、组织状态方面的感官评定和理化检测表明,盐蒿复合植物蛋白饮料营养丰富,风味独特,口感柔和,组织状态良好,符合食品卫生安全标准,具有较好的市场开发价值,为深入开发盐蒿的食用价值提供了借鉴。
参考文献:
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吴耀明(1982-),男,河北衡水人,中共衡水市委党校教师,华东师范大学硕士研究生,主要从事经济学及文化产业研究。
摘要:植物蛋白饮品作为国家大力扶植的产业,近些年发展迅猛,市场前景广阔,正成为饮品领域增长最快的行业之一。分析研究植物蛋白饮品行业的发展环境,探求企业高速增长的动力,选择合适的企业发展战略,对于植物蛋白饮品具有积极而现实的意义。
关键词:植物蛋白饮品;发展环境;发展战略
饮品行业需求旺盛,具有巨大的市场空间,国家《食品工业“十二五”发展规划》指出:“积极发展具有资源优势的饮品产品。大力发展茶饮品、果汁及果汁饮品、咖啡饮品、蔬菜汁饮品、植物蛋白饮品和谷物饮品。”近些年,植物蛋白饮品企业发展迅速,涌现出许多新兴品牌。找到支撑植物蛋白饮品企业高速增长的动力,探求企业发展战略,培养和壮大民族饮品品牌,成为研究的出发点。本文就植物蛋白饮品行业的发展机遇和挑战进行分析,并以河北养元智汇饮品股份有限公司为例,对养元公司的核心竞争力进行分析,为企业的发展提供借鉴与参考。
一、 植物蛋白饮品行业的发展环境
(一)行业的外部发展机遇
1、国内旺盛的市场需求。目前,我国的食品饮品人均消费量仍然偏低,有很大的空间可以挖掘;同时我国大力支持植物蛋白饮品行业发展,这些都直接推动了饮品市场的发展,给企业带来巨大发展机遇。
2、相关法律法规出台给企业创造一个公平、有序的竞争环境。强制性国家标准《饮品通则》已正式实施,《饮品通则》的实施规范了产品,不仅为消费者的健康和安全着想,也在一定程度避免企业的不良竞争,有利于企业的长期发展。
3、消费观念改变带来发展机会。当前,越来越多的人重视养生健康,酒类和碳酸饮品的消费数量逐渐减少,而营养健康的饮品则成为人们消费追求的目标。植物蛋白饮品采用天然原材料加工而成,具有添加少、无公害等特点,符合未来消费的理念。
(二)企业外部环境的挑战
1、潜在的市场竞争激烈。植物蛋白饮品行业的进入壁垒低、利润高,未来必然会吸引大量的资金和饮品巨头的进入。这些国际和国内的饮品巨头,都可能成为现有企业潜在的竞争对手。
2、植物蛋白饮品可替代性强。植物蛋白饮品替代品比较多,除了谷物饮品,还有凉茶、果蔬汁等,而且受季节和区域的影响较大,冬季和北方地区销售业绩要好,在夏季和南方地区销售量就相对较低。
3、产业链条较为单一,未能形成完整的产业链。在原材料收购上受市场价格变动的影响较大,没有稳定的原材料货源供应,缺乏市场议价能力。同时,生产的产品种类较为单一,往往只生产植物蛋白饮品,厂商的产品种类不够丰富。
二、 养元公司核心竞争力分析
养元公司是植物蛋白饮品的领军企业,在短短的几年时间内异军突起,从一个濒临倒闭的小厂成为一个年销售额50多亿的大型企业,研究养元公司的成长之路,探求公司高速增长的密码,对植物蛋白饮品行业中其他企业发展战略选择具有启示意义。
(一)养元公司的核心优势
1、植物蛋白饮品加工技术优势。养元是中国核桃乳饮品行业标准起草单位,公司是最早生产核桃乳的企业之一,拥有独特的核桃乳加工技术;工艺方面,采用特有的细胞破壁技术,既充分保留了核桃的营养成分,又有效去除了核桃的涩和腻,饮品口感纯正。
2、重视品牌和企业形象的培养。养元于2010年荣获国家工商总局认定的“中国驰名商标”,连续两期冠名赞助衡水湖国际马拉松赛,把品牌当做企业的核心资产,经过长期的品牌培育,六个核桃已经成为植物蛋白饮品领域的领军品牌。
3、注重打造企业文化。养元注重企业文化的培养,打造憨严的文化。憨是指公司对合作伙伴要信守承诺、员工做人做事要大度厚道、企业管理要讲求人性;严是指公司对产品品质严格追求、对市场秩序严格管控、对企业纪律严格执行。正是这种憨严文化树立了企业强大的执行力,支撑养元公司不懈努力,实现了如今的跨越式发展。
4、打造严格的质量体系。养元公司设有专职督查人员,负责企业质量安全的日常督查管理。在原料质量做好控制,对所有采购的原料,均严格执行进货查验度、索证制度、备案登记制度和相关的报批报验手续,实现原材料来源的有效性及可追溯性。在生产过程中,始终严格控制工艺操作和质量检查,对产品实行关键环节重点监控。同时,还将生产中容易出现的异常问题和重点问题进行了归纳总结,并制作了专门的培训课件定期对车间员工及质检员进行培训。在品质检测方面,公司购置了一批先进的检测设备,并与国内大型实验室通力合作,健全养元公司食品安全检测实验室,确保出厂产品质量。
5、强大的团队执行能力。
执行力就是战斗力,就是经营能力。养元重视团队执行力的提高,并把执行力贯彻到了企业的每个部门、生产的每个环节。企业不断健全约束与激励机制,奖罚分明;理顺部门关系,建立内部沟通机制,保证战略目标及规划的上传下达;打造企业督导系统,督导产品的质量、督导企业安全生产,保证政策的执行效果。
(二)养元公司存在的问题和不足
1、产品规格单一、缺乏创新。产品包装大多为罐装,罐装产品以待客、送礼为主,而市场的主流包装还是塑料瓶。公司品牌单一,只有六个核桃一个主打品牌,不利于企业做大做强。
2、人才相对匮乏。人才是企业最宝贵的财富,在企业发展中人才的作用是巨大的。养元职工队伍生产人员比例偏高,管理人员偏少,职工整体素质不高,企业对继续教育的支持不够,学习氛围不浓,缺乏对人才吸引力。养元未来会谋求上市,如果不按照现代企业制度来建立薪酬机制,吸引经营管理层,恐怕将来会制约企业的发展。
3、单位内部收入分配差距过大,对工人缺乏激励措施。根据调查,企业职工工作较累,尤其是一线工人,待遇不高,部分工人对养元缺乏认同感。
4、品牌创建和营销方式上的不足。主打品牌“六个核桃”至今未获国家工商总局的注册批准,而驰名商标“养元”在市场的认可度和影响力并不强。
三、植物蛋白饮品企业未来发展战略研究——以养元为例
(一)企业发展要更新观念,锐意创新。
企业要想保持高速增长,就需要不断学习,更新观念。在更新观念的基础上,要锐意创新,才能提高企业的竞争力。
产品创新是基础。想取得良好的经营业绩,求得生存与发展,就必须不断地进行技术和产品开发,推出满足用户需求的新产品。植物蛋白饮品企业要扩大产品的研发投入,加大产品的研发力度,建立自己的研发团队和科研培训机构,走产品创新之路。
管理创新是先导。管理创新是对企业的必然要求,要建立现代企业制度,就必须创新管理体制,把新的管理手段、管理方式应用到工作中来。
营销创新是关键。营销创新对于快消品来说非常重要,关键是找到一个更适合企业发展的营销战略。植物蛋白饮品企业要不断分析自己营销战略的优点和弱点,取人之长、避己之短,才能在营销上有所创新。
(二)企业成长应努力降低生产经营成本
降低生产经营成本是企业战略实施的一个重要措施,企业应努力控制生产经营成本,扩大利润空间,提升企业竞争力。
降低原材料的成本。以养元为例,核桃是养元公司的主要原材料,每年都需要大量的核桃,所以说核桃市场影响养元的效益。养元可以考虑在保定、石家庄、邢台、邯郸等太行山沿线地区,建立属于自己的核桃基地。这是利人利已的做法,一来可以有稳定的原材料供给,有效稳定价格;二来可以为山区的产业扶贫做贡献。
建立自己的包装生产线和物流中心。铁罐的生产成本较高,现在养元用的是其它厂商的铁罐成品,可以考虑自己建一个铁罐生产线,或者用塑料瓶、利乐枕的包装,积极寻求包装替代品。同时养元可以建立自己的配送中心,组建自己的运输队伍。
大力推行信息化管理。推行企业资源计划系统,可以做到及时计划、及时控制、及时决策,实现物流资源、人力资源、信息资源、财务资源的优化配置,提高资金周转速度,降低企业的库存成本、生产成本、销售成本、运输成本和财务成本。
(三)企业夸张要建立完善的销售渠道,稳步扩张市场。
突破发展的瓶颈,扩大产能。植物蛋白饮品企业有明显的淡旺季,以养元为例,每到秋冬季就会出现产能不足的现象。养元在安徽和河南建厂,新厂已经投产,一定程度上缓解了压力,但实际产能仍然供不应求,要在全国市场合理布局,加大产品供应。
精耕细作现有市场。植物蛋白饮品企业既要做好自己的主营业务,保证公司的正常收益,同时也要精耕细作,对现有市场进行细分,面对不同的人群和需求,推出不同口味和不同包装的产品。
以现有市场和技术为基础,发展新的饮品产品。养元的产品过于单一化,最初养元也曾出过杏仁露、八宝粥等产品,可是当时公司的实力不行,没有钱做推广。现在养元今非昔比,可以说是财大气粗,有力量再做好一到两个品牌,养元应认识到走产品多元化道路是企业发展的必然选择。
(四)企业实施发展战略要知己知彼、循序渐进、量力而行
企业发展战略重在落实,实施企业战略要知己知彼,充分了解自身实力和处境;要循序渐进,有一个长远的规划;要量力而行,考虑企业的发展能力。
植物蛋白饮品企业发展战略实施前,应充分做好情报收集和分析工作,随时掌握市场的变化,当今市场情况复杂,企业应随时收集市场相关信息,了解商业对手的发展情况和市场动态,及时作出市场判断。同时,企业也应准确把握自身的生产经营、产品销售、资金运行、人力资源等情况,应充分利用现有的互联网资源和企业智库,根据市场变化和自身运行状况,调整战略实施的进度、方案,取保企业战略的顺利实施。
植物蛋白饮品企业战略实施是一个系统工程,需要循序渐进,把发展战略分解为多个步骤,对每一步计划实施都有控制和评估,逐步整合企业各种资源。企业的战略实施切忌急功近利、操之过急,以免导致管理层对企业失去有效控制,影响企业的整体发展。
植物蛋白饮品企业战略实施应该考虑企业能力大小,量力而行。充分认清企业资金状况,企业人力资源状况和企业市场状况等等,有多大能力办多大事,把前进中的困难和问题估计的充分一点,战略的实施应充分考虑自身的实力,切忌贪大求快。
(五)基业长青要打造一支高素质的人才队伍。
人才是战略实施的关键,企业要发展,需要大批的人才做后盾。植物蛋白饮品企业要营造良好学习氛围,以提高各类人员的专业技能为目的,进行教育和培训,多给员工提供学习和升迁的机会,进而激发职工的潜能和工作热情。(作者单位:中共衡水市委党校)
基金项目:中共衡水市委党校校级科研课题
参考文献:
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关键词:蛋白质双向电泳;植物蛋白质样品制备;TCA/丙酮法;酚抽法
中图分类号:Q51 文献标识码:A DOI编码:10.3969/j.issn.1006-6500.2015.06.002
Abstract: Two-dimensional electrophoresis is the fundamental technology of proteomics, it makes great progress in protein analysis of animals and microbes. However, it makes little progress in protein analysis of plants due to the hardness of the preparation of plant protein’s samples suited for two-dimensional electrophoresis. In this paper, methods for the preparation of plant protein's samples were reviewed, merits and drawbacks of these methods were analyzed, and the research focus on the preparation of plant protein's samples in the future was putted forward.
Key words: two-dimensional electrophoresis; preparation of plant protein's samples; TCA acetone precipitation method; phenol method
随着人类基因组框架图的公布和拟南芥等模式生物基因组序列测定的完成,生命科学研究逐渐进入后基因组时代。尽管已有多种植物的基因组被测序,但在这些植物基因组中往往有一半以上基因所表达的功能是未知的。而蛋白质是生理功能的执行者,是生命现象的直接体现者,是揭开基因表达功能的一把金钥匙。直接研究蛋白质的表达模式和功能模式成为生命科学发展的必然趋势。蛋白质组的研究应运而生,而研究蛋白质组的科学则被称为蛋白质组学[1-2]。
由于蛋白质组学是从整体层面研究细胞、组织、器官甚至个体内的蛋白质表达变化,所以需要强有力的方法来分离和显示上千种蛋白质。而蛋白质双向电泳技术具有高分辨率、快速和简单的优点,因而成为蛋白质组学的支撑技术。目前双向电泳技术在微生物和动物蛋白质分析上取得较大进展,但在植物蛋白质分析上往往难以取得比较理想的实验效果,使得植物蛋白质组学研究相对落后于动物和微生物蛋白质组学研究。究其原因,主要是植物组织(尤其是绿色叶片)中含有多酚类、醌、脂类及其他多种次生代谢产物,这些物质一旦存在于植物蛋白质样品中就会严重干扰蛋白分离效果及电泳图谱质量,无法很好地显示出植物中各种蛋白质之间的差异。同时,植物组织中存在的蛋白酶能够水解目的蛋白,降低蛋白质样品的纯度。由此可见,植物蛋白质样品的制备是植物蛋白质双向电泳实验的关键,只有制备到纯度高、杂质少的蛋白质样品才可能获得质量高的电泳图谱。因而有必要归纳和总结适于双向电泳的植物蛋白质样品制备技术,便于研究者根据实际情况选择合适的样品制备方法,获得良好的电泳分离效果和高质量的电泳图谱[3-4]。
1 植物蛋白质样品制备方法
植物蛋白质样品的制备,要准确分析蛋白质样品来源的成分,在维持目的蛋白活性和结构不变的基础上逐步去除无关物质,获取合适的蛋白质样品。在长期的植物蛋白质组研究中,研究者们根据研究的对象和目的,在实验中逐渐摸索,发明并改进了5种常用的样品制备方法。
1.1 TCA/丙酮法
TCA/丙酮法的原理是利用蛋白质在丙酮溶液的疏水条件下变性使蛋白质浓缩并去除污染物。根据谢进等[5]的实验,TCA/丙酮法主要操作步骤是:洗净植物组织,使用液氮速冻,进行低温条件下研磨或超声处理,加入以TCA/丙酮为主要成分的溶液振荡混匀,沉淀过夜,再低温离心去上清,反复操作洗涤沉淀到丙酮溶液无色为止,敞口挥发丙酮,再将沉淀冻存。实验操作应当在低温环境下用尽量短的时间完成,以免蛋白质大量变性。
1.2 酚抽法
酚抽法的原理是利用了蛋白质和脂类溶于酚相而难溶于水相的特性。盐类、核酸、多糖通过溶于水而被去除,脂类通过溶解在乙酸铵甲醇溶液中被去除,再用冷丙酮溶解去除色素和铵离子。操作步骤是:洗净植物组织,使用液氮速冻,进行低温条件下研磨或超声处理成粉末状,转移至离心管内,加入蛋白质提取液振荡混匀,再加入等体积的Tris-饱和酚,冰浴,振荡混匀,低温离心处理,逐步抽取酚相,向酚相加入乙酸铵甲醇溶液低温沉淀过夜,低温离心后获取沉淀。将沉淀用预冷丙酮多次洗涤,敞口使丙酮挥发,将沉淀低温保存[6]。彭存智[7]在运用酚抽法提取红树叶蛋白时将Tris-饱和酚换为酸性的水饱和酚,而刘楠等[8]在运用酚抽法提取蒙古沙冬青根蛋白时将洗涤沉淀的丙酮换为甲醇溶液,也取得预期的实验效果。在使用酚抽法时,应当增加离心力和离心时间,尽可能地把密度大的糖分离至上清液的上层。
1.3 Tris-HCl法
Tris-HCl法的基本原理是利用去污剂SDS破坏疏水键,增加蛋白质的溶解性,而Tris-HCl平衡pH值,防止蛋白质变性。根据曾广娟等[9]和田忠景等[10]的实验,Tris-HCl法的主要操作步骤是:洗净植物组织,使用液氮速冻,进行低温条件下研磨或超声处理成粉末状,转移至离心管内,并加入SDS、甘油和Tris-HCl为主要成分的缓冲液,振荡混匀,低温离心处理后提取上清,加入TCA/丙酮混匀,低温离心后获取沉淀。将沉淀用80%预冷丙酮多次洗涤,室温风干,低温保存。
1.4 Trizol沉淀法
Trizol是一种新型RNA抽提试剂,可以直接从组织中提取RNA。它促进不同种属不同分子量大小的多种RNA的析出,通过分层分别将不同层中的RNA(上层)、DNA(中层)、蛋白质(下层)分离纯化出来,效率极好。根据周雪等[11]和康俊梅等的实验[12],Trizol沉淀法的主要操作步骤是:洗净植物组织,使用液氮速冻,进行低温条件下研磨或超声处理成粉末状,转移至离心管内,先后按比例加入Trizol和氯仿,振荡混匀,低温离心处理后去除上层水相中的RNA,加入无水乙醇沉淀去除中间层和下层酚相中的DNA和与之结合的高丰度的组蛋白,振荡混匀,低温离心处理后提取上清,先后按比例加入Trizol和异丙醇,振荡混匀,低温离心处理后提取沉淀,沉淀用95%乙醇和无水乙醇洗涤,真空干燥后低温保存。
1.5 尿素-硫脲提取法
尿素-硫脲提取法的基本原理是利用尿素和硫脲破坏疏水键、还原剂DTT破坏二硫键增加蛋白质的溶解性,并使得蛋白酶失活。根据刘伟霞等[13]和王海玲等[14]的实验,尿素-硫脲提取法的主要操作步骤是:洗净植物组织,使用液氮速冻,进行低温条件下研磨或超声处理成粉末状,转移至离心管内,溶于尿素、硫脲、SDS、DTT、Triton-114为主要成分的溶液中,振荡混匀,低温离心处理后提取上清,加入预冷丙酮,低温过夜,离心后收集沉淀,挥发掉丙酮。样本中存在尿素,溶液温度不能超过37°C。
TCA/丙酮法是促使蛋白质在水中沉淀进而分离的方法,属于沉淀类方法;酚抽法和Trizol沉淀法是利用酚类物质萃取蛋白质进而分离的方法,属于萃取类方法;Tris-HCl法和尿素-硫脲提取法是促进蛋白质溶解于水进而分离的方法,属于溶解类方法。
除此以外,Wei等[15]将TCA/丙酮法与酚抽法结合为TCA-丙酮-酚抽法后用于提取蛋白。杨秋玉等[16]提取4种杜鹃叶片蛋白质时就采用TCA-丙酮-酚抽法:即先采用TCA-丙酮法沉淀蛋白,冻干后按照酚抽法的程序萃取蛋白。提取的蛋白质样品再进行双向电泳,获得比较理想的电泳效果。TCA-丙酮-酚抽法兼有沉淀类方法和萃取类方法的特点。
2 植物蛋白质样品制备方法比较
植物组织的蛋白质是动态的,至今没有一种通用的制备方法能将材料中的蛋白全部提取出来。研究目的的不同,是尽可能获得多的蛋白还是仅获得兴趣蛋白,影响了制备方法的选择。但是无论是采用哪种方法,有一点必须做到的是尽可能多地去除核酸、多糖、多酚类、脂类、盐类等杂质,否则会影响蛋白分离效果和电泳图谱质量。不同的研究对象含有的杂质不同,因此也影响了制备方法的选择。
TCA/丙酮法是植物蛋白质样品制备最基本的方法。它的优点是耗时少、容易操作,减少了蛋白酶的修饰作用,蛋白质粗提物产量大,一般作为植物蛋白提取的初始方案。缺点是蛋白质容易变性,很难重新溶解,对一些植物组织中多酚类物质的去除能力有限,因而可以加入适量的吸附剂PVPP或PVP对TCA/丙酮法进行改良。刘国勇等[17]的实验证实不溶于水的PVPP去除酚、醌类物质的效果比可溶于水的PVP好。
酚抽法的优点是能够去除大量干扰物质,获得相对较多的低分子量蛋白。在植物组织含有大量易水解的多糖或易溶于水的盐类时如海滨木槿和枇杷叶片组织[18-19],酚抽法能够将其顺利引入水相而去除。特别是含有大量多酚类、多糖和色素等次生代谢产物的顽拗植物组织,在蛋白分离效果方面酚抽法比TCA/丙酮法优势明显。缺点是操作复杂耗时,Tris-饱和酚具有一定的毒性,易对环境造成污染。
Tris-HCl法的特点是加入SDS以增强蛋白质的溶解性,Tris-HCl缓冲液平衡pH值,远离各种氨基酸溶解度最小的等电点,因而其优点是能够分离出酸性蛋白、极高极低分子量蛋白,在疏水性蛋白的提取方面也有所改善,缺点是缓冲液需要密封保存。
Trizol沉淀法的特点是使用能够分离DNA和RNA的Trizol试剂,因而优点是能够去除大量干扰物质如DNA、RNA和高丰度组蛋白Rubisco。缺点是操作较为复杂,耗时耗力,成本较高。Trizol沉淀法用得比较少,一般用于植物叶片和幼苗的蛋白质提取,如野牛草叶片、紫花苜蓿幼苗和黄花苜蓿幼苗[12,20-21]。
尿素-硫脲提取法的优点是对低分子量蛋白质分辨效果较好,价格低廉,操作简便。缺点是在电泳中能够检测到的蛋白质斑点较少,对多酚类、色素、盐类等干扰物质的去除能力不够。从文献中来看,尿素-硫脲提取法用得比较少。
TCA-丙酮-酚抽法则将TCA-丙酮沉淀法和酚抽法融合在一起,去除引起样品溶液黏稠的多糖和核酸效果较好,在样品溶液过于黏稠时相比于酚抽法具有一定的优势[16]。但该法也存在着操作繁琐、蛋白损失较大的缺点。此方法在拟南芥叶片、非洲山毛豆叶片、银杏小孢子叶球[22-24]等很多植物蛋白的提取中均取得了较好效果。
3 结论与展望
到目前为止,适于双向电泳的植物蛋白质样品制备方法总共有6种,它们分别是:TCA/丙酮法、酚抽法、Tris-HCl法、Trizol沉淀法、尿素-硫脲提取法、TCA-丙酮-酚抽法:TCA/丙酮法是最基本、应用最为广泛的方法,蛋白质粗提量大,加入PVPP可以去除多酚类;酚抽法适合于含有大量多糖、盐类等次生代谢产物的植物蛋白质样品提取;Tris-HCl法能够分离出酸性蛋白和极高极低分子量蛋白;Trizol沉淀法适合于含有大量高丰度组蛋白Rubisco的植物叶片和幼苗的蛋白质提取;尿素-硫脲提取法能够分离出低分子量蛋白且操作简便;TCA-丙酮-酚抽法去除引起样品溶液黏稠的多糖和核酸效果较好。
在现在的植物蛋白质双向电泳的实验中,研究者往往需要同时运用多种方法进行样品制备并进行比较。希望在日后的研究中,研究者能够在前人研究的基础上,依据样品自身的特性次生代谢物成分和研究目的总结归纳各种方法的适用范围,做到具体问题具体分析,摸索优化出适合各种植物组织蛋白质样品制备的实验方案,加快植物蛋白质组学发展,更好地服务于生命科学研究。
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关键词 葵仁植物蛋白饮料;生产工艺;稳定性
中图分类号 TS275.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2016)22-0255-02
向日葵是我国北方的主要油料作物之一。向日葵仁有很高的营养价值,氨基酸种类齐全、比例合理,且其蛋白质含量在20%~28%,有些品种含量可达33%,并富含多种维生素VA 、VB、VC、VE等及Ca、P、Fe、Zn、K等多种对人体有益的矿物元素。向日葵花盘含粗蛋白15%左右,且含有多种维生素和矿物质。
将发酵工程引入向日葵深加工行业,将向日葵花盘通过加工制成氨基酸齐全、营养丰富、适口性好的生物蛋白颗粒饲料。将酶解技术与酸性植物提取液调配生产向日葵加酶生物复合饮料[1-2]。研究扩大了向日葵的应用范围,对向日葵产业的发展具有积极的促进作用。因此,以葵花籽为主要原料的植物蛋白复合饮料和以向日葵花盘作混合饲料将会有很广阔的发展前景。现将向日葵葵仁植物蛋白饮料生产工艺研究结果总结如下。
1 材料与方法
1.1 供试材料
红枣:山西临县红枣;葵花仁:山西省农科院经济作物研究所提供。
磷酸二氢钠:食品级;复合蛋白酶:上海信然生物技术有限公司。
1.2 仪器与设备
试验仪器与设备包括PHS-3C型精密pH计,上海雷磁仪器厂;分析天平,上海分析天平厂;均质机,上海东华高压均质机厂。
1.3 试验方法
1.3.1 葵仁植物蛋白饮料生产工艺。工艺流程如图1所示。
1.3.2 葵仁浆的制备。将葵花籽去皮后进行磨浆,固液质量比为 1 g∶17 mL,水温50 ℃,过 2 次胶体磨;用复合蛋白酶(6.0%酶浓度,以总蛋白计)对葵仁浆进行酶解,30 ℃水解1 h,酶解液200目筛网过滤,液滤即为葵仁浆。
1.3.3 红枣汁的制备。红枣适度破碎,加0.05%液体果胶酶及10倍红枣质量的水,于50 ℃保温浸提6 h;200目筛网过滤,滤液中加入0.02%液体果胶酶,于45 ℃保温4 h澄清,取上清液作为试验用枣汁。
1.3.4 蛋白质水解程度的测定。按pH-Stat法,本试验采用适合于酸性、碱性蛋白酶的酶反应水解程度(DH)的检测方法。DH定义为:
本试验游离氨基酸的测定采用甲醛滴定法;总蛋白氮的测定采用凯氏定氮法[3-4]。
1.3.5 脂肪分布系数的测定。50 mL具塞试管中的样品(成品)经杀菌后,以4 000 r/min离心30 min,小心吸取顶部乳状液5 mL,然后吸取大部分中间层后再吸取底部乳状液5 mL,分别用碱性乙醇法测得到的上、下层乳状液样品脂肪含量,并以上层脂肪含量与下层脂肪含量的比值作为脂肪分布系数[5-6]。
1.3.6 离心沉淀率的测定。杀菌处理后准确称取少量样品,以3 000 r/min离心10 min后,弃上清液,沉淀经干燥恒重后称量,计算其沉淀占总固形物的百分比,以此作为离心沉淀率[7-8]。
1.3.7 饮料基本参数。蛋白含量≥0.50%; 脂肪含量为2.0%±0.20%。
2 结果与分析
2.1 复合蛋白酶对葵仁植物蛋白液的酶解作用效果
试验结果表明:葵仁蛋白质水解程度在240 min时可达35%,但汁液颜色较暗发生了明显褐变,且苦味很重;当水解时间为120 min时苦味可以接受且水解度也较高(表1)。因此,葵仁蛋白质复合蛋白酶的最佳作用条件为浓度1 500 μg/mL,温度45~46 ℃,pH=9,时间120 min左右,选用果汁作为苦味覆盖剂。
2.2 葵仁植物蛋白饮料最适pH值的确定
用柠檬酸调节酸性红枣松仁复合蛋白饮料的pH值,在加酸杀菌后,于常温条件下静置21 d,观察样品稳定性。从表2可以看出,pH值为4.0时,产品稳定性好,且酸甜可口,因此酸性葵仁复合蛋白饮料的最适pH值为4.0 (葵仁蛋白质等电点pI=4.2)。
2.3 磷酸盐对葵仁植物蛋白饮料稳定性的协同作用
从表3可以看出,磷酸盐混合前加入红枣汁中较红枣汁与葵仁浆混合后加入对葵仁植物蛋白饮料稳定性的协同作用好(即脂肪分布系数、离心沉淀率均比混合后加入低,葵仁植物蛋白饮料稳定性好)。以加入0.05%的磷酸二氢钠时葵仁植物蛋白饮料的脂肪分布系数和离心沉淀率均最低,分别为1.82、0.42%,即葵仁植物蛋白饮料稳定性的协同作用最强。
2.4 葵仁植物蛋白饮料生产中均质工艺的确定
均质压力分别采用 10、20、30、40、50 MPa,料液温度为40 ℃,均质2次。从表 4可以看出,随着均质压力的增大,饮料的脂肪分布系数和离心沉淀率逐步降低。均质压力为40 MPa时,即酸性红枣葵仁复合蛋白饮料具有最佳的乳化稳定性,此时脂肪分布系数和离心沉淀率最低。
3 结论与讨论
葵仁植物蛋白饮料的稳定性研究表明,当饮料pH值为4.0、NaH2PO4的用量为0.05%,并采用二次均质法(40 MPa、50 ℃)时,葵仁植物蛋白饮料饮料稳定性最佳。
本研究以物化科研成果为研究目标,产品具有自身的特色和市场优势,且目前尚未见到这种产品成熟的加工工艺和配方。将用以烧毁的向日葵花盘为加工原料既节省能源,又减少环境污染,产品投放市场后,预计年创利税可达20万元,成为带动山西省向日葵产业发展的动力源之一。
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一、多肽在动物营养中的作用
经典营养学认为,蛋白只有被水解为氨基酸后才能被人体或动物吸收,后来发现蛋白质在消化道的降解产物大部分是小分子多肽,他们以完整形式被吸收进入循环系统而被组织利用;进一步研究发现,与游离氨基酸相比,小肽吸收具有吸收快、耗能低、吸收率高等优势。研究还发现多肽具有与金属结合的特性从而促进钙、铜、锌、铁等的被动转运过程及在体内的储存,能促进矿物质元素的吸收和利用。特别引起人们关注的是,一些多肽还对动物具有明显的生理活性,如提高免疫能力、调节机体生理国内以及抗菌抗氧化和降血压、降血脂等。多肽饲料的开发引起人们的极大关注。
二、固体发酵生产饲料技术
植物蛋白的微生物固体发酵技术就是利用微生物在植物蛋白饲料原料中的生长繁殖和新陈代谢积累有用的菌体、酶和中间代谢产物,加工成畜禽易于吸收的植物蛋白原料的技术。由于使用的发酵基质含水量低,可大大减少生物反应器的体积,设备和技术简单,投资较低,不需要废水处理,环境污染较少。同时,固态发酵后的植物蛋白类原料,由于复杂的大分子物质被微生物消化分解为小分子物质(如各种糖类),抗营养因子被去除,同时增加了动物易于吸收的蛋白质、多肽、氨基酸、B族维生素、微量元素、活性酶、抗生素、有机酸、醇和各种风味物质等,使得这些原料更有利于动物的生长发育和肠道的吸收利用。发酵植物蛋白的生产是一项综合效益大且具有广阔发展前景的产业。
三、国内固体发酵生产饲料技术发展概况
固态发酵(Solid State Fermentation,SSF)有着悠久的历史,早在2500 年前就有中药神曲的固态发酵生产。从广义上讲,它是指一类使用不溶性固体基质来培养微生物的工艺过程,既包括将固态悬浮在液体中的深层发酵,也包括在没有(或几乎没有)游离水的湿固体材料上培养微生物的工艺过程。多数情况下是指在没有或几乎没有自由水存在下,在有一定湿度的水不溶性固态基质中,用一种或多种微生物发酵的一个生物反应过程。目前我国植物蛋白饲料的生产多采用固体发酵的方法,如王兴华等利用玉米秸粉微生物固体发酵生产饲料;张继以蔬菜废弃物固体发酵生产蛋白饲料;赵建国以热带假丝酵母固体发酵黄酒生产蛋白饲料。
从2002年起,吴其飞等进行了固态发酵蛋白饲料生产线的设计与研制,开展了一系列饲料固态发酵技术和装备的研究工作,特别是近几年来重点研究饼粕混菌固态发酵制备蛋白多肽饲料的技术,做了大量的基础研究工作。尤其值得注意的是,他们创新性地将超声技术应用于混菌液态制种过程,大大提高了菌种生长性能和酶活力,提高了生产效率。超声辅助制种技术是指利用低功率超声波促进微生物菌种生长、增加其细胞膜通透性以促进各类酶系的分泌,使得菌种培养液在后续的固态发酵过程发挥更大的效力。
关键词 蛋白质组学;双向电泳技术;植物
中图分类号 Q75;Q945.7 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2012)20-0013-02
研究表明遗传信息通过基因携带,但基因结构的相对稳定性、数量的有限性,与生命现象的多变性、复杂性存在明显的差异[1]。为此,研究认为在所有生物体的细胞、组织、细胞器中,各种代谢反应、生理功能的维持均由各组成部分的表面、内部的蛋白质来完成。蛋白质组是Wilkin S等在1994年第1次提出的。1997年蛋白质组的定义被其创造者重申为:“蛋白质组指的是一个基因组所表达的蛋白质。”2000年人类基因组序列草图的完成标志着“后基因组时代”的到来。蛋白质组学(proteomics)的概念最终被定义为“一个基因组、或一个细胞、组织在特定的生理和病理条件下表达的所有蛋白质”。蛋白质组具有特殊性和多样性,其研究的三大核心技术分别是双向电泳技术(two-dimensional gel electrophoresis,2-DE)、生物质谱技术和生物信息学[2-3]。其中,2-DE作为蛋白质分离的重要手段,是目前唯一可以在一块凝胶上同时分离上万个蛋白质的方法,且分离纯度可达90%以上。
1 双向电泳技术的历史
双向电泳技术自诞生以来,一直在不断的发展、改进。1975年O`Farrell对大肠杆菌、老鼠及几尼猪蛋白质的研究中首次采用了双向电泳技术,称为ISO-DALT(等电点-道尔顿)。其第一向是将载体两性电解质(CA)添加到丙烯酰胺凝胶中,凝胶聚合后在电场作用下形成连续的pH梯度进行等电聚焦;第二向是聚焦后的凝胶在含有SDS的缓冲液中平衡后,用琼脂糖包埋到垂直板SDS凝胶的浓缩胶上,形成不连续的SDS梯度凝胶电泳[4]。这种双向电泳蛋白质由于上样量低,溶解性较差,可能会造成负性部分碱性蛋白丢失。另外,两性电解质在凝胶中扩散相对较容易,形成不够稳定的pH梯度,造成分辨率低,重复性差,此为经典双向电泳技术。
为克服经典双向电泳技术中出现的问题,Gorg A 等于1985年研究出固相IPG-DALT(pH梯度-道尔顿)系统双向电泳技术,该技术以固相pH梯度为基础,使双向电泳技术有了质的飞跃。固相pH介质是一类丙烯酰胺化合物,与聚丙烯酰胺共价结合后可形成一定范围的pH梯度。与传统的双向电泳相比,IPG-DALT系统双向电泳技术具有上样量大、不产生阴极漂移、重复性较好、pH梯度稳定、分辨率高等优点。目前,IPG-DALT系统双向电泳技术在各国应用广泛。
荧光双向电泳技术(fluorescent two dimensional differ-ential gel electrophoresis,DIGE)在近年出现,是双向电泳技术的又一次飞跃,是一种对不同样品间蛋白质差异表达进行系统分析的技术。主要用于大样品蛋白质的差异鉴定。
2 双向电泳技术的原理及步骤
2.1 双向电泳技术的主要原理
双向电泳技术是目前蛋白质组研究中最常用的蛋白分离平台,是最高效、最直观的复杂蛋白质组分离技术。它利用各种蛋白质具有不同的分子量、等电点(pI)分离复杂蛋白质组,分辨率、灵敏度较高。其原理为:首先通过电荷分离蛋白质,利用一向等电聚焦将蛋白质沿pH梯度分离至各自等电点;然后沿垂直的方向通过非连续十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳,根据蛋白质分子量大小差别来达到分离的目的。所得的蛋白双点是基于电荷分离和分子质量大小分离的正交组合,从而分布于整个二维凝胶图谱上,每个点代表其中一个或数个蛋白质,而蛋白质的分子量、等电点在样品中的含量也可显现出来 。
DIGE的原理是将需要比较的样品在电泳前用不同的荧光染料进行标记,被差异标记蛋白的等电点和相对分子质量基本不受影响,然后将其混合到一块胶内进行分离,并用相应波长来检测不同的荧光标记蛋白,最后用全自动蛋白质表达分析软件进行分析。它的出现有效地提高了双向电泳技术的重复性和定量的准确性。
2.2 双向电泳技术的主要操作步骤
双向电泳技术的体系较为复杂,通过多次摸索才能找到适合体系。IPG-DALT双向电泳技术的主要操作步骤如下。
2.2.1 蛋白质的提取。蛋白质提取的质量直接影响双向电泳试验最终结果,不同植物、不同组织蛋白应采取不同的提取方法。
2.2.2 蛋白浓度的测定。采用Bradford法测定蛋白质浓度。
2.2.3 第一向IEF电泳。在进行一向等电聚焦前应将相应的蛋白质与水化液加入样品槽,IPG胶条覆盖在样品上,最后覆上甘油。胶条水化时间应不少于12 h。
2.2.4 第二向SDS-PAGE。配制相应的凝胶电泳进行二向SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳。注意:等电聚焦电泳结束后应将其放入平衡液Ⅰ中,缓慢震荡15 min。第1次平衡结束后,取出胶条,擦干净背面的液体,然后放入平衡液Ⅱ,缓慢震荡15 min。凝胶应在前一天晚上配,使其充分凝固;压胶条时应避免胶条与凝胶之间产生气泡。
2.2.5 显色。SDS-PAGE电泳跑完后可用考马斯法或银染法染色。银染法虽然分辨率高,但由于操作方法比较复杂,掌握较困难,且对后续质谱分析等产生影响。考马斯亮蓝法分辨率较低,但操作简单,应用者比较容易掌握,是一种传统的蛋白质染色法。综合考虑,考马斯亮蓝法比较常用。
3 双向电泳技术在植物蛋白质组学研究中的应用
3.1 双向电泳技术在玉米蛋白质组学研究中的应用
Von Wiren等通过比较铁摄取缺陷型、野生型突变体玉米的蛋白质双向电泳图谱,从中发现4个与铁离子跨膜运输有关的多肽。李冠军等对干旱胁迫下玉米叶片蛋白质经行了双向电泳分析,选出在3个时段下的干旱处理中均有诱导表达的3个差异蛋白点,经过对比分析,3个点的数据库对比结果均达到显著,最后得出结论,玉米可能通过叶组织的木质化,降低水分的散失量,使细胞膨压得到维持,从而提高玉米的耐旱性。王彦玲等[4]利用双向电泳技术对郑单958及其亲本在缺磷条件下进行蛋白质组学分析,得出郑单958可能在磷胁迫的环境适应方面有杂种优势。付忠军等利用双向电泳技术对亲和性转换前后花丝与花粉差异表达蛋白质经行分析,首先摸索到了适合自己的双向电泳体系。最后得到了9个在不同亲和阶段表达差异的蛋白质点。朱畇昊[5]以玉米花粉为材料,建立了相应的玉米花粉双向电泳体系,然后选择成熟的花粉和离体萌发1小时花粉经行双向电泳,得到28个差异显著的蛋白点。
3.2 双向电泳技术在水稻、小麦蛋白质组学研究中的应用
王经源[6]对汕优63及其双亲苗期第3叶蛋白质组进行定量比较,得到1 667个以上的蛋白质点。发现有23个蛋白质点在3个品系间存在显著差异。丁 伟等用双向电泳对水稻叶片全蛋白经行鉴定,发现与干旱等胁迫相关蛋白,且有4个是首次发现。陈卫卫等对耐高温性差异明显的3个品种作为研究材料,经双向电泳分析及质谱鉴定,得出可能为水稻苗期耐高温相关的鉴定蛋白。
朱 宏等以普通小麦叶片为试验材料,通过优化双向电泳的关键步骤,在小麦叶片可溶性蛋白的分析中获得满意的双向电泳图谱。刘 丽等利用SDS-PAGE、2-DE和MALDI-TOF-MS分析LMW-GS组成,建立了LMW-GS亚基的标准命名系统。孙正娟等以太谷核不育小麦不同时期的幼穗为材料进行双向电泳,得出的结果表明不同时期表达的与育性相关的蛋白不同。
3.3 其他作物蛋白质组学中双向电泳技术的应用
Kubis等基于DIGE蛋白质组学,阐明了前蛋白质输入叶绿体的机制。Sybille在分离制备拟南芥叶绿体时,运用荧光差异凝胶电泳分析突变型、野生型植物叶绿体中蛋白的差异性。通过比对多种TOC易位子亚基的野生型和突变性拟南芥的叶绿体蛋白,探究各种易位子复合物对输送蛋白类型的特异性。林金科等研究了茶树芽叶蛋白质提取纯化及双向电泳技术的改进,探索出一种重复性好,清晰度高的蛋白双向电泳技术体系,并发现一种辨别茶树蛋白质样品质量好坏的简便方法。郭春芳等应用差异蛋白质组学方法分析了铁观音茶树幼苗在聚乙二醇(polyethylene glycol,PEG)胁迫下叶片蛋白质组的变化。
黄华宏等应用双向电泳蛋白质组学对矮化杉木的突变机理进行研究,得到29个差异蛋白质可能与杉木矮化的突变有关。张小静等在深入研究块茎蛋白质发育过程中的差异表达中,建立了马铃薯块茎蛋白质的双向电泳技术体系,并对与其发育相关蛋白质的进行了分析。
综上所述,双向电泳技术在植物发育过程中蛋白质的数量、组成的检测上应用广泛,可为研究者提供不同发育阶段基因表达和调控的特点。
4 面临的问题及展望
双向电泳技术通过研究生物与非生物、植物器官、组织的胁迫蛋白质变化,探讨其病理或生理变化,从而对蛋白质组学的发展研究产生了明显的推动作用。另外,通过与其他蛋白质组技术进行互补、整合,从而进一步拓宽了生命科学研究的途径[7-8]。目前,关于不同条件下植物蛋白表达谱的研究逐渐增加,使大量与逆境、基因发育、突变、植物与微生物互作的新蛋白被发现,但关于这些蛋白质的功能研究目前比较少。因此,在今后一段时间内,植物蛋白质组学的主要研究方向之一为运用生物化学、功能基因组学、生物信息学等方法证实新蛋白质的功能。
近年来,许多新型技术方法被应用到植物差异蛋白质组学研究中,比如荧光差异双向电泳、同位素亲和标记等。荧光双向电泳技术现已得到应用,并且已经成为商品化,但其价格仍然很高,还不能成为一种普及性的技术。综上所述,通过分析双向电泳技术在植物蛋白质组学研究中的应用现状,发现植物蛋白质学研究中的主要发展趋势是技术手段的多样化、分析层次的多元化,并与其他学科的紧密融合。
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[7] ZHANG Peng-Yi,LI Yue-Zhong,WU Zhi-Hong.Establishment of Sora-ngium cellulosum So0157-2 Proteome Database Using Optimized Two-dimens-ional Electrophoresis Protocol[J].生物化学与生物物理进化,2012,39(1):86-94.
关键词:植物蛋白产业;优秀人才;引导
中图分类号:G640 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)51-0211-02
一、植物蛋白产业概况
植物蛋白是人类的重要营养源,因而是食品工业一个非常重要的分支。如何有效利用植物蛋白资源、如何得到高品质的植物蛋白产品及如何处理好植物蛋白生产与环境的关系是当前国内外研究及工业生产的重要课题。我国的植物蛋白工业起步于20世纪80年代,成长于90年代,扩大于2000年之后。与欧美及日本等发达国家相比,我国的植物蛋白工业规模虽然非常庞大,但是技术落后,植物蛋白产品的经济附加值低,专一性及功能性较差。这与我国植物蛋白工业起步晚,生产经验不足及从业人员整体水平不高等客观原因密切相关。为了使得我国植物蛋白工业尽快扭转这个现状,积极地追赶和超过发达国家,高校应该为植物蛋白企业输送更多更好的专业技术及创新人才。
二、高校输送植物蛋白从业高水平人才的挑战与机遇
关于高校输送植物蛋白从业高水平人才的挑战,本文将从企业、大学、教师和学生四方面来分析。
目前我国植物蛋白企业一般分布在经济不发达地区,生产技术水平不高,对于高水平人才不是很渴求。同时,由于这样的生产状况,生产产品种类少,功能性差,经济附加值也低,从而导致企业从业人员的薪酬较低。这进一步限制了人才的从业愿望。不过,随着社会的不断发展进步,人们对于饮食的要求越来越高(美味、健康、营养和安全)。这就需要植物蛋白企业提高自身的生产技术水平,提高植物蛋白产品的品质。在此趋势下,植物蛋白企业将需要越来越多植物蛋白方面的人才。
目前大学的教育模式依然是以教师的讲授为主,大学生的课程任务较重,学生疲于应付考试,对于所学课程会有一定抵触心理。这些状况非常不利于对于学生学习兴趣的培养,而且学生对于所学知识不能很好地理解和掌握。因为这种种问题的存在,许多国内高校开始积极开展各种方式的教学改革。华中科技大学刘玉教授建立的“点团队”是“寓教于研”的一个非常成功的例子[1],她将自己与企业合作的项目带进研究室,让“点团队”成员组成不同项目小组,由项目负责人带领小组成员团结协作,共同解决问题。这种方式极大地调动了学生的理论联系实际、解决实际问题的兴趣和积极性,以及小组成员团结合作的精神。同时,团队成员受到了许多大型企业的青睐。清华大学为进一步调动学生课外钻研的主动性、积极性,充分发挥学生独立思考、探索和渴望解决问题的主动性等,基于“寓教于研”的理念,设立了大学生研究训练计划,取得了非常喜人的成果[2]。校食品学院在教育改革方面也做出了积极的尝试,为大学生设立了多个项目。让学生尽早选定导师,为学生了解专业现状提供了基础;在了解专业的前提下,学生可以根据兴趣通过“Participation in Research Program”项目进入实验室[3],进一步了解实验技术和科研方法;还有可以选择导师,通过组队进行“大创项目”的实践和研究[4]。
发达国家的高等教育起步早,非常注重学生的兴趣、动手能力、独立思考能力、创新思维、个性、责任心等培养。日本的国立岩手大学的教师/学生比大,非常注重对于学生的引导及启发,注重兴趣及责任心培养,尊重学生选择。大学生的学习主要可以分为两个阶段:大一到大三的各专业知识学习及大四的所选专业的进一步学习。在前一阶段,食品方向的各专业教授会根据专业的发展适当地修改教学内容,并且系统地设计一个本专业的经典实验,使学生对于各专业的基础及前沿知识有个基本了解;在后一阶段,学生在了解各专业的基础上,根据自己的兴趣,选择一个实验室,在导师直接指导下,独立完成一个比较系统的研究课题。通过这种教育模式,学生动手能力非常强,独立思考能力也得到了增强。另外,在实验室期间,指导教师非常注重学生为人处世能力(如守时、团队精神、做事方式、说话方式等)的培养,这有利于学生很好地融入社会。在美国的北达科他州立大学,该校的教师/学生比大,非常注重小班教学和教师与学生的互动,积极地支持大学生进入实验室,在指导教师的直接指导下,进行科研训练及参与企业的合作项目,并且给予一定的经济报酬。学生在经历一段时间的实验室生活后,如果发现对于该专业不是很感兴趣,还可以自由选择另一个实验室,甚至是非所学专业的实验室。这种教育方式非常有利于调动学生学习积极性及学生个性的培养,可为社会输送各种形式的人才。
虽然我国教育改革取得了一定的成绩,但是教育改革仍然面临着许多挑战。教育改革顺利进行需要调动教师与学生的积极性,二者缺一不可。但是教师由于科研压力大,从而影响了科研和教学的精力分配;学生由于没有得到积极的引导,导致对未来所想从事行业的迷茫,目标不明确。这两方面的原因导致了相当多的教育改革项目流于形式,没有实质的进步。
三、植物蛋白方向“寓教于研”的人才培养模式的一些想法
不料,这样的转变又矫枉过正。肾病患者严格遵照优质低蛋白质饮食后,蛋白尿虽然减少了,肾功能下降速度也有所减缓,但营养不良的发生率却增高了(高达30%~60%),而营养状况如何又是决定患者生活质量和存活率的重要因素之一。不吃植物蛋白质的优质低蛋白质饮食患者菜谱很窄,没有多少菜可选择,容易导致营养不良、食欲差、生活质量下降、贫血加重、免疫力降低、感染增多和死亡率增高。
推出“中庸之道”
高蛋白质饮食使肾病患者尿中蛋白质漏出增多,但过分强调优质低蛋白质饮食又引起营养不良等诸多弊端,似是鱼与熊掌难以两全。经过不断摸索,不少学者又推出一种“中庸之道”,认为动植物蛋白质比例适当的(动物蛋白质与植物蛋白质之比为3:2)饮食对肾病患者较为有利。豆制品作为一种主要的植物蛋白质,不但胆固醇和磷含量较低,而且富含不饱和脂肪酸和人体必需的氨基酸。国外以大豆蛋白质为主的素食可使肾病患者尿蛋白排泄减少、肾小球高滤过减轻,因而豆制品重新又得到肾病专家的青睐。
验方“黑料豆丸”
肾病患者不必禁忌豆制品,还有一个有力的佐证:有利水消肿作用的多种豆类,自古以来就是中医治疗肾病的常用“武器”。我院从20世纪80年代开始,用黑料豆丸(由黑大豆、苍术、黄芪等组成)治疗肾病综合征(低蛋白质血症)。无论是动物实验还是临床研究都证实,它对低蛋白质血症、高血脂和蛋白尿都有显著改善作用。
植物蛋白肉好在不含胆固醇
动物肉同植物蛋白肉相比较有它的优势:动物蛋白是一种比植物蛋白更优质的蛋白,它所提供的人体必需氨基酸比例同人体内比例非常接近。但动物肉类当中脂肪含量较多,而且这种脂肪是饱和脂肪,这种饱和脂肪过多会引发动脉硬化,对于心脑血管疾病有较大的促发作用。其次,瘦肉当中含有较多胆固醇,这也是引发高脂血症的一个重要因素。
武警总医院营养师刘庆春教授认为,相比动物肉类,植物蛋白肉当中不含有胆固醇,这可以降低人们因为饮食诱发高脂血症的几率;植物蛋白肉当中所含有的脂肪是不饱和脂肪,不饱和脂肪酸在体内可降低血清胆固醇水平,能一定程度修复损伤的血管内壁,从而起到抑制和防止血栓形成的作用。
人造食品不能超量食用
从营养层面上看,刘教授认为用“植物蛋白肉”代替一部分肉类是一个不错的选择,因为城市人必需的脂肪、胆固醇目前都处于一种超标状态。如果能够在一定程度上用大豆制成的植物蛋白代替肉食,一方面在蛋白质的摄入总量上能够保持稳定,另一方面能够有效降低人们总的饱和脂肪和胆固醇的摄入量。但是由于作为一种人造食品,其中必然也包含一定量的黏合剂等物质,虽然这些物质都在国家规定的范围之内,但如果长期大量食用还是可能对人体有一定影响。
人造食品难以取代天然食品
作为食品,人造食品也暴露出来一些问题。首先是人造食品在生产过程中增加了许多添加剂(如色素、香精、苯甲酸钠等),特别是防腐剂的长期食用对人的肠胃十分不利;其次是许多人造食品从配方上看似科学,也包含着多种营养成分,但这些营养成分经过生产过程的高温、高压,分子结构均遭到破坏,营养价值必然是大打折扣;再者,从人体对各种营养成分的需求来说,还要有一些有利于人体生长的微量元素,恰恰是这些微量元素,人造食品在配比中是无法强化构成的。
其他“人造食品”
有哪些
人造海蜇 人造海蜇是以海藻类藻胶混合大豆粉制造而成的,也可以人为地添加一些人体所需要的矿物质。不用像天然海蜇那样进行盐腌、脱水等特别处理,但是建议不要多吃。
人造虾肉 人造虾肉是利用海产品、鱼肉泥等混合面粉、鸡蛋、盐、食用色素等配料制成的一种食品。但在人造虾肉过程当中需要使用磷酸二氢钠等化学物质,可能对身体有一定影响。
人造蟹肉 人造蟹肉是人们吃火锅时最喜欢!食的食品之一。它是利用鱼肉、面粉、鸡蛋、砂糖等配料制成的,应该注意食用频率。