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    烟草蛋白质的提取、功能、应用及研究进展_蛋白质结构研究进展

    时间：2020-02-28 07:14:39来源：百花范文网本文已影响人
    关键词：烟草；
    蛋白质；
    功能；
    应用；
    研究进展

    　　摘要：综述了烟草蛋白质的营养价值、提取方法、功能特性（包括烟叶硒蛋白和生物活性肽），以及以烟叶蛋白为原料生产普通的蛋白食品、功能性食品、香精香料、转基因蛋白、医药学研究辅助材料和植物保护剂等，并展望了烟草蛋白的开发利用前景。

    　　1营养价值

    　　在烟叶众多成分中，以蛋白质含量最为丰富，如白肋烟中蛋白质含量高达20.48%。烟叶中的蛋白质分为可溶性蛋白和不溶性蛋白。可溶性蛋白中一半左右是叶绿体蛋白质（Fraction I protein, FI蛋白），另一半为其他可溶性蛋白质的复合物（Fraction II protein, F II蛋白）。从每千克烟草（NicotianatabacumL.cv.NC89）的鲜烟叶中能提取可溶性蛋白的量如表2所示。以前，人们大都把注意力集中在提高作物结实器官的蛋白质含量上，较少关注植物叶蛋白的开发利用。随着对烟草蛋白研究的不断深入，人们逐渐认识到植物叶蛋白是世界上最丰富的蛋白资源，是解决当前世界人口日益膨胀问题的一个新的食物蛋白来源。一些研究结果表明，植物叶蛋白尤以烟草叶片中可溶性蛋白含量高，FI蛋白中的各种必需氨基酸含量不仅均高于世界粮农组织（FAO）制定的蛋白制品中必需氨基酸含量标准，其中酪氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸和亮氨酸都超过该标准1倍左右（见表1），比一些主要粮食作物如水稻、小麦、玉米、大豆蛋白质中的必需氨基酸含量都高，表明烟叶中FI蛋白具有较高的营养价值。烟叶蛋白质比鸡蛋、乳酪和牛奶更适合人体吸收利用，具有较高的营养价值和药用价值。

    　　表1烟叶FI蛋白氨基酸和一些粮食作物蛋白的必需氨基酸组成（g/100g）


    　　表2新鲜烟叶中可溶性蛋白质提取量（g/kg）


    　　2提取

    　　早期研究工作者提取的FI蛋白往往带有颜色和味道，且生产工艺复杂，投资大，产量低，人们难以接受。后来，许多科研工作者对烟叶中的FI蛋白进行了提纯，得到了高纯度的FI蛋白，其中Kung和Tso、Lowe对烟叶FI蛋白提纯方法的逐步简化做出了很大的贡献。然而，这些提取方法都有超速或高速冷冻离心分离步骤，且大多过程均需控制在0～4℃左右；
    亦有采用等电聚焦、凝胶电泳、超滤等方法提取FI蛋白的。这些方法虽然能获得纯净的FI蛋白，但成本较高，单位时间提取的产量较低，难以实现大规模工业化生产。新加坡国立大学理学院生物学系助理教授史瓦儒将生产人类某种蛋白质的基因注入烟叶细胞内，利用烟叶细胞来生产人类所需的蛋白质。这一方法的优点是：人类蛋白质在植物细胞里能很好地繁殖，蛋白质的功能不会受到破坏；
    利用植物细胞，能够使蛋白质避免感染疯牛病等疾病。此外，利用植物细胞生产蛋白质，只需提供水、氧气和一些养分就足够了，成本较低。但是，目前这种方法的蛋白质产率只有5%，因此只适合生产价值极高的蛋白质。FII蛋白的提取技术要比FI蛋白简单很多，国内外也进行了深入研究，并已进入了应用阶段，如烟叶硒蛋白作为食品添加剂和保健食品在我国食品领域中有着广泛应用。

    　　我国开发利用FI蛋白的研究起步较晚，仅对FI蛋白的提取方法进行了一些初步探讨，也是因提取过程较烦琐和需要低温高速离心分离步骤等，难以适应大规模工业化生产的需要。因此，解决规模化提取烟叶FI蛋白的技术难题具有重要意义。华南理工大学的赵谋明教授等人设计了如下工艺流程：烟叶→捣碎→加水→磨浆→碱溶（用KOH溶液提取）→（200目滤布）过滤→滤渣再碱溶两次→滤液离心（4800rpm，20℃，30min）除杂→上清液酸沉→离心（4800rpm，4℃，30min）沉淀蛋白。用这种方法烟叶蛋白提取率可达到80.10%。

    　　3功能特性

    　　3.1硒蛋白

    　　烟叶蛋白除了具有蛋白质的基本功能特性外，还具有许多特殊的功能特性。烟叶蛋白中富含硒，以硒蛋氨酸和硒半胱氨酸或其他形式存在。硒具有广泛的医疗保健作用，补充硒能预防癌症、肝炎、心血管疾病等，硒对癌症病人的化疗有防止白细胞减少的作用。然而，硒又是营养剂量与毒性剂量范围很窄的微量元素，因此，发展具有低毒高效属性的硒产品，用于预防与治疗相关疾病意义重大。利用烟叶对无机硒的代谢，可得到蛋白质态硒；
    无机硒在转化为蛋白质态硒的过程中，毒性大大降低，主要表现为急性毒性的大幅下降。已有充分证据表明，与亚硒酸钠相比，烟叶硒蛋白具有低毒高效特性，因而烟叶硒蛋白作为新的硒源具有潜在优势。

    　　3.2生物活性肽

    　　近年来的研究表明：生物活性肽是一类多功能因子，生物的生长发育、细胞分化、大脑活动、肿瘤病变、免疫防御、生殖控制、抗衰老、生物钟规律及分子进化等均涉及到生物活性肽。如抗菌活性肽，是一类生物活性小肽，一般具有抗细菌或真菌的作用，有些还具有抗原虫、病毒或肿瘤细胞的功能。抗菌肽具有广谱的抗菌作用，对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、真菌均具有抑制作用；
    还可以杀死动物体内的肿瘤细胞，却不破坏动物体内的正常细胞。烟叶蛋白经酶水解后，得到各种各样的生物活性肽。这些肽可以是小到只有2个氨基酸的二肽，也可以是复杂的长链或环状多肽，并且多半是经过糖苷化、磷酸化衍生的产物。其中十三肽，具有抗菌活性和蛋白酶抑制活性，且具有较高的稳定性，是一种潜在的蛋白酶抑制剂。

    　　目前，有关以烟草蛋白为原料生产生物活性肽的研究国内外鲜有报道。而从食品和营养的角度讲，以生物活性肽为功能因子，可以开发出低抗原食品、婴儿食品、运动食品、促钙吸收食品、降压食品、醒酒食品等一系列产品，具有很好的社会效益和经济效益。

    　　4利用

    　　4.1生产普通食品

    　　美国加州大学生物学教授威尔德曼成功地从未成熟的鲜嫩烟草中提取出了烟草蛋白质，这种蛋白质的纯度为99.7%。1公顷烟叶中提取的蛋白质比1公顷大豆中所含的蛋白质高出好几倍，而且烟草蛋白质既可稀释加工成蛋清，又可加工成各类美味糕点、豆腐、人造奶油和牛奶代用品等。在冰冻条件下，可制成软的奶油，与目前市场上的动物性奶油相比，这种奶油有两大突出的优点：①含不饱和脂肪多；
    ②产热量低，多食不会肥胖。另外，烟草蛋白还具有滋润肠胃和促进血液循环等功效。

    　　4.2生产功能性食品或香料

    　　利用内外切蛋白复合酶，将烟叶蛋白进行可控酶解处理，根据其酶解程度的不同，可以得到一系列生物活性肽和氨基酸。应用分级膜分离技术、分级膜分离与大孔树脂吸附分离或离子交换树脂分离联用技术分离纯化、浓缩富集目标产物，再经相应加工处理，可制得一系列功能性食品；
    将低次烟叶的酶解液与还原糖、醇等发生Maillard反应，可合成具有浓郁果香、坚果香、烤香、酱香、中草药香或烟草香的烟用和食用香料，这些香料能够改善烟丝的香气质，增加香气量，减轻卷烟的杂气和刺激性，使烟气醇和饱满，并能协调烟香，改善余味，用于高、中档卷烟的加香，可强化高、中档卷烟的优良品质。

    　　4.3生产转基因蛋白

    　　将大豆球蛋白的cDNA转移到烟草基因组Agrobacterium-mediated transformation中，大豆球蛋白在烟草种子中得到了表达，且以一种特殊的方式出现。与大豆中的球蛋白相比，所得到的转基因烟草大豆球蛋白在蛋白质表达水平、加工特性、活性功能和积累水平上均没有明显区别。

    　　4.4生产医药学研究辅助材料

    　　试验数据表明，烟草是用于生产医疗和科学研究方面的胶原质重组产品的最有价值的原料。在哺乳动物体中胶原质占其总蛋白的30%，其主要成分是纤维状胶原质I-III，这些胶原质组成了细胞外矩阵蛋白的交织纤维网络结构，在人体内具有非常重要的作用。将烟草用于生产胶原质重组系列产品，不仅能解决医药学中生产胶原质产品的原料难题，还有利于医疗技术水平的提高，促进医疗事业的进一步发展。

    　　4.5生产植物保护剂

    　　研究现，烟草花的蜜腺内有特殊的cDNAs。cDNAs能编码出特殊的植物蛋白酶，这种蛋白酶具有抵抗微生物侵害的功能，从而保护整个植株免受侵害。目前正在研究怎样利用转基因技术，进行这种特殊的cDNAs转基因处理，实现在别的植株内进行相应的基因表达，那么这种植株就能抵抗相应的微生物侵害，增强自身的保护功能，从而降低农药的使用量，降低农产品的农药残留，同时也减轻对自然环境的污染。

    　　总之，烟草蛋白是一种极具利用潜力和发展前景的植物蛋白资源，深入研究开发这种资源对于提高烟草的综合利用价值，稳定烟草种植和增加烟农收入，促进我国烟草行业可持续发展和产业结构调整均具有重要意义。（作者单位：1阜阳卷烟厂 2辽宁烟草公司）

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