菜籽蛋白提取工藝的優(yōu)化

戴宇翔，錢志娟，曾曉雄，王乃富，李春陽，*

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京210014; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京210095;3.揚(yáng)州出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇揚(yáng)州225000)

菜籽蛋白提取工藝的優(yōu)化

戴宇翔1，2，錢志娟3，曾曉雄2，王乃富1，李春陽1，*

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京210014; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇南京210095;3.揚(yáng)州出入境檢驗(yàn)檢疫局，江蘇揚(yáng)州225000)

以脫脂菜籽粕為原料，利用堿液提取菜籽粕中的蛋白質(zhì)，采用Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)篩選出對蛋白提取具有顯著影響的因子:pH(p=0.0348)、溫度(p=0.0383)和提取次數(shù)(p=0.0090);采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化，得到最佳工藝條件為:pH11、溫度52℃和提取2次，同時建立了堿提蛋白的二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型，對菜籽蛋白提取具有很好的預(yù)測作用。

菜籽粕，蛋白提取，Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，響應(yīng)曲面法

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

帶皮預(yù)榨浸出蒸脫烘干菜籽粕粉 江蘇云海辰龍生物科技有限公司，粉碎后過 60目篩，水分9.65%、蛋白質(zhì)40.1%;考馬斯亮藍(lán)G-250、乙醇、磷酸、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉 均為分析純。

FW177型中草藥粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司;PHS-2C型數(shù)顯pH計(jì) 上海智光儀器儀表公司;800-1低速離心機(jī)、SK-1快速混勻器 江蘇省金壇市榮華儀器公司;752S紫外可見分光光度計(jì) 上海棱光技術(shù)有限公司。

表3 Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 菜籽蛋白的提取工藝 稱取一定量過60目篩的菜籽粕粉，放入燒杯，按一定料水比加入蒸餾水，在一定溫度、pH條件下，攪拌提取一定時間，離心得到上清液。

1.2.2 蛋白含量測定 采用考馬斯亮藍(lán)法。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 單因素實(shí)驗(yàn) 研究pH、提取溫度、提取時間、料液比(m/V)、NaCl添加量(m/V)和提取次數(shù)對蛋白提取量的影響。

1.3.2 Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 選用 N=8的Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對6個因素(pH、提取時間、提取溫度、NaCl添加量、料液比及提取次數(shù))進(jìn)行顯著性研究，見表1。

表1 Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平及編碼

1.3.3 響應(yīng)曲面法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 采用Box-Behnen模型，對顯著性影響因素進(jìn)行蛋白提取工藝參數(shù)的優(yōu)化，見表2。

表2 響應(yīng)曲面法因素水平編碼

2 結(jié)果與討論

2.1 影響菜籽蛋白提取的顯著性因素確定

在單因素提取實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及響應(yīng)值(見表3)來確定影響菜籽蛋白提取的顯著性因素。利用Design-Expert 7.0軟件對Plackett Burman實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析(表4)，回歸模型方差分析表明，所得到的回歸方程顯著(p= 0.0246)，相關(guān)系數(shù)R2=0.9998。由表5可知，影響顯著因子有pH(p=0.0348)、溫度(p=0.0383)和提取次數(shù)(p=0.0090)。

表4 回歸模型方差分析

表5 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表

2.2 菜籽蛋白提取工藝參數(shù)的優(yōu)化

2.2.1 模型建立 通過Box-Behnen實(shí)驗(yàn)，對實(shí)測值和預(yù)測值結(jié)果(見表6)回歸擬合，優(yōu)化后的回歸模型為:

表6 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

由表7可以看出:模型p＜0.0001，表明二次多元回歸模型回歸效果極顯著;失擬項(xiàng)p＜0.05，顯著;相關(guān)系數(shù)R2=0.9948，說明此模型與實(shí)際實(shí)驗(yàn)擬合較好，實(shí)驗(yàn)失擬小，因此可用該模型來分析和預(yù)測蛋白的提取量。

表7 模型方差分析

由表8可知，式(1)模型中一次項(xiàng)X1、X3影響極顯著，X2影響顯著;二次項(xiàng)X22、X23的顯著水平小于0.05，影響顯著;交互項(xiàng)X1X2的顯著水平小于0.05，影響顯著;各因素影響的大小順序?yàn)?提取次數(shù)＞pH＞提取溫度。

表8 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)

2.2.2 響應(yīng)面分析 從圖1可以看出，在提取次數(shù)為最佳值(X3=2)時，pH、提取溫度兩個因素的交互作用顯著。在本實(shí)驗(yàn)水平范圍之內(nèi)，隨著pH增加，提取量相應(yīng)增大;pH曲面坡度比較陡，說明pH對提取的影響比較大。溫度在50～55℃范圍內(nèi)，蛋白提取量為最大，提取溫度升高有利于蛋白提取，但高溫容易使蛋白發(fā)生變性，造成提取率下降［13］。

圖1 提取溫度和pH交互作用的響應(yīng)曲面圖

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和Plackett Burman實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)pH、提取溫度和提取次數(shù)對菜籽蛋白提取具有顯著影響。

通過響應(yīng)曲面法中的Box-Behnen模型對影響因子評價，發(fā)現(xiàn)pH與提取溫度的交互作用，對菜籽蛋白提取影響極為顯著。

根據(jù)Box-Behnen實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后得到的菜籽蛋白提取量數(shù)學(xué)回歸預(yù)測模型即:菜籽蛋白提取量=

優(yōu)化后的蛋白提取最佳參數(shù)為:pH11，提取溫度52℃，提取次數(shù) 2次，此條件下蛋白提取量為827.28mg/10g。

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Optimization of protein extraction from defatted rapeseed meal

DAI Yu-xiang1，2，QIAN Zhi-juan3，ZENG Xiao-xiong2，WANG Nai-fu1，LI Chun-yang1，*
(1.Institute of Farm Product Processing，Jiangsu Academy of Agriculture Science，Nanjing 210014，China; 2.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China; 3.Yangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Yangzhou 225000，China)

The protein was extracted with alkali solution from defatted rapeseed meal.According to the experiments of single factors，Plackett Burman design was applied to study the factors of extraction and it was found that pH (p=0.0348)，temperature(p=0.0383)and times of extraction(p=0.0090)were the key factors to the extraction.It was optimized on the extraction of protein from defatted rapeseed meal by response surface method.A quadratic equation model for protein extraction was set up and the effects of the three factors and their corresponding relationships were obtained.The optimal extraction conditions were as follows:pH 11，temperature 52℃，2 times of extraction.The model played an important role in predicting the extraction of protein.

rapeseed meal;protein extraction;Plackett Burman design;response surface method

TS229

B

1002-0306(2011)03-0304-03

油菜籽是世界上第三大油料作物，產(chǎn)量僅次于大豆和棉籽。我國是目前世界上最大的油菜籽生產(chǎn)國，年產(chǎn)量約為1200萬t，榨油后的餅粕約為700萬t左右［1］。菜籽粕是一種重要的植物蛋白資源，粗蛋白含量在30%～40%，80%的菜籽粕被作為肥料使用，造成了蛋白資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。從菜籽粕中提取菜籽蛋白主要有:水相萃取法、水相酶解法、有機(jī)溶劑法、超濾等方法。水相法主要是采用不同水相將蛋白萃取而出，然后在菜籽蛋白等電點(diǎn)附近將蛋白沉淀，再分離干燥制取菜籽分離蛋白。采用超聲微波輔助提取，可以提高了蛋白產(chǎn)率［2］。水相酶法利用酶制劑將菜籽粕中的蛋白質(zhì)充分溶出，同時可得到特定功能的酶解產(chǎn)物［3］。常見的水相酶法均是采用單一酶作用體系，如Alcalase蛋白酶［4］，現(xiàn)在研究多集中于多酶體系的構(gòu)建，如多種植物蛋白酶的復(fù)合體系［5］、Alcalase蛋白酶與多肽酶的復(fù)合體系［6］。有機(jī)溶劑法主要采用丙酮［7］、乙醇［8］等有機(jī)溶劑去除毒性物質(zhì)，其工業(yè)化生產(chǎn)難度較大。超濾法是利用超濾膜將蛋白質(zhì)分離和濃縮，其優(yōu)點(diǎn)是蛋白純度高，尤其蛋白中的硫苷含量大大降低［9-10］。目前，工業(yè)提取菜籽蛋白主要采用堿溶酸沉法，存在的問題主要是蛋白質(zhì)總得率偏低，產(chǎn)品純度不高和產(chǎn)品的色澤差等。本研究以帶皮預(yù)榨浸出蒸脫烘干菜籽粕為原料，采用堿溶酸沉法提取蛋白，通過Plackett Burma實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和響應(yīng)曲面法對菜籽粕提取工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，建立了具有預(yù)測作用的堿提蛋白二次多項(xiàng)數(shù)學(xué)模型。

2010-04-12 *通訊聯(lián)系人

戴宇翔(1985-)，男，碩士，研究方向:食品生物技術(shù)。

2009年江蘇省科技廳國際科技合作項(xiàng)目(BZ2009055)。