反膠束溶液萃取杏仁蛋白前萃工藝的研究

郭紅珍

(廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,廊坊 065000)

反膠束溶液萃取杏仁蛋白前萃工藝的研究

郭紅珍

(廊坊師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,廊坊 065000)

對AOT/異辛烷反膠束溶液萃取杏仁蛋白的前萃工藝進(jìn)行了研究。試驗(yàn)以 AOT/異辛烷為反膠束溶液體系,以蛋白質(zhì)萃取率為指標(biāo),分別對溶液的 pH值、W0值、萃取時間和萃取溫度進(jìn)行了單因素試驗(yàn)以及四因素三水平的正交試驗(yàn),以確定杏仁蛋白前萃的最佳工藝。正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表明,在各因素中,W0值對蛋白質(zhì)提取率影響達(dá)到顯著水平,其他三因素未達(dá)到顯著水平,確定的最佳工藝條件為:W0值為 40,溶液pH值 7.0,前萃溫度 25℃,前萃時間 90 min。

反膠束 杏仁蛋白 萃取

杏仁是杏果的干燥種子[1],杏仁蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白,含有人體需要的 18種氨基酸,可作為一種蛋白質(zhì)營養(yǎng)強(qiáng)化劑和添加劑,緩解蛋白質(zhì)資源的缺乏[2]。傳統(tǒng)的提油工藝有壓榨法和浸出法,提油后含蛋白質(zhì)高的餅粕基本上被用于動物的飼料,而且蛋白質(zhì)的變性程度比較嚴(yán)重,造成了資源極大浪費(fèi),限制了蛋白質(zhì)的深加工和再利用[3]。因此,探究一種更優(yōu)越的從堅(jiān)果中同時提取優(yōu)質(zhì)的植物油脂和植物蛋白具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

近些年,國內(nèi)外許多學(xué)者利用反膠束法分離堅(jiān)果的蛋白和油脂取得了初步的成功。將表面活性劑溶在非極性有機(jī)溶劑中形成聚集體,這種聚集體稱為反膠束。表面活性劑分子由親水基 (極性頭)和疏水基 (非極性尾)兩部分組成。反膠束中,表面活性劑的疏水基向外與非極性有機(jī)溶劑接觸,而親水基向內(nèi)形成一個極性核,此極性核具有增溶水的能力,極性核增溶水后形成“水池”,當(dāng)反膠束溶液與蛋白質(zhì)水溶液或固體接觸后,蛋白質(zhì)可溶于此水池稱為前萃。由于周圍水層和極性頭的保護(hù),蛋白質(zhì)失活或變性程度很小[4]。

本文利用二 -(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)/異辛烷反膠束體系萃取杏仁中的蛋白質(zhì)?？疾煊绊懙鞍踪|(zhì)前萃的因素,得出優(yōu)選前萃工藝的條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杏仁:市售。

KXL-1010型控溫消煮爐、KDY-9820型凱式定氮儀:北京通潤源機(jī)電技術(shù)有限責(zé)任公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 原料 (杏仁)中蛋白質(zhì)和水分含量的測定

蛋白質(zhì)含量測定[5]:GB 5511—1985;水分含量的測定[5]:GB 5497—1985。

1.2.2 杏仁粉的制備[6]

原料杏仁→浸泡→脫皮→干燥→粉碎→過篩→杏仁粉 (40目)

1.2.3 反膠束溶液的配制[7]

稱取一定量的 AOT于 100 mL的錐形瓶中,按照濃度要求 AOT(如 0.04 g/mL)加入一定體積的異辛烷,磁力攪拌使 AOT完全溶解,溶液透明后,加入含有 KCl(0.1 mol/L)的 KH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液(用于調(diào)節(jié) pH值),搖床振蕩 2 h(180 r/min),以3 000 r/min離心 20 min,若透明則為反膠束溶液,反之則不是。

在反膠束溶液中增溶水和表面活性劑的物質(zhì)的量比可用參數(shù)W0(W0=反膠束溶液中水的濃度 /反膠束溶液中表面活性劑的濃度)表示。

1.2.4 杏仁蛋白質(zhì)的萃取[7]

將準(zhǔn)確稱量的 1.0左右的杏仁粉 (40目)加入上述配好的反膠束溶液中,將錐型瓶置于恒溫振蕩器中振蕩 (振蕩速度 180 r/min),振蕩一定時間 (如90 min),然后在 3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心 10 min。取上清液加入 KCl溶液,置于恒溫振蕩器中震蕩,然后在 3 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心 30 min,上層為油層,下層為蛋白質(zhì),可通過真空冷凍濃縮得到蛋白粉。

1.2.5 蛋白質(zhì)前萃率的計算

前萃率 =反膠束溶液蛋白含量 /樣品中蛋白含量×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 W0對蛋白質(zhì)前萃率的影響

W0值對蛋白質(zhì)前萃的影響見圖 1。W0在 20～40之間時蛋白質(zhì)前萃率逐漸增加,W0值取 40時杏仁蛋白前萃率最高達(dá)到 56.75%。W0大于 40后,蛋白質(zhì)前萃率反而下降。這是由于W0大于 40后反膠束體系出現(xiàn)增溶水相對較難,萃取結(jié)束后以離心法分離時,離心管底部出現(xiàn)較多體積的水相情況,不利于萃取的進(jìn)行,降低了杏仁蛋白的前萃率。故W0選擇 40更為合適。

圖 1 不同W0值對蛋白前萃率(%)的影響

2.1.2 增溶水 pH對蛋白質(zhì)前萃率的影響

pH值與蛋白前萃率的關(guān)系如圖 2所示。由圖 2可知,在試驗(yàn)范圍內(nèi),杏仁蛋白前萃率隨 pH值的增加而增大。當(dāng) pH取 8.0時蛋白前萃率達(dá)到最大值43.86%。這是由于蛋白質(zhì)在不同 pH值下溶解度不同。pH值較小時,因?yàn)樵谛尤实鞍踪|(zhì)等電點(diǎn)附近,所以溶解度較小萃取率較低。但試驗(yàn)中 pH值在 7～8時蛋白質(zhì)萃取率較高。傳統(tǒng)的蛋白萃取模型無法解釋,其原因有待進(jìn)一步討論。傳統(tǒng)反膠束萃取蛋白機(jī)理認(rèn)為[8],蛋白進(jìn)入“水池”是由于蛋白質(zhì)分子表面電荷與表面活性劑分子極性頭所帶電荷相反。由于相反電荷相互吸引使蛋白增溶,AOT是陰離子表面活性劑,本身帶有大量的負(fù)電荷。當(dāng)溶液 pH呈堿性時,蛋白質(zhì)分子帶負(fù)電荷,萃取率增大顯然不是由于離子電荷作用。對這種現(xiàn)象的解釋,一些研究認(rèn)為蛋白質(zhì)的增溶與疏水相互作用及親合作用有關(guān)[9]。

圖 2 pH值對蛋白前萃率的影響

2.1.3 時間對蛋白前萃率的影響

時間與蛋白前萃的關(guān)系如圖 3所示,由圖 3可知,在 1.5 h時,蛋白前萃率已經(jīng)達(dá)到 50%,隨后蛋白前萃率基本不變,在 1.5 h左右達(dá)到平衡。這是由于隨著萃取過程的進(jìn)行,原料中蛋白含量逐漸減少,蛋白質(zhì)向原料表面遷移的速率也逐漸減小,而反膠束的極性核內(nèi)的蛋白質(zhì)濃度逐漸增加[10],導(dǎo)致蛋白質(zhì)的傳質(zhì)速度下降,萃取率增加緩慢。

圖 3 萃取時間對前萃率的影響

2.1.4 溫度對蛋白前萃率的影響

圖 4 萃取溫度對蛋白前萃率的影響

溫度與蛋白前萃率的關(guān)系如圖 4所示,溫度在25～45℃時,隨著溫度升高蛋白質(zhì)前萃率變化不大。當(dāng)溫度到達(dá) 40℃蛋白前萃率達(dá)到最大 52.54%,當(dāng)溫度上升到 50℃杏仁蛋白前萃率降低到 16.86%。這說明在一定溫度范圍內(nèi)反膠束體系很穩(wěn)定,蛋白前萃率隨溫度變化不明顯,而當(dāng)溫度高于 45℃時,由于高溫導(dǎo)致反膠束體系穩(wěn)定性降低,蛋白質(zhì)萃取率也很快下降。

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選取 W0值、pH值、前萃溫度、前萃時間作為影響因素。以蛋白前萃率為檢測指標(biāo),采用四因素三水平的正交試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果的極差分析和方差分析見表 1、表 2。

表 1 前萃正交試驗(yàn)結(jié)果

表 2 前萃正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

由正交試驗(yàn)結(jié)果的直觀分析可知,各因素對蛋白前萃率的影響大小次序?yàn)閃0值 >pH值 >萃取溫度 >萃取時間。即反映反膠束大小的參數(shù)W0值對蛋白前萃率的影響最大,“水池”大小對蛋白質(zhì)分子能否增溶關(guān)系重大。試驗(yàn)最優(yōu)工藝條件為A3B2C3D3,由于在正交試驗(yàn)中沒有 A3B2C3D3,故需進(jìn)一步做驗(yàn)證試驗(yàn),考慮到實(shí)際生產(chǎn)中的能耗及生產(chǎn)成本等問題[11],在進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)時同時進(jìn)行 A3B2C1D2,經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)前萃率為 69.64%。最后確定前萃最優(yōu)工藝條件為 A3B2C1D2,即取 W0值 40,pH值 7.0,前萃溫度 25℃,前萃時間 90 min。正交試驗(yàn)方差分析中也驗(yàn)證了W0值的影響達(dá)到了顯著水平,而 pH值、萃取溫度、萃取時間對杏仁蛋白質(zhì)前萃影響較小。

3 結(jié)論

以AOT/異辛烷反膠束溶液萃取杏仁粉中的蛋白質(zhì)是可行的,蛋白前萃率受W0值、pH值、溫度和時間等因素的影響。在正交試驗(yàn)各因素水平下,W0值對蛋白質(zhì)前萃率的影響達(dá)到最顯著,達(dá)到顯著水平 (P﹤0.05),其次是 pH值,最優(yōu)組合為 A3B2C1D3,而結(jié)合實(shí)際最佳前萃條件為:取 W0值 40,pH值 7.0,前萃溫度25℃,前萃時間 90 min。

[1]王宇霖.落葉果樹種類學(xué)[M].北京:農(nóng)業(yè)出版社,1984

[2]張加延.中國李杏資源及開發(fā)利用 [M].北京:中國林業(yè)出版社,1999

[3]中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院衛(wèi)生研究所.食物成分表 [M].北京:人民衛(wèi)生出版社,1980

[4]劉鄰渭.苦杏仁成分綜合提取法 [J].食品科學(xué),1993(10):28-29

[5]徐淑英,陳邦杰,師梓文.杏仁油和沙棘油的組成及理化常數(shù)[J].中國油脂,1992(60):24-27

[6]李科友,史清華.超臨界 CO2萃取杏仁油的研究 [J].西北林學(xué)院學(xué)報,2001,16(1):56-58

[7]楊宏順,陳復(fù)生,趙俊庭.反膠束同時分離大豆蛋白和油脂的前萃研究[J].食品科技,2002(1):16-18

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[9]楊宏順,陳復(fù)生.反膠束萃取技術(shù)在食品科學(xué)中的研究進(jìn)展[J].鄭州工程學(xué)院學(xué)報,2001.22(4):42-45

[10]楊宏順,陳復(fù)生.新型反膠束系統(tǒng)增溶水的研究 [J].食品科學(xué),2002,22(10):24-27

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For ward Extraction ofAl mond Protein Using ReverseMicelles

Guo Hongzhen
(Life Science College Langfang Teachers College,Langfang 065000)

The for ward extraction of almond protein using AOT/isooctane reverse micellar solution was stud2 ied.Taking protein extraction rate as index,the effects of pH values,W0value,extraction ti me and temperature were studied with single factor experiments,and a three level factorial-designed orthogonal experiment was carried out to optimize the extraction process.Results:Variance analysis show the influence ofW0value on protein extraction rate is significant,the other three factors do not reach significant level,and the optimum for ward extraction conditions areW040,pH 7.0,extraction temperature 25℃,and extraction time 90 min.

reverse micellar system,almond protein,extraction

TS255.6

A

1003-0174(2011)01-0106-04

廊坊師范學(xué)院科學(xué)研究 (LSZY201001)

2009-12-16

郭紅珍,女,1974年出生,講師,食品營養(yǎng)與檢測