醇提法制備榛仁濃縮蛋白的工藝

矯 春 娜, 蘆 明 春, 張 星

( 大連工業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院, 遼寧 大連 116034 )

0 引 言

榛子具有較高的營養(yǎng)價(jià)值,榛仁除可直接食用或添加到食品中外,還可以榨油。制油后的榛仁粕中蛋白質(zhì)含量較高,含人體中所需6種必需氨基酸,為優(yōu)質(zhì)蛋白[1]。但目前棒仁粕主要用作飼料和肥料等低值產(chǎn)品,并沒有對其中有價(jià)值的成分進(jìn)行充分利用。利用榛仁粕來制備榛仁濃縮蛋白可實(shí)現(xiàn)榛仁粕資源的高值化利用,開發(fā)新的植物蛋白資源。

目前濃縮蛋白的制備方法主要包括乙醇浸提、酸法、濕熱法和超濾法。其中乙醇浸提法[2]無需排放廢水,不存在環(huán)境污染問題,且醇溶液具有較強(qiáng)的有機(jī)物溶解能力,可將更多的呈色、呈味物質(zhì)帶走,使得醇法的色澤和風(fēng)味優(yōu)于其他方法。本課題用醇法制備榛仁濃縮蛋白,為中試設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料及儀器

1.1.1 主要材料

榛仁粕由鐵嶺三能科技有限公司提供,基本組分為:粗蛋白58.03%,總糖15.08%,水分6.15%,粗脂肪7.95%。

乙醇、濃硫酸、硫酸鉀、硼酸、鹽酸、氫氧化鈉、硫酸銅,均為分析純。

1.1.2 主要儀器

蛋白質(zhì)消化器,微量凱氏定氮儀,SC-3610低速離心機(jī),FWBO型高速萬能粉碎機(jī)。

1.2 測定方法

粗蛋白的測定:GB/T 5009.5—2003；粗脂肪的測定:GB/T 5009.6—2003；水分的測定:GB/T 5009.3—2003；總糖含量的測定:蒽酮硫酸法。

1.3 試驗(yàn)方法

低溫脫脂榛仁粕經(jīng)粉碎,過40目標(biāo)準(zhǔn)篩,稱取一定質(zhì)量于錐形瓶中,將不同濃度的乙醇,按一定的原料質(zhì)量與乙醇體積比配成溶液。將錐形瓶置于恒溫振蕩水浴鍋中浸提,離心將榛仁濃縮蛋白與非蛋白分離,重復(fù)幾次后去除上清液,濃縮蛋白于50 ℃條件下干燥,粉碎并過60目篩后,測定其蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

稱取10 g榛仁粕粉,分別用體積分?jǐn)?shù)40%、50%、60%、70%、80%的乙醇溶液,按固液比為1∶7 混合均勻,在60 ℃條件下浸提3次,每次30 min,結(jié)果如圖1所示。由圖1可見,隨乙醇體積分?jǐn)?shù)增加,蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)先增加而后有所降低,且在60%左右達(dá)到最大值。原因是榛仁蛋白在醇的變性作用下內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,溶解度降低,原來緊湊的球形結(jié)構(gòu)變成松散結(jié)構(gòu),增加了與原蛋白結(jié)合的非蛋白物質(zhì)和乙醇溶液的接觸機(jī)會,使得樣品中部分可溶性糖分、灰分被乙醇溶液萃取出來,從而使蛋白得到濃縮[3]。當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加時(shí),溶液極性相應(yīng)降低,對可溶性糖類的洗脫能力降低,即對蛋白的濃縮效果減弱[4]。因此選擇乙醇體積分?jǐn)?shù)為60%。

圖1 乙醇體積分?jǐn)?shù)對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.2 浸提溫度對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

稱取10 g榛仁粕粉,用60%的乙醇溶液,按固液比為1∶7混合均勻,分別在45、50、55、60、65 ℃條件下浸提3次,每次30 min,浸提溫度對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響如圖2所示。由圖2可見,隨著浸提溫度的升高,榛仁濃縮蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加,在55 ℃時(shí)蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,之后開始降低?？梢?一定范圍內(nèi)升高溫度有助于提高榛仁粕中可溶性物質(zhì)的溶解度,蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相應(yīng)提高。當(dāng)溫度過高時(shí),物料黏度增大,不僅分離困難且易使蛋白嚴(yán)重變性,同時(shí)耗能增加[3],因此最佳的提取溫度在55 ℃左右。

圖2 浸提溫度對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.3 浸提時(shí)間對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

稱取10 g榛仁粕粉,用60%的乙醇溶液,按固液比為1∶7混合均勻,在55 ℃條件下浸提3次,每次分別為20、30、40、50、60 min,浸提時(shí)間對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響如圖3所示。由圖3可以看出,在一定條件下,隨著浸提時(shí)間的增加,榛仁濃縮蛋白的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)也增加。當(dāng)浸提時(shí)間為40 min左右時(shí)蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高,當(dāng)浸提溫度高于40 min后蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所下降。原因是乙醇對榛仁粕中的可溶性糖類物質(zhì)的萃取需要一定時(shí)間,當(dāng)浸提時(shí)間達(dá)到40 min時(shí),可溶性物質(zhì)在乙醇溶液中的溶解度基本達(dá)到飽和。隨著浸提時(shí)間的延長,其他蛋白成分如醇溶蛋白在乙醇溶液中的溶解度增大,同時(shí)繼續(xù)延長浸提時(shí)間可能會增加動(dòng)力能耗,使生產(chǎn)成本提高,綜合考慮確定最適浸提時(shí)間為40 min左右。

圖3 浸提時(shí)間對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.4 固液比對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

稱取10 g榛仁粕粉,用60%的乙醇溶液,分別按固液比為1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9混合均勻,在55 ℃條件下浸提3次,每次40 min,結(jié)果如圖4所示。由圖4可見,蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨著固液比的增加而升高,當(dāng)固液比達(dá)到1∶8時(shí)不再升高。這是因?yàn)殡S著固液比的增加,榛仁粕中的醇溶性物質(zhì)充分溶于乙醇中,當(dāng)固液比為1∶8時(shí),乙醇分子的滲透力最強(qiáng),此后醇溶性物質(zhì)達(dá)到由固相到液相間的傳質(zhì)平衡,蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本不變[5]。

圖4 固液比對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.5 浸提次數(shù)對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

稱取10 g榛仁粕粉,用60%的乙醇溶液,分別按固液比為1∶8混合均勻,在55 ℃條件下分別浸提1、2、3、4、5次,每次40 min,結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出,隨著浸提次數(shù)的增多,蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)先升高后又降低,浸提4次時(shí)蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高。原因是浸提次數(shù)增加,使得醇溶蛋白在乙醇水溶液中的溶解度增大,造成了蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的相對降低,因此最佳的浸提次數(shù)為4次。

圖5 浸提次數(shù)對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

2.6 正交試驗(yàn)確定醇法榛仁濃縮蛋白最佳浸提工藝條件根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行正交試驗(yàn),采用L9(34)正交表,以蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為指標(biāo),因素水平見表1,正交試驗(yàn)結(jié)果及分析見表2。從表1、2可以看出,醇法榛仁濃縮蛋白浸提過程中,乙醇體積分?jǐn)?shù)、浸提溫度、固液比為重要因素,各因素對蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響順序?yàn)榻釡囟取⒁掖俭w積分?jǐn)?shù)、固液比浸提時(shí)間。最佳組合為A3B2D3,即乙醇體積分?jǐn)?shù)65%、浸提溫度55 ℃、固液比1∶9；而浸提時(shí)間為次要因素,選擇最經(jīng)濟(jì)的30 min。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.7 驗(yàn)證性試驗(yàn)

按正交試驗(yàn)確定的條件進(jìn)行驗(yàn)證性試驗(yàn),平行提取3次,結(jié)果表明在此條件下榛仁濃縮蛋白的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為81.73%。

3 結(jié) 論

通過單因素和正交試驗(yàn),確定的醇法榛仁濃縮蛋白的最佳浸提工藝條件為:乙醇體積分?jǐn)?shù)65%、浸提溫度55 ℃、固液比1∶9、浸提時(shí)間30 min(4次),此條件生產(chǎn)的榛仁濃縮蛋白的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)81.73%,且此法生產(chǎn)的蛋白色澤較淺,質(zhì)地疏松無溶劑殘留。

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