高溫花生粕中花生蛋白提取工藝研究

高麗霄，劉 冬，徐懷德，*，李 娜，李 艷

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518055）

高溫花生粕中花生蛋白提取工藝研究

高麗霄1，劉 冬2，*，徐懷德1，*，李 娜1，李 艷2

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西楊凌712100；2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東深圳518055）

采用堿溶酸沉法，并結(jié)合勻漿、超聲和纖維素酶等前處理從高溫花生粕中提取花生蛋白。由正交回歸實(shí)驗(yàn)得到堿溶酸沉提取最佳條件為：堿溶溫度為60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此條件下攪拌浸提120min后，提取率為64.2%。勻漿或超聲前處理均可增加蛋白提取率，超聲處理后提取率增加尤為顯著，提高了12.3%，而纖維素酶前處理則對(duì)提取率無(wú)顯著作用。

高溫花生粕，花生粕蛋白，堿溶酸沉，前處理

我國(guó)是花生油的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，花生粕作為花生油生產(chǎn)的副產(chǎn)物，目前主要用作飼料，沒(méi)有進(jìn)一步進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重[1－2]。花生粕中蛋白質(zhì)含量達(dá)40%～50%，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的蛋白質(zhì)[3]，如果能對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的提取、加工，開(kāi)發(fā)出具有特定功能作用的食品，將大大提高其利用價(jià)值和附加值?；ㄉ鞍字宣}溶性蛋白為90%，水溶性蛋白約10%[4]，蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)為pH4.2～4.7，因此常用堿溶酸沉法提取花生蛋白[3，5]，所得產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量較高。有研究表明勻漿、超聲處理均可破碎植物組織和細(xì)胞，并切斷分子之間的連接，纖維素酶可以降解植物細(xì)胞壁的纖維素骨架，使植物細(xì)胞內(nèi)有效成分充分游離[6]，但將這些前處理應(yīng)用于輔助提取花生蛋白卻鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究在優(yōu)化經(jīng)典的花生蛋白堿溶酸沉工藝條件基礎(chǔ)上，結(jié)合高速勻漿、超聲和纖維素酶解等前處理工藝，以期提高花生粕蛋白的提取率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

pHS－3C精密pH計(jì) 上海雷磁儀器廠；Rw20電動(dòng)攪拌機(jī)，T25勻漿機(jī) 德國(guó)IKA混合分散生產(chǎn)設(shè)備公司；SonicsVCX600超聲破碎儀 美國(guó)SONICS＆MATERIALS公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 花生粕蛋白提取 取80目的高溫花生粕粉，按一定的料液比加入蒸餾水（簡(jiǎn)稱花生蛋白原液，以下同），在一定溫度下提取一定時(shí)間，浸提過(guò)程中pH維持恒定，然后冷卻，以1865×g離心15min，上清液調(diào)pH至4.5（花生蛋白等電點(diǎn)），靜置酸沉30min后以3315×g離心10min，花生蛋白沉淀水洗至中性，冷凍干燥后得到花生粕蛋白粉。

1.2.2 花生粕蛋白堿溶酸沉工藝優(yōu)化

1.2.2.1 堿溶酸沉單因素實(shí)驗(yàn) 以提取溫度、pH、料液比和提取時(shí)間為單因素，研究各單因素不同水平對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響。

1.2.2.2 堿溶酸沉正交回歸實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)定提取時(shí)間為120min，選取提取溫度、pH和料液比三因素，進(jìn)行二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素、水平及編碼見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)因素和水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.3 花生粕蛋白提取前處理工藝優(yōu)化

1.2.3.1 纖維素酶前處理對(duì)蛋白提取率的影響 向花生蛋白原液中加入一定量的纖維素酶，在公司提供的纖維素酶的最佳pH和溫度即pH4.8、50℃下保持時(shí)間2h，然后按1.2.2.2的最優(yōu)提取條件提取花生蛋白，考察加酶量對(duì)蛋白提取率的影響。

1.2.3.2 超聲前處理對(duì)蛋白提取率的影響 花生蛋白原液經(jīng)超聲前處理后，按1.2.2.2的最優(yōu)提取條件提取花生蛋白，考察超聲功率和超聲時(shí)間對(duì)蛋白提取率的影響。

基于分?jǐn)?shù)階阻抗模型的磷酸鐵鋰電池荷電狀態(tài)估計(jì)//孫國(guó)強(qiáng),任佳琦,成樂(lè)祥,朱瑛,衛(wèi)志農(nóng),臧海祥//(23):57

1.2.3.3 高速勻漿前處理對(duì)蛋白提取率的影響 花生蛋白原液經(jīng)高速勻漿前處理后，按1.2.2.2的最優(yōu)提取條件提取花生蛋白，考察勻漿轉(zhuǎn)速和勻漿時(shí)間對(duì)蛋白提取率的影響。

1.2.4 蛋白質(zhì)測(cè)定方法 凱氏定氮法（GB 5009.5－2010）。

1.2.5 花生粕蛋白提取率計(jì)算

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 所有實(shí)驗(yàn)至少3次重復(fù)，采用DPS9.50統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 花生粕蛋白堿溶酸沉提取單因素結(jié)果

2.1.1 溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，維持pH9.0，分別于30、40、50、60、70℃下提取1h，結(jié)果見(jiàn)圖1：蛋白提取率先隨著溫度的升高而增大，在50℃時(shí)達(dá)到最大值44.4%，隨后隨著溫度升高提取率下降，其原因可能是在熱的堿液作用下溫度升高使蛋白質(zhì)變性從而溶解度下降。因此，堿溶溫度以50℃為宜。

2.1.2 pH對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，設(shè)定溫度50℃，分別在pH7、8、9、10、11、12條件下提取1h，結(jié)果如圖2所示：蛋白質(zhì)的提取率隨pH的升高而逐漸增大，在pH11時(shí)提取率達(dá)到58.5%，之后變化不顯著。但進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿溶pH提高到11及以上時(shí)，提取的花生蛋白色澤發(fā)黃、有異味，且純度較低，原因可能是在較高的pH條件下，蛋白質(zhì)中的賴氨酸等發(fā)生變性[7]。因此，堿溶時(shí)pH確定為10，此時(shí)蛋白質(zhì)提取率為52.2%，所得產(chǎn)品無(wú)異常色澤和氣味。

圖1 溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.1 Effect of temperature on protein extraction

圖2 pH對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.2 Effect of pH on protein extraction

2.1.3 料液比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響 高溫花生粕粉分別按不同料液比1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14加入蒸餾水，維持pH9，溫度50℃，提取1h，結(jié)果如圖3所示：料液比從1∶4到1∶8，蛋白提取率顯著提高，在料液比1∶8時(shí)蛋白質(zhì)提取率為44.4%。而在1∶8至1∶14范圍內(nèi)蛋白溶解達(dá)到平衡，提取率差異均不顯著，因此，在生產(chǎn)中可控制用水量為1∶8～1∶10。

圖3 料液比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.3 Effect of the ratio of solid to water on protein extraction

2.1.4 浸提時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，維持pH9，溫度50℃，經(jīng)不同時(shí)間：30、60、90、120、150min提取。結(jié)果如圖4所示：在一定條件下，浸提時(shí)間越長(zhǎng)，蛋白質(zhì)溶出率越高，提取率越高。當(dāng)浸提時(shí)間達(dá)到120min時(shí)，蛋白質(zhì)的溶出率達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，提取率為49.6%。此時(shí)，浸提時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響不顯著。因此，浸提時(shí)間以120min為宜。

圖4 浸提時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.4 Effect of soaking time on protein extraction

2.2 正交回歸實(shí)驗(yàn)

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到二次多項(xiàng)式：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2+ 0.63639X3－1.57571X12－1.29122X22－0.94728X32－3.40342X1X2－0.08449X1X3－0.93758X2X3

表2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of experiments

表3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果方差分析Table 3 Analysis results of regression and variance

為檢驗(yàn)回歸方程的顯著性，需對(duì)回歸方程進(jìn)行F檢驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3?；貧w方程的失擬性檢驗(yàn)F1=4.4509＜F0.01（5，8）=6.63不顯著，可以認(rèn)為所選用的二次回歸模型是適當(dāng)?shù)?；回歸顯著性檢驗(yàn)F2=19.6714＞F0.01（9，13）= 4.19極顯著，說(shuō)明模型的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值吻合，模型成立。剔除α=0.05水平不顯著項(xiàng)，簡(jiǎn)化后的回歸方程：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2－1.57571X12－1.29122X22－3.40342X1X2

在得到的最優(yōu)組合即溫度60℃，pH9.5，料液比1∶8（m/v）下提取120min，得到此條件下蛋白提取率為64.2%。

2.3 花生粕蛋白提取前處理工藝優(yōu)化

2.3.1 纖維素酶添加量對(duì)蛋白提取率的影響 在pH4.8，溫度為50℃，料液比1∶8條件下，纖維素酶作用2h，加酶量分別為底物質(zhì)量的0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%，結(jié)果見(jiàn)圖5。纖維素酶的主要作用是降解植物細(xì)胞壁纖維素，使細(xì)胞內(nèi)容物釋放出來(lái)。圖5顯示，隨加酶量的增加蛋白質(zhì)提取率并沒(méi)有顯著提高，其原因可能是高溫花生粕經(jīng)壓榨時(shí)，壓延力和機(jī)械剪切力已將細(xì)胞壁破壞。

圖5 加酶量對(duì)蛋白提取率的影響Fig.5 Effect of enzyme content on protein extraction

2.3.2 超聲前處理對(duì)蛋白提取率的影響

2.3.2.1 超聲功率對(duì)蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），超聲時(shí)間為5min的條件下，改變超聲功率（0、120、240、360、480、600W），結(jié)果見(jiàn)圖6：隨超聲功率的增加，蛋白提取率升高，原因是超聲可使細(xì)胞碎片進(jìn)一步破碎，增加了提取液和花生蛋白的接觸面積，更有利于質(zhì)量傳遞；同時(shí)，超聲波還可能打斷花生蛋白與其它大分子物質(zhì)之間的化學(xué)鍵，使結(jié)合狀態(tài)的蛋白游離出來(lái)。在功率達(dá)到360W后蛋白提取率為72.4%，此后隨著功率增大，提取率變化不顯著，因此選用提取功率360W。

圖6 超聲功率對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic power on protein extraction

2.3.2.2 超聲時(shí)間對(duì)蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），超聲功率為360W的條件下，改變超聲時(shí)間（0、1、3、5、7、9、11、13min），結(jié)果見(jiàn)圖7：隨時(shí)間延長(zhǎng)蛋白提取率升高，在7min時(shí)提取率達(dá)到最高為76.5%，之后變化不顯著，所以處理時(shí)間可選用7min。

圖7 超聲時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.7 Effect of ultrasonic time on protein extraction

2.3.3 勻漿前處理對(duì)蛋白提取率的影響

2.3.3.1 勻漿轉(zhuǎn)速對(duì)蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），勻漿時(shí)間為9min的條件下，改變勻漿轉(zhuǎn)速（0、6000、8000、10000、12000、14000r/min），結(jié)果如圖8所示：0～8000r/min時(shí)，蛋白提取率隨勻漿轉(zhuǎn)速升高而增大，原因與超聲處理相似。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)8000～12000r/min時(shí)，蛋白提取率變化不顯著，而轉(zhuǎn)速為14000r/min時(shí)由于高速勻漿的剪切力使蛋白變性而使提取率有所下降，因此，選取8000r/min為宜，此時(shí)蛋白提取率為73.5%。

圖8 勻漿轉(zhuǎn)速對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.8 Effect of homogenates speed on protein extraction

2.3.3.2 勻漿時(shí)間對(duì)蛋白提取率的影響 在25℃（室溫），勻漿轉(zhuǎn)速為8000r/min的條件下，改變勻漿時(shí)間（0、1、3、5、7、9、11min），結(jié)果見(jiàn)圖9：勻漿9min時(shí)蛋白提取率達(dá)到最大73.5%。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)確定了高溫花生粕堿溶酸沉法提取花生蛋白的最佳工藝條件為：堿溶溫度60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此條件下浸提120min，花生蛋白的提取率可達(dá)64.2%。通過(guò)勻漿、超聲前處理，蛋白提取率均有所增加。以8000r/min高速勻漿處理9min，蛋白提取率提高了9.3%；在功率為360W超聲處理7min后提取率增加尤為顯著，提高了12.3%，而纖維素酶處理對(duì)蛋白提取率無(wú)顯著作用。

堿溶酸沉法提取蛋白工藝具有易操作、提取率高、成本低的特點(diǎn)，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，超聲、勻漿處理所需時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單易行，提取率提高顯著，因此，本研究對(duì)于花生粕蛋白的提取具有一定的指導(dǎo)意義。

圖9 勻漿時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.9 Effect of homogenates time on protein extraction

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Study on extraction of peanut protein from heat treated peanut meal

GAO Li-xiao1，LIU Dong2，*，XU Huai-de1，*，LI Na1，LI Yan2
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest Aamp;F University，Yangling 712100，China；2.Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，China）

Alkaline-extraction and acid-precipitation combined with pretreatment were employed to isolate peanut protein from heat treated peanut meal.The results of quadratic regression rotatable orthogonal design showed the optimum conditions of isolation were as follows：the alkaline-extraction was at 60℃，pH9.5 for 120min with the ratio of solid to water at 1∶8（m/v）.Under these optimal conditions，the extraction rate of peanut protein was 64.2%.High-speed homogenization or ultrasonic pretreatment could both raise the extraction rate significantly，especially through ultrasonic treatment，it obviously increased by 12.3%compared with those without pretreatment.However，pretreated by cellulase had no effect on it.

heat treated peanut meal；peanut protein；alkaline-extraction and acid-precipitation；pretreatment

TS201.2+1

B

1002－0306（2012）05－0273－04

2011－05－25 *通訊聯(lián)系人

高麗霄（1985－），女，碩士研究生，研究方向：天然產(chǎn)物提取與分離技術(shù)。

廣東省重大科技專項(xiàng)（2009A080209001）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2011B010500006）。