利用堿提酸沉法從膨化玉米黃粉中提取谷蛋白

張 鐵劉曉蘭鄭喜群

（1.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

利用堿提酸沉法從膨化玉米黃粉中提取谷蛋白

張 鐵1，2劉曉蘭1，2鄭喜群1，2

（1.齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點實驗室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

采用堿提酸沉法提取膨化的玉米黃粉谷蛋白，選擇堿液濃度、溫度、料液比和浸提時間作為因素進行試驗。確定最佳 提 取 條 件：堿 液 濃 度 0.55% （m/V），浸 提 時 間100min，溫度65℃，料液比1∶16（m∶V）。該條件下玉米谷蛋白的提取率為50.14%。

堿提酸沉；膨化；玉米黃粉；谷蛋白

玉米黃粉為濕法玉米生產(chǎn)淀粉的副產(chǎn)物，約含62%～71%的蛋白質(zhì)，主要蛋白成分為玉米醇溶蛋白和谷蛋白，另含有少量的球蛋白和白蛋白［1－3］，構成此類蛋白質(zhì)的氨基酸主要為谷氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸，但賴氨酸和色氨酸含量較少，這些氨基酸主要為疏水性氨基酸和含硫氨基酸，使玉米黃粉蛋白難以得到更深層次的利用，目前此類蛋白多應用于動物飼料領域。

但玉米谷蛋白含有大量酰胺基氨基酸，其谷氨酰胺含量約占氨基酸總量的1/3。谷胺酰胺能維持人體腸道機能、改善酸堿平衡失調(diào)、提高機體對應的適應性和機體免疫能力，在生物體代謝過程中起到重要的作用。玉米蛋白作為生理功能性蛋白具有原料上的優(yōu)勢。利用玉米黃粉可制備多種功能性肽［4－13］，利用玉米黃粉還可提取天然食用色素［14－16］。

玉米黃粉擠壓膨化后可以在后續(xù)操作中更有效的去除淀粉，故本試驗采用堿提酸沉法從擠壓膨化的玉米黃粉中提取谷蛋白，研究其提取工藝條件，為玉米谷蛋白的性質(zhì)研究和其功能性水解物的研究開發(fā)奠定原料制備的基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米黃粉：蛋白質(zhì)含量55.63%，黑龍江省青岡縣玉米開發(fā)有限公司；

α－淀粉酶：酶活2 850U/g，丹麥北京奧博星生物技術有限公司；

其它試劑：均為市售國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

全自動凱氏定氮儀：消化系統(tǒng)K－437，蒸餾系統(tǒng)B－324，瑞士步琪公司；

酸度計：PH－10，北京市賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；

恒溫水浴振蕩器：SHZ－C，金壇市華峰儀器有限公司；

雙螺桿擠壓膨化機：SHZ－D，山東濟南大億膨化機械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粗玉米谷蛋白的制備

玉米黃粉→膨化（玉米黃粉含水量16%，膨化機工作參數(shù)：溫度160～180℃，壓力1～1.5MPa）→α－淀粉酶處理（pH 6.8緩沖液，60℃酶解2h）→丙酮處理（去除色素）→70%的乙醇（去除醇溶蛋白）→水洗→粗玉米谷蛋白

1.3.2 堿提工藝條件單因素試驗設計 稱量5g粗玉米谷蛋白，初始提取谷蛋白的條件為堿液濃度0.5%（m/V），浸提時間為1.5h，提取溫度為50℃，料液比1∶12（m∶V）。

（1）堿液濃度對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變堿液濃度提取玉米谷蛋白，堿液（NaOH）濃度分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6% （m/V），離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（2）浸提時間對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變浸提時間提取玉米谷蛋白，浸提時間分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5h，離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（3）提取溫度對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變提取溫度提取玉米谷蛋白，提取溫度分別為30，40，50，60，70℃，離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（4）料液比對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變料液比提取玉米谷蛋白，料液比分別為1∶8，1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（m∶V），離心取上清，測定谷蛋白提取率。

1.3.3 堿提條件的正交試驗設計 根據(jù)單因素試驗結果，以堿液濃度、提取時間、提取溫度、料液比為因素進行L16（45）正交試驗。

1.3.4 酸沉pH的確定 稱量5g粗玉米谷蛋白，按照料液比1∶12（m∶V）加入60mL的濃度為0.5% （m/V）的NaOH溶液，提取溫度為50℃，浸提時間1.5h，離心取上清，分別調(diào)節(jié)pH 為3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，測定上清液中的谷蛋白殘留率。

1.3.5 測定項目及方法

（1）蛋白含量：采用凱氏定氮法測定。

（2）谷蛋白提取率：按式（1）計算。

式中：

R—— 蛋白提取率，%；

M——提取的谷蛋白質(zhì)量，g；

a——提取的谷蛋白蛋白含量，%；

b——粗谷蛋白含量，%；

（3）谷蛋白提取率：按式（2）計算。

式中：

R—— 谷蛋白殘留率，%；

a′—— 酸沉后谷蛋白含量，g/mL；

b′—— 酸沉前谷蛋白含量，g/mL。

2 結果與討論

2.1 堿提工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗結果選擇各因素水平列于表1，采用L16（45）正交方案，以玉米谷蛋白提取率為指標，結果見表2，正交試驗方差分析見表3。

由極差分析可知，影響谷蛋白提取各因素的先后次序為料液比＞堿液濃度＞溫度＞時間，最佳的提取條件為A3B1C3D4，對最佳條件進行3次驗證實驗，平均提取率為50.14%，本試驗最優(yōu)的提取條件為堿液濃度0.55%（m/V），浸提時間100min，溫度65℃，料液比1∶16（m∶V）。

表1 正交試驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗結果Table 2 Result of orthogonal test

由方差分析可知，堿液濃度和料液比對提取率有顯著影響，而其它因素對提取率沒有顯著影響。

表3 正交試驗方差分析表+Table 3 The orthogonal analysis of variance

2.2 酸沉pH的確定

蛋白質(zhì)在某一pH的溶液中，它所帶的正電荷與負電荷相等，此時蛋白質(zhì)靜電排斥作用最低，蛋白質(zhì)沉淀。因此在蛋白質(zhì)提取時可選取蛋白質(zhì)的等電點作為酸沉pH。谷蛋白在不同pH條件下的沉淀情況見圖1。

圖1 上清液中谷蛋白殘留率隨溶液pH的變化Figure 1 Effects of pH on residual rate of gluten in supernatant

由圖1可知，上清液中谷蛋白殘留率在pH 4.0時最低，但在其它pH條件下的谷蛋白殘留率變化不大，這是由于玉米谷蛋白幾乎不溶于水，在pH 7.0左右沉淀基本完全。在實驗范圍內(nèi)選擇最佳的酸沉pH 4.0。

3 結論

影響谷蛋白提取的先后次序為料液比 ＞ 堿液濃度＞溫度＞ 時間，最佳的提取條件為堿液濃度0.55%（m/V），浸提時間110min，提取溫度65℃，料液比1∶15（m∶V）。在此條件下，提取率為50.12%。同時確定酸沉pH為4.0。與文獻［17］比較，谷蛋白提取率基本相同，為玉米黃粉谷蛋白的酶解提供制備原料的基礎，對于擠壓膨化對酶解產(chǎn)物的影響正在進一步研究中。

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Extraction of gluten from extruded corn gluten meal with alkali－dissolution and acid－precipitation

ZHANG Tie1，2LIU Xiao－lan1，2ZHENG Xi－qun1，2

（1.College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China；2.Key Constructive Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province Normal University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China）

The method of alkali－dissolution and acid－precipitation of protein were used to extract gluten from extruded corn gluten meal.The concentration of sodium hydroxide，extracting temperature，the ratio of extruded corn gluten meal to solution of sodium hydroxide，and extracting time were investigated with test of single factor and orthogonal design of L16（45）.Optimized extraction condition were，concentration of sodium hydroxide of 0.55% （m/V），extracting time of 100min，temperature of 65℃and，ratio of solid－liquid of 1∶16.Under the optimized condition，the yield of gluten was 50.12%.

alkali－dissolution and acid－precipitation；extrusion；corn gluten meal；gluten

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.032

國家自然科學基金資助項目（編號：31071629）；黑龍江省自然科學基金資助項目（編號：B200919）

張鐵（1985－），男，齊齊哈爾大學在讀碩士研究生。

E－mial：zhangtie19850224＠163.com

鄭喜群

2011－12－10