亞麻分離蛋白提取工藝的研究

許光映 胡曉軍 李 群 高忠東

(山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，太原 030031)

亞麻是我國主要油料作物之一，我國常年種植面積約57萬公頃，年產(chǎn)量約47萬噸，種植面積居世界第3位，產(chǎn)量居世界第2位［1］。亞麻籽含有40%左右的粗脂肪、1%左右的木酚素、10%左右的亞麻膠27%左右的膳食纖維和20%左右的蛋白質(zhì)［1－5］，亞麻籽已成為國內(nèi)外學者研究功能食品的熱點之一。亞麻籽作為一種高蛋白油料作物，其品種、產(chǎn)地、種植方式和氣候均對其蛋白含量有影響［6－8］。此前，國內(nèi)外報道亞麻分離蛋白是以脫脂亞麻籽或脫膠脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取。以脫脂亞麻籽為原料提取亞麻分離蛋白時，因為亞麻籽富含膠質(zhì)干擾蛋白的分離和沉淀，提取的難度很大［9］;用脫膠脫脂亞麻籽提取亞麻蛋白時，氮回收率有所提高，提取率約為42%，蛋白質(zhì)的純度到達89.37%［10－11］，然而亞麻籽在脫膠后脫脂前需要耗費大量的能源進行干燥，該工藝各產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，所以至今沒有應用到工業(yè)生產(chǎn)中。本研究探討以脫皮脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取亞麻分離蛋白，為提高亞麻籽脫皮脫脂后的副產(chǎn)品——亞麻籽仁粕的加工附加值，實現(xiàn)亞麻分離蛋白的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)打下理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

亞麻籽:大同市福瑞康鑫科技有限公司。

1.2 試劑及儀器設備

1.2.1 試劑

石油醚:淄博市臨淄東方紅化工廠;氫氧化鈉:萊州市興泰化工有限公司;鹽酸:常州市雙良化工有限公司;硫酸、硫酸鉀:連云港巨佳化工科技有限公司;硫酸銅:上海青鳳化工廠;甲基紅、溴甲酚綠:天津希恩思生化科技有限公司;硼酸:淄博錦熹硼酸廠。

1.2.2 儀器與設備

脫皮機:自制;HZS－HA水浴振蕩器:哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠;TD2102電子天平:余姚市金諾天平儀器有限公司;PHS－25型數(shù)顯酸度計:杭州雷磁分析儀器廠;KDY－9820凱氏定氮儀:北京通潤源機電技術有限公司;FD－3冷凍干燥機:北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司;LXJ－ⅡB低速大容量離心機:上海精密儀器儀表有限公司;DHG－9140B電熱鼓風干燥箱:上海申賢恒溫設備廠;KDN－20消煮爐:鄭州南北儀器設備有限公司;萬能粉碎機:武義縣屹立工具有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 分析測定方法

1.3.1.1 蛋白含量的測定

蛋白含量用凱氏定氮法(GB/T 5511—1985)測定。

1.3.1.2 蛋白提取率的測定［11］

蛋白提取率=分離蛋白中的蛋白質(zhì)質(zhì)量/脫膠脫脂亞麻仁粕中的蛋白質(zhì)質(zhì)量×100%。

1.3.2 原料預處理方法

亞麻籽經(jīng)篩選除雜后，送入脫皮機分離為亞麻籽仁和亞麻籽皮［12］，取一定量的亞麻籽仁加入料液比1∶5的石油醚脫脂，在20℃的水浴振蕩器中提取3 h，經(jīng)抽濾固液分離，重復2次，干燥固相，得脫皮脫脂亞麻籽仁粕。亞麻籽仁粕的蛋白質(zhì)量分數(shù)為52.4%。

1.3.3 單因素試驗

1.3.3.1 提取液pH對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗設6個處理，提取液 pH 分別是:7.5、8.5、9.5、10.5、11.5、12.5。每個處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入150 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至一定的pH，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取90 min。提取結束后將混合液倒入離心管，在4 800 r/min條件下離心5 min，把上層液相移入三角瓶，用1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)上層液相的pH至出現(xiàn)沉淀，在4 800 r/min條件下離心5 min，收取固相物，冷凍干燥、粉碎，即得亞麻分離蛋白，重復3次，結果取平均值。考察分離蛋白提取率和蛋白含量。

1.3.3.2 料液比對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗設 5個處理，料液比分別是:1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50。每個處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉 10 g放入三角瓶中，加入一定量的純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取90 min。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.3.3 提取溫度對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗設5個處理，提取溫度分別是:20、40、60、80、100℃。每個處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入300 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入水浴振蕩器調(diào)節(jié)至一定溫度，振蕩提取90 min。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.3.4 提取時間對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗設6個處理，提取時間分別是:60、90、120、150、180、210 min。每個處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入300 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取一定時間。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.4 正交試驗設計

設提取液pH、料液比、提取溫度、提取時間4個因素，每個因素設3個水平，開展L9(34)正交試驗，正交試驗設計見表1。根據(jù)單因素試驗結果，取單因素試驗中最佳的水平為第二水平;每個處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，提取完畢的后續(xù)處理方法同1.3.3.1。考察試驗各處理的分離蛋白提取率、最佳工藝條件組合時蛋白提取率和分離蛋白的蛋白含量。

表1 正交試驗因素與水平表

1.4 數(shù)據(jù)處理

應用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 提取液pH對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

提取液pH對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響見圖1。提取液pH的變化改變了蛋白質(zhì)的帶電情況，直接影響蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與溶液的相互作用，從而使蛋白質(zhì)的溶解性發(fā)生了變化，進而影響對分離蛋白的提取率。在試驗范圍內(nèi)，當提取液pH值從7.5增至9.5時，隨著提取液pH的增加，分離蛋白提取率呈上升趨勢;當pH值從9.5增加至12.5時，提取率則呈下降趨勢。經(jīng)統(tǒng)計分析，pH 9.5時的蛋白提取率與其他5個處理的蛋白提取率呈極顯著差異(P＜0.01)，為提高分離蛋白提取率，提取液以pH 9.5 為宜。

分離蛋白的蛋白含量與提取率成正相關，當提取液pH 9.5時得到分離蛋白的蛋白含量與其他5個處理呈極顯著差異(P＜0.01)。

圖1 提取液pH對分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.2 料液比對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

從圖2可見，不同料液比對分離蛋白提取率的影響呈先上升后平緩趨勢，當料液比從1∶10增加到1∶30時，分離蛋白提取率呈快速上升趨勢;當料液比由1∶30增加至1∶50時，分離蛋白提取率呈平緩趨勢。說明當料液比較小時，一方面在試驗設定的時間內(nèi)，部分蛋白還沒有被溶解出來，另一方面在固液相分離時，固相中吸附了比較多的提取液。統(tǒng)計分析表明，料液比 1∶30、1∶40 和 1∶50 3 個處理之間的蛋白提取率差異不顯著(P＞0.05)，料液比1∶30、1∶40和1∶50 3 個處理與料液比 1∶10、1∶20 2 個處理的蛋白提取率呈極顯著差異(P＜0.01)，一般地料液比越高提取成本越大，因此，提取料液比采用1∶30為宜。

不同料液比對分離蛋白的蛋白含量影響趨勢與對提取率的影響趨勢相似，提取料液比為1∶30時，提取獲得分離蛋白的蛋白含量最高。

圖2 料液比對分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.3 提取溫度對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

提取溫度對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響見圖3。不同提取溫度對分離蛋白提取率的影響呈先上升后下降趨勢，當提取溫度從20℃增加到60℃時，隨著提取溫度的提高，分離蛋白提取率呈上升趨勢;提取溫度從60℃增加至100℃時，蛋白提取率呈下降趨勢;這可能與溫度升高后蛋白質(zhì)發(fā)生變性，進而影響蛋白質(zhì)提取有關。統(tǒng)計分析表明，提取溫度為60℃時的提取率與40℃時差異不顯著(P＞0.05)，與其他處理呈極顯著差異(P＜0.01)。

提取溫度對分離蛋白蛋白含量的影響與蛋白提取率的趨勢相似，溫度在60℃時提取獲得分離蛋白的蛋白含量最高。

圖3 提取溫度對分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.4 提取時間對分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

從圖4可以看出，提取時間在150 min以下，隨著時間的延長，分離蛋白提取率也在提高;提取時間在150 min以后繼續(xù)延長至210 min時，蛋白提取率呈平緩向下趨勢。分離蛋白的蛋白含量與提取時間的關系與提取率相似，也呈先上升后平緩向下的趨勢。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于隨著加熱時間的延長蛋白逐漸析出，但時間過長時會使蛋白變性，而使得蛋白提取率下降［13］。經(jīng)統(tǒng)計分析，提取時間為150 min和180 min 2個處理之間的提取率差異不顯著(P＞0.05);提取時間為150 min與210 min之間的提取率呈顯著差異(P＜0.05);提取時間為150 min與150 min以下的3個處理之間的提取率呈極顯著差異(P＜0.01)。因此，提取時間以150 min為宜。同時，提取時間為150 min時，提取分離蛋白的蛋白含量也最高。

圖4 提取時間對分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.5 正交試驗

正交試驗結果見表2。由表2可知，按照極差R的大小，影響蛋白提取率的因素主次順序是:提取液pH＞提取溫度＞提取時間＞料液比;亞麻分離蛋白提取工藝的最佳條件是:提取液pH 9.5、提取溫度為60℃、提取時間為165 min、料液比為1:30。以脫皮脫脂亞麻仁粕為原料，以亞麻分離蛋白提取工藝的最佳條件試驗的提取率為52.71%，提取的分離蛋白的蛋白質(zhì)量分數(shù)(以干基計)達95.20%。

表2 正交試驗結果及極差分析

3 結論

亞麻籽脫皮是亞麻籽深加工的關鍵技術，亞麻籽經(jīng)脫皮脫脂后得到的亞麻籽仁粕為亞麻籽脫皮后制備油脂的副產(chǎn)品，其粗蛋白達到52.4%。以脫皮脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取亞麻分離蛋白的工藝研究表明，亞麻分離蛋白提取的最佳工藝條件是:提取液pH 9.5、提取溫度為60℃、料液比為1:30、提取時間為165 min。最佳工藝條件時蛋白提取率達52.71%，提取的分離蛋白的蛋白質(zhì)量分數(shù)達95.20%。

［1］胡曉軍.亞麻產(chǎn)業(yè)技術發(fā)展現(xiàn)狀與對策［J］.山西農(nóng)業(yè)科學，2010，38(7):8 －10

［2］孫愛景，劉瑋.亞麻籽功能成分提取及其應用［J］.糧食科技與經(jīng)濟，2010，35(1):44 －45

［3］郭永利，范麗娟.亞麻籽的保健功效和藥用價值［J］.中國麻業(yè)科學，2007，29(3):147 －149

［4］張金，胡麻籽的營養(yǎng)保健價值與產(chǎn)業(yè)前景［J］.中國食品工業(yè)，2006(3):33－34

［5］陳海華.亞麻籽的營養(yǎng)成分及開發(fā)利用［J］.中國油脂，2004，34(6):72 －75

［6］狄濟樂.亞麻籽作為一種功能食品來源的研究［J］.中國油脂，2002，27(4):55 －57

［7］Madhusudha K T.Detoxification of commercial linseed meal use in Broiler Ration［J］.Poultry Science，1986，65:164 －171

［8］Madhusudha K T，Singh N.Effect of detox ification treatment on the physicochemical properties of Linseed proteins［J］.Journal of Agricultural and Food Chemistry，1985，33:1219 －1222

［9］Mazza G，Biliaderis C G.Functional properties of flaxseed mucilage［J］.Food Science，1979，54:1302 －1305

［10］Mandokhot V M，Singh N.Studies on Linseed(Linum usitatissmum)as a protein source for poultry.I.Process of demucilaging and dehulling of linseed and evaluation of processed material by chemicalanalysis and with rats and chicks［J］.Food Science Technology，1978，16:25 －31

［11］施樹，趙國華.胡麻分離蛋白的提取工藝研究［J］.糧食與油脂，2011(1):23－26

［12］胡曉軍，李群.亞麻籽脫皮及亞麻仁醬的研究［J］.糧油食品科技，2008，16(1):36 －38

［13］董凌隆，巨敏，劉軍海.正交優(yōu)化法提取苜蓿中葉蛋白的工藝研究［J］.江西飼料，2011(4):28－30.