反膠束萃取技術(shù)及其在植物蛋白質(zhì)提取中的應(yīng)用研究進展

郭 珍 陳復(fù)生 李彥磊 李潤潔

（河南工業(yè)大學，河南 鄭州 450001）

反膠束萃取技術(shù)是繼雙水相萃取之后的一種適合生物大分子分離純化的新型分離技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)在食品工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)［1］，甚至納米材料［2，3］的制備上得到了廣泛的研究。尤其是在植物蛋白質(zhì)的提取上，與傳統(tǒng)的堿溶酸沉法相比，不僅具有成本低，可連續(xù)性操作等優(yōu)點，而且反應(yīng)條件溫和，形成的反膠束對活性物質(zhì)具有一定保護作用，因此可以減少蛋白質(zhì)活性損失［4，5］。

1 反膠束萃取的基本概念

1.1 反膠束萃取的概念

1943年Hoar等［6］報道了反膠束的存在，反膠束是指表面活性劑在非極性有機溶劑中自發(fā)形成的熱力學穩(wěn)定和光學透明的納米級聚集體。

反膠束中表面活性劑的非極性端朝外指向有機溶劑，極性端朝內(nèi)聚集增溶一部分水形成“水池”，該“水池”具有增溶蛋白質(zhì)的能力，從而實現(xiàn)植物蛋白的萃?。?］。表面活性劑分子層可以避免蛋白質(zhì)與有機溶劑接觸，從而保持蛋白質(zhì)活性。構(gòu)成反膠束的表面活性劑最好是具有空間體積較大的疏水基團和體積較小的親水基團，例如最常用的順－二－（2－乙基己基）琥珀酸酯磺酸鈉（AOT）［8］。

1.2 體系表征參數(shù)

表征反膠束體系的參數(shù)有W0（水與表面活性劑的摩爾比）、θ（增容水相對總體積的濃度）、N（組成反膠束微粒的表面活性劑的個數(shù)即聚集數(shù)），其中W0最為常用［9］。高亞輝［10］在研究中發(fā)現(xiàn)W0對反膠束體系的黏度，“水池”直徑，聚集數(shù)以及單個表面活性劑所占面積都有很大的影響，從而進一步影響蛋白質(zhì)的提取率。Lichun等［11］認為，隨著W0增加，更多的水與表面活性劑形成結(jié)合水從而增加萃取率，而W0繼續(xù)增加，增加的自由水則對萃取率沒有貢獻。

1.3 反膠束萃取植物蛋白的機理

對反膠束萃取蛋白質(zhì)的研究已有30～40年，但對萃取過程中傳質(zhì)機理研究并不多。通常認為反膠束是通過表面活性劑極性端和蛋白質(zhì)之間的靜電作用力實現(xiàn)萃取的［12］，但一些學者［13－15］相繼提出疏水相互作用、離子對溶解機理、離子交換機理等，蛋白質(zhì)在反膠束中實現(xiàn)萃取或許是多種作用力共同作用的結(jié)果。反膠束體系處于一種動力學平衡狀態(tài)，相互之間不斷碰撞，而且經(jīng)常交換內(nèi)核所含物質(zhì)，大約1 000次的碰撞就會導(dǎo)致反膠束間交換所含的物質(zhì)一次，這些交換發(fā)生在10－3s的時間范圍內(nèi)，而碰撞發(fā)生在10－6s的時間范圍內(nèi)，反膠束間交換物質(zhì)是非常頻繁的［16］。

植物蛋白質(zhì)可通過注入法、固溶法和相轉(zhuǎn)移法進入反膠束溶液中，對于注入法以及固溶法，普遍認為反膠束是通過直接與蛋白質(zhì)分子在兩相界面發(fā)生作用來完成質(zhì)量轉(zhuǎn)移的，同時還伴隨有水和離子的增溶［17］。而對于相轉(zhuǎn)移法，大多數(shù)人認為蛋白質(zhì)是通過與游離的表面活性劑發(fā)生作用形成蛋白質(zhì)－雙親物質(zhì)復(fù)合物來實現(xiàn)傳質(zhì)［17］。蛋白質(zhì)在兩相（有機相和水相）間的傳遞過程可分為三步，① 蛋白質(zhì)從水溶液中擴散到兩相界面；② 蛋白質(zhì)在界面處形成包容蛋白質(zhì)的反膠束；③ 包容蛋白質(zhì)的反膠束擴散在有機相中［18］，蛋白質(zhì)進入反膠束有機相的傳遞通量可以用式（1）計算：

式中：

Kf——為萃取過程表觀傳質(zhì)系數(shù)；

CW—— 水相中蛋白質(zhì)濃度，mol／L；

C0—— 有機相中蛋白質(zhì)濃度，mol／L；

m——萃取的分配系數(shù)。

反膠束萃取植物蛋白的多少主要取決于水相條件，如pH，離子強度以及電解質(zhì)種類，通過改變與蛋白質(zhì)之間的相互作用來影響蛋白質(zhì)在“水池”中的溶解度，同時還受表面活性劑的種類以及濃度的影響。不同的反應(yīng)條件使得提取出的蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)也有所不同［19］。

2 反膠束萃取技術(shù)在植物蛋白質(zhì)提取中的應(yīng)用研究

反膠束萃取技術(shù)將提純與濃縮集于一個過程，可以高效節(jié)能地從復(fù)雜的體系中分離純化出目標蛋白并保持其生物活性。

2.1 植物蛋白的分離

蛋白質(zhì)在不同植物中的存在狀態(tài)以及性質(zhì)有著很大的差別［20，21］，因此，在利用反膠束萃取技術(shù)進行分離時需要適當調(diào)節(jié)體系參數(shù)（如pH、溫度等），探索最優(yōu)工藝，從而獲得較高的萃取率［22］。

根據(jù)文獻［23］，反膠束法萃取脫脂玉米胚芽時，在胚芽粉加入量為0.75g、AOT濃度0.044g／mL、pH 值7.17、溫度38℃的條件下，萃取率達到最大58.36%；而在脫皮麥胚蛋白的后萃試驗中［24］，pH 為9.47，KCl濃度為0.611mol／L時達到最高萃取率80%，與傳統(tǒng)方法（堿溶酸沉法）相比有很大提高。同時，郭紅珍［25］對杏仁中蛋白質(zhì)的最優(yōu)工藝進行試驗，獲取了最佳條件：W0值為40，pH值7.0，溫度25℃，時間90min，Xihong等［26］也利用反膠束體系成功地從大豆中提取出蛋白質(zhì)，最終確定了最佳提取工藝：AOT濃度為120mmoL／L，pH值為5.5，KCl濃度為0.8mol／L。

綜上所述，反膠束萃取不同的植物蛋白（麥胚蛋白，杏仁蛋白，大豆蛋白）所需的最優(yōu)條件不同，這為今后反膠束萃取植物蛋白的大規(guī)模應(yīng)用提供了可靠的數(shù)據(jù)信息。

2.2 植物油脂和蛋白質(zhì)的同時分離

傳統(tǒng)堿溶酸沉法提取蛋白質(zhì)，不僅工藝復(fù)雜，而且消耗大量酸堿引起環(huán)境污染，同時易引起蛋白質(zhì)變性。而反膠束技術(shù)一方面通過“水池”實現(xiàn)對蛋白質(zhì)保護，另一方面體系中有機溶劑同時實現(xiàn)了對油脂的分離［9］。

Leser等［27］利用 AOT／異辛烷體系，通過調(diào)節(jié)離子強度，表面活性劑濃度，pH值，成功的從大豆和向日葵中提取出油和蛋白質(zhì)，該研究證明了利用反膠束萃取技術(shù)來分離蛋白和油是可行的，并且工藝簡單。趙俊廷等［28］實現(xiàn)了AOT／異辛烷反膠束體系同時萃取分離植物油中蛋白質(zhì)和油脂，同時得到蛋白質(zhì)最佳萃取條件：萃取時間90min、KCl濃度0.10mol／L、pH值5.5、AOT／異辛烷濃度0.16g／mL；最佳后萃取條件：萃取時間90min、KCl濃度1.20mol／L、pH 值7.7。李飛等［29］采用AOT反膠束萃取體系實現(xiàn)了玉米胚芽中的蛋白質(zhì)和油脂的同時分離。在萃取時間1.0h，W0值25，萃取溫度40℃，pH值7，離子強度0.1mol／L，加樣量0.5g的最優(yōu)條件下，油脂的提取率達85.49%，蛋白質(zhì)的提取率達45.61%。陳復(fù)生等［30］對反膠束技術(shù)同時提取花生蛋白和油脂的技術(shù)研究進行了報道，獲取了最佳工藝條件，此后又對蛋白酶對萃取過程的影響進行了研究［31］。

2.3 反膠束萃取植物蛋白技術(shù)的優(yōu)化研究

反膠束技術(shù)與超聲波技術(shù)聯(lián)用，不僅超聲的空化作用以及機械粉碎作用可以增加植物蛋白在反膠束中的萃取率［32，33］，而且，萃取得到的蛋白質(zhì)與未聯(lián)用超聲技術(shù)、傳統(tǒng)堿溶酸沉法提取的蛋白質(zhì)相比持水性、起泡性、起泡穩(wěn)定性及乳化穩(wěn)定性更優(yōu)［34］。

丁皓等［35］提出了一種新型反膠束水合萃取技術(shù)，將反膠束萃取和水合物生成耦合在一起，實現(xiàn)了藻藍蛋白的萃取及純化，為進一步開展水合物法生物活性控制及反膠束水合萃取技術(shù)的研究提供了依據(jù)。Li Yingnan等［36］提出采用高速逆流色譜（HSCCC）與反膠束技術(shù)聯(lián)用，從苦瓜中分離出3種蛋白質(zhì)，其中2種蛋白質(zhì)有類似P－beta抗體作用，另外一種與NCBInr數(shù)據(jù)庫比對未鑒定出，但通過試驗驗證具有較高的抗癌作用。

這些研究成果表明反膠束技術(shù)可以通過與其它技術(shù)結(jié)合來提高萃取率并保護蛋白質(zhì)活性，這為反膠束技術(shù)的進一步完善以及在生物活性物質(zhì)上提取提出了新的指導(dǎo)方向。

3 結(jié)論

反膠束技術(shù)在分離提純植物蛋白質(zhì)方面表現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢，不僅得率高可實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，而且提取的蛋白質(zhì)具有較高的生物活性。但是，反膠束技術(shù)還處于研究階段，尚存在一些問題，未實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)：① 反膠束體系可用不多，表面活性劑溶解性不是很好；② 反膠束萃取后表面活性劑的殘留；③ 反膠束“水池”大小的限制，使得萃取出大多為小分子蛋白；④ 反膠束萃取蛋白的動力學和熱力學機理尚不明確。

如果能夠嘗試合成一些優(yōu)良表面活性劑，并對萃取過程進行深層次的研究，為工業(yè)化生產(chǎn)積累所需數(shù)據(jù)，反膠束萃取技術(shù)將會在植物蛋白及油脂的提取上實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，屆時將會引起食品工業(yè)深刻而廣泛的變革。

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