基于響應(yīng)面法提取花生蛋白工藝優(yōu)化

徐鶴桐，陳野

（天津科技大學(xué)，天津300100）

基于響應(yīng)面法提取花生蛋白工藝優(yōu)化

徐鶴桐，陳野

（天津科技大學(xué)，天津300100）

采用堿提酸沉法從花生粕中提取花生分離蛋白。通過響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化制備花生蛋白最佳工藝條件為：超聲時(shí)間14 min，pH 9.0，料液比14∶1，堿提溫度54℃，堿提時(shí)間57 min。此條件下花生蛋白得率最高可達(dá)81.86%。制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。

花生蛋白；提?。晃逡蛩?；響應(yīng)面

花生餅粕是以脫殼后花生果仁為原料，經(jīng)提取油脂后的副產(chǎn)品，產(chǎn)量大，來源廣，價(jià)格低。目前對(duì)花生餅粕的直接利用主要是制作飼料，以提高飼料中蛋白的含量，有利于飼養(yǎng)禽畜動(dòng)物的增產(chǎn)，但沒有進(jìn)一步進(jìn)行開發(fā)利用，資源浪費(fèi)嚴(yán)重［1-2］?；ㄉ芍械鞍缀窟_(dá)40%～50%，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高的蛋白質(zhì)［3］?；ㄉ鞍诪橘A藏蛋白質(zhì)，也叫種子蛋白質(zhì)，含氮量為13.99%，含碳水化合物3.89%，含磷0.19%，其等電點(diǎn)為4.5左右［4］?；ㄉ鞍赘鶕?jù)其溶解特性，分為水溶性蛋白和鹽溶性蛋白，其中水溶性蛋白大約10%，稱之為乳清蛋白，其余90%為鹽溶性蛋白［5］。它含有人體必需的8種氨基酸，易被人體消化和吸收。繼大豆蛋白被人們充分認(rèn)識(shí)和深度利用后，花生蛋白開始進(jìn)入人們的視野并逐漸引起重視，花生正在成為優(yōu)質(zhì)的食用植物蛋白資源。我國(guó)每年可產(chǎn)生125萬t的花生餅粕，這些油脂加工的副產(chǎn)物可以進(jìn)行深加工，作為良好的蛋白質(zhì)來源，同時(shí)在食品加工中發(fā)揮蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)。

一般以花生蛋白粉或者脫脂花生粕為原料，采用乙醇洗滌法、酸沉淀法，水酶法或變性洗滌法來制備。乙醇洗滌法是采用60%～80%的乙醇溶液洗滌原料，使蛋白質(zhì)和多糖沉淀下來，而寡糖和其他可溶性成分被洗滌除去［6-7］，成本較高。水酶法在理論研究和中試生產(chǎn)方面已經(jīng)取得了一定的成就［8-9］。雖然該方法不采用揮發(fā)性易燃溶劑，但由于酶制劑成本較高和破乳困難等問題，目前未能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。酸沉淀法是利用花生蛋白質(zhì)在等電點(diǎn)時(shí)產(chǎn)生沉淀，而寡糖和其他組分溶解于溶液中除去，然后將濕蛋白中和、干燥即得花生濃縮蛋白。楊偉強(qiáng)等［10］采用堿溶酸沉法從低變性花生蛋白粉中提取花生分離蛋白。熊柳等［11］利用超聲波輔助，采用正交的方法分析堿溶酸沉法提取花生分離蛋白。高云中等［12］以高溫花生粕為原料，采用四因素正交方法分析堿溶酸沉法提取花生蛋白，并對(duì)其功能性質(zhì)進(jìn)行了研究。

本試驗(yàn)用堿提酸沉法對(duì)分離花生蛋白的優(yōu)化條件進(jìn)行了研究，不僅考慮了超聲時(shí)間對(duì)花生蛋白的影響［13-14］，且對(duì)超聲時(shí)間，pH，料液比，堿提溫度，堿提時(shí)間采用響應(yīng)面分析。其結(jié)果為花生粕低溫提取分離技術(shù)工業(yè)化生成提供有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

1材料與方法

1.1 材料

低溫冷榨花生粕由開陽市得天力食品有限公司提供。硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、氫氧化鈉均為分析純。CLP-1000超聲波萃取器，SPM-10型pH計(jì)，低速大容量離心機(jī)，DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，懸臂式攪拌器，電熱恒溫水浴鍋，凱氏定氮裝置

1.2 方法

采用堿溶酸沉法。進(jìn)行單因素試驗(yàn)后確定了5個(gè)主要的影響因素。使用Design-Expert7軟件設(shè)計(jì)五因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)，具體因素及水平如表1所示。

表1 因素及水平Table 1Factors and levels

2結(jié)果與分析

2.1 響應(yīng)面分析結(jié)果

綜合單因素試驗(yàn)所得的結(jié)果，以堿提溫度、時(shí)間、液料比、超聲功率和pH為實(shí)驗(yàn)因素（自變量），以花生分離蛋白的吸光值為評(píng)價(jià)指標(biāo)（響應(yīng)值），每個(gè)實(shí)驗(yàn)因素取吸光值最優(yōu)附近三組數(shù)值，根據(jù)響應(yīng)面分析方案分別進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸方程擬合及優(yōu)化分析。

表2 響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果Table 2Surface analysis scheme and test results of response

續(xù)表2響應(yīng)面分析方案及試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2Surface analysis scheme and test results of response

利用Design-Expert7軟件對(duì)表數(shù)據(jù)中物性進(jìn)行多元回歸擬合，得到花生蛋白吸光度對(duì)超聲時(shí)間（A），Ph值（B），料液比（C），堿提溫度（D），堿提時(shí)間（E）的二次多項(xiàng)回歸模型為：吸光度=+0.49-0.063*A-0.032* B-0.04*C-0.023*D-0.048*E-0.012*A*B+5.000E-003*A*C-0.011*A*D+5.250E-003*A*E+0.012* B*C-8.500E-003*B*D-4.250E-00*B*E+0.025* C*D-8.000E-003*C*E-9.250E-003*D*E-0.13* A2-0.090*B2-0.092*C2-0.057*D2-0.091*E2

由表可知，各因素對(duì)花生蛋白提取率影響的顯著性大小順序?yàn)锳＞E＞C＞B＞D，即超聲時(shí)間＞堿提時(shí)間＞料液比＞pH＞堿提溫度，其中超聲時(shí)間、堿提時(shí)間、料液比、pH4個(gè)因素對(duì)于花生蛋白提取具有顯著的影響，而超聲時(shí)間、堿提時(shí)間、料液比3個(gè)因素對(duì)花生蛋白提取具有極為顯著的影響（p＜0.01）。二次項(xiàng)中超聲時(shí)間（A），pH（B），料液比（C），堿提溫度（D），堿提時(shí)間（E）五因素都具有極其顯著的影響（p＜0.01），其它影響不顯著（p≥0.05）?；貧w模型高度顯著且失擬項(xiàng)不顯著，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間擬合性良好，相關(guān)系數(shù)R2為0.824 4，說明所選用的二次回歸模型能較好的反映蛋白質(zhì)吸光度（即蛋白質(zhì)提取率）與試驗(yàn)各因素之間的相互關(guān)系。

表3 回歸模型方差分析表Table 3Analysis of variance regression model

圖1為堿提酸沉法提取花生蛋白工藝中各因素對(duì)最終提取吸光度（即提取率）的影響趨勢(shì)圖，提取工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化響應(yīng)面的圖形是響應(yīng)值對(duì)各實(shí)驗(yàn)因素的值所構(gòu)成的一個(gè)三維空間在二維平面上的等高圖。響應(yīng)面曲線較陡，表明影響因子的影響較為顯著，響應(yīng)值變化較大；曲線較為平滑，表明影響因子的影響較小，響應(yīng)值變化較小。由圖可看出，三維圖形均為較平滑的曲面，說明交互項(xiàng)相互影響不顯著。根據(jù)響應(yīng)面分析得到的最佳工藝參數(shù)：超聲時(shí)間13.85 min，pH 8.92，料液比13.74∶1，堿提溫度53.99℃，堿提時(shí)間56.31 min

圖1 各因素交互影響趨勢(shì)圖Fig.1Various factors interact to influence trend graph

在此條件下，花生蛋白的吸光度為0.509，提取率的理論預(yù)測(cè)值為82.75%?？紤]到實(shí)際操作的局限性，故將實(shí)際提取工藝條件修正為超聲時(shí)間14 min，pH 9.0，料液比14∶1，堿提溫度54℃，堿提時(shí)間57 min。在修正條件下進(jìn)行3次重復(fù)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，分離蛋白的提取率平均值達(dá)到81.86%，與理論值相對(duì)誤差約為0.9%。此條件下制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。由此可見，響應(yīng)面分析的優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際值較吻合，且能獲得高純度花生分離蛋白，得到的提取工藝條件具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

2.2 電泳實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法所得花生蛋白的SDS-PAGE電泳結(jié)果如圖2所示。

圖2 SDS-PAGE電泳圖Fig.2

泳道1為花生球蛋白，2為伴花生球蛋白，3為實(shí)驗(yàn)得到的花生蛋白。泳道M為標(biāo)準(zhǔn)蛋白，由上到下依次為Phosphorylase b、BSA、Actin、Carbonic Anhydrase、Trypsin inhibitor和Lysozyme，它們的分子量分別為97、66、43、31、20 kDa和14.4 kDa。由電泳圖可以得出提取出的物質(zhì)確實(shí)是完整的花生蛋白且純度很高。

3結(jié)論

對(duì)花生分離蛋白堿提工藝條件進(jìn)行了單因素和響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示超聲時(shí)間＞堿提時(shí)間＞料液比＞pH＞堿提溫度，其中超聲時(shí)間、堿提時(shí)間、料液比、pH 4個(gè)因素對(duì)于花生蛋白提取具有顯著的影響，而超聲時(shí)間、堿提時(shí)間、料液比3個(gè)因素對(duì)花生蛋白提取具有極為顯著的影響，響應(yīng)面方法優(yōu)化了工藝得到的花生蛋白得率最高可達(dá)81.86%。制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。

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Extraction of Peanut Protein by the Response Surface Method

XU He-tong，CHEN Ye
（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300100，China）

Using the alkali soluble and acid extraction method for extraction of peanut protein isolate from low denatured defatted peanut meal.By response surface experiment conditions were obtained the best preparation of peanut protein.Ultrasonic time 14 min，pH 9.0，the ratio of material to liquid 14∶1，extraction temperature 54℃，extraction time 57 min.Under these conditions the highest yield is 81.86%.The purity of peanut protein isolate prepared for 90.58%.

peanut protin；extract；five conditions；surface experiment

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.009

2013-11-05

徐鶴桐（1988—），女（漢），碩士，研究方向：食品工程。