甜蕎麥麩皮蛋白質(zhì)提取工藝研究

楊芙蓮， 趙麗娜

(陜西科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安　710021)

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甜蕎麥麩皮蛋白質(zhì)提取工藝研究

楊芙蓮， 趙麗娜

(陜西科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安710021)

摘要：以甜蕎麥麩皮為原料，分別以堿法和鹽法提取蛋白質(zhì).通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)， 探討了不同因素對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響，確定了最佳提取參數(shù).結(jié)果表明，堿法和鹽法提取蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)分別為3.8和4.2.堿法提取蛋白質(zhì)的最優(yōu)條件為：pH 10.5，料液比1∶25，溫度45 ℃，時(shí)間4 h，在此條件下提取率高達(dá)70.5%.鹽法提取蛋白質(zhì)的最優(yōu)條件為:pH 7.8,NaCl濃度0.3 mol/L，料液比1∶20，溫度45 ℃，時(shí)間1.5 h，此條件下的提取率高達(dá)57.3%.

關(guān)鍵詞：甜蕎麥皮粉； 蛋白質(zhì)； 堿法； 鹽法； 提取

0引言

蕎麥屬于寥科,蕎麥屬.有兩個(gè)栽培種.一個(gè)是甜蕎，另一個(gè)是苦蕎[1].蕎麥?zhǔn)且环N醫(yī)食同源的食物，具有很高的營(yíng)養(yǎng)、藥用及保健價(jià)值.俄羅斯是世界最大的蕎麥生產(chǎn)國(guó), 中國(guó)次之[2].我國(guó)蕎麥資源豐富，產(chǎn)區(qū)主要分布在內(nèi)蒙古、陜西、甘肅、寧夏、山西、四川、重慶、云南等地，總產(chǎn)量約為90萬(wàn)噸[3].但在加工中蕎麥麩皮通常被作為飼料使用, 或被丟棄,甜蕎麥皮粉中含有大量蛋白質(zhì)[4]，蕎麥蛋白人體必需氨基酸齊全, 且配比合理, 是一種全價(jià)蛋白, 具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[5，6].若能從中提取出蛋白質(zhì)，不僅可以提高蕎麥利用率，而且可以擴(kuò)大蛋白質(zhì)來(lái)源.植物蛋白的提取方法主要有水溶液提取法[7，8]、堿液浸提法[9，10]、有機(jī)溶劑提取法[11]等.堿液浸提法因其簡(jiǎn)單易行，分離快速，所獲產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定而被廣泛應(yīng)用[12],鹽溶法是提取鹽溶蛋白通常采用的方法[13,14].本實(shí)驗(yàn)用堿法和鹽法提取蛋白質(zhì)，并得出最優(yōu)工藝，為甜蕎麥麩皮綜合利用提供了參考依據(jù).

1材料與方法

1.1材料與試劑

甜蕎麥麩皮，采自陜北榆林；氫氧化鈉、氯化鈉、鹽酸、磷酸等均為分析純.

1.2儀器與設(shè)備

標(biāo)準(zhǔn)分樣篩，上虞市金鼎標(biāo)準(zhǔn)篩具廠；BS323S型電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；SC-3610低速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；PB-10酸度計(jì)，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司； 101-1AB 電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司.722型光柵分光光度計(jì), 上海精科; DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋, 天津泰斯特儀器有限公司.

1.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作

將0.100 0 g G-250溶解在50 mL 95%的乙醇中，然后加入85%的磷酸，攪拌均勻，溶解充分后，定容至1 000 mL,過(guò)濾后冷藏保存以備用.另取0.010 0 g牛血清白蛋白溶于蒸餾水，并定容至100 mL,配置成0.100 0 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液，冷藏保存. 按照下表配成不同濃度的反應(yīng)液.室溫下靜置10 min，在595 nm波長(zhǎng)下測(cè)比色值，以0號(hào)為對(duì)照，以蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線.

表1　反應(yīng)液的制備

1.4實(shí)驗(yàn)方法

蛋白的制備工藝為:去除面粉的麩皮→粉碎→麩皮過(guò)篩(60目)→稱(chēng)量→提取→離心→去沉淀→調(diào)pH至等電點(diǎn)→離心→洗滌→干燥→麩皮蛋白質(zhì).

1.4.1堿法提取單因素實(shí)驗(yàn)

(1)pH值的選擇

分別選擇pH為8、8.5、9、9.5、10、10.5，在料液比1∶30,40 ℃條件下提取3.5 h,計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

(2)料液比的選擇

分別選擇料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35六個(gè)水平，在溫度40 ℃，pH 10.5，提取3.5 h進(jìn)行研究，計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

(3)提取時(shí)間的選擇

分別選擇時(shí)間為2.5 h、3 h、 3.5 h、4 h、4.5 h、5 h，在溫度40 ℃，pH 10.5，料液比1∶30條件下提取，計(jì)算提取率.

(4)提取溫度的選擇

分別選擇在 30 ℃、35 ℃、40 ℃ 、45 ℃ 、50 ℃、55 ℃六個(gè)水平條件下，以料液比1∶30，pH 10.5，提取3.5 h，計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

1.4.2鹽法提取的選擇

(1)NaCl濃度對(duì)提取率的影響

分別選擇濃度為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mol/L，在pH 8，料液比1∶30,40 ℃條件下提取2 h,計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

(2) pH值的選擇

分別選擇pH值為7.2、7.5、7.8、8.1、8.4、8.7，在pH 8， NaCl濃度0.4 mol/L,料液比1∶30,40 ℃條件下提取1 h,計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

(3)料液比的選擇

分別選擇料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35六個(gè)水平，在NaCl濃度0.4 mol/L,pH 8，溫度40 ℃，提取2 h進(jìn)行研究，計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

(4)提取時(shí)間的選擇

分別選擇時(shí)間為0.5 h、1 h、 1.5 h、2 h、2.5 h、3 h，在溫度40 ℃，在NaCl濃度0.4 mol/L,pH 8，料液比1∶30條件下提取，計(jì)算提取率.

(5)提取溫度的選擇

分別選擇在25 ℃、30 ℃ 、35 ℃ 、40 ℃、45 ℃、50 ℃六個(gè)水平條件下，以NaCl濃度0.4 mol/L,料液比1∶30，在pH 8，提取1 h，計(jì)算蛋白質(zhì)的提取率.

1.4.3蛋白質(zhì)含量測(cè)定

以考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定提取液的蛋白質(zhì)含量，以牛血清蛋白為標(biāo)準(zhǔn).

蛋白提取率=[(提取液蛋白質(zhì)含量×提取液體積 )/(麩皮的蛋白質(zhì)含量×麩皮取樣量)]×100%.

2結(jié)果與討論

2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

圖1為蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖，經(jīng)計(jì)算得到校準(zhǔn)曲線的回歸方程為：Y=0.006 8+0.003，R2=0.999 1.

圖1　蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線示意圖

2.2堿法提取單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1pH值對(duì)提取率的影響

圖2為pH值對(duì)提取率的影響,由圖2可知，隨著pH增大，提取率逐漸升高，但是pH大于11時(shí)，會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，所以pH較優(yōu)為10.5.

圖2　pH對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.2.2料液比對(duì)提取率的影響

圖3為料液比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響， 由圖3可知，在料液比為1∶10至1∶20時(shí)，提取率明顯升高，但是之后提取率增幅不大，所以考慮到工業(yè)成本，選取1∶20,1∶25,1∶30做正交試驗(yàn).

圖3　料液比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.2.3時(shí)間對(duì)提取率的影響

圖4為提取時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響，由圖4可知，在4小時(shí)之前隨著時(shí)間延長(zhǎng)，提取率升高，但是4小時(shí)之后，提取率逐漸下降，由于長(zhǎng)時(shí)間的高溫、強(qiáng)堿作用會(huì)使蛋白質(zhì)氫鍵斷裂、空間結(jié)構(gòu)遭到破壞、疏水基團(tuán)暴，溶解度降低[15]，所以最佳提取時(shí)間為4 h.

圖4　提取時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.2.4溫度對(duì)提取率的影響

圖5為溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響,由圖5可知，45 ℃之前，提取率隨著溫度的升高而提高，45 ℃之后逐漸下降，所以堿法提取蛋白質(zhì)適宜溫度為45 ℃.

圖5　提取溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3鹽法提取單因素實(shí)驗(yàn)

2.3.1NaCl濃度對(duì)提取率的影響

圖6為NaCl濃度對(duì)提取率的影響,由圖6可知，NaCl濃度在0.3 mol/L之前是隨著鹽的濃度升高而升高的，之后就開(kāi)始逐漸降低，因此最優(yōu)濃度為0.3 mol/L.

圖6　NaCl濃度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3.2pH值對(duì)提取率的影響

圖7為pH值對(duì)提取率的影響,由圖7可知，在pH 7.8時(shí)，提取率達(dá)到最大，pH 7.8之后提取率趨于平穩(wěn)，因此pH 7.8為最佳.

圖7　pH對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3.3料液比對(duì)提取率的影響

圖8為料液比對(duì)提取率的影響,由圖8可知，提取率1∶20前開(kāi)始逐漸升高,之后雖有升高，但幅度很小，考慮到實(shí)際操作中方便、節(jié)約能源，選1∶20為最優(yōu).

圖8　料液比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3.4提取時(shí)間對(duì)提取率的影響

由圖9可知，鹽法提取蛋白質(zhì)提取時(shí)間在1.5小時(shí)為最優(yōu).

圖9　提取時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.3.5提取溫度對(duì)提取率的影響

由圖10可知，提取率在45 ℃時(shí)提取率為最高，之后逐漸降低.

圖10　提取溫度對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響

2.4正交試驗(yàn)

堿法選擇pH 、料液比、提取時(shí)間、提取溫度四個(gè)因素，鹽法選擇NaCl濃度、料液比、提取時(shí)間和提取溫度四個(gè)因素，以蛋白質(zhì)的提取率為指標(biāo)，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)甜蕎麥麩皮中制備蛋白質(zhì)的最佳提取工藝進(jìn)行研究.堿法和鹽法正交試驗(yàn)水平表分別如表2和表3所示.

表2　堿法正交試驗(yàn)因素水平表

表3　鹽法正交試驗(yàn)因素水平表

2.5堿法和鹽法正交試驗(yàn)結(jié)果分析

堿法和鹽法正交試驗(yàn)結(jié)果分析如表4和表6所示，方差分析如表5和表7所示.

表4　堿法提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

表5　堿法提取正交試驗(yàn)方差分析

表6　鹽法提取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果

表7　鹽法提取正交試驗(yàn)方差分析

由表4可知，堿法提取率的影響程度為A>B>C>D,最佳組合水平為A3B2C2D2.由表6中k值可知鹽法提取率的影響程度為A>C>D>B,最佳組合為A1B1C2D2.

2.6驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

根據(jù)最佳工藝，利用兩種方法分別對(duì)甜蕎麥麩皮蛋白質(zhì)進(jìn)行提取，堿法提取蛋白質(zhì)高達(dá)70.5%.鹽法提取率高達(dá)57.3%.

3結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)分別用堿溶法和鹽溶法從甜蕎麥麩皮中提取蛋白質(zhì)，堿法和鹽法各因素影響蛋白質(zhì)提取率的主次關(guān)系為pH>料液比>提取時(shí)間>提取溫度,NaCl濃度>提取時(shí)間>提取溫度>料液比.堿法提取得到最佳工藝為pH 10.5，料液比1∶25，提取時(shí)間4 h，溫度45 ℃,提取率高達(dá)70.5%.鹽法提取的到最佳工藝為pH 7.8，NaCl濃度為0.3 mol/L,料液比為1∶20，溫度45 ℃,提取時(shí)間1.5 h，提取率高達(dá)57.3%.本實(shí)驗(yàn)為甜蕎麥麩皮的綜合利用提供了參考.

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Extraction technology of protein from buckwheat brans

YANG Fu-lian， ZHAO Li-na

(College of Life Science and Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:Protein was extracted from buckwheat bran by alkaline hydroiysis and salt solvent method.The effects of influence factors were discussed and the parameters were optimized by single-factor test and orthogonal designed experiments.The results show: the protein isoelectric point (PI) in alkaline solution and salt solution is respectively 3.8 and 4.2.The optimal extraction parameters of alkaline hydroiysis were:pH 10.5,solid liquid ratio 1∶25, extraction temperature 45 ℃,extraction time 4 h,the protein yield under the optimum condition is 70.5%.The optimal extraction parameters of salt solvent method were:pH 7.8,NaCl concentration 0.3 mol/L,solid liquid ratio 1∶20, extraction temperature 45 ℃,extraction time 1.5 h, the protein yield under the optimum condition is 57.30%.

Key words:buckwheat bran； protein； alkaline hydrolysis； salt solvent method； extraction

中圖分類(lèi)號(hào)：O629.73

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-5811(2015)01-0126-05

作者簡(jiǎn)介:楊芙蓮(1965-)，女，陜西延安人，教授，研究方向：食品加工與功能性食品開(kāi)發(fā)

基金項(xiàng)目：榆林市科技產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目(2011)

收稿日期:*2014-09-23