玉米醇溶蛋白與黃色素提取工藝優(yōu)化及黃色素穩(wěn)定性研究

李　勇，鄭　義，衡　碩，陳　濤，張　帆

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州　221111）

玉米醇溶蛋白與黃色素提取工藝優(yōu)化及黃色素穩(wěn)定性研究

李勇，鄭義，衡碩，陳濤，張帆

（徐州工程學(xué)院食品工程學(xué)院，江蘇徐州221111）

以生產(chǎn)玉米淀粉的副產(chǎn)物——玉米蛋白粉為原料，篩選有機(jī)溶劑浸提玉米醇溶蛋白和黃色素，采用微量凱氏定氮法測(cè)定玉米蛋白含量，分光光度法測(cè)定玉米黃色素含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，乙醇體積分?jǐn)?shù)為90%，固液比為1∶15，萃取溫度為50℃，萃取時(shí)間5 h，提取效果最好；蛋白提取率為89.6%，提取物純度為84.3%。玉米黃色素提取物中色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.189%。玉米黃色素隨著檸檬酸的質(zhì)量濃度變化穩(wěn)定性變化不大；光照和高溫對(duì)色素的影響很大，所以應(yīng)該低溫暗處保存色素。玉米黃色素對(duì)金屬離子Fe3+不穩(wěn)定，耐氧化性能較好。

玉米；醇溶蛋白；黃色素；穩(wěn)定性

0　引言

玉米是世界三大糧食作物之一，是重要的傳統(tǒng)食物。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國(guó)玉米產(chǎn)量達(dá)2.11×108t，增幅為5.9%，產(chǎn)量居世界第2位，連續(xù)第5年增產(chǎn)；2014年產(chǎn)量高達(dá)2.15×108t［1-2］。2011年我國(guó)玉米進(jìn)口量為175×104t，2012年進(jìn)口玉米520×104t。玉米子粒雖含淀粉70%以上，但其蛋白質(zhì)含量高于大米，脂肪含量高于面粉、大米和小米，含熱量高于面粉、大米及高粱［3-4］。在黃玉米中，玉米黃色素含量尤其高，在玉米蛋白粉中也含有豐富的天然黃色素。隨著社會(huì)的發(fā)展，天然色素越來(lái)越受到人們的青睞。玉米黃色素具有體內(nèi)抗氧化、有助于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、抗癌作用、預(yù)防老年性眼疾等多種功能，玉米色素已被美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)、澳大利亞等國(guó)和地區(qū)批準(zhǔn)為食用色素使用，我國(guó)GB 2760標(biāo)準(zhǔn)已將玉米黃色素列為食用天然色素。玉米醇溶蛋白具有防潮、隔氧、保香、阻油等特性，有一定的抑菌作用，是理想的天然保鮮劑［5］。所以，利用玉米蛋白粉中的蛋白和色素資源市場(chǎng)前景廣闊。

1　試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

原料與試劑：玉米蛋白粉，徐州市雪山峰玉米淀粉廠產(chǎn)品；1%β-胡蘿卜素，上海良友公司產(chǎn)品；HPD-700型大孔樹(shù)脂，河北滄州寶恩化工有限公司產(chǎn)品；無(wú)水乙醇、95%乙醇、丙酮、乙醚、石油醚、檸檬酸、四氯化碳、過(guò)氧化氫（30%），以及NaOH，CuSO4，ZnCl2，MgSO4，F(xiàn)eCl3，F(xiàn)eSO4等。

1.2試驗(yàn)設(shè)備

7230G型可見(jiàn)分光光度計(jì)、GZX-DH.600-II型電熱恒溫干燥箱、HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋、DL-5型低速大容量離心機(jī)、MM2313/E型凱氏定氮儀、GUO. HUA型離心機(jī)、JA2003N型電子天平、PHS-3C型精密pH計(jì)、HJ-3型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器、電磁爐、冰箱等。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1工藝流程

玉米蛋白粉→稱質(zhì)量→浸泡→萃取→離心分離→沉淀→烘干→飼料添加劑

玉米醇溶萃取液→回收乙醇→加水稀釋→調(diào)節(jié)溶液pH值→冷卻至-15℃→①②

①過(guò)濾→沉淀→水洗→熱風(fēng)干燥→玉米醇溶蛋白（食用、醫(yī)用）；

②提取液→真空濃縮→干燥→玉米黃色素。

1.3.2操作要點(diǎn)

（1）玉米蛋白粉的萃取與離心。以乙醇溶液做萃取液，選擇固液比、萃取溫度、萃取時(shí)間為因素，正交試驗(yàn)優(yōu)化提取參數(shù)；離心分離條件為以轉(zhuǎn)速2 000 r/min離心時(shí)間12 min。獲得的醇溶性萃取液內(nèi)含醇溶蛋白和色素。

（2）回收乙醇與稀釋。將醇溶性萃取液真空濃縮至原體積50%，然后加入4倍體積的純凈水進(jìn)行稀釋。

（3）萃取液的pH值與冷凍。把稀釋后的萃取液調(diào)節(jié)pH值到6.0，再冷卻到-15℃。

（4）沉淀、水洗與干燥。取下層沉淀，用蒸餾水洗3次，用pH值試紙測(cè)得成中性。將水洗物置于45℃烘箱中，經(jīng)8 h烘干至恒質(zhì)量，制得玉米醇溶蛋白提取物。

（5）玉米黃色素干燥方法。濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀真空濃縮，考慮到玉米黃色素在50℃下穩(wěn)定性較好，選擇50℃下進(jìn)行熱風(fēng)干燥。

1.3.3玉米醇溶蛋白的測(cè)定方法

將所得玉米醇溶蛋白粉取一定量進(jìn)行硝化，稀釋后移取一定量，用微量凱氏定氮法測(cè)蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)含量=×100%.

式中：V1——玉米蛋白粉消化液消耗稀硫酸的體積，mL；

V2——空白消化液消耗的稀硫酸體積，mL；

N——稀硫酸的質(zhì)量濃度，mg/mL；

W——玉米蛋白粉質(zhì)量，mg；

0.014——1 mol氮的克數(shù)，g；6.25——氮的蛋白質(zhì)換算系數(shù)。蛋白質(zhì)提取率=×100%.

1.3.4玉米黃色素的測(cè)定方法

準(zhǔn)確配制0.2 mg/mL的β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)溶液，精確吸取1，2，3，4，5，6，7，8 mL用無(wú)水乙醇定容至50 mL，8個(gè)小容量瓶中的β-胡蘿卜素質(zhì)量濃度分別為0.000 4，0.000 8，0.001 2，0.001 6，0.002 0，0.002 4，0.002 8，0.003 2 mg/mL。以無(wú)水乙醇作為空白，于447 nm波長(zhǎng)處1 cm比色皿測(cè)定吸光度，得標(biāo)準(zhǔn)曲線為：

Y=0.000 251 1+0.027 327 4X，R2=0.998 85.

式中：Y——吸光度；

X——β-胡蘿卜素的質(zhì)量濃度，mg/mL。將萃取所得的玉米黃色素定容，以無(wú)水乙醇為空白，于波長(zhǎng)447 nm處在1 cm的比色皿中測(cè)定其吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求得玉米黃色素中的β-胡蘿卜素的質(zhì)量濃度C（mg/mL），然后計(jì)算玉米蛋白粉中β-胡蘿卜素的提取率。

式中：V——提取液的總體積，mL；

C——β-胡蘿卜素的質(zhì)量濃度，mg/mL。

1.3.5玉米黃色素穩(wěn)定性研究方法

在不同含酸量、光照、溫度、氧化劑濃度和金屬離子濃度下，檢測(cè)玉米黃色素的穩(wěn)定性，方法如下：

（1）在各種食品中，能夠產(chǎn)生適宜酸味的檸檬酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)大多在0.1%～0.5%，在此范圍為考察玉米黃色素的穩(wěn)定性。

（2）將所得玉米黃色素用無(wú)水乙醇定容，立即測(cè)其吸光度，并分別倒入7支比色管中，分別放置在陽(yáng)光能直射的地方（當(dāng)天的天氣晴，偏北風(fēng)4級(jí)左右，最高氣溫19℃），從早晨9點(diǎn)開(kāi)始，每隔1 h測(cè)其吸光度1次，記錄檢測(cè)結(jié)果。

（3）將玉米黃色素用無(wú)水乙醇定容，立即測(cè)其吸光度為0.564，用7支比色管取上述溶液分別在40，50，60，70，80，90，100℃下放置1 h，然后取出，迅速冷卻并測(cè)其吸光度，計(jì)算出色素的保存率。

（4）以過(guò)氧化氫作為氧化劑，在玉米黃色素的乙醇溶液中配不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，分別為0.3%，0.6%，0.9%，1.2%，室溫暗處放置1，2，6，12，24 h，測(cè)吸光度。

（5）將玉米黃色素溶于乙醇與水的混合液中，加入金屬離子，體積分?jǐn)?shù)為0.06%，分別隔6，12，24 h測(cè)其吸光度，并計(jì)算保存率。

2　結(jié)果與分析

2.1玉米醇溶蛋白提取結(jié)果與分析

按1.3.1和1.3.2的操作，進(jìn)行正交試驗(yàn)因素水平表及結(jié)果的試驗(yàn)。

萃取醇溶蛋白質(zhì)的正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　萃取醇溶蛋白質(zhì)的正交試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，試驗(yàn)最佳組合為A3B3C2D1，分析最佳組合為A3B2C2D3，再以分析最佳組合進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果提取率達(dá)到89.6%。用90%乙醇溶液做萃取液，得到的萃取物含醇溶蛋白84.3%，即純度為84.3%。

2.2玉米黃色素提取結(jié)果與分析

按2.1萃取醇溶蛋白剩下的濾液，經(jīng)真空濃縮和熱風(fēng)干燥得到玉米黃色素提取物。經(jīng)測(cè)定，20 g原料提取物質(zhì)量為0.452 g，粗提物得率2.26%。

玉米蛋白粉中玉米黃色素（以β-胡蘿卜素計(jì)）提取率=0.000 760 7×20×20/2=0.159 4 mg/g.

提取物中玉米黃色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=0.425 287 5 mg/0.225 g=0.189 01%.

提取物大孔樹(shù)脂精制后，玉米黃色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=1.396 02 mg/0.452 g=0.308%.

2.3玉米黃色素穩(wěn)定性研究結(jié)果與分析

（1）按1.3.5的方法，檸檬酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響如圖1。

不同質(zhì)量濃度的檸檬酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)圖1。

圖1　不同質(zhì)量濃度的檸檬酸對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

由圖1可知，在0～1.6 mg/mL，玉米黃色素吸光度的變化為0.498～0.547，變化范圍很小，且玉米黃色素的色澤無(wú)明顯變化，說(shuō)明檸檬酸對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性影響不大。

（2）隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米色素保存率變化。

光照時(shí)間對(duì)色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表2。

表2　光照時(shí)間對(duì)色素穩(wěn)定性的影響

由表2的數(shù)據(jù)說(shuō)明，光照對(duì)玉米黃色素有明顯的破壞作用，所以用玉米黃色素著色的食品在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中應(yīng)盡量避免陽(yáng)光直射，以保持食品色澤。

（3）溫度對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響。

不同溫度對(duì)玉米黃色素的影響見(jiàn)表3。

表3　不同溫度對(duì)玉米黃色素的影響

由表3可知，隨著溫度的升高，玉米黃色素的降解速度加快，由于高溫對(duì)玉米黃色素有破壞作用，要盡量避免玉米黃色素處于高溫狀態(tài)。

（4）氧化劑對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響。

過(guò)氧化氫對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表4。

表4　過(guò)氧化氫對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響

由表4可知，過(guò)氧化氫存在時(shí)，玉米黃色素發(fā)生輕微降解但降解幅度不大，即玉米黃色素有一定的抗氧化性。

（5）金屬離子對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響。

不同金屬離子對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響見(jiàn)表5。

由表5可知，F(xiàn)e3+對(duì)玉米黃色素影響最大，破壞作用最強(qiáng)；而Fe2+，Zn2+，Ca2+對(duì)玉米黃色素有一定的影響，但影響不大；Na+，K+對(duì)玉米黃色素基本無(wú)影響。所以，在玉米黃色素的制取與使用過(guò)程中，應(yīng)該盡量避免鐵器。

表5　不同金屬離子對(duì)玉米黃色素穩(wěn)定性的影響

3　結(jié)論

（1） 玉米蛋白粉為原料，乙醇體積分?jǐn)?shù)90%，固液比1∶15，萃取溫度50℃，萃取時(shí)間5 h效果最好；以轉(zhuǎn)速2 000 r/min離心12 min，產(chǎn)品純度較高；然后將制品在45℃條件下干燥8 h可得到成品。用乙醇法得到制品的提取率為89.6%，純度為84.3%。

（2）萃取醇溶蛋白剩下的濾液，經(jīng)濃縮和干燥得到玉米黃色素提取物，提取率為0.159 4 mg/g，提取物中玉米黃色素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.189%，大孔樹(shù)脂精制后的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.308%。

（3）玉米黃色素隨著檸檬酸質(zhì)量濃度變化穩(wěn)定性變化不大；光照時(shí)間和溫度對(duì)玉米黃色素的影響很大，所以應(yīng)該低溫暗處保存色素；玉米黃色素對(duì)金屬離子Fe3+不穩(wěn)定，耐氧化性能很好。

［1］王緲，趙戰(zhàn)利.超聲提取玉米黃色素與醇溶蛋白的工藝優(yōu)化 ［J］.食品工業(yè)，2014，35（8）：14-19.

［2］杜悅，陳野，王冠禹，等.玉米醇溶蛋白的提取及其應(yīng)用 ［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2008（7）：23-26.

［3］李勇，趙杰文.玉米黃色素的提取純化研究 ［J］.中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2006，21（3）：74-77.

［4］羅晶，涂瑾，黃婷玉，等.玉米醇溶蛋白的磷酸化修飾及結(jié)構(gòu)研究 ［J］.現(xiàn)代食品科技，2015（8）：88-94.

［5］姚艾東.玉米黃色素的提取及應(yīng)用研究 ［J］.食品工業(yè)科技，2001，22（4）：32-34.◇

Optimization of Extraction of Zein and Yellow Pigment from Corn and Stability of the Yellow Pigment

LI Yong，ZHENG Yi，HENG Shuo，CHEN Tao，ZHANG Fan
（College of Food Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou，Jiangsu 221111，China）

Zein and yellow pigment are obtained from by-products of corn starch manufacturing by organic solvent extraction. Micro Kjeldahl determination of nitrogen and spectrophotography are applied to measure the content of zein and yellow pigment，respectively.The results show that optimal extraction parameters are as follows：ethanol concentration 90%，solid to liquid ratio 1∶15，extraction temperature 50℃，and extraction time 5 h.Under these conditions，the extraction yield and purity of zein are respectively 89.6%and 84.3%，and the yellow pigment yield is 0.189%.The yellow pigment has better stability in the presence of citric acid and oxidation，but sunlight，high temperature and ferric ion are not.

corn；zein；yellow pigment；stability

TS213.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.01.034

2015-11-09

江蘇省科技計(jì)劃項(xiàng)目（BN2014089）；徐州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（XF14C037）。

李勇（1962— ），男，碩士，教授，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)。