玉米漿中蛋白提取及酶解工藝

張嘉雨，曹越，馬文萱，杜倩，安君如，林巍*

齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江省玉米深加工理論與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（齊齊哈爾 161006）

玉米漿是玉米淀粉濕法生產(chǎn)工藝中副產(chǎn)物之一，干物質(zhì)約30%～40%，有蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、多糖、多酚、乳酸、灰分等，其中蛋白質(zhì)占16%～30%[1]。玉米漿作為玉米加工企業(yè)的副產(chǎn)品，一般作為微生物發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源，或者作為蛋白質(zhì)來(lái)源添加到飼料中[2-3]。近年來(lái)玉米漿在食品加工方面有了新用途，湯曉君等利用玉米漿發(fā)酵法生產(chǎn)植物蛋白調(diào)味液，發(fā)現(xiàn)玉米浸泡水蛋白通常顯示出較好的功能性質(zhì)，可作為一種功能性成分添加到食品中[4]；劉井權(quán)等對(duì)玉米漿生產(chǎn)植物蛋白調(diào)味液品質(zhì)影響因素進(jìn)行探討，提出了提高成品品質(zhì)的解決方案[5-6]。除了上述功能特性，玉米漿還是一種總抗氧化能力極強(qiáng)的液體，具有開(kāi)發(fā)功能食品的潛力[7]。我國(guó)是第二大玉米生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2016年玉米產(chǎn)量為2.196億 t，加工1萬(wàn) t玉米可以產(chǎn)生0.8萬(wàn) t玉米浸漬液，可以說(shuō)每年玉米漿廢液產(chǎn)量巨大，具有成本低廉的優(yōu)勢(shì)，如能在食品行業(yè)進(jìn)一步加工利用，開(kāi)發(fā)具有高附加值產(chǎn)品，可增加玉米加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。研究對(duì)玉米漿中蛋白的提取和酶解工藝進(jìn)行了研究，以期進(jìn)一步開(kāi)發(fā)玉米漿蛋白的新功能，使其在食品行業(yè)中有更廣泛的用途，促進(jìn)我國(guó)玉米深加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

玉米漿（蛋白含量24.8%）：龍江中糧股份有限公司；復(fù)合蛋白酶（800 U/mg）購(gòu)于上海源葉生物科技有限公司；胃蛋白酶（3 000 U/mg）、胰蛋白酶（2 500 U/mg）購(gòu)于上海生工；其他常規(guī)試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純。

T-114分析天平，美國(guó)丹佛；水浴恒溫振蕩器，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠；CF 15 RXII高速離心機(jī)，日本日立公司；EnSpire全波長(zhǎng)多功能酶標(biāo)儀，美國(guó)珀金埃爾默公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 玉米漿蛋白提取工藝

1.2.1.1 玉米漿蛋白提取單因素試驗(yàn)

取玉米漿稀釋不同倍數(shù)，調(diào)pH為6，乙醇添加體積比為1︰2，提取溫度20 ℃，提取時(shí)間1 h為單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)條件。但研究某一因素時(shí)，其他條件保持不變。玉米漿濃度分別為原液（24.8%蛋白）和稀釋五倍液（5%蛋白），乙醇添加體積比分別為1︰1.5，1︰2.0，1︰2.2，1︰2.4，1︰2.6，1︰2.8和1︰3.0；提取溫度分別為4，30，40，50，60和70 ℃，提取時(shí)間分別為0.5，1，2和8 h，提取pH為5，6，7，8，9，10和11，按上述設(shè)計(jì)做單因素試驗(yàn)。采用凱氏定氮測(cè)定蛋白含量，計(jì)算提取率。

1.2.1.2 正交試驗(yàn)

在單因素的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)L9(34)對(duì)玉米漿蛋白提取條件進(jìn)行優(yōu)化。

1.2.2 不同蛋白酶對(duì)玉米漿蛋白酶解效果的影響

將提取的玉米漿蛋白配制濃度10%的底物，按酶與底物比為2%，分別加入復(fù)合蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶，調(diào)節(jié)三種蛋白酶理論最適的pH和溫度，水解2 h，水解結(jié)束后，在沸水浴中加熱15 min，進(jìn)行滅酶處理，冷卻后，于10 000 r/min離心機(jī)進(jìn)行離心5 min，取上清液通過(guò)雙縮脲法測(cè)定其可溶性蛋白含量，pH-state法測(cè)定各酶水解度。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米漿蛋白提取工藝研究結(jié)果

2.1.1 玉米漿濃度對(duì)蛋白提取率的影響

從圖1可以看出，除在乙醇添加體積比為1︰0.5的情況下，蛋白濃度為5%玉米漿的提取率要遠(yuǎn)高于蛋白含量為24.8%的玉米漿原液，且相比原液提取的蛋白質(zhì)含更少的棕褐色雜質(zhì)，所以適宜的提取濃度是5%蛋白的玉米漿。

圖1 玉米漿中蛋白質(zhì)濃度對(duì)蛋白質(zhì)提取率影響

2.1.2 提取時(shí)間對(duì)蛋白提取率的影響

由圖2可以得出，玉米漿蛋白的提取率隨著時(shí)間的延長(zhǎng)只有小幅度的波動(dòng)，且在浸提時(shí)間為1 h時(shí)達(dá)到最高值。因此得出最佳浸提時(shí)間為1 h。

圖2 提取時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)提取率影響

2.1.3 乙醇添加體積比對(duì)蛋白提取率的影響

由圖3可知，乙醇添加體積比對(duì)蛋白質(zhì)提取率的影響較大。隨著乙醇添加體積比的增加，提取率不斷提高。玉米漿中蛋白大部分是水溶性的，乙醇體積分?jǐn)?shù)較高可引起蛋白變性，導(dǎo)致蛋白粒子聚集，從而使部分蛋白以聚集粒子的形式從離心中分離，但是當(dāng)乙醇添加體積比達(dá)到1︰2以后，提取率增加幅度減小，因此從節(jié)省材料且不損失提取率的角度來(lái)看，1︰2的無(wú)水乙醇體積比為最優(yōu)添加體積比。

圖3 乙醇添加體積比對(duì)蛋白提取率的影響

2.1.4 玉米漿pH對(duì)蛋白提取率的影響

從圖4可知，pH對(duì)蛋白提取率有顯著的影響，隨著pH增加提取率大幅度降低。因?yàn)榈鞍踪|(zhì)為兩性電解質(zhì)，在其等電點(diǎn)時(shí)最易沉淀從而被提取，在堿性條件下改變了其表面的帶電性質(zhì)從而增強(qiáng)了其溶解性從而加大了提取的難度，降低了提蛋白提取率。

圖4 玉米漿pH對(duì)蛋白提取率的影響

2.1.5 提取溫度對(duì)蛋白提取率的影響

從圖5可知，低于50 ℃時(shí)，溫度對(duì)蛋白提取率的影響不大；而在高溫條件下，乙醇易揮發(fā)，降低了乙醇的體積分?jǐn)?shù)，影響了蛋白的沉淀效果，30 ℃時(shí)提取率最高。所以選擇最佳提取溫度為30 ℃。

圖5 提取溫度對(duì)蛋白提取率的影響

2.1.6 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果

由表1可知，影響玉米漿蛋白提取率的主次因素的順序?yàn)锽（pH）＞C（乙醇添加體積比）＞A（溫度），通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳組合為A3B1C1，即提取溫度為40 ℃，玉米漿pH為6，乙醇添加體積比為1︰2。為了驗(yàn)證所得試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)最佳酶解條件組合A3B1C1進(jìn)行了驗(yàn)證，蛋白提取率為48.89%，說(shuō)明經(jīng)正交試驗(yàn)篩選出來(lái)的條件組合是可信的。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

2.2 不同蛋白酶對(duì)玉米漿蛋白酶解效果的影響

使用三種常用蛋白酶對(duì)玉米漿蛋白進(jìn)行了酶解，由圖6可知，復(fù)合蛋白酶的水解度最大，為27.8%，其次是胰蛋白酶；水解后玉米漿蛋白中可溶性蛋白含量比例均有所增加，其中胰蛋白酶解后可溶性蛋白含量最高，為91.05%。

圖6 不同蛋白酶對(duì)玉米漿蛋白水解度和可溶性蛋白含量的影響

3 結(jié)論

玉米漿中蛋白含量豐富，是一種潛在的植物蛋白資源。蛋白含量為5%的玉米漿，乙醇添加體積比為1︰2，提取溫度為40 ℃，提取時(shí)間為1 h，提取pH為6時(shí)，測(cè)得的玉米漿蛋白的提取率最高為48.89%。酶水解可顯著提高玉米漿蛋白的溶解性。在工業(yè)生產(chǎn)中，相對(duì)于傳統(tǒng)的玉米漿蛋白的提取方法，這種方法更加簡(jiǎn)單，容易操作。且乙醇具有易揮發(fā)的特性，也方便后續(xù)玉米漿蛋白的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，試驗(yàn)為玉米漿原料的再利用提供了一定的理論基礎(chǔ)。