乙醇浸提法制備亞麻籽濃縮蛋白工藝研究

張麗霞 ，張振山，史鵬飛 ，郭曉彥，凌敬偉，陳雪青 ，呂玉虎 ，聶良鵬 ，張 琳，潘茲亮

(1.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000； 2.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

亞麻籽又稱胡麻籽，是亞麻科草本植物亞麻的種子。亞麻作為一種油料作物，其種植規(guī)模在全世界僅次于大豆、花生、油菜和向日葵等，是世界十大油料作物之一，是我國八大主要油料作物之一[1]。油用亞麻在我國已有600多年的栽種歷史，當(dāng)前主要分布在華北、西北以及西南等地區(qū)[2]。

亞麻籽通常含粗脂肪35%～45%，粗蛋白質(zhì)15%～30%。亞麻籽主要用于榨油，而榨油后剩余的餅粕用作飼料，蛋白利用率較低。亞麻籽蛋白屬麻仁球蛋白，含有18種氨基酸，與大豆蛋白相比，亞麻籽蛋白含有更多的天門冬氨酸、谷氨酸、亮氨酸和精氨酸[3]。因此，亞麻籽蛋白營養(yǎng)價(jià)值較高，對其開發(fā)利用可以獲得較好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

濃縮蛋白是一種價(jià)格介于普通蛋白粉和分離蛋白之間的蛋白制品。與普通蛋白粉相比，濃縮蛋白具有較高的蛋白質(zhì)含量(通常大于65%)；與分離蛋白相比，濃縮蛋白的成本僅是分離蛋白的一半，且得率較高。醇法濃縮蛋白的生產(chǎn)過程幾乎無污水排放，可以有效避免環(huán)境污染，提取液的濃縮物可進(jìn)一步加工成低聚糖、皂甙等產(chǎn)品[4]。目前，多位學(xué)者已對亞麻籽分離蛋白進(jìn)行了較詳細(xì)研究[5-10]，而有關(guān)醇法制備亞麻籽濃縮蛋白的研究卻鮮有報(bào)道。

本文以冷榨亞麻籽餅為原料，采用單因素試驗(yàn)研究了浸提溫度、浸提時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比以及浸提次數(shù)對濃縮蛋白蛋白質(zhì)含量的影響，并通過正交試驗(yàn)對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，研究結(jié)果可為亞麻籽醇洗濃縮蛋白的生產(chǎn)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

亞麻籽冷榨餅，通過液壓壓榨機(jī)自制。亞麻籽冷榨餅用正己烷浸泡進(jìn)一步脫脂，粉碎、篩分后備用。無水乙醇、正己烷、氫氧化鈉等均為分析純。

Kjeltec2300型全自動(dòng)定氮儀，瑞典福斯特卡托公司；QJ-02A 型多功能粉碎機(jī)；AL204 電子天平，梅特勒-托利多(上海)有限公司；CHA-S型恒溫振蕩箱；DZ-2BCⅡ 型真空干燥箱。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 亞麻籽濃縮蛋白的制備

參照文獻(xiàn)[11]，稱取20 g 脫脂亞麻籽粉放于250 mL錐形瓶中，按設(shè)定比例加入一定體積分?jǐn)?shù)的乙醇溶液，置于恒溫振蕩箱，在設(shè)定溫度下振蕩處理一定時(shí)間后，在負(fù)壓條件下抽濾，濾餅根據(jù)需要重復(fù)上述操作后，在50℃真空干燥箱中干燥，即得亞麻籽濃縮蛋白。測定產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量，蛋白質(zhì)回收率按下式計(jì)算。

蛋白質(zhì)回收率=濃縮蛋白產(chǎn)品質(zhì)量×濃縮蛋白產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量/(脫脂亞麻籽粉質(zhì)量×脫脂亞麻籽粉中蛋白質(zhì)含量)×100%

1.2.2 指標(biāo)測定

粗脂肪的測定參照 GB 5009.6—2016；粗蛋白質(zhì)的測定參照GB 5009.5—2010；粗纖維的測定參照GB/T 5515—2008；灰分的測定參照GB 5009.4—2016；水分的測定參照GB 5009.3—2016；膳食纖維的測定參照 GB 5009.88—2014。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫脂亞麻籽粉的主要成分(見表1)

表1 脫脂亞麻籽粉的主要成分 %

注：其他碳水化合物=100%-(粗蛋白質(zhì)+粗脂肪+膳食纖維+灰分)；除水分外，其余各項(xiàng)指標(biāo)均以干基計(jì)。

從表1可知，脫脂亞麻籽粉中的主要成分為粗蛋白質(zhì)(43.16%)、不溶性膳食纖維(22.77%)和可溶性膳食纖維(16.21%)。脫脂亞麻籽粉中較高的粗蛋白質(zhì)和可溶性纖維含量為亞麻籽濃縮蛋白的制備提供了有利的內(nèi)在基礎(chǔ)。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 浸提溫度的影響

在浸提時(shí)間60 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、液固比6∶1、浸提次數(shù)2次的條件下，研究不同浸提溫度對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以看出：當(dāng)浸提溫度低于50℃時(shí)，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量隨浸提溫度的升高而增加；當(dāng)浸提溫度高于50℃時(shí)，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量隨浸提溫度的升高而減少。這可能是因?yàn)闇囟鹊纳呖梢约涌旆肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)，降低體系黏度，減少分子運(yùn)動(dòng)的阻力，提高脫脂亞麻籽粉中糖類物質(zhì)在萃取液中的溶解度，但是較高的浸提溫度也加大了亞麻籽粉中蛋白質(zhì)在萃取液中的溶解度，進(jìn)而導(dǎo)致濃縮蛋白中的蛋白質(zhì)含量有所降低[12-13]。因此，試驗(yàn)優(yōu)選浸提溫度范圍為40～60℃。

盡管困難重重，但一些小公司還試圖加入Sellita和Soprod的行列，成為入門級(jí)機(jī)心替代廠商。例子之一就是在EPHJ上推出了新款S280機(jī)心的Horlogerie Schild，希望能對抗強(qiáng)勁的2824。這款新機(jī)心并非ETA的復(fù)制品；靈感其實(shí)來自一枚中國機(jī)心。Soigné機(jī)心符合“瑞士制造”的條件，60%的零件為瑞士制作。在伯爾尼州的Orpund組裝。他們的天文臺(tái)機(jī)心和Top機(jī)心，配有瑞士擒縱裝置，80%的成分都符合瑞士價(jià)值的規(guī)定。

圖1 浸提溫度對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響

2.2.2 浸提時(shí)間的影響

在浸提溫度50℃、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、液固比6∶1、浸提次數(shù)2次的條件下，研究不同浸提時(shí)間對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量隨浸提時(shí)間的延長逐漸增加，浸提時(shí)間為60 min時(shí)，蛋白質(zhì)含量達(dá)到最大。此后，繼續(xù)延長浸提時(shí)間，蛋白質(zhì)含量增加不明顯，甚至有所降低。這表明浸提達(dá)到一定時(shí)間后，大部分醇溶性物質(zhì)已經(jīng)溶出，繼續(xù)延長浸提時(shí)間不會(huì)顯著改變濃縮蛋白中的蛋白質(zhì)含量。相反，過分地延長浸提時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致醇溶蛋白在萃取液中的溶解度有所增大，進(jìn)而導(dǎo)致濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量和回收率降低[12]。因此，試驗(yàn)優(yōu)選浸提時(shí)間范圍為45～75 min。

圖2 浸提時(shí)間對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響

2.2.3 乙醇體積分?jǐn)?shù)的影響

在浸提溫度50℃、浸提時(shí)間60 min、液固比6∶1、浸提次數(shù)2次條件下，研究不同乙醇體積分?jǐn)?shù)對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 乙醇體積分?jǐn)?shù)對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響

從圖3可以看出，在乙醇體積分?jǐn)?shù)小于70%時(shí)，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而增加；當(dāng)乙醇體積分?jǐn)?shù)大于70%時(shí)，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量隨乙醇體積分?jǐn)?shù)的增大而降低。這可能是由于較高的乙醇體積分?jǐn)?shù)(>70%)會(huì)降低提取液的極性，不利于一些水溶性多糖的洗脫，進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)含量的降低。同時(shí)，過高的乙醇體積分?jǐn)?shù)還會(huì)使蛋白質(zhì)變性，影響產(chǎn)品的功能特性。因此，試驗(yàn)優(yōu)選乙醇體積分?jǐn)?shù)范圍為60%～80%。

2.2.4 液固比的影響

在浸提溫度50℃、浸提時(shí)間60 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、浸提次數(shù)2次條件下，研究不同液固比對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 液固比對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響

2.2.5 浸提次數(shù)的影響

在浸提溫度50℃、浸提時(shí)間60 min、乙醇體積分?jǐn)?shù)70%、液固比6∶1條件下，研究不同浸提次數(shù)對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響，結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸提次數(shù)對產(chǎn)品蛋白質(zhì)含量的影響

從圖5可以看出，當(dāng)浸提次數(shù)達(dá)到2次后，濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量趨于平衡，繼續(xù)增加浸提次數(shù)并不能使蛋白質(zhì)含量顯著增加。這可能是由于隨著浸提次數(shù)的不斷增加，大部分醇溶性物質(zhì)已經(jīng)溶出，此時(shí)蛋白質(zhì)含量不會(huì)大幅度增加。浸提次數(shù)的增加，不僅增加了浸提的時(shí)間成本，而且會(huì)導(dǎo)致乙醇用量增加，增加經(jīng)濟(jì)成本。綜合考慮，優(yōu)選浸提次數(shù)為2次進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

2.3 正交試驗(yàn)優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，固定浸提次數(shù)2次，以浸提溫度、浸提時(shí)間、乙醇體積分?jǐn)?shù)、液固比為考察因素，每個(gè)因素設(shè)3個(gè)水平，開展L9(34)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素水平見表2，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表3。

表2 正交試驗(yàn)因素

從表3可以看出，在所考察的試驗(yàn)范圍內(nèi)，各工藝因素對亞麻籽濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量影響主次順序?yàn)橐掖俭w積分?jǐn)?shù)>浸提時(shí)間>浸提溫度>液固比，即乙醇體積分?jǐn)?shù)在亞麻籽醇洗濃縮蛋白制備工藝中對產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)含量起關(guān)鍵作用。根據(jù)正交試驗(yàn)，得到亞麻籽濃縮蛋白的最優(yōu)工藝條件組合為A2B3C2D1，即浸提溫度50℃，浸提時(shí)間75 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，液固比6∶1。最優(yōu)工藝條件下進(jìn)行3次重復(fù)試驗(yàn)，得到濃縮蛋白的回收率為63.87%，蛋白質(zhì)含量為65.38%(比脫脂亞麻籽粉中蛋白質(zhì)含量提高約22個(gè)百分點(diǎn))。

表3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

3 結(jié) 論

采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對乙醇浸提法制備亞麻籽濃縮蛋白工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)工藝條件為：浸提溫度50℃，浸提時(shí)間75 min，乙醇體積分?jǐn)?shù)70%，液固比6∶1，浸提次數(shù)2次。此優(yōu)化工藝條件下，亞麻籽濃縮蛋白的回收率為63.87%，亞麻籽濃縮蛋白的蛋白質(zhì)含量為65.38%。