葵花籽粕蛋白提取及分離純化工藝優(yōu)化研究

郗棟南 蔣浩源 魏國晨 黃桂林

摘要：本文通過開展試驗(yàn)分析，確定蛋白提取最佳工藝：堿液PH數(shù)值為12，浸提時(shí)間為30min，浸提溫度為45℃，料液比為1：20。蛋白分離層純化層析最佳條件為洗脫液流速為0.4mol/min，上樣量為3mL。

關(guān)鍵詞：分離純化;提取;葵花籽粕蛋白

向日葵是我國主要油炸產(chǎn)業(yè)之一，從中提取葵花籽粕中的蛋白質(zhì)，作為天然植物蛋白。由于提取物中混有其他雜質(zhì)，為了提高蛋白純度，采取分離純化處理[1-2]。目前，我國提出離子交換層析法、電泳法等處理方法，對(duì)提取的蛋白進(jìn)行純化處理，為蛋白提純研究奠定了基礎(chǔ)[3]。本文將在以往研究基礎(chǔ)上，對(duì)蛋白提取分離純化工藝進(jìn)行深入研究，通過開展試驗(yàn)分析，提出工藝優(yōu)化策略[3]。

一、材料與儀器

試驗(yàn)材料：（1）葵花籽粕：采用自制法，對(duì)葵花籽粕采取脫綠原酸處理，測(cè)定灰分含量9.42%0.08%，水分4.65%0.15%，蛋白質(zhì)21.88%0.56%;（2）陰離子交換填料：EDTA、NaHCO3、Na2HPO4、NaCl、NaOH、NaH2PO4、HCl、（NH4）2SO4;（3）國產(chǎn)分析純。

試驗(yàn)儀器：（1）實(shí)驗(yàn)pH測(cè)試計(jì)，型號(hào)pHS-3C，該儀器由海虹益儀器儀表有限公司出產(chǎn);（2）電子天平，型號(hào)AL-104，該儀器由梅特勒-托利多有限公司出產(chǎn);（3）玻璃儀器氣流烘干器，型號(hào)KQ-C，該儀器由鞏義市英峪予華儀器廠出產(chǎn);（4）恒溫水浴鍋，型號(hào)HH-S2，該儀器由鞏義市英峪予華有限公司出產(chǎn);（5）真空冷凍干燥設(shè)備，型號(hào)FZ102-SIM，該儀器由德國西門子公司出產(chǎn);（6）恒溫振蕩器，型號(hào)THZ-82，該儀器由常州國華電器有限公司出產(chǎn);（7）電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，型號(hào)DHG-9140A，該儀器由上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司出產(chǎn);（8）數(shù)控超聲波清洗器，型號(hào)KQ-400DE，該儀器由昆山市超聲儀器有限公司出產(chǎn)。

二、葵花籽粕蛋白提取優(yōu)化研究

1、蛋白提取工藝流程

關(guān)于蛋白的提取工藝：制備葵花籽粕試驗(yàn)材料對(duì)試驗(yàn)材料采取預(yù)處理將籽粕放入堿液中浸提對(duì)試驗(yàn)溶液采取離心處理，并取上層清液向溶液中加入酸，待沉淀水洗溶液，直至溶液達(dá)到中性迅速降溫，將試驗(yàn)材料冷凍干擾形成純度偏低的籽粕蛋白。

2、單因素試驗(yàn)及結(jié)果分析

本次單因數(shù)實(shí)驗(yàn)選取料液比、堿液、浸提時(shí)間、浸提溫度4項(xiàng)因素作為研究指標(biāo)，在保證其他試驗(yàn)條件不變情況開展單因素試驗(yàn)，分別對(duì)每一項(xiàng)單因素對(duì)蛋白提取影響進(jìn)行測(cè)試分析，具體的單因素參數(shù)設(shè)置及測(cè)試結(jié)果如表1所示。

通過觀察表1中的測(cè)試結(jié)果可知：（1）關(guān)于堿液影響：隨著堿液PH值的增加，蛋白提取率逐漸增加，PH達(dá)到11時(shí)，提取率趨于穩(wěn)定;（2）料液比影響：隨著比例的增加，提取率逐漸提升，當(dāng)比例超過15時(shí)，蛋白提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì);（3）浸提溫度影響：隨著溫度的升高，蛋白提取率先增加后減小，拐點(diǎn)為45℃;（4）浸提時(shí)間影響：隨著時(shí)間的增加，蛋白提取率逐漸增加，達(dá)到40min后趨于穩(wěn)定。

3、正交優(yōu)化試驗(yàn)及結(jié)果分析

依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取料液比、堿液、浸提時(shí)間、浸提溫度作為正交試驗(yàn)因素，研究指標(biāo)為蛋白提取率，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，得到相應(yīng)極差計(jì)算結(jié)果：

料液比1：X（A）極差15.43、溫度（B）極差2.06，時(shí)間（C）極差6.62，堿液PH（D）21.04，因素順序D>A>C>B，最優(yōu)組合A3B1C1D3。

因此，對(duì)蛋白提取造成影響最大的是堿液PH，其次為料液比、浸提時(shí)間，影響最小的是浸提時(shí)間，最優(yōu)組合為A3B1C1D3，此組合具體條件為堿液PH數(shù)值為12，浸提時(shí)間為30min，浸提溫度為45℃，料液比為1：20。經(jīng)過計(jì)算可知，蛋白提取率為61.03%，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)差值為0.23%，滿足蛋白提取工藝優(yōu)化需求。

三、葵花籽粕蛋白分離純化優(yōu)化研究

1、樣品預(yù)處理

利用儀器量取上述試驗(yàn)制備的葵花籽粕蛋白，配置20g/L蛋白溶液，作業(yè)樣品溶液。

2、柱層析條件

利用濃度為1.0mol/L的（NH4）2SO4溶液洗脫溶液離子。先用純凈水對(duì)溶液進(jìn)行預(yù)處理，而后利用（NH4）2SO4溶液再次清洗。關(guān)于洗脫液流速和上樣量的條件設(shè)置將在結(jié)果分析中介紹。

3、分析測(cè)定

蛋白提取率（%）=（葵花籽粕蛋白質(zhì)量/X）×100，其中X=蛋白含量×葵花籽粕質(zhì)量

4、試驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述試驗(yàn)條件部署方案，制定5組試驗(yàn)，洗脫流速、上樣量依次為：（1）0.3mL/min、3 m L;（2）0.4mL/min、3 m L;（3）0.5mL/min、3 m L;（4）0.4mL/min、1 m L;（5）0.3mL/min、5 m L，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

依據(jù)峰值、填料平面變化控制要求，綜合對(duì)比表4中的測(cè)試結(jié)果可知，分離層純化層析最佳條件為洗脫液流速為0.4mol/min，上樣量為3mL。

總結(jié)

本文圍繞葵花籽粕蛋白提取工藝優(yōu)化問題和分離純化工藝優(yōu)化問題展開研究，關(guān)于蛋白提取工藝優(yōu)化研究，設(shè)置單因素試驗(yàn)和正交優(yōu)化試驗(yàn);關(guān)于蛋白分離純化研究，通過調(diào)節(jié)洗脫流速、上樣量參數(shù)值，得出最佳工藝條件。

參考文獻(xiàn)

[1]馬武生，孫長(zhǎng)花，張占軍，等.響應(yīng)面法優(yōu)化可溶性花生粕蛋白提取工藝[J].食品研究與開發(fā)，2017，38（21）：39-45.

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[3]嚴(yán)國，梅光明，顧捷，等.口蝦蛄金屬硫蛋白提取工藝的優(yōu)化[J].食品與發(fā)酵工業(yè)， 2019（15）：108-114.

作者簡(jiǎn)介：

郗棟南（1999.03-），女，漢族，陜西西安人，本科，單位：常熟理工學(xué)院，研究方向：生物工程