酶法水解大豆膨化料提取多肽的工藝

江連洲，隋曉楠，齊寶坤，王勝男

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

酶法水解大豆膨化料提取多肽的工藝

江連洲，隋曉楠，齊寶坤，王勝男

(東北農(nóng)業(yè)大學食品學院，黑龍江 哈爾濱 150030)

采用擠壓膨化預(yù)處理水酶法提取大豆油的同時，也有較高的多肽得率。利用水酶法應(yīng)用于大豆多肽的提取，并應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化方法得出大豆擠壓膨化后水酶法提取多肽的最佳工藝為加酶量1.6%、酶解溫度60℃、酶解時間3h、料水比1∶5、酶解pH9.6。經(jīng)過驗證與對比實驗可知，在最優(yōu)酶解工藝條件下大豆多肽得率可達到41.36%左右，比相同酶解條件下未經(jīng)擠壓膨化預(yù)處理大豆多肽得率有顯著提高。

擠壓膨化；水酶法；大豆多肽

大豆多肽即“肽基大豆蛋白水解物”的簡稱，是大豆蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶作用，再經(jīng)特殊處理而得到的蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物。大豆多肽的必需氨基酸組成與大豆蛋白質(zhì)完全一樣，含量豐富而平衡，且多肽化合物易被人體消化吸收，并具有防病、治病，調(diào)節(jié)人體生理機能的作用，大豆多肽是極具潛力的一種功能性食品基料，已逐漸成為21世紀的健康食品[1-5]。

水酶法是近年來廣泛研究的一種油脂提取新工藝，它以機械和酶解為手段降解植物細胞壁，使油脂得以釋放[6-8]。水酶法提油條件溫和，油料蛋白的性能幾乎不發(fā)生變化，無論是水相中直接加工利用，還是回收分離蛋白再利用，效果都十分理想，所以水酶法提取研究逐步成為當前國內(nèi)外食品工業(yè)的熱點[9-11]。針對擠壓膨化后水酶法提取大豆油脂和蛋白質(zhì)的副產(chǎn)物——大豆多肽進行研究，應(yīng)用響應(yīng)曲面分析方法對酶解過程中大豆多肽得率進行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大豆(品種為黑龍江農(nóng)業(yè)科學院培植的墾農(nóng)42)，其中蛋白含量41.6%、油脂含量21.3%、含水率10.6%、灰分含量4.3%。

Alcalase堿性內(nèi)切蛋白酶(1.2×105U/mL) 丹麥Novo公司。

1.2 儀器與設(shè)備

pHS-25型酸度計 上海偉業(yè)儀器廠；電子分析天平梅勒特-托利多儀器(上海)有限公司；離心機 北京醫(yī)用離心機廠；精密電動攪拌機 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；電熱恒溫水浴鍋 余姚市東方電工儀器廠；半自動定氮儀、消化儀 上海纖檢儀器有限公司；近紅外分析儀 丹麥Foss公司；錘片式粉碎機 中國天津泰斯特儀器有限公司；索氏抽提器 天津玻璃儀器廠；剖分式雙螺桿擠壓機由東北農(nóng)業(yè)大學工程學院張兆國教授自行研制。

1.3 方法

1.3.1 大豆成分測定

水分：參照GB 5009—2003《食品中水分的測定方法》進行；粗脂肪：參照GB 5512—85《糧食、油料檢驗：粗脂肪測定法》中索氏抽提法進行；粗蛋白：參照GB 6432—94《飼料粗蛋白測定方法》；灰分：參照GB 5009.4—85《食品中灰分的測定方法》；原料成分：利用近紅外分析儀進行測定。

1.3.2 大豆多肽提取工藝流程[12-14]

大豆→清理→粉碎→水分調(diào)節(jié)→擠壓膨化(模孔孔徑18mm、套筒溫度90℃、物料含水率14%、螺桿轉(zhuǎn)速100r/min)→粉碎→調(diào)節(jié)pH值和溫度→酶解→滅酶→收集上清液→調(diào)節(jié)為等電點pH值蛋白沉淀→離心→噴粉→大豆蛋白粉

1.3.3 多肽得率測定

采用三氯乙酸(trichloroacetic acid，TCA)可溶性氮法(nitrogen solubility index，NSI)進行測定。

式中：TCA-NSI為三氯乙酸可溶性氮得率/%；N1為在10% TCA溶液中的可溶性氮量/mg；N2為原料大豆中的總氮量/mg。

1.3.4 酶解工藝的響應(yīng)面優(yōu)化試驗

選取加酶量、酶解溫度、酶解時間、料水比和酶解pH值5個因素為自變量，以總蛋白提取率為響應(yīng)值，根據(jù)中心組合設(shè)計原理，設(shè)計響應(yīng)面分析試驗，其因素水平編碼見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化試驗因素水平編碼表Table 1 Coded values and corresponding actual values of the optimization parameters used in the response surface analysis

2 結(jié)果與分析

2.1 堿性蛋白酶各酶解參數(shù)對多肽得率的響應(yīng)面試驗混料設(shè)計試驗回歸與方差分析結(jié)果見表2，響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果見表3，降維分析見圖1，交互項顯著的響應(yīng)面分析見圖2。

表2 混料設(shè)計試驗回歸與方差分析結(jié)果Table 2 Experimental design and corresponding results for response surface analysis

通過統(tǒng)計分析軟件SAS 9.1進行數(shù)據(jù)分析，建立二次響應(yīng)面回歸模型如下：

由表3可知，方程因變量與自變量之間的線性關(guān)系明顯，該模型回歸顯著(P＜0.0001)，失擬項不顯著，并且該模型R2＝95.85%、R2Adj＝90.33%，說明該模型與實驗擬合良好，自變量與響應(yīng)值之間線性關(guān)系顯著，可以用于該反應(yīng)的理論推測。由F檢驗可以得到因素貢獻率為χ3＞χ1＞χ5＞χ4＞χ2，即酶解時間＞加酶量＞酶解pH值＞料水比＞酶解溫度。

表3 響應(yīng)面尋優(yōu)試驗結(jié)果Table 3 Results of response surface optimization

由表3可知，當加酶量1.6%、溫度60℃、酶解時間3h、料水比1∶5、pH9.6時，響應(yīng)面有最優(yōu)值為(41.06±1.34)%。

圖1 各酶解參數(shù)對多肽得率的降維分析Fig.1 Dimension reduction analysis for the effects of various hydrolysis parameters on polypeptide yield

由圖1各酶解參數(shù)對多肽得率的降維分析可知，多肽得率隨加酶量的增加而增加，較大值出現(xiàn)在臨界水平值2附近，這與響應(yīng)面優(yōu)化值相矛盾，分析是交互作用影響的結(jié)果。多肽得率隨酶解溫度變化先增加后減小，在酶解溫度為50～60℃附近有較大值。多肽得率隨酶解時間的增加而增加，但達到一定時間后多肽得率略有平緩趨勢。多肽得率隨料液比的增加而增大，但達到一定值后繼續(xù)增加料液比會稀釋底物濃度，所以多肽得率減小。多肽得率隨酶解pH值的增加先增加后減小，在pH9.5附近有較大值出現(xiàn)與響應(yīng)面優(yōu)化結(jié)果相符，但與總蛋白提取率的優(yōu)化結(jié)果pH8.5有差異，分析因為全脂豆粉酶解環(huán)境比大豆分離蛋白復(fù)雜，脂蛋白和糖蛋白存在會造成多肽得率的最優(yōu)pH值稍大。

圖2 各酶解參數(shù)交互顯著項對多肽得率的響應(yīng)面分析Fig.2 Response surface plots for the effects of cross-interactions among various hydrolysis parameters on polypeptide yield

由圖2可知，加酶量與其他因素的交互作用對多肽得率影響較大，而酶解溫度與其他因素的交互作用對多肽得率影響不大。料液比、酶解時間和酶解pH值與其他因素的交互作用對多肽得率的影響程度基本相同。由于加酶量和酶解時間的降維分析均呈現(xiàn)先增加后不變的趨勢，所以導致這兩個因素與其他因素的交互作用對多肽得率響應(yīng)面圖中極值點不明顯。料液比與酶解pH值的交互作用對多肽得率響應(yīng)面圖中有極值點出現(xiàn)。

2.2 驗證與對比實驗

通過對堿性蛋白酶酶解工藝參數(shù)對多肽得率影響的單因素和響應(yīng)面試驗研究，得到多肽得率的響應(yīng)面優(yōu)化值。在每個考察指標最優(yōu)的堿性蛋白酶酶解條件下，進行驗證實驗，結(jié)果多肽得率為(41.06±1.34)%，多肽得率平均值為41.36%，在最優(yōu)酶解條件下各考察指標的驗證值與預(yù)測值之間的標準偏差均在合理范圍內(nèi)，說明響應(yīng)值的驗證實驗值與回歸方程預(yù)測值吻合良好，各考察指標均可在響應(yīng)面優(yōu)化的酶解條件下，得到較大的多肽得率。

在相同的酶解條件下利用非膨化工藝進行酶解，結(jié)果膨化處理工藝、非膨化濕熱處理工藝的多肽得率分別為41.36%和29365%，膨化工藝的得率較后者提高了11.71%，說明在水酶法提取大豆油脂和蛋白以及副產(chǎn)物工藝流程中，利用擠壓膨化工藝代替以往研究所用濕熱處理工藝優(yōu)勢明顯。

3 結(jié) 論

以多肽得率為考察指標，利用響應(yīng)面優(yōu)化方法得出擠壓膨化后水酶法提取的最佳工藝為加酶量1.6%、酶解溫度60℃、酶解時間3h、料水比1∶5、酶解pH9.6，相應(yīng)的多肽得率為41.36%左右。說明大豆擠壓膨化后水酶法提取油脂和蛋白質(zhì)的同時可以得到較高的多肽得率約在40%左右。

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Enzymatic Extraction of Peptides from Extruded Soybean

JIANG Lian-zhou，SUI Xiao-nan，QI Bao-kun，WANG Sheng-nan
(School of Food, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Soybean extrusion before the aqueous enzymatic extraction of soybean oil can result in higher polypeptide yield. In this study, response surface methodology was employed to optimize process parameters for the aqueous enzymatic extraction of oil from extruded soybean in order to maximize soybean polypeptide yield. The optimal extraction conditions were alcalase amount of 1.6 %, temperature of 60 ℃, hydrolysis time of 3 h, material-to-liquid ratio of 1∶5, and pH of 9.6. Under the optimal extraction conditions, the yield of soybean peptides was up to 41.36%, which revealed a significantly increase when compared with that obtained under the same extraction conditions without extrusion treatment.

extrusion；aqueous enzymatic extraction；soybean polypeptide

TS225.13

A

1002-6630(2011)14-0161-04

2010-09-23

黑龍江省攻關(guān)項目(GA09B401-6)

江連洲(1960—)，男，教授，博士，研究方向為糧食、油脂及植物蛋白工程。E-mail：jlzname@163.com