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      薏米蛋白提取方法比較研究

      2011-10-26 03:37:48曹向宇劉劍利蘆秀麗李其久
      食品科學(xué) 2011年8期
      關(guān)鍵詞:鹽法堿法薏米

      曹向宇,劉劍利*,蘆秀麗,李其久,侯 瀟

      (遼寧大學(xué)生命科學(xué)院,遼寧 沈陽 110036)

      薏米蛋白提取方法比較研究

      曹向宇,劉劍利*,蘆秀麗,李其久,侯 瀟

      (遼寧大學(xué)生命科學(xué)院,遼寧 沈陽 110036)

      利用堿法和鹽法提取薏米蛋白質(zhì),對薏米蛋白提取方法進(jìn)行優(yōu)選。以蛋白提取率為指標(biāo),堿法以提取液pH值、料液比、提取溫度及提取時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn),鹽法以鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)、料液比、提取溫度及提取時(shí)間進(jìn)行單因素試驗(yàn);通過L9(34)正交試驗(yàn)優(yōu)化提取工藝條件,并對提取方法進(jìn)行比較。結(jié)果表明:堿法優(yōu)于鹽法,堿法最佳提取條件為料液比1:12(g/mL)、提取溫度35℃、提取時(shí)間5h、pH11,在此條件下,蛋白質(zhì)的提取率可達(dá)43.56%。

      薏米;蛋白質(zhì);提取

      薏米又稱薏苡仁、薏仁米、藥玉米等,是禾本科植物薏苡(Coix lachry-majobi L.)的成熟種仁,是我國最古老作物之一。薏米在我國大部分地區(qū)都有種植,主要產(chǎn)于福建、遼寧、河北、廣東、海南等地。薏米不僅營養(yǎng)成分全面,含蛋白質(zhì)18%~21%,脂肪4%~6%、碳水化合物79.2%,還含有人體所需18種氨基酸,多種維生素和礦物質(zhì),并且營養(yǎng)價(jià)值非常高,在禾本科植物中位居第一,有著“世界禾本科植物之王”的美譽(yù)[1]。

      目前,國內(nèi)外對薏米資源的研究與開發(fā)極為重視,但研究主要集中于薏苡仁酯、多糖、薏苡仁油等成分的提取工藝和生物學(xué)功能研究上,對薏米蛋白提取的研究卻相對較少[2-11]。遼寧薏米資源豐富,特別是遼寧臺安、盤錦等地區(qū)盛產(chǎn)薏米,質(zhì)量好、產(chǎn)量高,但目前尚未充分開發(fā)利用[12]。薏米蛋白具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,可作為食品工業(yè)中的蛋白原料和蛋白質(zhì)強(qiáng)化劑,也可經(jīng)過酶解制備功能性多肽[13]。因此,薏米蛋白的研究開發(fā)非常有意義。并且研究薏米蛋白的提取工藝,提高薏米蛋白提取率,提升薏米的綜合利用率,對于充分利用薏米資源具有重要的意義。本研究采用堿法和鹽法兩種方法,通過單因素及正交試驗(yàn)就薏米蛋白提取工藝進(jìn)行比較,以期找到最佳的工藝參數(shù),為薏米蛋白綜合利用和工業(yè)化生產(chǎn)提供參考和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 材料與試劑

      薏米(產(chǎn)自遼寧臺安) 市售;考馬斯亮藍(lán)G250 上海藍(lán)季科技發(fā)展有限公司;其他試劑為國產(chǎn)分析純。

      1.2 儀器與設(shè)備

      PB-10標(biāo)準(zhǔn)型pH計(jì) 德國Sartorius公司;SCR 20BC型高速冷凍離心機(jī) 日本日立公司;721型分光光度計(jì)上海第三分析儀器廠;HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市城東科輝儀器廠;LNK-871型凱氏定氮儀 江蘇省宜興市科教儀器研究所。

      1.3 方法

      1.3.1 薏米主要成分分析

      總蛋白含量測定:采用凱氏定氮法[14];碳水化合物的測定:采用苯酚-硫酸法[15];脂肪測定:按GB 5009.6—85《食品中脂肪的測定方法》進(jìn)行;灰分測定:按GB 5009.4—85《食品中灰分的測定方法》進(jìn)行[16]。

      1.3.2 薏米蛋白提取工藝

      薏米→粉碎→過篩(60目)→加堿液(或鹽液)→浸提→3500r/min離心分離→上清液(堿法樣品調(diào)pH值至7)→測蛋白質(zhì)濃度

      1.3.3 薏米蛋白提取率的測定

      提取液中蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)法[14],堿法測定蛋白之前,將其pH值調(diào)整到7.0,迅速測定蛋白含量。

      薏米蛋白提取率/%=(提取液中蛋白質(zhì)含量/薏米總蛋白含量)×100

      1.3.4 堿法提取薏米蛋白

      1.3.4.1 堿法提取單因素試驗(yàn)

      以料液比(1:6、1:8、1:10、1:12、1:14)、溫度(30、35、40、45、50℃)、時(shí)間(1~5h)、pH(8~12)為單因素,在其他條件一定的前提下,進(jìn)行單因素試驗(yàn),以確定正交試驗(yàn)的因素水平。

      1.3.4.2 堿法提取正交試驗(yàn)

      根據(jù)單因素試驗(yàn)測定最佳提取條件,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。

      1.3.5 鹽法提取薏米蛋白

      1.3.5.1 鹽法提取單因素試驗(yàn)

      以料液比(1:6、1:8、1:10、1:12、1:14)、溫度(30、35、40、45、50℃)、時(shí)間(1~5h)、鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)為單因素進(jìn)行單因素試驗(yàn),確定正交試驗(yàn)的因素水平。

      1.3.5.2 鹽法提取正交試驗(yàn)

      根據(jù)單因素試驗(yàn)測定最佳提取條件,進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn)。

      1.4 數(shù)據(jù)分析

      所有單因素及正交試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù),結(jié)果均以x±s表示。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 薏米主要成分分析

      經(jīng)分析薏米中蛋白質(zhì)含量18.6%、碳水化合物71.3%、脂肪6.8%、總灰分含量1.5%。

      2.2 堿法提取蛋白

      2.2.1 單因素試驗(yàn)

      2.2.1.1 料液比對薏米蛋白提取率的影響

      圖1 料液比對薏米蛋白提取率的影響Fig.1 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of Job, s Tears seed protein

      由圖1可得,隨著堿液的不斷增加,薏米蛋白提取率逐漸上升,當(dāng)料液比達(dá)到1:12時(shí),蛋白提取率最高,當(dāng)料液比繼續(xù)升高時(shí),蛋白提取率基本穩(wěn)定,略有下降。料液比l:6時(shí),蛋白提取率最小,這是因?yàn)榧铀刻?,蛋白質(zhì)不能充分溶解;料液比1:14時(shí),蛋白提取率開始減小,可能是因?yàn)榧铀窟^大,沉淀效果差,損失增大,同時(shí)料液比過大,設(shè)備容積增大,能耗加大,成本增加。因此設(shè)定堿法提取薏米的最適合料液比為1:12。

      2.2.1.2 提取溫度對薏米蛋白提取率的影響

      圖2 提取溫度對薏米蛋白提取率的影響,Fig.2 Effects of temperature on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖2可得,在溫度較低的30℃時(shí),薏米蛋白的提取率較低,但隨著溫度的升高,提取率曲線總體走勢呈先上升,后下降趨勢,在35℃時(shí)蛋白提取率最高,為32.15%,溫度繼續(xù)升高后,薏米蛋白的提取率有所下降,其原因可能是溫度過高,蛋白溶液的黏度變大,分子的運(yùn)動速度減慢[17]。而且,在長時(shí)間加熱的作用下蛋白質(zhì)易產(chǎn)生變性,導(dǎo)致蛋白提取率下降,故選定溫度為35℃。

      2.2.1.3 提取時(shí)間對薏米蛋白提取率的影響

      圖3 提取時(shí)間對薏米蛋白提取率的影響Fig.3 Effects of extraction time on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖3可以看出,提取時(shí)間1~2h時(shí),由于提取時(shí)間較短,薏米不能與堿性物質(zhì)充分接觸,導(dǎo)致薏米蛋白不易與其他組分分開;當(dāng)提取時(shí)間為5h時(shí),薏米蛋白提取率最高,但與4h相比沒有較大變化,從規(guī)?;a(chǎn)節(jié)約能源角度考慮故選取4h作為最佳提取時(shí)間。

      2.2.1.4 pH值對薏米蛋白提取率的影響

      圖4 pH值對薏米蛋白提取率的影響Fig.4 Effects of pH on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖4可以看出,在pH8時(shí)薏米蛋白的提取率較低,隨著pH值不斷增加,薏米蛋白的提取率也隨之增加,當(dāng)pH11時(shí),薏米蛋白的提取率最高,pH12時(shí),薏米蛋白的提取率有所下降,可能是pH值過高蛋白質(zhì)變性或降解[18]。

      2.2.2 正交試驗(yàn)

      由單因素試驗(yàn)結(jié)果可知,堿法提蛋白最佳提取條件為料液比1:12、提取溫度35℃、提取時(shí)間4h、pH11,按表1進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),結(jié)果見表2。

      表1 堿法提取薏米蛋白正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing alkaline extraction of Job s Tears seed protein

      表2 堿法提取薏米蛋白正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Scheme and experimental results of orthogonal array design for optimizing alkaline extraction of Job s Tears seed protein

      由表2可得出,堿法提取薏米蛋白的影響因素為提取溫度>料液比>pH值>提取時(shí)間。通過正交試驗(yàn)得出堿法提取薏米蛋白最佳提取條件為料液比1:12、提取溫度35℃、提取時(shí)間5h、pH11,在此條件下重復(fù)試驗(yàn),測得蛋白提取率為43.56%。

      2.3 鹽法提取蛋白

      2.3.1 單因素試驗(yàn)

      2.3.1.1 料液比對薏米蛋白提取率的影響

      圖5 料液比對薏米蛋白提取率的影響Fig.5 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖5分析可以看出在料液比1:6~1:12之間時(shí),薏米蛋白提取率逐漸增加,但為1:12時(shí)薏米蛋白提取率最高,當(dāng)為1:14之后蛋白質(zhì)的提取率略有下降,其原因可能是當(dāng)料液比為1:6時(shí),加水量太小,蛋白質(zhì)未充分溶解;料液比1:14時(shí),蛋白提取率開始減小,這是因?yàn)榧铀窟^大,沉淀效果差,損失增大。所以鹽法提取薏米蛋白的料液比定為1:12。

      2.3.1.2 提取溫度對薏米蛋白提取率的影響

      由圖6可以看出,當(dāng)溫度低于40℃時(shí),薏米蛋白提取率隨提取溫度的升高而增大,當(dāng)溫度到達(dá)40℃時(shí),提取率最大,隨后降低,可能由于疏水基團(tuán)的暴露和展開,蛋白質(zhì)分子聚集,使蛋白質(zhì)溶解度下降,導(dǎo)致蛋白提取率下降[17]。因此,對于薏米蛋白的提取溫度不宜過高,以40℃為最佳提取溫度。

      圖6 提取溫度對薏米蛋白提取率的影響Fig.6 Effects of temperature on extraction rate of Job s Tears seed protein

      2.3.1.3 提取時(shí)間對薏米蛋白提取率的影響

      圖7 提取時(shí)間對薏米蛋白提取率的影響Fig.7 Effects of extraction time on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖7可以得出,提取時(shí)間1~2h時(shí),由于時(shí)間太短,蛋白質(zhì)不易與其他成分分離,從而蛋白質(zhì)提取率小,但隨著時(shí)間增大到3h時(shí),蛋白提取率最大;隨著提取時(shí)間進(jìn)一步加長,薏米蛋白的提取率并沒有顯著增加,故提取時(shí)間選擇為3h。

      2.3.1.4 鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米蛋白提取率的影響

      圖8 鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)對薏米蛋白提取率的影響Fig.8 Effects of salt concentration on extraction rate of Job s Tears seed protein

      由圖8可知,在鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%~2%之間時(shí),蛋白提取率逐漸增加,但當(dāng)鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)蛋白提取率最高,當(dāng)為2.5%后蛋白質(zhì)的提取率逐漸下降。原因可能是較高的鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)造成蛋白鹽析沉淀,使提取率下降,所以提取薏米蛋白的鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。

      2.3.2 正交試驗(yàn)

      由單因素試驗(yàn)結(jié)果可知,鹽法提取蛋白的最佳提取條件為料液比1:12、溫度40℃、時(shí)間3h、鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,在此基礎(chǔ)上按表3進(jìn)行L9(34)正交試驗(yàn),結(jié)果見表4。

      表3 鹽法提取蛋白L9(34)正交試驗(yàn)表Table 3 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing salt extraction of Job s Tears seed protein

      表4 鹽法提取蛋白正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 4 Scheme and experimental results of orthogonal array design for optimizing salt extraction of Job s Tears seed protein

      由表4可得出,鹽法提取薏米蛋白的決定因素為提取時(shí)間>鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)>提取溫度>料液比。通過正交試驗(yàn)得出鹽法提取薏米蛋白最佳提取條件為料液比1:11、溫度35℃、時(shí)間3h、鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%,測得蛋白提取率為29.51%。

      3 結(jié) 論

      3.1 堿法提取薏米蛋白最佳提取條件為料液比1:12、溫度35℃、時(shí)間5h、pH11,此提取條件下,薏米蛋白提取率可達(dá)43.56%。

      3.2 鹽法提取薏米蛋白最佳提取條件為料液比1:11、溫度35℃、時(shí)間3h、鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%,此提取條件下,薏米蛋白的提取率可達(dá)29.51%。

      3.3 比較兩種薏米蛋白提取方法可知,堿法提取薏米蛋白提取率較高,容易控制,操作簡單,便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),此法有望成為薏米深加工和綜合利用的一條主要途徑之一。

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      Comparative Study on Methods for Extracting Protein from Job’s Tears Seed

      CAO Xiang-yu,LIU Jian-li*,LU Xiu-li,LI Qi-jiu,HOU Xiao
      (School of Life Science, Liaoning University, Shenyang 110036, China)

      Two extraction methods, namely alkaline method and salt method were used to extract protein from Job s Tears seeds,and their effects on the extraction rate of protein from Job, s Tears seed were compared. In the alkaline extraction method, the extraction parameters pH, material-to-liquid ratio, temperature and extrac,tion time were optimized by single factor and orthogonal array design methods based on the extraction rate of protein from Job s Tears seed. The extraction parameters optimized (also by single factor and orthogonal array design methods) in the salt extraction method were salt concentration, material-to-liquid ratio, temperature and extraction time. The results showed that the optimum material-to-liquid ratio, temperature, extraction time and pH for the alkaline extraction of Job, s Tears seed protein were 1:12, 35 ℃, 5 h and 11, respectively. Under these conditions, the extraction rate of protein was up to 43.56%. Overall, the alkaline extraction method was superior to the salt extraction method.

      Job, s Tears seed;protein;extraction

      TQ93

      A

      1002-6630(2011)08-0088-05

      2010-07-15

      遼寧省教育廳高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(2009A811;L20100154);遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(2009209001);遼寧大學(xué)“211工程”三期建設(shè)項(xiàng)目

      曹向宇(1980—),男,講師,博士,研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail:xiangyucao@yahoo.cn

      *通信作者:劉劍利(1980—),男,講師,博士,研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail:jianliliu@yahoo.com.cn

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