反胶束溶液萃取杏仁蛋白前萃工艺的研究

郭红珍

(廊坊师范学院生命科学学院,廊坊 065000)

反胶束溶液萃取杏仁蛋白前萃工艺的研究

郭红珍

(廊坊师范学院生命科学学院,廊坊 065000)

对AOT/异辛烷反胶束溶液萃取杏仁蛋白的前萃工艺进行了研究。试验以 AOT/异辛烷为反胶束溶液体系,以蛋白质萃取率为指标,分别对溶液的 pH值、W0值、萃取时间和萃取温度进行了单因素试验以及四因素三水平的正交试验,以确定杏仁蛋白前萃的最佳工艺。正交试验结果方差分析表明,在各因素中,W0值对蛋白质提取率影响达到显著水平,其他三因素未达到显著水平,确定的最佳工艺条件为:W0值为 40,溶液pH值 7.0,前萃温度 25℃,前萃时间 90 min。

反胶束 杏仁蛋白 萃取

杏仁是杏果的干燥种子[1],杏仁蛋白是一种优质的植物蛋白,含有人体需要的 18种氨基酸,可作为一种蛋白质营养强化剂和添加剂,缓解蛋白质资源的缺乏[2]。传统的提油工艺有压榨法和浸出法,提油后含蛋白质高的饼粕基本上被用于动物的饲料,而且蛋白质的变性程度比较严重,造成了资源极大浪费,限制了蛋白质的深加工和再利用[3]。因此,探究一种更优越的从坚果中同时提取优质的植物油脂和植物蛋白具有重要的现实意义。

近些年,国内外许多学者利用反胶束法分离坚果的蛋白和油脂取得了初步的成功。将表面活性剂溶在非极性有机溶剂中形成聚集体,这种聚集体称为反胶束。表面活性剂分子由亲水基 (极性头)和疏水基 (非极性尾)两部分组成。反胶束中,表面活性剂的疏水基向外与非极性有机溶剂接触,而亲水基向内形成一个极性核,此极性核具有增溶水的能力,极性核增溶水后形成“水池”,当反胶束溶液与蛋白质水溶液或固体接触后,蛋白质可溶于此水池称为前萃。由于周围水层和极性头的保护,蛋白质失活或变性程度很小[4]。

本文利用二 -(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸钠(AOT)/异辛烷反胶束体系萃取杏仁中的蛋白质。考察影响蛋白质前萃的因素,得出优选前萃工艺的条件。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

杏仁:市售。

KXL-1010型控温消煮炉、KDY-9820型凯式定氮仪:北京通润源机电技术有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 原料 (杏仁)中蛋白质和水分含量的测定

蛋白质含量测定[5]:GB 5511—1985;水分含量的测定[5]:GB 5497—1985。

1.2.2 杏仁粉的制备[6]

原料杏仁→浸泡→脱皮→干燥→粉碎→过筛→杏仁粉 (40目)

1.2.3 反胶束溶液的配制[7]

称取一定量的 AOT于 100 mL的锥形瓶中,按照浓度要求 AOT(如 0.04 g/mL)加入一定体积的异辛烷,磁力搅拌使 AOT完全溶解,溶液透明后,加入含有 KCl(0.1 mol/L)的 KH2PO4-Na2HPO4缓冲溶液(用于调节 pH值),摇床振荡 2 h(180 r/min),以3 000 r/min离心 20 min,若透明则为反胶束溶液,反之则不是。

在反胶束溶液中增溶水和表面活性剂的物质的量比可用参数W0(W0=反胶束溶液中水的浓度 /反胶束溶液中表面活性剂的浓度)表示。

1.2.4 杏仁蛋白质的萃取[7]

将准确称量的 1.0左右的杏仁粉 (40目)加入上述配好的反胶束溶液中,将锥型瓶置于恒温振荡器中振荡 (振荡速度 180 r/min),振荡一定时间 (如90 min),然后在 3 000 r/min的转速下离心 10 min。取上清液加入 KCl溶液,置于恒温振荡器中震荡,然后在 3 000 r/min的转速下离心 30 min,上层为油层,下层为蛋白质,可通过真空冷冻浓缩得到蛋白粉。

1.2.5 蛋白质前萃率的计算

前萃率 =反胶束溶液蛋白含量 /样品中蛋白含量×100%

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 W0对蛋白质前萃率的影响

W0值对蛋白质前萃的影响见图 1。W0在 20～40之间时蛋白质前萃率逐渐增加,W0值取 40时杏仁蛋白前萃率最高达到 56.75%。W0大于 40后,蛋白质前萃率反而下降。这是由于W0大于 40后反胶束体系出现增溶水相对较难,萃取结束后以离心法分离时,离心管底部出现较多体积的水相情况,不利于萃取的进行,降低了杏仁蛋白的前萃率。故W0选择 40更为合适。

图 1 不同W0值对蛋白前萃率(%)的影响

2.1.2 增溶水 pH对蛋白质前萃率的影响

pH值与蛋白前萃率的关系如图 2所示。由图 2可知,在试验范围内,杏仁蛋白前萃率随 pH值的增加而增大。当 pH取 8.0时蛋白前萃率达到最大值43.86%。这是由于蛋白质在不同 pH值下溶解度不同。pH值较小时,因为在杏仁蛋白质等电点附近,所以溶解度较小萃取率较低。但试验中 pH值在 7～8时蛋白质萃取率较高。传统的蛋白萃取模型无法解释,其原因有待进一步讨论。传统反胶束萃取蛋白机理认为[8],蛋白进入“水池”是由于蛋白质分子表面电荷与表面活性剂分子极性头所带电荷相反。由于相反电荷相互吸引使蛋白增溶,AOT是阴离子表面活性剂,本身带有大量的负电荷。当溶液 pH呈碱性时,蛋白质分子带负电荷,萃取率增大显然不是由于离子电荷作用。对这种现象的解释,一些研究认为蛋白质的增溶与疏水相互作用及亲合作用有关[9]。

图 2 pH值对蛋白前萃率的影响

2.1.3 时间对蛋白前萃率的影响

时间与蛋白前萃的关系如图 3所示,由图 3可知,在 1.5 h时,蛋白前萃率已经达到 50%,随后蛋白前萃率基本不变,在 1.5 h左右达到平衡。这是由于随着萃取过程的进行,原料中蛋白含量逐渐减少,蛋白质向原料表面迁移的速率也逐渐减小,而反胶束的极性核内的蛋白质浓度逐渐增加[10],导致蛋白质的传质速度下降,萃取率增加缓慢。

图 3 萃取时间对前萃率的影响

2.1.4 温度对蛋白前萃率的影响

图 4 萃取温度对蛋白前萃率的影响

温度与蛋白前萃率的关系如图 4所示,温度在25～45℃时,随着温度升高蛋白质前萃率变化不大。当温度到达 40℃蛋白前萃率达到最大 52.54%,当温度上升到 50℃杏仁蛋白前萃率降低到 16.86%。这说明在一定温度范围内反胶束体系很稳定,蛋白前萃率随温度变化不明显,而当温度高于 45℃时,由于高温导致反胶束体系稳定性降低,蛋白质萃取率也很快下降。

2.2 正交试验结果与分析

在单因素试验的基础上,选取 W0值、pH值、前萃温度、前萃时间作为影响因素。以蛋白前萃率为检测指标,采用四因素三水平的正交试验,试验结果的极差分析和方差分析见表 1、表 2。

表 1 前萃正交试验结果

表 2 前萃正交试验结果方差分析

由正交试验结果的直观分析可知,各因素对蛋白前萃率的影响大小次序为W0值 >pH值 >萃取温度 >萃取时间。即反映反胶束大小的参数W0值对蛋白前萃率的影响最大,“水池”大小对蛋白质分子能否增溶关系重大。试验最优工艺条件为A3B2C3D3,由于在正交试验中没有 A3B2C3D3,故需进一步做验证试验,考虑到实际生产中的能耗及生产成本等问题[11],在进行验证试验时同时进行 A3B2C1D2,经验证试验前萃率为 69.64%。最后确定前萃最优工艺条件为 A3B2C1D2,即取 W0值 40,pH值 7.0,前萃温度 25℃,前萃时间 90 min。正交试验方差分析中也验证了W0值的影响达到了显著水平,而 pH值、萃取温度、萃取时间对杏仁蛋白质前萃影响较小。

3 结论

以AOT/异辛烷反胶束溶液萃取杏仁粉中的蛋白质是可行的,蛋白前萃率受W0值、pH值、温度和时间等因素的影响。在正交试验各因素水平下,W0值对蛋白质前萃率的影响达到最显著,达到显著水平 (P﹤0.05),其次是 pH值,最优组合为 A3B2C1D3,而结合实际最佳前萃条件为:取 W0值 40,pH值 7.0,前萃温度25℃,前萃时间 90 min。

[1]王宇霖.落叶果树种类学[M].北京:农业出版社,1984

[2]张加延.中国李杏资源及开发利用 [M].北京:中国林业出版社,1999

[3]中国医学科学院卫生研究所.食物成分表 [M].北京:人民卫生出版社,1980

[4]刘邻渭.苦杏仁成分综合提取法 [J].食品科学,1993(10):28-29

[5]徐淑英,陈邦杰,师梓文.杏仁油和沙棘油的组成及理化常数[J].中国油脂,1992(60):24-27

[6]李科友,史清华.超临界 CO2萃取杏仁油的研究 [J].西北林学院学报,2001,16(1):56-58

[7]杨宏顺,陈复生,赵俊庭.反胶束同时分离大豆蛋白和油脂的前萃研究[J].食品科技,2002(1):16-18

[8]陆强,李宽宏,施亚钧.提取与分离蛋白质的新技术——反胶束萃取[J].现代化工,1993(12):37-39

[9]杨宏顺,陈复生.反胶束萃取技术在食品科学中的研究进展[J].郑州工程学院学报,2001.22(4):42-45

[10]杨宏顺,陈复生.新型反胶束系统增溶水的研究 [J].食品科学,2002,22(10):24-27

[11]史红勤,雷夏,沈忠耀.AOT-磷脂反胶团体系萃取蛋白质的研究[J].化工学报,1990(6):702-708.

For ward Extraction ofAl mond Protein Using ReverseMicelles

Guo Hongzhen
(Life Science College Langfang Teachers College,Langfang 065000)

The for ward extraction of almond protein using AOT/isooctane reverse micellar solution was stud2 ied.Taking protein extraction rate as index,the effects of pH values,W0value,extraction ti me and temperature were studied with single factor experiments,and a three level factorial-designed orthogonal experiment was carried out to optimize the extraction process.Results:Variance analysis show the influence ofW0value on protein extraction rate is significant,the other three factors do not reach significant level,and the optimum for ward extraction conditions areW040,pH 7.0,extraction temperature 25℃,and extraction time 90 min.

reverse micellar system,almond protein,extraction

TS255.6

A

1003-0174(2011)01-0106-04

廊坊师范学院科学研究 (LSZY201001)

2009-12-16

郭红珍,女,1974年出生,讲师,食品营养与检测