紫苏饼粕蛋白酶法提取工艺研究

张志军 李晓鹏 李会珍 孙子文

(中北大学化工与环境学院，太原 030051)

紫苏作为新型保健植物油资源，越来越受到人们的重视，近年来其开发利用研究已成为世界热点［1－5］。紫苏饼粕(perilla seed meal)是紫苏籽脱脂后的副产品，气味芳香，适口性好，紫苏籽粒蛋白质含量为20%～23%，脱脂后饼粕中蛋白质含量28%～45%［6－7］。目前，紫苏饼粕大多数只是作为饲料或肥料回入田中，未能得到充分利用。目前植物蛋白提取最主要方法是碱溶酸沉法［8－11］，酶法提取在其他植物也有报道［12－14］，但在紫苏饼粕蛋白提取方面尚未见报道。紫苏蛋白含有全部18种氨基酸［8］，开发紫苏蛋白技术和产品对提高紫苏资源综合利用效率十分必要。本试验采用纤维素酶法，通过在不同pH、反应时间、反应温度和纤维素酶添加量条件下提取紫苏饼粕蛋白，确定最佳提取工艺条件，以期为紫苏蛋白资源的大规模开发利用提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

以本实验室脱脂紫苏饼粕为材料，其蛋白质质量分数为37.8%。

HX－200型高速万能粉碎机:浙江省永康市溪岸五金药具厂;TDL5型高速离心机:上海安亭科学仪器厂;UV－9600型紫外分光光度计:北京瑞利分析仪器公司;HH－8数显恒温水浴锅:杰瑞尔电器有限公司;101－3型电热鼓风干燥箱:上海申光仪器厂。

1.2 试剂

牛血清白蛋白(分子质量66.000 ku):韩国Biosharp公司;纤维素酶(30 U/mg)、考马斯亮蓝G－250:北京索莱宝科技有限公司;氯化钠、盐酸、氢氧化钠、无水乙醇、磷酸:天津市风船化学试剂科技有限公司。

1.3 提取工艺流程

称取脱脂紫苏粕粉，加入去离子水与纤维素酶，加热搅拌浸提一定时间后，加入氢氧化钠溶液调节至pH 9.0，离心20 min后取上清液，缓慢加入10%盐酸溶液，使pH达到等电点，再次离心20 min，除去上清液，沉淀物即为紫苏分离蛋白提取物。

1.4 单因素和正交试验

选取提取液pH、反应时间、反应温度、酶添加量为考察因素，进行单因素试验，在单因素试验的基础上采用L9(34)正交试验对提取工艺进行优化，确定最佳工艺条件。

1.5 计算方法

提取率=提取物质量/紫苏粕质量×100%;

纯度=提取物中蛋白质质量/提取物质量 ×100%;

得率=提取物中蛋白质质量/紫苏粕中蛋白质质量×100%。

1.6 数据处理

试验数据采用EXCEL2003和SPSS16.0软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 pH对紫苏蛋白提取的影响

固定料液比为1∶12，纤维素酶质量分数3.0%，反应温度50℃，反应时间60 min，分别在碱溶pH为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 条件下提取紫苏蛋白质，分析不同pH对提取物提取率和纯度的影响，结果如图1所示。随pH增大，蛋白质提取率逐渐提高，pH为5.5时提取率最大，随后提取率反而下降。蛋白质纯度随pH的增大逐渐提高，但当pH达到5.0后基本稳定。分析其原因可能是pH为5.5时，纤维素酶的活性最佳，当pH大于5.5时，酶的活力有所下降，故提取率降低。

图1 pH对紫苏蛋白质提取的影响

2.1.2 提取时间对紫苏蛋白提取的影响

固定料液比为1∶12，纤维素酶质量分数3.0%，pH 5.5，反应温度为 50 ℃，分别在 30、40、50、60、70 min的条件下提取紫苏蛋白质，分析不同反应时间对提取率和提取物纯度的影响，结果如图2所示。随着反应时间的延长，紫苏蛋白质提取率和纯度逐渐提高，当反应时间大于50 min后，提取率变化不明显，蛋白质纯度有所下降。分析原因可能是反应到50 min后，紫苏蛋白质大部分溶进溶液，继续增加时间对蛋白质提取率影响不大，而一些非蛋白质成分可能溶入溶液导致蛋白质纯度下降。

图2 反应时间对紫苏蛋白质提取的影响

2.1.3 温度对紫苏蛋白提取的影响

固定料液比为1∶12，纤维素酶质量分数3.0%，pH 5.5，反应时间60 min，分别在40、45、50、55、60 ℃条件下提取紫苏蛋白质，分析不同温度对提取率和提取物纯度的影响，结果如图3所示。随着反应温度的提高，紫苏蛋白质的提取率和纯度逐渐提高，但是当反应温度达到50℃以后，提取率和纯度反而下降。分析原因可能是当温度大于50℃后酶活下降，蛋白提取率和纯度有所下降。

图3 反应温度对紫苏蛋白质提取的影响

2.1.4 酶添加量对紫苏蛋白提取的影响

固定料液比为1∶12，pH 5.5，反应时间 60 min，反应温度为50℃，分别在酶质量分数为1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0% 条件下提取紫苏蛋白质，分析不同酶添加量对提取率和提取物纯度的影响，结果如图4所示。随着纤维素酶添加量的增加，紫苏蛋白质的提取率和纯度逐渐提高，当纤维素酶质量分数大于3.0%后，提取率和纯度变化均不明显。

图4 酶添加量对紫苏蛋白质提取的影响

2.2 正交试验

在单因素试验的基础上，设计正交试验因素水平表(表1)，正交试验结果及方差分析结果分别见表2和表3。以pH(A)、反应时间(B)、反应温度(C)、酶含量(D)4个单因素设计正交试验，正交试验结果见表1，方差分析见表2。

表1 正交试验因素水平表

表2 正交试验结果

表3 方差分析

正交试验结果及方差分析表明:纤维素酶法提取紫苏饼粕蛋白试验4个因素中，pH对蛋白质提取率影响最大，达到显著水平，反应时间、反应温度和酶含量在本试验设计梯度范围内影响均不显著。最佳的工艺组合为A2B2C2D1，由此确定最佳提取工艺条件为:pH 5.0、反应时间50 min、反应温度55℃，酶质量分数2.0%。采用优化后的最佳条件进行提取，紫苏蛋白质的提取率达到38.2%，纯度达到84.5%，得率最高可达到86.5%。

3 结论

采用单因素及正交试验结果表明，纤维素酶法提取紫苏饼粕蛋白最佳工艺条件为:pH5.0、反应时间50 min、反应温度55℃，纤维素酶质量分数3.0%。在此条件下对紫苏粕中的蛋白质进行最优化提取，蛋白质提取率达到38.2%，纯度达到84.5%，得率可达到86.5%，研究结果为紫苏饼粕蛋白质的大规模开发应用提供了理论依据。

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