甜荞麦麸皮蛋白质提取工艺研究

杨芙莲， 赵丽娜

(陕西科技大学 生命科学与工程学院， 陕西 西安　710021)



甜荞麦麸皮蛋白质提取工艺研究

杨芙莲， 赵丽娜

(陕西科技大学 生命科学与工程学院， 陕西 西安710021)

摘要：以甜荞麦麸皮为原料，分别以碱法和盐法提取蛋白质.通过单因素实验和正交试验， 探讨了不同因素对蛋白质提取率的影响，确定了最佳提取参数.结果表明，碱法和盐法提取蛋白质的等电点分别为3.8和4.2.碱法提取蛋白质的最优条件为：pH 10.5，料液比1∶25，温度45 ℃，时间4 h，在此条件下提取率高达70.5%.盐法提取蛋白质的最优条件为:pH 7.8,NaCl浓度0.3 mol/L，料液比1∶20，温度45 ℃，时间1.5 h，此条件下的提取率高达57.3%.

关键词：甜荞麦皮粉； 蛋白质； 碱法； 盐法； 提取

0引言

荞麦属于寥科,荞麦属.有两个栽培种.一个是甜荞，另一个是苦荞[1].荞麦是一种医食同源的食物，具有很高的营养、药用及保健价值.俄罗斯是世界最大的荞麦生产国, 中国次之[2].我国荞麦资源丰富，产区主要分布在内蒙古、陕西、甘肃、宁夏、山西、四川、重庆、云南等地，总产量约为90万吨[3].但在加工中荞麦麸皮通常被作为饲料使用, 或被丢弃,甜荞麦皮粉中含有大量蛋白质[4]，荞麦蛋白人体必需氨基酸齐全, 且配比合理, 是一种全价蛋白, 具有较高的营养价值[5，6].若能从中提取出蛋白质，不仅可以提高荞麦利用率，而且可以扩大蛋白质来源.植物蛋白的提取方法主要有水溶液提取法[7，8]、碱液浸提法[9，10]、有机溶剂提取法[11]等.碱液浸提法因其简单易行，分离快速，所获产品质量稳定而被广泛应用[12],盐溶法是提取盐溶蛋白通常采用的方法[13,14].本实验用碱法和盐法提取蛋白质，并得出最优工艺，为甜荞麦麸皮综合利用提供了参考依据.

1材料与方法

1.1材料与试剂

甜荞麦麸皮，采自陕北榆林；氢氧化钠、氯化钠、盐酸、磷酸等均为分析纯.

1.2仪器与设备

标准分样筛，上虞市金鼎标准筛具厂；BS323S型电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；SC-3610低速离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司；PB-10酸度计，北京赛多利斯仪器系统有限公司； 101-1AB 电热鼓风干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司.722型光栅分光光度计, 上海精科; DK-98-1型电热恒温水浴锅, 天津泰斯特仪器有限公司.

1.3标准曲线的制作

将0.100 0 g G-250溶解在50 mL 95%的乙醇中，然后加入85%的磷酸，搅拌均匀，溶解充分后，定容至1 000 mL,过滤后冷藏保存以备用.另取0.010 0 g牛血清白蛋白溶于蒸馏水，并定容至100 mL,配置成0.100 0 mg/mL的标准溶液，冷藏保存. 按照下表配成不同浓度的反应液.室温下静置10 min，在595 nm波长下测比色值，以0号为对照，以蛋白质的质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标做标准曲线.

表1　反应液的制备

1.4实验方法

蛋白的制备工艺为:去除面粉的麸皮→粉碎→麸皮过筛(60目)→称量→提取→离心→去沉淀→调pH至等电点→离心→洗涤→干燥→麸皮蛋白质.

1.4.1碱法提取单因素实验

(1)pH值的选择

分别选择pH为8、8.5、9、9.5、10、10.5，在料液比1∶30,40 ℃条件下提取3.5 h,计算蛋白质的提取率.

(2)料液比的选择

分别选择料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35六个水平，在温度40 ℃，pH 10.5，提取3.5 h进行研究，计算蛋白质的提取率.

(3)提取时间的选择

分别选择时间为2.5 h、3 h、 3.5 h、4 h、4.5 h、5 h，在温度40 ℃，pH 10.5，料液比1∶30条件下提取，计算提取率.

(4)提取温度的选择

分别选择在 30 ℃、35 ℃、40 ℃ 、45 ℃ 、50 ℃、55 ℃六个水平条件下，以料液比1∶30，pH 10.5，提取3.5 h，计算蛋白质的提取率.

1.4.2盐法提取的选择

(1)NaCl浓度对提取率的影响

分别选择浓度为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 mol/L，在pH 8，料液比1∶30,40 ℃条件下提取2 h,计算蛋白质的提取率.

(2) pH值的选择

分别选择pH值为7.2、7.5、7.8、8.1、8.4、8.7，在pH 8， NaCl浓度0.4 mol/L,料液比1∶30,40 ℃条件下提取1 h,计算蛋白质的提取率.

(3)料液比的选择

分别选择料液比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35六个水平，在NaCl浓度0.4 mol/L,pH 8，温度40 ℃，提取2 h进行研究，计算蛋白质的提取率.

(4)提取时间的选择

分别选择时间为0.5 h、1 h、 1.5 h、2 h、2.5 h、3 h，在温度40 ℃，在NaCl浓度0.4 mol/L,pH 8，料液比1∶30条件下提取，计算提取率.

(5)提取温度的选择

分别选择在25 ℃、30 ℃ 、35 ℃ 、40 ℃、45 ℃、50 ℃六个水平条件下，以NaCl浓度0.4 mol/L,料液比1∶30，在pH 8，提取1 h，计算蛋白质的提取率.

1.4.3蛋白质含量测定

以考马斯亮蓝法测定提取液的蛋白质含量，以牛血清蛋白为标准.

蛋白提取率=[(提取液蛋白质含量×提取液体积 )/(麸皮的蛋白质含量×麸皮取样量)]×100%.

2结果与讨论

2.1标准曲线绘制

图1为蛋白质标准曲线示意图，经计算得到校准曲线的回归方程为：Y=0.006 8+0.003，R2=0.999 1.

图1　蛋白质标准曲线示意图

2.2碱法提取单因素实验

2.2.1pH值对提取率的影响

图2为pH值对提取率的影响,由图2可知，随着pH增大，提取率逐渐升高，但是pH大于11时，会产生有毒物质，所以pH较优为10.5.

图2　pH对蛋白质提取率的影响

2.2.2料液比对提取率的影响

图3为料液比对蛋白质提取率的影响， 由图3可知，在料液比为1∶10至1∶20时，提取率明显升高，但是之后提取率增幅不大，所以考虑到工业成本，选取1∶20,1∶25,1∶30做正交试验.

图3　料液比对蛋白质提取率的影响

2.2.3时间对提取率的影响

图4为提取时间对蛋白质提取率的影响，由图4可知，在4小时之前随着时间延长，提取率升高，但是4小时之后，提取率逐渐下降，由于长时间的高温、强碱作用会使蛋白质氢键断裂、空间结构遭到破坏、疏水基团暴，溶解度降低[15]，所以最佳提取时间为4 h.

图4　提取时间对蛋白质提取率的影响

2.2.4温度对提取率的影响

图5为温度对蛋白质提取率的影响,由图5可知，45 ℃之前，提取率随着温度的升高而提高，45 ℃之后逐渐下降，所以碱法提取蛋白质适宜温度为45 ℃.

图5　提取温度对蛋白质提取率的影响

2.3盐法提取单因素实验

2.3.1NaCl浓度对提取率的影响

图6为NaCl浓度对提取率的影响,由图6可知，NaCl浓度在0.3 mol/L之前是随着盐的浓度升高而升高的，之后就开始逐渐降低，因此最优浓度为0.3 mol/L.

图6　NaCl浓度对蛋白质提取率的影响

2.3.2pH值对提取率的影响

图7为pH值对提取率的影响,由图7可知，在pH 7.8时，提取率达到最大，pH 7.8之后提取率趋于平稳，因此pH 7.8为最佳.

图7　pH对蛋白质提取率的影响

2.3.3料液比对提取率的影响

图8为料液比对提取率的影响,由图8可知，提取率1∶20前开始逐渐升高,之后虽有升高，但幅度很小，考虑到实际操作中方便、节约能源，选1∶20为最优.

图8　料液比对蛋白质提取率的影响

2.3.4提取时间对提取率的影响

由图9可知，盐法提取蛋白质提取时间在1.5小时为最优.

图9　提取时间对蛋白质提取率的影响

2.3.5提取温度对提取率的影响

由图10可知，提取率在45 ℃时提取率为最高，之后逐渐降低.

图10　提取温度对蛋白质提取率的影响

2.4正交试验

碱法选择pH 、料液比、提取时间、提取温度四个因素，盐法选择NaCl浓度、料液比、提取时间和提取温度四个因素，以蛋白质的提取率为指标，采用L9(34)正交试验设计对甜荞麦麸皮中制备蛋白质的最佳提取工艺进行研究.碱法和盐法正交试验水平表分别如表2和表3所示.

表2　碱法正交试验因素水平表

表3　盐法正交试验因素水平表

2.5碱法和盐法正交试验结果分析

碱法和盐法正交试验结果分析如表4和表6所示，方差分析如表5和表7所示.

表4　碱法提取正交试验设计及结果

表5　碱法提取正交试验方差分析

表6　盐法提取正交试验设计和结果

表7　盐法提取正交试验方差分析

由表4可知，碱法提取率的影响程度为A>B>C>D,最佳组合水平为A3B2C2D2.由表6中k值可知盐法提取率的影响程度为A>C>D>B,最佳组合为A1B1C2D2.

2.6验证实验

根据最佳工艺，利用两种方法分别对甜荞麦麸皮蛋白质进行提取，碱法提取蛋白质高达70.5%.盐法提取率高达57.3%.

3结论

本实验分别用碱溶法和盐溶法从甜荞麦麸皮中提取蛋白质，碱法和盐法各因素影响蛋白质提取率的主次关系为pH>料液比>提取时间>提取温度,NaCl浓度>提取时间>提取温度>料液比.碱法提取得到最佳工艺为pH 10.5，料液比1∶25，提取时间4 h，温度45 ℃,提取率高达70.5%.盐法提取的到最佳工艺为pH 7.8，NaCl浓度为0.3 mol/L,料液比为1∶20，温度45 ℃,提取时间1.5 h，提取率高达57.3%.本实验为甜荞麦麸皮的综合利用提供了参考.

参考文献

[1] 郭铁筝， 潘国卿， 杨永生,等.内蒙古荞麦及荞麦制品生产、加工、出口状况浅析[J].内蒙古农业科技,2012,15(4):31-32.

[2] Bernadetta,Krkosˇkova′,Zuzana,et al.Prophylactic components of buckwheat[J].Food Research International,2005,38:561-568.

[3] 王红育,李颖.荞麦的研究现状及应用前景[J].食品科学,2004,25(10):388-391.

[4] 杨芙莲，郭翠翠.甜荞麦皮粉膳食纤维的制备及其物化特性研究[J].现代食品科技,2013,29(3):539-542.

[5] 陶健，毛立新,杨小姣,等.荞麦蛋白的功能特性研究[J].中国粮油学报,2005,20(5):47-56.

[6] 米宏伟,唐传核,杨晓泉,等.超声波协助提取荞麦蛋白的研究[J].食品工业，2005(4)：38-40.

[7] 杨颖，徐代勋，曲勃，等.梅花鹿鹿茸总蛋白的提取方法比较[J].特产研究,2011(2):11-12.

[8] 杨波，杨光，秦娴.超声波和微波对花生粕水溶蛋白浸出率影响[J].应用化工,2012,41(6):980-983.

[9] 吕聪,蒋伟哲,施晓霞,等.猫豆渣蛋白质提取工艺的初步研究[J].中药方剂,2011,34(1):59-61.

[10] 郭荣荣，潘思轶，王可兴.碱法与酶法提取大米蛋白工艺及功能特性比较研究[J].食品科学,2005,26(3):173-176.

[11] 高芳.雪莲组织中蛋白质提取方法比较[J].中国实验方剂学杂志,2013,19(15):32-34.

[12] 朱振宝,易建华.碱溶酸沉法提取甜荞麦蛋白及其氨基酸分析[J].食品科技,2009,34(8):193-197.

[13] 吴晓红,王振宇,郑月明,等.松仁中岩溶蛋白的提取工艺研究[J].食品工业科技,2009,30(10):259-261.

[14] 吴晓红,郑月明,付兆龙,等.两种提取红松种子蛋白质的工艺方法比较研究[J].中国林副特产,2009(4):1-4.

[15] 潘牧.姜绍通脱皮冷榨菜籽粕中菜籽蛋白的制备及其性质的研究[D].合肥:合肥工业大学,2009.

Extraction technology of protein from buckwheat brans

YANG Fu-lian， ZHAO Li-na

(College of Life Science and Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)

Abstract:Protein was extracted from buckwheat bran by alkaline hydroiysis and salt solvent method.The effects of influence factors were discussed and the parameters were optimized by single-factor test and orthogonal designed experiments.The results show: the protein isoelectric point (PI) in alkaline solution and salt solution is respectively 3.8 and 4.2.The optimal extraction parameters of alkaline hydroiysis were:pH 10.5,solid liquid ratio 1∶25, extraction temperature 45 ℃,extraction time 4 h,the protein yield under the optimum condition is 70.5%.The optimal extraction parameters of salt solvent method were:pH 7.8,NaCl concentration 0.3 mol/L,solid liquid ratio 1∶20, extraction temperature 45 ℃,extraction time 1.5 h, the protein yield under the optimum condition is 57.30%.

Key words:buckwheat bran； protein； alkaline hydrolysis； salt solvent method； extraction

中图分类号：O629.73

文献标志码：A

文章编号：1000-5811(2015)01-0126-05

作者简介:杨芙莲(1965-)，女，陕西延安人，教授，研究方向：食品加工与功能性食品开发

基金项目：榆林市科技产业化项目(2011)

收稿日期:*2014-09-23