葵花籽粕蛋白提取及分离纯化工艺优化研究

郗栋南 蒋浩源 魏国晨 黄桂林

摘要：本文通过开展试验分析，确定蛋白提取最佳工艺：碱液PH数值为12，浸提时间为30min，浸提温度为45℃，料液比为1：20。蛋白分离层纯化层析最佳条件为洗脱液流速为0.4mol/min，上样量为3mL。

关键词：分离纯化;提取;葵花籽粕蛋白

向日葵是我国主要油炸产业之一，从中提取葵花籽粕中的蛋白质，作为天然植物蛋白。由于提取物中混有其他杂质，为了提高蛋白纯度，采取分离纯化处理[1-2]。目前，我国提出离子交换层析法、电泳法等处理方法，对提取的蛋白进行纯化处理，为蛋白提纯研究奠定了基础[3]。本文将在以往研究基础上，对蛋白提取分离纯化工艺进行深入研究，通过开展试验分析，提出工艺优化策略[3]。

一、材料与仪器

试验材料：（1）葵花籽粕：采用自制法，对葵花籽粕采取脱绿原酸处理，测定灰分含量9.42%0.08%，水分4.65%0.15%，蛋白质21.88%0.56%;（2）阴离子交换填料：EDTA、NaHCO3、Na2HPO4、NaCl、NaOH、NaH2PO4、HCl、（NH4）2SO4;（3）国产分析纯。

试验仪器：（1）实验pH测试计，型号pHS-3C，该仪器由海虹益仪器仪表有限公司出产;（2）电子天平，型号AL-104，该仪器由梅特勒-托利多有限公司出产;（3）玻璃仪器气流烘干器，型号KQ-C，该仪器由巩义市英峪予华仪器厂出产;（4）恒温水浴锅，型号HH-S2，该仪器由巩义市英峪予华有限公司出产;（5）真空冷冻干燥设备，型号FZ102-SIM，该仪器由德国西门子公司出产;（6）恒温振荡器，型号THZ-82，该仪器由常州国华电器有限公司出产;（7）电热恒温鼓风干燥箱，型号DHG-9140A，该仪器由上海精宏实验设备有限公司出产;（8）数控超声波清洗器，型号KQ-400DE，该仪器由昆山市超声仪器有限公司出产。

二、葵花籽粕蛋白提取优化研究

1、蛋白提取工艺流程

关于蛋白的提取工艺：制备葵花籽粕试验材料对试验材料采取预处理将籽粕放入碱液中浸提对试验溶液采取离心处理，并取上层清液向溶液中加入酸，待沉淀水洗溶液，直至溶液达到中性迅速降温，将试验材料冷冻干扰形成纯度偏低的籽粕蛋白。

2、单因素试验及结果分析

本次单因数实验选取料液比、碱液、浸提时间、浸提温度4项因素作为研究指标，在保证其他试验条件不变情况开展单因素试验，分别对每一项单因素对蛋白提取影响进行测试分析，具体的单因素参数设置及测试结果如表1所示。

通过观察表1中的测试结果可知：（1）关于堿液影响：随着碱液PH值的增加，蛋白提取率逐渐增加，PH达到11时，提取率趋于稳定;（2）料液比影响：随着比例的增加，提取率逐渐提升，当比例超过15时，蛋白提取率呈现下降趋势;（3）浸提温度影响：随着温度的升高，蛋白提取率先增加后减小，拐点为45℃;（4）浸提时间影响：随着时间的增加，蛋白提取率逐渐增加，达到40min后趋于稳定。

3、正交优化试验及结果分析

依据单因素试验结果，选取料液比、碱液、浸提时间、浸提温度作为正交试验因素，研究指标为蛋白提取率，设计正交试验，得到相应极差计算结果：

料液比1：X（A）极差15.43、温度（B）极差2.06，时间（C）极差6.62，碱液PH（D）21.04，因素顺序D>A>C>B，最优组合A3B1C1D3。

因此，对蛋白提取造成影响最大的是碱液PH，其次为料液比、浸提时间，影响最小的是浸提时间，最优组合为A3B1C1D3，此组合具体条件为碱液PH数值为12，浸提时间为30min，浸提温度为45℃，料液比为1：20。经过计算可知，蛋白提取率为61.03%，对应的标准差值为0.23%，满足蛋白提取工艺优化需求。

三、葵花籽粕蛋白分离纯化优化研究

1、样品预处理

利用仪器量取上述试验制备的葵花籽粕蛋白，配置20g/L蛋白溶液，作业样品溶液。

2、柱层析条件

利用浓度为1.0mol/L的（NH4）2SO4溶液洗脱溶液离子。先用纯净水对溶液进行预处理，而后利用（NH4）2SO4溶液再次清洗。关于洗脱液流速和上样量的条件设置将在结果分析中介绍。

3、分析测定

蛋白提取率（%）=（葵花籽粕蛋白质量/X）×100，其中X=蛋白含量×葵花籽粕质量

4、试验结果分析

按照上述试验条件部署方案，制定5组试验，洗脱流速、上样量依次为：（1）0.3mL/min、3 m L;（2）0.4mL/min、3 m L;（3）0.5mL/min、3 m L;（4）0.4mL/min、1 m L;（5）0.3mL/min、5 m L，试验结果如图1所示。

依据峰值、填料平面变化控制要求，综合对比表4中的测试结果可知，分离层纯化层析最佳条件为洗脱液流速为0.4mol/min，上样量为3mL。

总结

本文围绕葵花籽粕蛋白提取工艺优化问题和分离纯化工艺优化问题展开研究，关于蛋白提取工艺优化研究，设置单因素试验和正交优化试验;关于蛋白分离纯化研究，通过调节洗脱流速、上样量参数值，得出最佳工艺条件。

参考文献

[1]马武生，孙长花，张占军，等.响应面法优化可溶性花生粕蛋白提取工艺[J].食品研究与开发，2017，38（21）：39-45.

[2]张崟，熊伟，郭思亚，等.发酵菌融合蛋白中鲜味八肽的分离纯化工艺优化[J].中国调味品， 2018（1）：26-29.

[3]严国，梅光明，顾捷，等.口虾蛄金属硫蛋白提取工艺的优化[J].食品与发酵工业， 2019（15）：108-114.

作者简介：

郗栋南（1999.03-），女，汉族，陕西西安人，本科，单位：常熟理工学院，研究方向：生物工程