堿溶酸沉法提取桑椹籽蛋白質的工藝優化

徐建國胡青平王迎籽田呈瑞羅季陽

(山西師范大學食品科學與工程系1,臨汾 041004)

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院2,西安 710062)

堿溶酸沉法提取桑椹籽蛋白質的工藝優化

徐建國1胡青平1王迎籽1田呈瑞2羅季陽2

(山西師范大學食品科學與工程系1,臨汾 041004)

(陜西師范大學食品工程與營養科學學院2,西安 710062)

采用單因素試驗、正交試驗、方差分析和多重比較方法,研究了不同因素對桑椹籽蛋白質提取的影響,確定了堿溶酸沉法提取桑椹籽蛋白質的最佳工藝參數。結果表明,桑椹籽中蛋白質的等電點 (p I)為4.3;影響桑椹籽蛋白質得率的主次因素依次為料液比(g/mL)、提取時間、NaOH溶液濃度及提取溫度;堿溶酸沉法提取桑椹籽蛋白質的最佳工藝參數為:NaOH溶液濃度 0.14 mol/L,料液比 1∶30,提取溫度 40℃,提取時間 2.0 h。在此條件下,桑椹籽中蛋白質的提取率可達 25.37%。

桑椹 蛋白質 堿溶酸沉 優化

桑椹 (Mulberry)俗稱桑棗、桑果、桑實、桑子,為桑科桑屬植物桑(M orus albaL.)的成熟聚花果,全國大部分地區均產,主產江蘇、浙江、湖南、四川、湖北等地。桑椹營養成分豐富,具有滋陰養血、安魂鎮神等功效[1-3],是我國第一批公布的“既是食品又是藥品”品種之一[4]。其種子中也含有大量的脂肪、蛋白質等營養成分[5-6]。因此,桑椹在食品和藥品上的應用較為廣泛。

目前,在食品工業中,桑椹主要用于榨汁,制作各種桑椹飲料,而榨汁后的桑椹籽被白白廢棄,不但浪費資源,而且造成了環境污染。因此,研究桑椹籽中蛋白質的提取工藝,可為桑椹資源的綜合開發和利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試劑

桑椹籽由陜西安康桑椹榨汁廠提供,50℃干燥,粉碎 40目備用;牛血清蛋白:國藥集團化學試劑有限公司;考馬斯亮藍 G-250:天津市科密歐化學試劑開發中心其他化學試劑均為分析純或化學純。

1.2 主要儀器與設備

VAP10全自動凱氏定氮儀:德國 Gerhardt公司; 3110型紫外分光光度計:日本日立公司;旋轉蒸發器RE-52AA:上海亞榮生化儀器廠;TSHZ-2A臺式水浴恒溫振蕩器:上海躍進醫療器械廠。

1.3 試驗方法

1.3.1 蛋白質提取的工藝流程[7]

桑椹籽→研磨→加石油醚脫脂→濾渣→自然風干→加堿浸提→過濾、離心→蛋白質提取液→酸沉→沉淀水洗、中和→干燥→粗蛋白質

1.3.2 主要成分分析及蛋白質含量的測定

水分、總灰分、粗脂肪、膳食纖維及碳水化合物的測定采用國標方法測定;桑椹籽中總蛋白質含量的測定采用凱氏定氮儀測定;桑椹籽中蛋白質提取過程中蛋白質測定采用考馬斯亮藍染色法[8],以牛血清蛋白為對照品,建立回歸方程。求得回歸方程為

y=74.61x+1.05,R2=0.993 3

式中:y為蛋白質質量/μg;x表示吸光度值。

桑椹籽中蛋白質的提取率 =蛋白質提取量/蛋白質總量 ×100%

1.3.3 桑椹籽中蛋白質等電點的測定

桑椹籽蛋白質等電點采用比色法測定[9-10]。測定的桑椹籽中蛋白質的等電點為 4.3。

1.3.4 桑椹籽中蛋白質提取的單因素試驗

稱取適量的桑椹籽渣置于錐形瓶中,加入堿液,密封浸提。浸提完畢后抽濾,收集濾液。以堿液作空白,在波長 595 nm處測定提取液的吸光度值。重復三次取其平均值并記錄結果,計算蛋白質含量。規定堿液濃度、料液比、提取時間及提取溫度,分別研究各提取條件對桑椹籽中蛋白質提取率的影響。

1.3.5 桑椹籽中蛋白質提取的正交試驗

根據單因素的試驗結果,選取 L16(45)正交表進行正交試驗,并進行極差分析、方差分析和多重比較確定最佳浸提條件。

1.4 分析方法

利用統計分析軟件 DPS v3.01專業版進行試驗設計,并對試驗結果進行分析。

2 結果與分析

2.1 桑椹籽原料的主要成分

經測定,桑椹籽的主要成分為水分 4.0%、粗蛋白 28.7%、粗脂肪 31.4%、膳食纖維 25.6%、碳水化合物 6.4%、灰分3.8%。

2.2 桑椹籽蛋白質提取的單因素試驗結果

2.2.1 NaOH濃度對蛋白質提取率的影響

NaOH濃度對桑椹籽中蛋白質提取率的影響結果見圖 1。由圖 1可知,NaOH濃度對桑椹籽中蛋白質提取率的影響較為明顯,隨著NaOH濃度的增加,蛋白質提取率增加。當 NaOH濃度達到 0.16 mol/L時,桑椹籽蛋白質提取率達 17.87%;濃度增加為 0. 18 mol/L時,提取率為 18.12%;此后再增加 NaOH濃度,蛋白質提取量呈下降趨勢。因此,NaOH濃度宜在 0.16～0.18 mol/L之間。

圖1 堿液濃度對提取率的影響

2.2.2 料液比對蛋白質提取率的影響

料液比對桑椹籽中蛋白質提取率的影響結果見圖 2。由圖 2可知,料液比對蛋白質的提取率的影響較為明顯,隨料液比的增加而提高。高的料液比可降低體系的黏度,增大濃度梯度,加快傳質過程,因而提取率高;但料液比過高,蛋白質提取率并沒有明顯增加,反而增加了后處理的負擔,因此初步確定料液比為 1∶30。

圖2 料液比對提取率的影響

2.2.3 提取時間對蛋白質提取率的影響

不同提取時間對桑椹籽中蛋白質提取率的影響結果見圖 3。由圖 3可知,隨著提取時間的延長,桑椹籽中蛋白質提取率提高較快,當提取時間為 2.0 h時,蛋白質提取率基本達到最高,此后再延長提取時間,蛋白質提取率并沒有明顯提高。從縮短生產周期考慮,初步確定提取時間 2.0 h。

圖3 提取時間對提取率的影響

2.2.4 提取溫度對蛋白質提取率的影響

提取溫度對桑椹籽中蛋白質提取率的影響結果見圖 4。由圖 4可知,隨著溫度的升高,蛋白質提取率緩慢增加。當提取溫度為 60℃時,蛋白質提取率最高為 19.27%,當提取溫度高于 60℃時,蛋白質提取率明顯降低,原因可能是高溫導致蛋白質變性。因此初步確定提取溫度為 60℃。

圖4 提取溫度對提取率的影響

2.3 堿溶法提取桑椹籽蛋白質的正交試驗

2.3.1 正交試驗結果

根據單因素的試驗結果,選取 L16(45)正交表進行正交試驗。試驗結果見表 1。

表 1的結果表明,各因素對桑椹籽中蛋白質提取率的影響程度依次為B>C>A>D,即依次為料液比、提取時間、NaOH濃度、提取溫度。綜合各因素的k值和直接比較,A3B3C3D2為最佳提取條件。

表1 正交試驗結果

2.3.2 正交試驗方差分析和多重比較結果

由表 2可知,因素B、C有顯著性差異,說明料液比和提取時間對桑椹籽中蛋白質的提取率有很大的影響;因素A、D均無顯著性差異,說明NaOH濃度、提取溫度在正交設計的四水平內對蛋白質的提取率無顯著性影響。為了進一步考察顯著因素不同水平間的差異,采用新復極差法分別對因素 B、C進行多重比較,多重比較用 SSR及LSR值見表 3,比較結果見表 4。由表 4可知,B3水平和 C3水平為顯著水平,因此因素B、C的水平只能選擇B3和 C3水平,因素A、D因無顯著性差異,其水平可根據實際情況進行選擇。從經濟角度考慮,選擇 A1、D1較為合適。因此,最后確定提取桑椹籽中蛋白質的最佳工藝參數為A1B3C3D1,即采用 0.14 mol/LNaOH溶液、料液比 1∶30、40℃條件下提取 2.0 h,即可達到最佳提取效果,在此條件下重復提取桑椹籽蛋白質 3次,測得平均提取率為 25.37%。

表2 正交試驗方差分析結果

表3 多重比較用 SSR及LSR值

表4 B、C因素各水平均值多重比較結果

2.4 桑椹籽蛋白的主要成分

桑椹籽脫脂后,經堿溶酸沉、真空凍干后可獲得桑椹籽蛋白,經測定其主要成分為:水分 6.8%、粗蛋白 79.2%、粗脂肪 3.9%、膳食纖維 2.3%、碳水化合物2.5%、灰分 5.2%。

3 結論

3.1 堿溶酸沉法提取的桑椹籽蛋白質的等電點為4.3,即 p I=4.3。

3.2 堿溶酸沉法提取工藝中,影響桑椹籽中蛋白質提取率的因素影響程度由大到小依次為料液比、提取時間、NaOH溶液濃度、提取溫度,其中料液比和提取時間對桑椹籽蛋白質提取率的影響顯著,NaOH溶液濃度和提取溫度對桑椹籽蛋白質提取率的影響不顯著。

3.3 堿溶酸沉法提取桑椹籽中蛋白質的最佳工藝參數為提取劑為 0.14 mol/L NaOH溶液、料液比1∶30,在 40℃條件下提取時間 2.0 h。在此條件下,桑椹籽中蛋白質的提取率可達 25.37%。

[1]肖更生,徐玉絹,劉學銘,等.桑椹的營養、保健功能及其加工利用[J].中藥材,2001,24(1):70-72

[2]楊海霞,朱祥瑞,房澤民.桑椹的藥用價值與開發利用[J].蠶桑通報.2003.34(3):5-8

[3]李以軍,潘洪平,王風.桑椹的藥理研究和臨床應用[J].時珍國藥研究,1993,5(2):43-44

[4]鄭建仙主編,功能性食品:第二卷[M].北京:中國輕工業出版社,1999:65-66

[5]張志偉,楊中平,岳田利,等.桑椹籽制油及綜合開發利用[J],糧油加工與食品機械,2005(12):51-53

[6]楊小蘭,周紀侃,馬文麗.桑椹籽與籽油的營養成分及理化特性的研究[J].中國糧油學報,1998,13(4):43-45

[7]李加興,孫金玉,陳雙平,等.獼猴桃籽粕蛋白提取工藝研究[J].中國食品學報,2006,6(6):14-18

[8]徐明生,上官新晨,吳少福,等.籽粒莧蛋白質的提取研究[J].農業工程學報,2003,20(1):43-45

[9]董加寶,張長貴,王禎旭.食用菜籽蛋白研究及應用[J].糧食與油脂,2005,(12):11-13

[10]李鳳英,權英.堿溶法提取葡萄籽中蛋白質的工藝[J].河北職業技術師范學院學報,2003,17(3):26-28.

Optimization Extracting Technology of Protein inMulberry Seeds byAlkaliSolution And AcidIsolation

Xu Jianguo1Hu Qingping1Wang Yingzi1Tian Chengrui2Luo Jiyang2
(Departerment of Food Science and Engineering,ShanxiNormalUniversity1,Linfen 041004)
(College of Food Engineering and Nutritional Science,ShaanxiNo rmalUniversity2,Xi′an 710062)

For opti mizing the conditions for extracting protein in mulberry seedswith alkali-solution and acid -isolation,single factor tests,orthogonal experimental design,variance analyse and multiple comparison were applied to study the effects of different factors and optimize the parameters.Results:The p Iof the protein in mulberry seeds is 4.3.The four affecting factors for protein yield rank from strong to weak as material/solvent ratio(g/ml),extraction time,NaOH concentration,and extraction temperature.The determined optimal extraction conditions are NaOH con2 centration 0.14 mol/L,material/solvent ratio 1∶30,extracting time 2.0 h and extraction temperature 40℃.The yield of protein under the opti mal conditions is 25.37%

mulberry seeds,protein,alkali solution and acid isolation,optimization

TS202.1 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)06-0098-04

教育部重點項目 (00118),山西師范大學自然基金項目(YZ08020)

2009-06-30

徐建國,男,1971年出生,副教授,食品科學