反膠束溶液萃取杏仁蛋白前萃工藝的研究

郭紅珍

(廊坊師范學院生命科學學院,廊坊 065000)

反膠束溶液萃取杏仁蛋白前萃工藝的研究

郭紅珍

(廊坊師范學院生命科學學院,廊坊 065000)

對AOT/異辛烷反膠束溶液萃取杏仁蛋白的前萃工藝進行了研究。試驗以 AOT/異辛烷為反膠束溶液體系,以蛋白質萃取率為指標,分別對溶液的 pH值、W0值、萃取時間和萃取溫度進行了單因素試驗以及四因素三水平的正交試驗,以確定杏仁蛋白前萃的最佳工藝。正交試驗結果方差分析表明,在各因素中,W0值對蛋白質提取率影響達到顯著水平,其他三因素未達到顯著水平,確定的最佳工藝條件為:W0值為 40,溶液pH值 7.0,前萃溫度 25℃,前萃時間 90 min。

反膠束 杏仁蛋白 萃取

杏仁是杏果的干燥種子[1],杏仁蛋白是一種優質的植物蛋白,含有人體需要的 18種氨基酸,可作為一種蛋白質營養強化劑和添加劑,緩解蛋白質資源的缺乏[2]。傳統的提油工藝有壓榨法和浸出法,提油后含蛋白質高的餅粕基本上被用于動物的飼料,而且蛋白質的變性程度比較嚴重,造成了資源極大浪費,限制了蛋白質的深加工和再利用[3]。因此,探究一種更優越的從堅果中同時提取優質的植物油脂和植物蛋白具有重要的現實意義。

近些年,國內外許多學者利用反膠束法分離堅果的蛋白和油脂取得了初步的成功。將表面活性劑溶在非極性有機溶劑中形成聚集體,這種聚集體稱為反膠束。表面活性劑分子由親水基 (極性頭)和疏水基 (非極性尾)兩部分組成。反膠束中,表面活性劑的疏水基向外與非極性有機溶劑接觸,而親水基向內形成一個極性核,此極性核具有增溶水的能力,極性核增溶水后形成“水池”,當反膠束溶液與蛋白質水溶液或固體接觸后,蛋白質可溶于此水池稱為前萃。由于周圍水層和極性頭的保護,蛋白質失活或變性程度很小[4]。

本文利用二 -(2-乙基己基)琥珀酸酯磺酸鈉(AOT)/異辛烷反膠束體系萃取杏仁中的蛋白質。考察影響蛋白質前萃的因素,得出優選前萃工藝的條件。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

杏仁:市售。

KXL-1010型控溫消煮爐、KDY-9820型凱式定氮儀:北京通潤源機電技術有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 原料 (杏仁)中蛋白質和水分含量的測定

蛋白質含量測定[5]:GB 5511—1985;水分含量的測定[5]:GB 5497—1985。

1.2.2 杏仁粉的制備[6]

原料杏仁→浸泡→脫皮→干燥→粉碎→過篩→杏仁粉 (40目)

1.2.3 反膠束溶液的配制[7]

稱取一定量的 AOT于 100 mL的錐形瓶中,按照濃度要求 AOT(如 0.04 g/mL)加入一定體積的異辛烷,磁力攪拌使 AOT完全溶解,溶液透明后,加入含有 KCl(0.1 mol/L)的 KH2PO4-Na2HPO4緩沖溶液(用于調節 pH值),搖床振蕩 2 h(180 r/min),以3 000 r/min離心 20 min,若透明則為反膠束溶液,反之則不是。

在反膠束溶液中增溶水和表面活性劑的物質的量比可用參數W0(W0=反膠束溶液中水的濃度 /反膠束溶液中表面活性劑的濃度)表示。

1.2.4 杏仁蛋白質的萃取[7]

將準確稱量的 1.0左右的杏仁粉 (40目)加入上述配好的反膠束溶液中,將錐型瓶置于恒溫振蕩器中振蕩 (振蕩速度 180 r/min),振蕩一定時間 (如90 min),然后在 3 000 r/min的轉速下離心 10 min。取上清液加入 KCl溶液,置于恒溫振蕩器中震蕩,然后在 3 000 r/min的轉速下離心 30 min,上層為油層,下層為蛋白質,可通過真空冷凍濃縮得到蛋白粉。

1.2.5 蛋白質前萃率的計算

前萃率 =反膠束溶液蛋白含量 /樣品中蛋白含量×100%

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 W0對蛋白質前萃率的影響

W0值對蛋白質前萃的影響見圖 1。W0在 20～40之間時蛋白質前萃率逐漸增加,W0值取 40時杏仁蛋白前萃率最高達到 56.75%。W0大于 40后,蛋白質前萃率反而下降。這是由于W0大于 40后反膠束體系出現增溶水相對較難,萃取結束后以離心法分離時,離心管底部出現較多體積的水相情況,不利于萃取的進行,降低了杏仁蛋白的前萃率。故W0選擇 40更為合適。

圖 1 不同W0值對蛋白前萃率(%)的影響

2.1.2 增溶水 pH對蛋白質前萃率的影響

pH值與蛋白前萃率的關系如圖 2所示。由圖 2可知,在試驗范圍內,杏仁蛋白前萃率隨 pH值的增加而增大。當 pH取 8.0時蛋白前萃率達到最大值43.86%。這是由于蛋白質在不同 pH值下溶解度不同。pH值較小時,因為在杏仁蛋白質等電點附近,所以溶解度較小萃取率較低。但試驗中 pH值在 7～8時蛋白質萃取率較高。傳統的蛋白萃取模型無法解釋,其原因有待進一步討論。傳統反膠束萃取蛋白機理認為[8],蛋白進入“水池”是由于蛋白質分子表面電荷與表面活性劑分子極性頭所帶電荷相反。由于相反電荷相互吸引使蛋白增溶,AOT是陰離子表面活性劑,本身帶有大量的負電荷。當溶液 pH呈堿性時,蛋白質分子帶負電荷,萃取率增大顯然不是由于離子電荷作用。對這種現象的解釋,一些研究認為蛋白質的增溶與疏水相互作用及親合作用有關[9]。

圖 2 pH值對蛋白前萃率的影響

2.1.3 時間對蛋白前萃率的影響

時間與蛋白前萃的關系如圖 3所示,由圖 3可知,在 1.5 h時,蛋白前萃率已經達到 50%,隨后蛋白前萃率基本不變,在 1.5 h左右達到平衡。這是由于隨著萃取過程的進行,原料中蛋白含量逐漸減少,蛋白質向原料表面遷移的速率也逐漸減小,而反膠束的極性核內的蛋白質濃度逐漸增加[10],導致蛋白質的傳質速度下降,萃取率增加緩慢。

圖 3 萃取時間對前萃率的影響

2.1.4 溫度對蛋白前萃率的影響

圖 4 萃取溫度對蛋白前萃率的影響

溫度與蛋白前萃率的關系如圖 4所示,溫度在25～45℃時,隨著溫度升高蛋白質前萃率變化不大。當溫度到達 40℃蛋白前萃率達到最大 52.54%,當溫度上升到 50℃杏仁蛋白前萃率降低到 16.86%。這說明在一定溫度范圍內反膠束體系很穩定,蛋白前萃率隨溫度變化不明顯,而當溫度高于 45℃時,由于高溫導致反膠束體系穩定性降低,蛋白質萃取率也很快下降。

2.2 正交試驗結果與分析

在單因素試驗的基礎上,選取 W0值、pH值、前萃溫度、前萃時間作為影響因素。以蛋白前萃率為檢測指標,采用四因素三水平的正交試驗,試驗結果的極差分析和方差分析見表 1、表 2。

表 1 前萃正交試驗結果

表 2 前萃正交試驗結果方差分析

由正交試驗結果的直觀分析可知,各因素對蛋白前萃率的影響大小次序為W0值 >pH值 >萃取溫度 >萃取時間。即反映反膠束大小的參數W0值對蛋白前萃率的影響最大,“水池”大小對蛋白質分子能否增溶關系重大。試驗最優工藝條件為A3B2C3D3,由于在正交試驗中沒有 A3B2C3D3,故需進一步做驗證試驗,考慮到實際生產中的能耗及生產成本等問題[11],在進行驗證試驗時同時進行 A3B2C1D2,經驗證試驗前萃率為 69.64%。最后確定前萃最優工藝條件為 A3B2C1D2,即取 W0值 40,pH值 7.0,前萃溫度 25℃,前萃時間 90 min。正交試驗方差分析中也驗證了W0值的影響達到了顯著水平,而 pH值、萃取溫度、萃取時間對杏仁蛋白質前萃影響較小。

3 結論

以AOT/異辛烷反膠束溶液萃取杏仁粉中的蛋白質是可行的,蛋白前萃率受W0值、pH值、溫度和時間等因素的影響。在正交試驗各因素水平下,W0值對蛋白質前萃率的影響達到最顯著,達到顯著水平 (P﹤0.05),其次是 pH值,最優組合為 A3B2C1D3,而結合實際最佳前萃條件為:取 W0值 40,pH值 7.0,前萃溫度25℃,前萃時間 90 min。

[1]王宇霖.落葉果樹種類學[M].北京:農業出版社,1984

[2]張加延.中國李杏資源及開發利用 [M].北京:中國林業出版社,1999

[3]中國醫學科學院衛生研究所.食物成分表 [M].北京:人民衛生出版社,1980

[4]劉鄰渭.苦杏仁成分綜合提取法 [J].食品科學,1993(10):28-29

[5]徐淑英,陳邦杰,師梓文.杏仁油和沙棘油的組成及理化常數[J].中國油脂,1992(60):24-27

[6]李科友,史清華.超臨界 CO2萃取杏仁油的研究 [J].西北林學院學報,2001,16(1):56-58

[7]楊宏順,陳復生,趙俊庭.反膠束同時分離大豆蛋白和油脂的前萃研究[J].食品科技,2002(1):16-18

[8]陸強,李寬宏,施亞鈞.提取與分離蛋白質的新技術——反膠束萃取[J].現代化工,1993(12):37-39

[9]楊宏順,陳復生.反膠束萃取技術在食品科學中的研究進展[J].鄭州工程學院學報,2001.22(4):42-45

[10]楊宏順,陳復生.新型反膠束系統增溶水的研究 [J].食品科學,2002,22(10):24-27

[11]史紅勤,雷夏,沈忠耀.AOT-磷脂反膠團體系萃取蛋白質的研究[J].化工學報,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

廊坊師范學院科學研究 (LSZY201001)

2009-12-16

郭紅珍,女,1974年出生,講師,食品營養與檢測