高溫花生粕中花生蛋白提取工藝研究

高麗霄，劉 冬，徐懷德，*，李 娜，李 艷

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100；2.深圳職業技術學院，廣東深圳518055）

高溫花生粕中花生蛋白提取工藝研究

高麗霄1，劉 冬2，*，徐懷德1，*，李 娜1，李 艷2

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌712100；2.深圳職業技術學院，廣東深圳518055）

采用堿溶酸沉法，并結合勻漿、超聲和纖維素酶等前處理從高溫花生粕中提取花生蛋白。由正交回歸實驗得到堿溶酸沉提取最佳條件為：堿溶溫度為60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此條件下攪拌浸提120min后，提取率為64.2%。勻漿或超聲前處理均可增加蛋白提取率，超聲處理后提取率增加尤為顯著，提高了12.3%，而纖維素酶前處理則對提取率無顯著作用。

高溫花生粕，花生粕蛋白，堿溶酸沉，前處理

我國是花生油的生產和消費大國，花生粕作為花生油生產的副產物，目前主要用作飼料，沒有進一步進行開發利用，資源浪費嚴重[1－2]?；ㄉ芍械鞍踪|含量達40%～50%，是一種營養價值較高的蛋白質[3]，如果能對其進行進一步的提取、加工，開發出具有特定功能作用的食品，將大大提高其利用價值和附加值?；ㄉ鞍字宣}溶性蛋白為90%，水溶性蛋白約10%[4]，蛋白質的等電點為pH4.2～4.7，因此常用堿溶酸沉法提取花生蛋白[3，5]，所得產品蛋白質含量較高。有研究表明勻漿、超聲處理均可破碎植物組織和細胞，并切斷分子之間的連接，纖維素酶可以降解植物細胞壁的纖維素骨架，使植物細胞內有效成分充分游離[6]，但將這些前處理應用于輔助提取花生蛋白卻鮮見報道。本研究在優化經典的花生蛋白堿溶酸沉工藝條件基礎上，結合高速勻漿、超聲和纖維素酶解等前處理工藝，以期提高花生粕蛋白的提取率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

pHS－3C精密pH計 上海雷磁儀器廠；Rw20電動攪拌機，T25勻漿機 德國IKA混合分散生產設備公司；SonicsVCX600超聲破碎儀 美國SONICS＆MATERIALS公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 花生粕蛋白提取 取80目的高溫花生粕粉，按一定的料液比加入蒸餾水（簡稱花生蛋白原液，以下同），在一定溫度下提取一定時間，浸提過程中pH維持恒定，然后冷卻，以1865×g離心15min，上清液調pH至4.5（花生蛋白等電點），靜置酸沉30min后以3315×g離心10min，花生蛋白沉淀水洗至中性，冷凍干燥后得到花生粕蛋白粉。

1.2.2 花生粕蛋白堿溶酸沉工藝優化

1.2.2.1 堿溶酸沉單因素實驗 以提取溫度、pH、料液比和提取時間為單因素，研究各單因素不同水平對蛋白質提取率的影響。

1.2.2.2 堿溶酸沉正交回歸實驗 在單因素實驗基礎上，設定提取時間為120min，選取提取溫度、pH和料液比三因素，進行二次回歸正交旋轉組合實驗，實驗因素、水平及編碼見表1。

表1 實驗因素和水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.3 花生粕蛋白提取前處理工藝優化

1.2.3.1 纖維素酶前處理對蛋白提取率的影響 向花生蛋白原液中加入一定量的纖維素酶，在公司提供的纖維素酶的最佳pH和溫度即pH4.8、50℃下保持時間2h，然后按1.2.2.2的最優提取條件提取花生蛋白，考察加酶量對蛋白提取率的影響。

1.2.3.2 超聲前處理對蛋白提取率的影響 花生蛋白原液經超聲前處理后，按1.2.2.2的最優提取條件提取花生蛋白，考察超聲功率和超聲時間對蛋白提取率的影響。

基于分數階阻抗模型的磷酸鐵鋰電池荷電狀態估計//孫國強,任佳琦,成樂祥,朱瑛,衛志農,臧海祥//(23):57

1.2.3.3 高速勻漿前處理對蛋白提取率的影響 花生蛋白原液經高速勻漿前處理后，按1.2.2.2的最優提取條件提取花生蛋白，考察勻漿轉速和勻漿時間對蛋白提取率的影響。

1.2.4 蛋白質測定方法 凱氏定氮法（GB 5009.5－2010）。

1.2.5 花生粕蛋白提取率計算

1.2.6 數據統計與分析 所有實驗至少3次重復，采用DPS9.50統計軟件對實驗數據進行統計分析。

2 結果與討論

2.1 花生粕蛋白堿溶酸沉提取單因素結果

2.1.1 溫度對蛋白質提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，維持pH9.0，分別于30、40、50、60、70℃下提取1h，結果見圖1：蛋白提取率先隨著溫度的升高而增大，在50℃時達到最大值44.4%，隨后隨著溫度升高提取率下降，其原因可能是在熱的堿液作用下溫度升高使蛋白質變性從而溶解度下降。因此，堿溶溫度以50℃為宜。

2.1.2 pH對蛋白質提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，設定溫度50℃，分別在pH7、8、9、10、11、12條件下提取1h，結果如圖2所示：蛋白質的提取率隨pH的升高而逐漸增大，在pH11時提取率達到58.5%，之后變化不顯著。但進一步研究發現，當堿溶pH提高到11及以上時，提取的花生蛋白色澤發黃、有異味，且純度較低，原因可能是在較高的pH條件下，蛋白質中的賴氨酸等發生變性[7]。因此，堿溶時pH確定為10，此時蛋白質提取率為52.2%，所得產品無異常色澤和氣味。

圖1 溫度對蛋白質提取率的影響Fig.1 Effect of temperature on protein extraction

圖2 pH對蛋白質提取率的影響Fig.2 Effect of pH on protein extraction

2.1.3 料液比對蛋白質提取率的影響 高溫花生粕粉分別按不同料液比1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14加入蒸餾水，維持pH9，溫度50℃，提取1h，結果如圖3所示：料液比從1∶4到1∶8，蛋白提取率顯著提高，在料液比1∶8時蛋白質提取率為44.4%。而在1∶8至1∶14范圍內蛋白溶解達到平衡，提取率差異均不顯著，因此，在生產中可控制用水量為1∶8～1∶10。

圖3 料液比對蛋白質提取率的影響Fig.3 Effect of the ratio of solid to water on protein extraction

2.1.4 浸提時間對蛋白質提取率的影響 高溫花生粕粉按料液比1∶8加入蒸餾水，維持pH9，溫度50℃，經不同時間：30、60、90、120、150min提取。結果如圖4所示：在一定條件下，浸提時間越長，蛋白質溶出率越高，提取率越高。當浸提時間達到120min時，蛋白質的溶出率達到動態平衡，提取率為49.6%。此時，浸提時間的延長對蛋白質提取率的影響不顯著。因此，浸提時間以120min為宜。

圖4 浸提時間對蛋白質提取率的影響Fig.4 Effect of soaking time on protein extraction

2.2 正交回歸實驗

采用DPS數據處理系統對實驗數據進行擬合，得到二次多項式：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2+ 0.63639X3－1.57571X12－1.29122X22－0.94728X32－3.40342X1X2－0.08449X1X3－0.93758X2X3

表2 實驗設計及結果Table 2 Design and results of experiments

表3 實驗結果方差分析Table 3 Analysis results of regression and variance

為檢驗回歸方程的顯著性，需對回歸方程進行F檢驗，結果見表3?；貧w方程的失擬性檢驗F1=4.4509＜F0.01（5，8）=6.63不顯著，可以認為所選用的二次回歸模型是適當的；回歸顯著性檢驗F2=19.6714＞F0.01（9，13）= 4.19極顯著，說明模型的預測值與實際值吻合，模型成立。剔除α=0.05水平不顯著項，簡化后的回歸方程：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2－1.57571X12－1.29122X22－3.40342X1X2

在得到的最優組合即溫度60℃，pH9.5，料液比1∶8（m/v）下提取120min，得到此條件下蛋白提取率為64.2%。

2.3 花生粕蛋白提取前處理工藝優化

2.3.1 纖維素酶添加量對蛋白提取率的影響 在pH4.8，溫度為50℃，料液比1∶8條件下，纖維素酶作用2h，加酶量分別為底物質量的0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%，結果見圖5。纖維素酶的主要作用是降解植物細胞壁纖維素，使細胞內容物釋放出來。圖5顯示，隨加酶量的增加蛋白質提取率并沒有顯著提高，其原因可能是高溫花生粕經壓榨時，壓延力和機械剪切力已將細胞壁破壞。

圖5 加酶量對蛋白提取率的影響Fig.5 Effect of enzyme content on protein extraction

2.3.2 超聲前處理對蛋白提取率的影響

2.3.2.1 超聲功率對蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），超聲時間為5min的條件下，改變超聲功率（0、120、240、360、480、600W），結果見圖6：隨超聲功率的增加，蛋白提取率升高，原因是超聲可使細胞碎片進一步破碎，增加了提取液和花生蛋白的接觸面積，更有利于質量傳遞；同時，超聲波還可能打斷花生蛋白與其它大分子物質之間的化學鍵，使結合狀態的蛋白游離出來。在功率達到360W后蛋白提取率為72.4%，此后隨著功率增大，提取率變化不顯著，因此選用提取功率360W。

圖6 超聲功率對蛋白質提取率的影響Fig.6 Effect of ultrasonic power on protein extraction

2.3.2.2 超聲時間對蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），超聲功率為360W的條件下，改變超聲時間（0、1、3、5、7、9、11、13min），結果見圖7：隨時間延長蛋白提取率升高，在7min時提取率達到最高為76.5%，之后變化不顯著，所以處理時間可選用7min。

圖7 超聲時間對蛋白質提取率的影響Fig.7 Effect of ultrasonic time on protein extraction

2.3.3 勻漿前處理對蛋白提取率的影響

2.3.3.1 勻漿轉速對蛋白提取率的影響 在溫度為25℃（室溫），勻漿時間為9min的條件下，改變勻漿轉速（0、6000、8000、10000、12000、14000r/min），結果如圖8所示：0～8000r/min時，蛋白提取率隨勻漿轉速升高而增大，原因與超聲處理相似。當轉速達8000～12000r/min時，蛋白提取率變化不顯著，而轉速為14000r/min時由于高速勻漿的剪切力使蛋白變性而使提取率有所下降，因此，選取8000r/min為宜，此時蛋白提取率為73.5%。

圖8 勻漿轉速對蛋白質提取率的影響Fig.8 Effect of homogenates speed on protein extraction

2.3.3.2 勻漿時間對蛋白提取率的影響 在25℃（室溫），勻漿轉速為8000r/min的條件下，改變勻漿時間（0、1、3、5、7、9、11min），結果見圖9：勻漿9min時蛋白提取率達到最大73.5%。

3 結論

本實驗確定了高溫花生粕堿溶酸沉法提取花生蛋白的最佳工藝條件為：堿溶溫度60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此條件下浸提120min，花生蛋白的提取率可達64.2%。通過勻漿、超聲前處理，蛋白提取率均有所增加。以8000r/min高速勻漿處理9min，蛋白提取率提高了9.3%；在功率為360W超聲處理7min后提取率增加尤為顯著，提高了12.3%，而纖維素酶處理對蛋白提取率無顯著作用。

堿溶酸沉法提取蛋白工藝具有易操作、提取率高、成本低的特點，適用于工業化生產。同時，超聲、勻漿處理所需時間短，操作簡單易行，提取率提高顯著，因此，本研究對于花生粕蛋白的提取具有一定的指導意義。

圖9 勻漿時間對蛋白質提取率的影響Fig.9 Effect of homogenates time on protein extraction

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Study on extraction of peanut protein from heat treated peanut meal

GAO Li-xiao1，LIU Dong2，*，XU Huai-de1，*，LI Na1，LI Yan2
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest Aamp;F University，Yangling 712100，China；2.Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，China）

Alkaline-extraction and acid-precipitation combined with pretreatment were employed to isolate peanut protein from heat treated peanut meal.The results of quadratic regression rotatable orthogonal design showed the optimum conditions of isolation were as follows：the alkaline-extraction was at 60℃，pH9.5 for 120min with the ratio of solid to water at 1∶8（m/v）.Under these optimal conditions，the extraction rate of peanut protein was 64.2%.High-speed homogenization or ultrasonic pretreatment could both raise the extraction rate significantly，especially through ultrasonic treatment，it obviously increased by 12.3%compared with those without pretreatment.However，pretreated by cellulase had no effect on it.

heat treated peanut meal；peanut protein；alkaline-extraction and acid-precipitation；pretreatment

TS201.2+1

B

1002－0306（2012）05－0273－04

2011－05－25 *通訊聯系人

高麗霄（1985－），女，碩士研究生，研究方向：天然產物提取與分離技術。

廣東省重大科技專項（2009A080209001）；廣東省科技計劃項目（2011B010500006）。