紫蘇餅粕蛋白酶法提取工藝研究

張志軍 李曉鵬 李會珍 孫子文

(中北大學化工與環境學院，太原 030051)

紫蘇作為新型保健植物油資源，越來越受到人們的重視，近年來其開發利用研究已成為世界熱點［1－5］。紫蘇餅粕(perilla seed meal)是紫蘇籽脫脂后的副產品，氣味芳香，適口性好，紫蘇籽粒蛋白質含量為20%～23%，脫脂后餅粕中蛋白質含量28%～45%［6－7］。目前，紫蘇餅粕大多數只是作為飼料或肥料回入田中，未能得到充分利用。目前植物蛋白提取最主要方法是堿溶酸沉法［8－11］，酶法提取在其他植物也有報道［12－14］，但在紫蘇餅粕蛋白提取方面尚未見報道。紫蘇蛋白含有全部18種氨基酸［8］，開發紫蘇蛋白技術和產品對提高紫蘇資源綜合利用效率十分必要。本試驗采用纖維素酶法，通過在不同pH、反應時間、反應溫度和纖維素酶添加量條件下提取紫蘇餅粕蛋白，確定最佳提取工藝條件，以期為紫蘇蛋白資源的大規模開發利用提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

以本實驗室脫脂紫蘇餅粕為材料，其蛋白質質量分數為37.8%。

HX－200型高速萬能粉碎機:浙江省永康市溪岸五金藥具廠;TDL5型高速離心機:上海安亭科學儀器廠;UV－9600型紫外分光光度計:北京瑞利分析儀器公司;HH－8數顯恒溫水浴鍋:杰瑞爾電器有限公司;101－3型電熱鼓風干燥箱:上海申光儀器廠。

1.2 試劑

牛血清白蛋白(分子質量66.000 ku):韓國Biosharp公司;纖維素酶(30 U/mg)、考馬斯亮藍G－250:北京索萊寶科技有限公司;氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉、無水乙醇、磷酸:天津市風船化學試劑科技有限公司。

1.3 提取工藝流程

稱取脫脂紫蘇粕粉，加入去離子水與纖維素酶，加熱攪拌浸提一定時間后，加入氫氧化鈉溶液調節至pH 9.0，離心20 min后取上清液，緩慢加入10%鹽酸溶液，使pH達到等電點，再次離心20 min，除去上清液，沉淀物即為紫蘇分離蛋白提取物。

1.4 單因素和正交試驗

選取提取液pH、反應時間、反應溫度、酶添加量為考察因素，進行單因素試驗，在單因素試驗的基礎上采用L9(34)正交試驗對提取工藝進行優化，確定最佳工藝條件。

1.5 計算方法

提取率=提取物質量/紫蘇粕質量×100%;

純度=提取物中蛋白質質量/提取物質量 ×100%;

得率=提取物中蛋白質質量/紫蘇粕中蛋白質質量×100%。

1.6 數據處理

試驗數據采用EXCEL2003和SPSS16.0軟件進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 pH對紫蘇蛋白提取的影響

固定料液比為1∶12，纖維素酶質量分數3.0%，反應溫度50℃，反應時間60 min，分別在堿溶pH為4.0、4.5、5.0、5.5、6.0 條件下提取紫蘇蛋白質，分析不同pH對提取物提取率和純度的影響，結果如圖1所示。隨pH增大，蛋白質提取率逐漸提高，pH為5.5時提取率最大，隨后提取率反而下降。蛋白質純度隨pH的增大逐漸提高，但當pH達到5.0后基本穩定。分析其原因可能是pH為5.5時，纖維素酶的活性最佳，當pH大于5.5時，酶的活力有所下降，故提取率降低。

圖1 pH對紫蘇蛋白質提取的影響

2.1.2 提取時間對紫蘇蛋白提取的影響

固定料液比為1∶12，纖維素酶質量分數3.0%，pH 5.5，反應溫度為 50 ℃，分別在 30、40、50、60、70 min的條件下提取紫蘇蛋白質，分析不同反應時間對提取率和提取物純度的影響，結果如圖2所示。隨著反應時間的延長，紫蘇蛋白質提取率和純度逐漸提高，當反應時間大于50 min后，提取率變化不明顯，蛋白質純度有所下降。分析原因可能是反應到50 min后，紫蘇蛋白質大部分溶進溶液，繼續增加時間對蛋白質提取率影響不大，而一些非蛋白質成分可能溶入溶液導致蛋白質純度下降。

圖2 反應時間對紫蘇蛋白質提取的影響

2.1.3 溫度對紫蘇蛋白提取的影響

固定料液比為1∶12，纖維素酶質量分數3.0%，pH 5.5，反應時間60 min，分別在40、45、50、55、60 ℃條件下提取紫蘇蛋白質，分析不同溫度對提取率和提取物純度的影響，結果如圖3所示。隨著反應溫度的提高，紫蘇蛋白質的提取率和純度逐漸提高，但是當反應溫度達到50℃以后，提取率和純度反而下降。分析原因可能是當溫度大于50℃后酶活下降，蛋白提取率和純度有所下降。

圖3 反應溫度對紫蘇蛋白質提取的影響

2.1.4 酶添加量對紫蘇蛋白提取的影響

固定料液比為1∶12，pH 5.5，反應時間 60 min，反應溫度為50℃，分別在酶質量分數為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%、5.0% 條件下提取紫蘇蛋白質，分析不同酶添加量對提取率和提取物純度的影響，結果如圖4所示。隨著纖維素酶添加量的增加，紫蘇蛋白質的提取率和純度逐漸提高，當纖維素酶質量分數大于3.0%后，提取率和純度變化均不明顯。

圖4 酶添加量對紫蘇蛋白質提取的影響

2.2 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，設計正交試驗因素水平表(表1)，正交試驗結果及方差分析結果分別見表2和表3。以pH(A)、反應時間(B)、反應溫度(C)、酶含量(D)4個單因素設計正交試驗，正交試驗結果見表1，方差分析見表2。

表1 正交試驗因素水平表

表2 正交試驗結果

表3 方差分析

正交試驗結果及方差分析表明:纖維素酶法提取紫蘇餅粕蛋白試驗4個因素中，pH對蛋白質提取率影響最大，達到顯著水平，反應時間、反應溫度和酶含量在本試驗設計梯度范圍內影響均不顯著。最佳的工藝組合為A2B2C2D1，由此確定最佳提取工藝條件為:pH 5.0、反應時間50 min、反應溫度55℃，酶質量分數2.0%。采用優化后的最佳條件進行提取，紫蘇蛋白質的提取率達到38.2%，純度達到84.5%，得率最高可達到86.5%。

3 結論

采用單因素及正交試驗結果表明，纖維素酶法提取紫蘇餅粕蛋白最佳工藝條件為:pH5.0、反應時間50 min、反應溫度55℃，纖維素酶質量分數3.0%。在此條件下對紫蘇粕中的蛋白質進行最優化提取，蛋白質提取率達到38.2%，純度達到84.5%，得率可達到86.5%，研究結果為紫蘇餅粕蛋白質的大規模開發應用提供了理論依據。

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