基于響應面法提取花生蛋白工藝優化

徐鶴桐，陳野

（天津科技大學，天津300100）

基于響應面法提取花生蛋白工藝優化

徐鶴桐，陳野

（天津科技大學，天津300100）

采用堿提酸沉法從花生粕中提取花生分離蛋白。通過響應面實驗優化制備花生蛋白最佳工藝條件為：超聲時間14 min，pH 9.0，料液比14∶1，堿提溫度54℃，堿提時間57 min。此條件下花生蛋白得率最高可達81.86%。制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。

花生蛋白；提取；五因素；響應面

花生餅粕是以脫殼后花生果仁為原料，經提取油脂后的副產品，產量大，來源廣，價格低。目前對花生餅粕的直接利用主要是制作飼料，以提高飼料中蛋白的含量，有利于飼養禽畜動物的增產，但沒有進一步進行開發利用，資源浪費嚴重［1-2］。花生粕中蛋白含量達40%～50%，是一種營養價值較高的蛋白質［3］。花生蛋白為貯藏蛋白質，也叫種子蛋白質，含氮量為13.99%，含碳水化合物3.89%，含磷0.19%，其等電點為4.5左右［4］。花生蛋白根據其溶解特性，分為水溶性蛋白和鹽溶性蛋白，其中水溶性蛋白大約10%，稱之為乳清蛋白，其余90%為鹽溶性蛋白［5］。它含有人體必需的8種氨基酸，易被人體消化和吸收。繼大豆蛋白被人們充分認識和深度利用后，花生蛋白開始進入人們的視野并逐漸引起重視，花生正在成為優質的食用植物蛋白資源。我國每年可產生125萬t的花生餅粕，這些油脂加工的副產物可以進行深加工，作為良好的蛋白質來源，同時在食品加工中發揮蛋白質的功能性質。

一般以花生蛋白粉或者脫脂花生粕為原料，采用乙醇洗滌法、酸沉淀法，水酶法或變性洗滌法來制備。乙醇洗滌法是采用60%～80%的乙醇溶液洗滌原料，使蛋白質和多糖沉淀下來，而寡糖和其他可溶性成分被洗滌除去［6-7］，成本較高。水酶法在理論研究和中試生產方面已經取得了一定的成就［8-9］。雖然該方法不采用揮發性易燃溶劑，但由于酶制劑成本較高和破乳困難等問題，目前未能實現產業化。酸沉淀法是利用花生蛋白質在等電點時產生沉淀，而寡糖和其他組分溶解于溶液中除去，然后將濕蛋白中和、干燥即得花生濃縮蛋白。楊偉強等［10］采用堿溶酸沉法從低變性花生蛋白粉中提取花生分離蛋白。熊柳等［11］利用超聲波輔助，采用正交的方法分析堿溶酸沉法提取花生分離蛋白。高云中等［12］以高溫花生粕為原料，采用四因素正交方法分析堿溶酸沉法提取花生蛋白，并對其功能性質進行了研究。

本試驗用堿提酸沉法對分離花生蛋白的優化條件進行了研究，不僅考慮了超聲時間對花生蛋白的影響［13-14］，且對超聲時間，pH，料液比，堿提溫度，堿提時間采用響應面分析。其結果為花生粕低溫提取分離技術工業化生成提供有價值的參考數據。

1材料與方法

1.1 材料

低溫冷榨花生粕由開陽市得天力食品有限公司提供。硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、氫氧化鈉均為分析純。CLP-1000超聲波萃取器，SPM-10型pH計，低速大容量離心機，DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱，懸臂式攪拌器，電熱恒溫水浴鍋，凱氏定氮裝置

1.2 方法

采用堿溶酸沉法。進行單因素試驗后確定了5個主要的影響因素。使用Design-Expert7軟件設計五因素三水平的響應面實驗，具體因素及水平如表1所示。

表1 因素及水平Table 1Factors and levels

2結果與分析

2.1 響應面分析結果

綜合單因素試驗所得的結果，以堿提溫度、時間、液料比、超聲功率和pH為實驗因素（自變量），以花生分離蛋白的吸光值為評價指標（響應值），每個實驗因素取吸光值最優附近三組數值，根據響應面分析方案分別進行二次多項回歸方程擬合及優化分析。

表2 響應面分析方案及試驗結果Table 2Surface analysis scheme and test results of response

續表2響應面分析方案及試驗結果Continue table 2Surface analysis scheme and test results of response

利用Design-Expert7軟件對表數據中物性進行多元回歸擬合，得到花生蛋白吸光度對超聲時間（A），Ph值（B），料液比（C），堿提溫度（D），堿提時間（E）的二次多項回歸模型為：吸光度=+0.49-0.063*A-0.032* B-0.04*C-0.023*D-0.048*E-0.012*A*B+5.000E-003*A*C-0.011*A*D+5.250E-003*A*E+0.012* B*C-8.500E-003*B*D-4.250E-00*B*E+0.025* C*D-8.000E-003*C*E-9.250E-003*D*E-0.13* A2-0.090*B2-0.092*C2-0.057*D2-0.091*E2

由表可知，各因素對花生蛋白提取率影響的顯著性大小順序為A＞E＞C＞B＞D，即超聲時間＞堿提時間＞料液比＞pH＞堿提溫度，其中超聲時間、堿提時間、料液比、pH4個因素對于花生蛋白提取具有顯著的影響，而超聲時間、堿提時間、料液比3個因素對花生蛋白提取具有極為顯著的影響（p＜0.01）。二次項中超聲時間（A），pH（B），料液比（C），堿提溫度（D），堿提時間（E）五因素都具有極其顯著的影響（p＜0.01），其它影響不顯著（p≥0.05）。回歸模型高度顯著且失擬項不顯著，實際值與預測值之間擬合性良好，相關系數R2為0.824 4，說明所選用的二次回歸模型能較好的反映蛋白質吸光度（即蛋白質提取率）與試驗各因素之間的相互關系。

表3 回歸模型方差分析表Table 3Analysis of variance regression model

圖1為堿提酸沉法提取花生蛋白工藝中各因素對最終提取吸光度（即提取率）的影響趨勢圖，提取工藝的響應面分析與優化響應面的圖形是響應值對各實驗因素的值所構成的一個三維空間在二維平面上的等高圖。響應面曲線較陡，表明影響因子的影響較為顯著，響應值變化較大；曲線較為平滑，表明影響因子的影響較小，響應值變化較小。由圖可看出，三維圖形均為較平滑的曲面，說明交互項相互影響不顯著。根據響應面分析得到的最佳工藝參數：超聲時間13.85 min，pH 8.92，料液比13.74∶1，堿提溫度53.99℃，堿提時間56.31 min

圖1 各因素交互影響趨勢圖Fig.1Various factors interact to influence trend graph

在此條件下，花生蛋白的吸光度為0.509，提取率的理論預測值為82.75%。考慮到實際操作的局限性，故將實際提取工藝條件修正為超聲時間14 min，pH 9.0，料液比14∶1，堿提溫度54℃，堿提時間57 min。在修正條件下進行3次重復驗證實驗，分離蛋白的提取率平均值達到81.86%，與理論值相對誤差約為0.9%。此條件下制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。由此可見，響應面分析的優化結果與實際值較吻合，且能獲得高純度花生分離蛋白，得到的提取工藝條件具有一定的應用價值。

2.2 電泳實驗結果分析

根據實驗方法所得花生蛋白的SDS-PAGE電泳結果如圖2所示。

圖2 SDS-PAGE電泳圖Fig.2

泳道1為花生球蛋白，2為伴花生球蛋白，3為實驗得到的花生蛋白。泳道M為標準蛋白，由上到下依次為Phosphorylase b、BSA、Actin、Carbonic Anhydrase、Trypsin inhibitor和Lysozyme，它們的分子量分別為97、66、43、31、20 kDa和14.4 kDa。由電泳圖可以得出提取出的物質確實是完整的花生蛋白且純度很高。

3結論

對花生分離蛋白堿提工藝條件進行了單因素和響應面優化實驗。結果顯示超聲時間＞堿提時間＞料液比＞pH＞堿提溫度，其中超聲時間、堿提時間、料液比、pH 4個因素對于花生蛋白提取具有顯著的影響，而超聲時間、堿提時間、料液比3個因素對花生蛋白提取具有極為顯著的影響，響應面方法優化了工藝得到的花生蛋白得率最高可達81.86%。制備的花生分離蛋白的純度為90.58%。

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Extraction of Peanut Protein by the Response Surface Method

XU He-tong，CHEN Ye
（Tianjin University of Science and Technology，Tianjin 300100，China）

Using the alkali soluble and acid extraction method for extraction of peanut protein isolate from low denatured defatted peanut meal.By response surface experiment conditions were obtained the best preparation of peanut protein.Ultrasonic time 14 min，pH 9.0，the ratio of material to liquid 14∶1，extraction temperature 54℃，extraction time 57 min.Under these conditions the highest yield is 81.86%.The purity of peanut protein isolate prepared for 90.58%.

peanut protin；extract；five conditions；surface experiment

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.09.009

2013-11-05

徐鶴桐（1988—），女（漢），碩士，研究方向：食品工程。