超聲輔助提取黑豆蛋白工藝研究

劉春雨　翟愛華

摘 要：為了解超聲波技術對黑豆中蛋白質提取的影響，采用梯度改變超聲波處理的時間、功率以及料液比的條件下，探究在不同pH時黑豆蛋白提取率的變化。結果表明：在超聲波輔助提取黑豆蛋白的情況下，能夠很大程度上提高其提取率，在超聲時間為20min，超聲功率為300W，料液比為1∶12的情況下蛋白提取率達到最佳，并于pH為9時最大程度地使黑豆蛋白溶出。

關鍵詞：超聲波輔助；黑豆蛋白；提取率

中圖分類號 TS214.9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）05-91-03

Abstract：In order to understand ultrasonic technology of black soybean protein extraction effect，through the gradient change of ultrasonic treatment time，power and data liquid ratio，in different pH the black soybean protein extraction rate were studied. The results showed that with the ultrasonic assisted extraction，the rate of extraction of black soybean protein could be greatly improved， and when the ultrasonic time was 20min， ultrasonic power was 300W， liquid material was 1∶12，the protein extraction rate was the best，and when the pH was 9，the black soybean protein dissolved most.

Key words：Ultrasonic assisted； Soybean protein； Extraction rate

黑豆營養豐富，內含人體必需的蛋白質、油脂、維生素等多種營養物質，并且還含有花青素、異黃酮、多糖等生物活性成分，具有軟化血管、防老抗衰等功效。黑豆中的蛋白質含量遠超雞蛋和牛奶等食品，高達36%～40%，并且含有多種氨基酸（其中包括8種必須氨基酸），是植物蛋白質的優異來源之一[1-3]。為了提高黑豆的附加值，緩解植物蛋白資源缺乏問題，減輕大豆蛋白供給壓力，開發和利用黑豆蛋白成為解決問題的舉措之一。超聲波處理是破壞細胞壁，強化植物中有效成分的傳質，從而提高提取效率的常用方法之一[4-6]，具有速度快、提取率高、提取成分完全等優點。本文通過研究不同條件（超聲時間、功率和料液濃度）超聲波處理以及料液不同酸堿度對黑豆蛋白提取率的影響，為改善黑豆蛋白提取工藝提供方法和理論指導，為進一步的研究提供理論基礎。

1 材料與儀器

1.1 試驗材料 黑豆，市售。

1.2 試驗主要儀器和設備 JAR2140型電子分析天平，上海梅特勒托利多儀器有限公司；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海森信實驗儀器有限公司；L420型高速離心機，湖南湘儀實驗室儀器開發公司；AS10200A型超聲波清洗器，天津奧特賽恩斯儀器有限公司。

2 試驗條件和方法

2.1 黑豆常規成分分析 水分：GB5009.3-2010檢測[7]；可溶性氮：考馬斯亮藍染色法[8]；蛋白質：GB5009.5-2010檢測[9]；脂肪：GB5009.6-2003檢測[10]。

2.2 工藝流程 黑豆→清洗干燥→粉碎過篩→脫脂→ 堿溶→（超聲處理）→離心分離→酸沉→離心分離→清洗沉淀→黑豆蛋白。

2.3 黑豆蛋白提取率 計算公式如下：

[蛋白提取率（%）=M提取M提取×C總蛋白含量×100]；

式中：M提取=提取出黑豆蛋白的質量；M原料=原料黑豆的質量；C總蛋白含量=單位質量黑豆中蛋白質的含量。

2.4 超聲處理條件的變化

2.4.1 超聲功率選擇實驗 確定功率的變化范圍為100～500W。將物料比為1∶10的黑豆蛋白混合溶液進行超聲處理20min，將功率分別設定為100、200、300、400、500W。

2.4.2 超聲時間選擇實驗 將物料比為1∶10的黑豆蛋白混合溶液在功率為300W的條件下進行超聲處理，分別超聲10、15、20、25、30min。

2.4.3 超聲物料濃度選擇實驗 將黑豆蛋白混合溶液在功率為300W的條件下進行超聲處理20min，將超聲處理時的物料比分別設定為1∶6，1∶8，1∶10，1∶12，1∶14。

3 結果與分析

原料黑豆的基本指標：蛋白質含量為（43.74±0.29）%，含水率為（10.42±0.30）%，油脂含量為（15.40±0.22）%，可溶性蛋白含量為（30.82±0.31）%。

3.1 不同超聲時間對黑豆蛋白提取率的影響 由圖1可知，黑豆蛋白的提取率隨著超聲時間的延長而升高，但升高的趨勢隨著時間的延長逐漸減小，當超聲時間超出20min時，黑豆蛋白的提取率變化很小，并于30min時稍有下降。出現這種現象的原因可能是由于超聲波使蛋白質分子空間結構充分展開，蛋白分子發生解聚，使得更多的功能性基團被暴露，使得蛋白質的水化作用得以增強，提取率從而得到提高；而當達到20min時，水溶性蛋白已被浸提出來，浸提液濃度達到平衡，延長超聲時間，超聲處理會使蛋白部分發生變性、聚集，造成提取率的下降。黑豆蛋白質分子在堿液中溶解度隨著pH不斷增加而提高，當pH>9時，整個體系處于一個平衡狀態，體系組分不再溶出。因此，超聲時間20min和pH為9較為適宜。

3.2 不同超聲功率對黑豆蛋白提取率的影響 由圖2可知，當功率小于300W時，隨著超聲功率增加，黑豆蛋白的提取率也逐漸增加。這是由于超聲波處理能夠產生強烈空化、湍動、微擾、界面等效應，增強了蛋白質分子之間的能量傳遞，使蛋白分子充分展開，促進了蛋白的溶解。當功率大于300W時，提取率下降，這可能是因為超聲功率增加伴隨熱效應，使蛋白分子過度伸展，疏水作用增強，形成了難溶的聚集體，影響溶出效果，導致提取率下降。所以在下面的響應面實驗設計中超聲功率選擇200～400W。而pH為7、8、9所對應的蛋白提取率幾乎都高于pH10時蛋白提取率。因此，超聲功率以300W較為適宜。

3.3 不同物料濃度對黑豆蛋白提取率的影響 由圖3可知，當超聲時間20min、超聲功率300W時，隨物料濃度的增大，蛋白提取率呈先遞增后降低的趨勢。這是由于蛋白質溶液濃度的變化影響了蛋白分子的擴散速率，因此，料液濃度為8%較為適宜。

4 結論

本文探討了在不同條件下超聲波輔助提取黑豆蛋白對其提取率的影響。綜上所述，超聲波處理能夠不同程度上改善黑豆蛋白的提取率，實驗表明，在超聲時間為20min，超聲功率為300W，料液比為1∶12的情況下，蛋白提取率能達到最佳，并且黑豆蛋白于pH為9時能夠最大程度地溶出。通過對黑豆蛋白的不同提取條件的研究可知，超聲波會直接影響原料黑豆內部的蛋白質分子的三維空間結構以及活性基團的分布，從而影響黑豆蛋白與水的親和力，進而影響其蛋白提取率。

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（責編：張宏民）