火麻蛋白脫色研究

（廣西農業(yè)科學院農產品加工研究所，廣西果蔬貯藏與加工新技術重點實驗室，廣西南寧530007）

火麻仁營養(yǎng)價值高，主要由30%左右的脂肪、25%左右的蛋白質、20%的碳水化合物及15%的粗纖維組成。其中火麻蛋白由65.0%球蛋白、33.0%清蛋白、2.0%左右的谷蛋白及醇溶蛋白組成，其組成與大豆蛋白類似。火麻蛋白即麻仁球蛋白（edestin），可以構成人體DNA的骨架，是各類蛋白中最易被消化的一種。其氨基酸組成合理，尤其是精氨酸與蛋氨酸的比例較高[1]。與大豆蛋白等豆類蛋白相比，火麻蛋白中不存在寡聚糖、胰蛋白酶抑制劑，不會出現蛋白吸收障礙、反胃等不適癥狀。火麻蛋白具有廣泛的生理活性，可以起到緩解癲癇、抗癌、降血壓、降血脂、治療便秘和腹瀉、抑制血小板聚集、抗氧化、抗衰老、抗疲勞和免疫調節(jié)的作用以及改善記憶和學習功能等[2]。

目前，國內關于火麻蛋白的研究還較少，獲得火麻蛋白的手段主要是通過磨漿的方式，少數報道主要是采用堿提酸沉淀方法獲得蛋白質[3-4]，但通過堿提酸沉法制備火麻蛋白產品，部分色素會隨著蛋白的沉淀而富集。在堿提酸沉工藝過程中，大量的堿液會使多酚發(fā)生氧化生成醌類物質，色澤較差[2]，使其在食品中的應用受到限制，火麻蛋白市場價格提高受限。因此，在制備過程中必須將色素去除。對于不同的原料及其所含色素，脫色方法各不相同，其中萃取法、吸附法應用最為廣泛。有機試劑萃取被廣泛運用于蛋白質脫色，如Abe等使用氯仿和甲醇的混合液對玉米醇溶蛋白脫色[5]；Sessa等使用己烷、甲苯、二乙醚等對玉米醇溶蛋白脫色[6]，鄭仕遠等[7]采用汽油、苯、乙醚、丙酮等為蠶蛹脫色，效果不錯。但有機溶劑脫色存在成本高、操作繁瑣、會造成環(huán)境污染等不足；活性炭是食品工業(yè)中廣泛使用的吸附劑，它對有機大分子色素具有較強的吸附能力，成本低、易操作、效果穩(wěn)定、可一次性處理大量樣品，而且活性炭易再生，可反復使用，適合大規(guī)模工業(yè)化生產[8]。

本研究開展制備火麻蛋白過程中，比較有機試劑和活性炭對火麻蛋白的脫色效果，以火麻蛋白亮度值L和蛋白回收率為指標，采用單因素和正交試驗方法對粉末狀活性炭脫色工藝條件進行比較，通過工藝優(yōu)化，得出最優(yōu)脫色工藝條件，以期對進一步研究生產高品質的火麻蛋白提供參考建議。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

火麻仁購自廣西壯族自治區(qū)河池市巴馬縣，萬能粉碎機粉碎過20目篩后備用。氫氧化鈉、鹽酸、無水乙醇、石油醚、正己烷、乙醚、四氯化碳、丙酮、甲醇為分析純。粉末活性炭為物理吸附劑。

JY6002電子天平：上海良平儀器儀表有限公司；湖南湘儀L550低速大量離心機：湖南湘儀實驗儀器開發(fā)有限公司；RRH－100萬能高速粉碎機：歐凱萊芙（香港）實業(yè)有限公司；HH－6數顯恒溫水浴鍋：金壇市杰瑞爾電器有限公司；PHS-25型實驗室pH計：上海今邁仿儀器表公司制造；HP-200精密色差儀：上海漢普光電科技有限公司；膠體磨：鄭州玉祥食品機械有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 火麻蛋白提取[9]

將脫脂火麻仁粉碎過20目篩，按質量體積比=1∶10（g/mL）加入蒸餾水，采用堿提酸沉法提取火麻蛋白，具體操作方法是：用1 mol/LNaOH調節(jié)溶液至所需pH=10，然后將燒杯置于60℃水浴鍋中，提取1 h后8 000 r/min轉速下離心20 min，取上清液用1 mol/LHCl調pH至5.5左右，靜置沉降，并于4℃條件下離心倒去上清液獲得火麻蛋白，稱重，脫色時加水溶解成蛋白溶液。

1.2.2 脫色劑對火麻蛋白脫色效果研究

1.2.2.1 有機試劑對火麻蛋白脫色效果研究

往火麻蛋白溶液中加入等體積的7種有機試劑（石油醚、正己烷、乙醚、四氯化碳、丙酮、無水乙醇、50%乙醇、60%乙醇、70%乙醇、甲醇）輕微混合后移入分液漏斗，靜置分層后，收集下層沉淀，旋轉蒸發(fā)除去有機溶劑后離心，棄上清液，得到脫色蛋白樣品。通過測定蛋白粉的色差值研究不同脫色劑對火麻籽蛋白脫色效果。

1.2.2.2 有機試劑及活性炭對火麻蛋白脫色效果研究

往火麻蛋白溶液中分別加入等體積的乙醚、四氯化碳、正己烷，輕微混合后移入分液漏斗，靜置分層后，收集下層沉淀，旋轉蒸發(fā)除去有機溶劑后離心，棄上清液，得到脫色蛋白樣品；2%活性碳脫色后將活性炭過濾去除，調pH=5.5使蛋白沉降、離心倒去上清液，獲得火麻蛋白。通過測定有機試劑以及活性炭處理后火麻蛋白的色差值，研究不同脫色劑對火麻籽蛋白脫色效果。

1.2.2.3 活性炭對火麻蛋白脫色效果研究

在溫度40℃條件下，分別添加1%、2%、3%的活性炭于火麻蛋白溶液中浸泡攪拌30 min，然后將活性炭過濾去除，調pH=5.5使蛋白沉降、離心倒去上清液，收集測定火麻蛋白的色差值，研究活性炭添加量對火麻蛋白脫色效果。

在溫度40℃，活性炭添加量為2%的條件下，對火麻籽蛋白溶液分別浸泡15、30 min和60 min，然后將活性炭過濾去除，調pH=5.5使蛋白沉降、離心倒去上清液，收集測定火麻蛋白的色差值，研究脫色時間對火麻蛋白脫色效果的影響。

在活性炭添加量為2%，浸泡時間為30 min條件下，設置30、40、50℃不同脫色溫度對火麻蛋白進行脫色，30 min后將活性炭過濾去除，調pH=5.5使蛋白沉降、離心倒去上清液，收集測定火麻蛋白的色差值，研究不同脫色溫度對火麻蛋白脫色效果的影響。

1.3 指標測定

1.3.1 色度值測定

色澤測定采用色差計測定亨特色空間參數。分光測色計采用Lab表色系統(tǒng)表示產品的色澤，其中L表示樣品的亮度，L=0為黑色，L=100為白色，L越大，表明樣品表面越亮。a代表紅綠度，正a表示紅色，a值越大，樣品表面越紅。b值代表黃藍度，正b值表示黃色；b值越大，黃色越深，每個樣品重復測定3次。

1.3.2 蛋白回收率測定

測定火麻蛋白脫色前后的重量（以濕重計），分別記為M0和M1，按下式計算火麻蛋白回收率：

式中：Y為火麻蛋白回收率，%；M1為脫色后的重量，g；M0為脫色前的重量，g。

1.4 數據分析

試驗數據利用Excel2003軟件進行方差分析，并用Origin8.1軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 化學法（有機溶劑）對火麻蛋白脫色效果研究

圖1 有機溶劑對火麻蛋白亮度值L的影響Fig.1 Effect of organic solvent on brightness values L of hemp protein

圖2 有機溶劑對火麻蛋白紅值a的影響Fig.2 Effect of organic solvent on red value a of hemp protein

圖3 有機溶劑對火麻蛋白黃值b的影響Fig.3 Effect of organic solvent on yellow value b of hemp protein

采用7種不同有機試劑對火麻蛋白進行脫色，結果見圖1～圖3，研究結果顯示石油醚、正己烷、乙醚、四氯化碳相比乙醇和甲醇可以使火麻蛋白的色澤得到改善，亮度值L顯著增大，而對a值和b值影響不大；可能是由于不同原料中色素、蛋白的復合結構不盡相同所致，經有機溶劑處理后有機試劑殘留氣味大，有機溶劑脫色成本較高，操作工藝要求高，步驟繁瑣[10]。

2.2 化學法（有機溶劑）及物理法（活性炭吸附）對火麻蛋白脫色效果研究

選取脫色較好的幾種有機試劑和2%的活性炭對火麻蛋白進行脫色研究，結果見圖4～圖6。

圖5 脫色劑對火麻蛋白紅值a的影響Fig.5 Effect of decolorizing agent on red value a of hemp protein

圖6 脫色劑對火麻蛋白黃值b的影響Fig.6 Effect of decolorizing agent on yellow value b of hemp protein

研究結果顯示添加2%活性炭，火麻蛋白亮度值L顯著增大，亮度值得到顯著改善，達到與有機試劑正己烷基本一致的脫色效果，且不存在有機試劑殘留的問題。

2.3 活性炭對火麻蛋白脫色效果研究

2.3.1 單因素試驗

2.3.1.1 活性炭用量對火麻蛋白脫色效果的影響

在火麻蛋白溶液中分別加入不同比例的粉末狀活性炭，在40℃下脫色30 min，比較不同活性炭添加量對火麻蛋白的脫色效果，見圖7。

圖7 活性炭添加量對火麻蛋白脫色效果的影響Fig.7 Effect of activated carbon content on hemp protein decolorizing

圖7結果表明，隨著活性炭添加量增大，亮度值L增大，但火麻蛋白回收率相應減少，分析原因可能是對部分蛋白也有吸附作用。兼顧考慮脫色效果以及蛋白回收率，認為2%的粉末狀活性炭用量較為合適。

2.3.1.2 吸附時間對火麻蛋白脫色效果的影響

在火麻蛋白溶液中加入2%的粉末活性炭，在40℃條件下進行脫色，比較吸附時間對火麻蛋白脫色效果的影響見圖8。

圖8 吸附時間對火麻蛋白脫色效果的影響Fig.8 Effect of adsorption time on hemp protein decolorizing

圖8結果表明，隨著吸附時間的延長，火麻蛋白亮度值L增大，蛋白回收率則減小。由圖8可見，脫色30 min后活性炭已基本吸附飽和。故采用吸附時間為30 min較適宜。

2.3.1.3 溫度對火麻蛋白脫色效果的影響

往火麻蛋白溶液中加入2%粉末狀活性炭，在不同溫度條件下脫色30 min比較溫度對蛋白脫色效果的影響，見圖9。

圖9 脫色溫度對火麻蛋白脫色效果Fig.9 Effect of decolorization temperature on hemp protein decolorizing

圖9結果表明，隨著溫度提高，亮度值L相應增大，火麻蛋白回收率相應減小。而溫度過高有可能會使火麻蛋白發(fā)生變性，對火麻蛋白品質產生不利影響，故實際生產中宜采用40℃脫色處理。

2.3.2 正交試驗

火麻蛋白溶液呈黃色，試驗采用粉末活性炭對其進行脫色處理。采用正交試驗方法，對脫色溫度、吸附時間和活性炭添加量3個因素進行L9（34）試驗設計，每個因素選用3個水平，分別以火麻蛋白的亮度值L與火麻蛋白回收率為考察指標，進行試驗，其結果見表1。

表1 正交試驗與結果分析Table 1 The orthogonal experiment and result analysis

在實際生產中，火麻蛋白亮度值L越大，說明其色澤越好，蛋白回收率越大，說明脫色過程中火麻蛋白損失較少。從表1可以看出，對火麻蛋白亮度值L和蛋白回收率綜合得分影響大至小順序為：活性炭用量、脫色溫度、吸附時間，最佳工藝條件為A3B3C3，即性炭用量為3%，脫色溫度為50℃，吸附時間為60min，在最佳脫色條件下，火麻蛋白亮度值L達到71.8，蛋白回收率為91.45%。

3 結論

活性炭相比有機試劑而言，可以避免有毒有害物質的殘留，測定火麻蛋白的色差值L來確定脫色效果，該方法簡單可行。以測定火麻蛋白亮度值L和蛋白回收率為綜合考察指標，采用正交試驗研究確定火麻蛋白脫色的適宜條件為：活性炭用量為3%，脫色溫度為50℃，吸附時間為60 min，在此脫色條件下，經試驗驗證火麻蛋白亮度值L達71.8，蛋白回收率為91.45%。

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