火麻蛋白粉提取工藝研究

許光映

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

火麻是桑科大麻亞科大麻屬一年生草本植物，又名大麻、漢麻，是栽培歷史最古老的作物之一[1-3]，在我國(guó)有悠久的種植歷史。目前，在山西、遼寧、廣西、云南等地已形成較為穩(wěn)定的種植基地。火麻廣泛應(yīng)用于紡織、藥品、食品等領(lǐng)域，在食品中的應(yīng)用主要是火麻油脂的開發(fā)。火麻餅粕是火麻籽榨油生產(chǎn)后的副產(chǎn)品，約為原料的2/3，火麻餅粕含有約60%的膳食纖維、30%的蛋白質(zhì)、7%的脂肪及其他營(yíng)養(yǎng)成分[4-6]。目前，火麻餅粕基本當(dāng)作飼料使用，浪費(fèi)了寶貴的蛋白質(zhì)資源。火麻籽中的蛋白質(zhì)氨基酸組成比值合理、效價(jià)均衡，被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱為“優(yōu)質(zhì)完全蛋白”，火麻蛋白具有提高人體免疫功能、改善貧血癥狀、調(diào)節(jié)血脂、血糖水平等功能特性[7-12]。因此，火麻蛋白是有益人體健康的一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白質(zhì)資源，具有較大的開發(fā)價(jià)值。

黎科亮等人[13]研究了火麻籽脫脂制取火麻粗蛋白的工藝，最佳工藝條件為料液比1∶10，每次萃取時(shí)間35 min，萃取次數(shù)3 次，萃取溫度為32 ℃。李曉君等人[14]研究了酶輔助火麻蛋白提取工藝，最佳提取工藝條件為中性蛋白酶添加量1.0%，提取溫度50 ℃，料液比1∶6 ，提取時(shí)間1.5 h，提取次數(shù)2 次，提取率可達(dá)41.6%，蛋白質(zhì)含量為75.9%。林金鶯等人[15]研究了超聲波輔助堿法提取火麻仁蛋白，最佳提取工藝條件為占空比20∶20（s/s），料液比1∶10， 超聲波輔助浸提時(shí)間為30 min，蛋白質(zhì)提取率達(dá)83.6%。

為了給生產(chǎn)企業(yè)提供更加詳細(xì)的技術(shù)參考，以火麻餅粕為原料，研究了超聲波輔助提取火麻蛋白粉的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

火麻餅粕，山西宏田嘉利農(nóng)業(yè)科技公司提供，脫脂后火麻餅粕的蛋白含量為32.65%。

1.2 試劑及儀器設(shè)備

1.2.1 試驗(yàn)試劑

氫氧化鈉，杭州恒鑫達(dá)化工有限公司提供；鹽酸、硫酸，沈陽(yáng)依萊普克斯化工有限公司提供；硫酸鉀，揚(yáng)州巨利化工科技有限公司提供；硫酸銅，河南新鄉(xiāng)斯利化工廠提供；硼酸，無(wú)錫夢(mèng)思硼酸廠；甲基紅、溴甲酚綠，連云港思恩化工科技有限公司提供；石油醚，河南焦作東方紅化工廠提供。以上試劑均為化學(xué)純。

1.2.2 儀器與設(shè)備

KQ-5206DB 型超聲波清洗器，上海市昆鵬超聲儀器公司產(chǎn)品；KDN-9828 型凱氏定氮儀、KDN-04型消煮爐，天津瑞鑫有限公司產(chǎn)品；XS215 型電子天平，寧波精密電子儀器有限公司產(chǎn)品；PHS-27 型數(shù)顯酸度計(jì)，廣州天地精密儀器儀表有限公司產(chǎn)品；FD-3 型冷凍干燥機(jī)，杭州康醫(yī)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；LXJ-ⅡB 型低速大容量離心機(jī)，上海精密儀器儀表有限公司產(chǎn)品；DHG- 9146B 型電熱鼓風(fēng)干燥箱，河南焦作恒溫設(shè)備廠產(chǎn)品；萬(wàn)能粉碎機(jī)，溫州市一力工具有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

火麻餅粕先用石油醚提取脂肪，脫脂后蛋白含量為32.65%。脫脂后的火麻餅粕用不同濃度的氫氧化鈉溶液及不同的料液比，利用超聲波輔助提取，然后離心分離，液相加鹽酸沉淀，再次離心分離，固相冷凍干燥粉碎得到成品火麻蛋白粉。

火麻餅粕→石油醚脫脂→干燥粉碎→堿液超聲波輔助提取→離心分離→液相加酸沉淀→離心分離→固相冷凍干燥→粉碎→火麻蛋白粉。

1.3.2 火麻蛋白粉提取工藝研究

火麻蛋白粉提取工藝中，研究了pH 值堿液、料液比、提取溫度、提取時(shí)間、超聲功率等影響因素，比較不同的試驗(yàn)條件對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響。在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定火麻蛋白粉最佳提取工藝。

（1） 不同pH 值堿液對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個(gè)處理取脫脂后火麻餅粕5 g，加入不同的pH 值堿液，pH 值分別為7.5，8.5，9.5，10.5，11.5，12.5。其他試驗(yàn)條件為料液比1∶15，提取時(shí)間30 min，提取溫度60 ℃，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復(fù)3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（2） 不同料液比對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個(gè)處理取脫脂后火麻餅粕5 g，根據(jù)不同料液比加入提取液，料液比分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30。其他試驗(yàn)條件為堿液pH 值9.5，提取時(shí)間30 min，提取溫度60 ℃，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復(fù)3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（3） 不同提取溫度對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個(gè)處理取脫脂后火麻餅粕5 g，提取溫度分別為20，40，60，80，100 ℃。其他試驗(yàn)條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取時(shí)間30 min，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復(fù)3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（4） 不同提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個(gè)處理取脫脂后火麻餅粕5 g，提取時(shí)間分別為10，20，30，40，50 min。其他試驗(yàn)條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取溫度60 ℃，超聲波功率600 W，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復(fù)3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（5） 不同超聲波功率對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個(gè)處理取脫脂后火麻餅粕5 g，超聲波功率分別為200，400，600，800，1 000 W。其他試驗(yàn)條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取溫度60 ℃，提取時(shí)間30 min，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復(fù)3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（6） 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)。火麻蛋白粉提取工藝在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，分別以提取液pH 值、料液比、提取時(shí)間、提取溫度為因素，單因素試驗(yàn)的最佳試驗(yàn)條件為中間值，采用L9（34）正交表設(shè)計(jì)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)9 個(gè)處理，每個(gè)處理用脫脂后粉碎的火麻餅粕10 g，完成提取后放入離心機(jī)內(nèi)，以轉(zhuǎn)速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機(jī)內(nèi)離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，研究火麻蛋白粉的提取率，確定火麻蛋白粉最佳提取工藝。

1.4 火麻蛋白粉中蛋白含量測(cè)定方法

火麻蛋白粉中蛋白含量用凱氏定氮法測(cè)定（GB 5009.5—2010）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同pH 值堿液對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同pH 值堿液對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖1。

圖1 不同pH 值堿液對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖1 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同pH 值提取液對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，總體趨勢(shì)呈現(xiàn)先上升后下降的凸?fàn)钋€，當(dāng)火麻蛋白粉提取液的pH 值為9.5 以下時(shí)，隨著提取液pH 值的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)火麻蛋白粉提取液的pH 值從9.5 繼續(xù)增加至12.5 時(shí)，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，火麻蛋白粉提取液pH 值9.5 時(shí)的蛋白含量及提取率與其他5 個(gè)處理呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），后續(xù)工藝試驗(yàn)提取液pH值為9.5。

2.2 不同料液比對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同料液比對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖2。

圖2 不同料液比對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖2 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同料液比對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，總體趨勢(shì)呈現(xiàn)先上升后平滑的曲線，當(dāng)火麻蛋白粉提取料液比為1∶20 以下時(shí)，隨著料液比的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)火麻蛋白粉提取料液比從1∶20 繼續(xù)增加至1∶30 時(shí)，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)平滑趨勢(shì)。因?yàn)榱弦罕仍降蜕a(chǎn)成本越低，后續(xù)工藝試驗(yàn)提取料液比為1∶20。

2.3 不同提取溫度對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同提取溫度對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖3。

圖3 不同提取溫度對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖3 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同提取溫度對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，總體趨勢(shì)呈現(xiàn)先上升后下降的凸?fàn)钋€，當(dāng)火麻蛋白粉提取溫度為60 ℃以下時(shí)，隨著提取溫度的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)火麻蛋白粉提取溫度從60 ℃繼續(xù)增加溫度至100 ℃時(shí)，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，火麻蛋白粉提取溫度60 ℃時(shí)的蛋白含量及提取率與其他4 個(gè)處理呈現(xiàn)極顯著差異（p＜0.01），后續(xù)工藝試驗(yàn)提取溫度為60 ℃。

2.4 不同提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖4。

圖4 不同提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖4 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同提取對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，總體趨勢(shì)呈現(xiàn)先上升后平滑的曲線，當(dāng)火麻蛋白粉提取時(shí)間為30 min 以下時(shí)，隨著提取時(shí)間的增加，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；當(dāng)火麻蛋白粉提取時(shí)間從30 min 增加至50 min時(shí)，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現(xiàn)平滑趨勢(shì)。因?yàn)樘崛r(shí)間越短生產(chǎn)成本越低，后續(xù)工藝試驗(yàn)提取時(shí)間為30 min。

2.5 不同超聲功率對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同超聲功率對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖5。

圖5 不同超聲功率對(duì)火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖5 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同超聲功率對(duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響不大。在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)，總體趨勢(shì)呈現(xiàn)平滑曲線。因?yàn)椴煌暪β蕦?duì)火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響不大，后續(xù)正交試驗(yàn)不考慮超聲功率因素，超聲功率為200 W。

2.6 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果與極差分析

火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)見表1，火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表2。

表1 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)因素與水平設(shè)計(jì)

表2 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

從表2 可知，根據(jù)極差R 的大小，影響火麻蛋白粉提取率的因素依次為pH 值＞料液比＞提取時(shí)間＞提取溫度，最佳提取工藝條件是pH 值9.5，料液比1∶25，提取時(shí)間35 min，提取溫度60 ℃。以脫脂火麻餅粕為原料，使用研究得出的火麻蛋白粉提取工藝的最佳條件，火麻蛋白粉的提取率為59.63%，蛋白含量（以干基計(jì)） 達(dá)60.22%。

3 結(jié)論

研究了超聲波輔助提取火麻蛋白粉的工藝條件，單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)的結(jié)果都表明，影響火麻蛋白粉提取率的最主要因素是提取液的pH 值，pH 值9.5 時(shí)的提取率與其他5 個(gè)處理的提取率呈極顯著差異；不同超聲功率對(duì)火麻蛋白粉提取率基本沒有影響。在正交試驗(yàn)范圍內(nèi)，料液比、提取時(shí)間、提取溫度的影響不顯著。