玉米淀粉渣中醇溶蛋白提取工藝優化

滿 云

（蚌埠學院食品與生物工程學院，安徽蚌埠233030）

玉米淀粉渣是由玉米淀粉通過酸水解或酶解之后壓濾得到的濾渣[1]。玉米淀粉渣含有蛋白質、葡萄糖、脂類等各種營養物質，但含有的蛋白絕大部分為醇溶蛋白，難溶于水，難以被消化利用；其次蛋白質缺少色氨酸、賴氨酸等必需氨基酸，飼喂的價值并不高[2]，而且直接飼喂的玉米淀粉渣在儲藏的過程中很容易變質，易造成環境污染和資源的浪費。

玉米醇溶蛋白中富含大量的疏水性殘基和一些具有極性的基團，不溶于水也不溶于無水乙醇[3]，但可溶于60%～95%的乙醇溶液中[4]。玉米醇溶蛋白中富含含硫氨基酸，其蛋白質分子間以較強的疏水鍵和二硫鍵相連，這是醇溶蛋白成膜的基礎[5-6]。玉米醇溶蛋白是理想的天然保鮮膜材料，能夠形成質地均勻的蛋白膜[7-9]。此外，其乳化性、持水性、彈性、延伸性等性質在食品行業也有很大的應用空間。玉米醇溶蛋白經酶解可以生產出生物活性肽，應用于醫療制藥。再有就是生產生物可降解塑料，以玉米醇溶蛋白為原料，加入脂肪酸塑化，可生產可降解塑料，以解決環境問題[10]。

玉米醇溶蛋白的提取工藝有超聲波提取法[11]、乙醇提取法[13]、異丙醇萃取[14]、超臨界CO2提取[15-16]、冰乙酸浸提醇溶蛋白[17]。以玉米淀粉渣為原材料，不僅可以大大減少資源的浪費，還可以帶來經濟收益。本課題研究從玉米淀粉渣中提取醇溶蛋白的工藝優化，用正交實驗確定其最佳工藝條件，為玉米淀粉渣的綜合利用提供幫助。

1 實驗材料與提取工藝流程

實驗材料。玉米淀粉渣為檸檬酸生產線副產品（中糧生化提供），粉碎過70目篩備用；純玉米醇溶蛋白粉（鄭州給力食品添加劑有限公司）；無水乙醇（國藥集團化學試劑有限公司）。

實驗儀器。TU-1901雙光束紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；電熱鼓風干燥箱（上海-恒科學儀器有限公司）；JK-800DB型數控超聲清洗器（合肥金尼克機械制造有限公司）；數顯恒溫水浴鍋HH-1（金壇市杰瑞爾電器有限公司）。

提取工藝流程。玉米淀粉渣→粉碎、過篩→無水乙醇超聲波脫色→抽濾→乙醇溶液浸提→抽濾→處理濾液→測吸光度→計算提取率。

2 玉米淀粉渣脫色實驗方法與結果分析

2.1 玉米黃色素最大吸收波長

稱取粉碎過篩后的玉米淀粉渣若干克，加入15 mL無水乙醇，60℃超聲波提取25 min，然后將混合液抽濾得到提取液，最后以無水乙醇作為空白對照，用分光光度計以1 nm為間隔在（400～600）nm之間進行波譜掃描，測出玉米黃色素的最大吸收波長為446 nm，與文獻[19]結果一致。

2.2 脫色方法及脫色條件優化

準確稱取粉碎過篩后玉米淀粉渣1.5 g于150 mL錐形瓶，按不同的料液比加入無水乙醇，超聲脫色一定時間后，抽濾將濾液移入50 mL容量瓶，用無水乙醇定容，移液槍取出1 mL溶液，用無水乙醇稀釋5倍，用分光光度計于446 nm處測定稀釋液的吸光度。吸光度越大，脫色效果越好；反之越差。對影響脫色效果的3個條件（溫度、時間、料液比）進行單因素實驗，選取3個影響比較好的水平進行正交試驗，根據吸光度確定最佳脫色條件。

溫度對玉米脫色的影響。準確稱取1.5 g玉米淀粉渣5份，超聲脫色，加入料液比為1∶14的無水乙醇，脫色時間為25 min，分別在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的條件下進行脫色，測得其吸光度A，結果如表1?？梢姡衩状既艿鞍椎拿撋ЧS溫度增加而增加，鑒于70℃以后可能會對醇溶蛋白的活性有影響，選擇50℃、60℃、70℃三個水平做正交實驗。

料液比對脫色的影響。準確稱取5份1.5 g玉米淀粉渣，進行超聲脫色，脫色時間為25 min，溫度為70℃，料液比分別為1∶5、1∶8、1∶11、1∶14、1∶17進行脫色，結果如表1?？梢姡谙疵摃r間和溫度不變的條件下，脫色的效果隨著料液比的上升而上升，在料液比為1∶14時，上升趨于緩慢。選擇1∶11、1∶14、1∶17三個水平進行正交實驗。

脫色時間對脫色效果的影響。準確稱取1.5 g玉米淀粉渣5份，超聲脫色，加入料液比為1∶14的無水乙醇，溫度70℃的條件下，脫色時間t分別為15 min、20 min、25 min、30 min、35 min進行脫色，結果如表1?？梢?，在洗脫溫度和料液比不變的條件下，脫色效果隨脫色時間的延長而上升，脫色時間為25 min時，上升趨于緩慢。選擇20 min、25 min、30 min三個水平進行正交實驗。

正交實驗獲得脫色優化條件。色素實驗設計及結果如表2和表3所示。數據結果顯示，超聲波對玉米醇溶蛋白脫色條件的最佳工藝為A3B2C2，即料液比為1∶14（g/mL），70℃水浴加熱，脫色時間為25 min。料液比、溫度和時間對脫色效果的影響都顯著。通過R值的大小可以看出實驗的顯著性順序從大到小依次為B、A、C，即影響玉米醇溶蛋白脫色效果的主要因素是料液比，其次是溫度和脫色時間。根據最佳工藝進行實驗驗證，共進行3次實驗，得到吸光度的值分別為0.421、0.425、0.432，平均值為0.426，高于正交實驗設計的任何一組數據。

表1 溫度、料液比、時間對玉米黃色素吸光度影響的單因素實驗結果

表2 實驗設計及結果

表3 實驗結果分析

3 玉米醇溶蛋白提取實驗方法與結果分析

3.1 玉米醇溶蛋白的最大吸收波長

將脫色后抽濾的玉米淀粉渣取出于鼓風干燥箱中干燥，精確稱取干燥樣品1.5 g，用體積分數為80%的乙醇溶液在60℃水浴鍋中浸提1.5 h，抽濾定容到50 mL，得到醇溶蛋白提取液，適當稀釋后測量玉米醇溶蛋白的最大吸收波長為278 nm，與文獻[20]結果一致所示。

3.2 玉米醇溶蛋白的標準曲線

以高純度的玉米醇溶蛋白為標準品，配制標準溶液濃度為10%～100%的梯度溶液。在278 nm處測定吸光度（A），做標準曲線。玉米醇溶蛋白標準曲線如圖1所示。

圖1 玉米醇溶蛋白標準曲線

以醇溶蛋白濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，得到標準曲線線性方程：

3.3 提取條件的單因素實驗結果

進行單因素實驗，確定料液比、溫度、提取時間對提取液吸光度的影響，設計L9（34）正交試驗，確定最佳提取條件：

其中，Y為玉米醇溶蛋白提取率；c為樣品的濃度（按照標準曲線算出），單位為mg/mL；V為樣品總體積，單位為mL；n為樣品的稀釋倍數；M為樣品的質量，單位為mg。

溫度對提取效果的影響。準確稱取5份脫色后的玉米淀粉渣1.5 g于錐形瓶，加入料液比為1∶10的80%乙醇溶液，分別在溫度為40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的水浴鍋中水浴1 h，濾液定容到50 mL，再稀釋5倍于278 nm處測吸光度如表4所示。從表4可以看出，40℃、50℃和60℃時，吸光度較低；70℃時，吸光度最高；80℃時，吸光度下降，可能是溫度過高，導致玉米醇溶蛋白變性。因此，選擇60℃、70℃和80℃進行正交實驗。

料液比對提取效果的影響。稱取5份脫色后的玉米淀粉渣1.5 g于錐形瓶中，分別加入料液比為1∶4、1∶7、1∶10、1∶13和1∶16的80%乙醇溶液，在溫度為70℃的水浴鍋中水浴1 h，濾液定容到50 mL，再稀釋5倍于278 nm處測吸光度如表4所示?？梢?，溫度70℃、提取時間1 h時，吸光度隨著料液比的增大而增大，當料液比達1∶13后，吸光度趨于平衡。選擇1∶10、1∶13和1∶16進行正交實驗。

提取時間對提取效果的影響。稱取5份脫色后的玉米淀粉渣1.5 g于錐形瓶，加入料液比為1∶10的80%乙醇溶液，在溫度為70℃的水浴鍋中分別提取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h，濾液定容到50 mL，再稀釋5倍于278 nm處測吸光度如表4所示。可見，料液比1∶13、溫度70℃時，當提取時間0.5 h時，吸光度最低；提取時間在1 h以后，吸光度基本維持不變。選擇0.5 h、1 h和1.5 h進行正交實驗。

3.4 提取條件的正交實驗及其結果

L9（34）正交設計及結果如表5、表6所示。根據數據分析結果，80%的乙醇溶液對玉米醇溶蛋白提取條件的最佳工藝為A2B2C2，即溫度為70℃、料液比為1∶13、時間為1 h時效果最好。溫度、時間和料液比對提取效果的影響都較為顯著，通過R值的大小可以看出實驗的顯著性順序，從大到小依次為A、C、B，即影響玉米醇溶蛋白提取效果的主要因素是溫度，其次是時間和料液比。按照正交實驗得到的數據結論，進行驗證實驗。共進行3次實驗，吸光度分別為0.465、0.453、0.458，平均值為0.459。

根據式（1）計算得出醇溶蛋白的濃度為0.578%，根據式（2）得出玉米淀粉渣中醇溶蛋白提取率為9.65%。

表4 溫度、料液比、時間對玉米黃色素吸光度影響的單因素實驗結果

表5 實驗設計及結果

表6 實驗結果分析

4 討論與結論

隨著玉米醇溶蛋白在多領域應用技術的開發，醇溶蛋白的原料也多樣化，如玉米、小麥、高粱等?？紤]到廢棄物綜合利用及后續產品的食用醫用價值，本實驗以玉米綜合利用的淀粉渣為原料，采用乙醇為提取劑，先脫色、再提取，提取率的測定不受色素的影響。提取醇溶蛋白時利用超聲波對其進行脫色處理，并對脫色條件進行優化，在料液比為1∶14（g/mL），溫度為70℃，脫色時間為25 min時脫色效果較佳。以脫色后玉米淀粉渣為原料，以溫度、料液比、提取時間3個因素進行優化實驗，得到在溫度為70℃、料液比為1∶13、時間為1 h時，玉米醇溶蛋白的提取率最高，達9.65%。