碱溶酸沉法提取桑椹籽蛋白质的工艺优化

徐建国胡青平王迎籽田呈瑞罗季阳

(山西师范大学食品科学与工程系1,临汾 041004)

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院2,西安 710062)

碱溶酸沉法提取桑椹籽蛋白质的工艺优化

徐建国1胡青平1王迎籽1田呈瑞2罗季阳2

(山西师范大学食品科学与工程系1,临汾 041004)

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院2,西安 710062)

采用单因素试验、正交试验、方差分析和多重比较方法,研究了不同因素对桑椹籽蛋白质提取的影响,确定了碱溶酸沉法提取桑椹籽蛋白质的最佳工艺参数。结果表明,桑椹籽中蛋白质的等电点 (p I)为4.3;影响桑椹籽蛋白质得率的主次因素依次为料液比(g/mL)、提取时间、NaOH溶液浓度及提取温度;碱溶酸沉法提取桑椹籽蛋白质的最佳工艺参数为:NaOH溶液浓度 0.14 mol/L,料液比 1∶30,提取温度 40℃,提取时间 2.0 h。在此条件下,桑椹籽中蛋白质的提取率可达 25.37%。

桑椹 蛋白质 碱溶酸沉 优化

桑椹 (Mulberry)俗称桑枣、桑果、桑实、桑子,为桑科桑属植物桑(M orus albaL.)的成熟聚花果,全国大部分地区均产,主产江苏、浙江、湖南、四川、湖北等地。桑椹营养成分丰富,具有滋阴养血、安魂镇神等功效[1-3],是我国第一批公布的“既是食品又是药品”品种之一[4]。其种子中也含有大量的脂肪、蛋白质等营养成分[5-6]。因此,桑椹在食品和药品上的应用较为广泛。

目前,在食品工业中,桑椹主要用于榨汁,制作各种桑椹饮料,而榨汁后的桑椹籽被白白废弃,不但浪费资源,而且造成了环境污染。因此,研究桑椹籽中蛋白质的提取工艺,可为桑椹资源的综合开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及试剂

桑椹籽由陕西安康桑椹榨汁厂提供,50℃干燥,粉碎 40目备用;牛血清蛋白:国药集团化学试剂有限公司;考马斯亮蓝 G-250:天津市科密欧化学试剂开发中心其他化学试剂均为分析纯或化学纯。

1.2 主要仪器与设备

VAP10全自动凯氏定氮仪:德国 Gerhardt公司; 3110型紫外分光光度计:日本日立公司;旋转蒸发器RE-52AA:上海亚荣生化仪器厂;TSHZ-2A台式水浴恒温振荡器:上海跃进医疗器械厂。

1.3 试验方法

1.3.1 蛋白质提取的工艺流程[7]

桑椹籽→研磨→加石油醚脱脂→滤渣→自然风干→加碱浸提→过滤、离心→蛋白质提取液→酸沉→沉淀水洗、中和→干燥→粗蛋白质

1.3.2 主要成分分析及蛋白质含量的测定

水分、总灰分、粗脂肪、膳食纤维及碳水化合物的测定采用国标方法测定;桑椹籽中总蛋白质含量的测定采用凯氏定氮仪测定;桑椹籽中蛋白质提取过程中蛋白质测定采用考马斯亮蓝染色法[8],以牛血清蛋白为对照品,建立回归方程。求得回归方程为

y=74.61x+1.05,R2=0.993 3

式中:y为蛋白质质量/μg;x表示吸光度值。

桑椹籽中蛋白质的提取率 =蛋白质提取量/蛋白质总量 ×100%

1.3.3 桑椹籽中蛋白质等电点的测定

桑椹籽蛋白质等电点采用比色法测定[9-10]。测定的桑椹籽中蛋白质的等电点为 4.3。

1.3.4 桑椹籽中蛋白质提取的单因素试验

称取适量的桑椹籽渣置于锥形瓶中,加入碱液,密封浸提。浸提完毕后抽滤,收集滤液。以碱液作空白,在波长 595 nm处测定提取液的吸光度值。重复三次取其平均值并记录结果,计算蛋白质含量。规定碱液浓度、料液比、提取时间及提取温度,分别研究各提取条件对桑椹籽中蛋白质提取率的影响。

1.3.5 桑椹籽中蛋白质提取的正交试验

根据单因素的试验结果,选取 L16(45)正交表进行正交试验,并进行极差分析、方差分析和多重比较确定最佳浸提条件。

1.4 分析方法

利用统计分析软件 DPS v3.01专业版进行试验设计,并对试验结果进行分析。

2 结果与分析

2.1 桑椹籽原料的主要成分

经测定,桑椹籽的主要成分为水分 4.0%、粗蛋白 28.7%、粗脂肪 31.4%、膳食纤维 25.6%、碳水化合物 6.4%、灰分3.8%。

2.2 桑椹籽蛋白质提取的单因素试验结果

2.2.1 NaOH浓度对蛋白质提取率的影响

NaOH浓度对桑椹籽中蛋白质提取率的影响结果见图 1。由图 1可知,NaOH浓度对桑椹籽中蛋白质提取率的影响较为明显,随着NaOH浓度的增加,蛋白质提取率增加。当 NaOH浓度达到 0.16 mol/L时,桑椹籽蛋白质提取率达 17.87%;浓度增加为 0. 18 mol/L时,提取率为 18.12%;此后再增加 NaOH浓度,蛋白质提取量呈下降趋势。因此,NaOH浓度宜在 0.16～0.18 mol/L之间。

图1 碱液浓度对提取率的影响

2.2.2 料液比对蛋白质提取率的影响

料液比对桑椹籽中蛋白质提取率的影响结果见图 2。由图 2可知,料液比对蛋白质的提取率的影响较为明显,随料液比的增加而提高。高的料液比可降低体系的黏度,增大浓度梯度,加快传质过程,因而提取率高;但料液比过高,蛋白质提取率并没有明显增加,反而增加了后处理的负担,因此初步确定料液比为 1∶30。

图2 料液比对提取率的影响

2.2.3 提取时间对蛋白质提取率的影响

不同提取时间对桑椹籽中蛋白质提取率的影响结果见图 3。由图 3可知,随着提取时间的延长,桑椹籽中蛋白质提取率提高较快,当提取时间为 2.0 h时,蛋白质提取率基本达到最高,此后再延长提取时间,蛋白质提取率并没有明显提高。从缩短生产周期考虑,初步确定提取时间 2.0 h。

图3 提取时间对提取率的影响

2.2.4 提取温度对蛋白质提取率的影响

提取温度对桑椹籽中蛋白质提取率的影响结果见图 4。由图 4可知,随着温度的升高,蛋白质提取率缓慢增加。当提取温度为 60℃时,蛋白质提取率最高为 19.27%,当提取温度高于 60℃时,蛋白质提取率明显降低,原因可能是高温导致蛋白质变性。因此初步确定提取温度为 60℃。

图4 提取温度对提取率的影响

2.3 碱溶法提取桑椹籽蛋白质的正交试验

2.3.1 正交试验结果

根据单因素的试验结果,选取 L16(45)正交表进行正交试验。试验结果见表 1。

表 1的结果表明,各因素对桑椹籽中蛋白质提取率的影响程度依次为B>C>A>D,即依次为料液比、提取时间、NaOH浓度、提取温度。综合各因素的k值和直接比较,A3B3C3D2为最佳提取条件。

表1 正交试验结果

2.3.2 正交试验方差分析和多重比较结果

由表 2可知,因素B、C有显著性差异,说明料液比和提取时间对桑椹籽中蛋白质的提取率有很大的影响;因素A、D均无显著性差异,说明NaOH浓度、提取温度在正交设计的四水平内对蛋白质的提取率无显著性影响。为了进一步考察显著因素不同水平间的差异,采用新复极差法分别对因素 B、C进行多重比较,多重比较用 SSR及LSR值见表 3,比较结果见表 4。由表 4可知,B3水平和 C3水平为显著水平,因此因素B、C的水平只能选择B3和 C3水平,因素A、D因无显著性差异,其水平可根据实际情况进行选择。从经济角度考虑,选择 A1、D1较为合适。因此,最后确定提取桑椹籽中蛋白质的最佳工艺参数为A1B3C3D1,即采用 0.14 mol/LNaOH溶液、料液比 1∶30、40℃条件下提取 2.0 h,即可达到最佳提取效果,在此条件下重复提取桑椹籽蛋白质 3次,测得平均提取率为 25.37%。

表2 正交试验方差分析结果

表3 多重比较用 SSR及LSR值

表4 B、C因素各水平均值多重比较结果

2.4 桑椹籽蛋白的主要成分

桑椹籽脱脂后,经碱溶酸沉、真空冻干后可获得桑椹籽蛋白,经测定其主要成分为:水分 6.8%、粗蛋白 79.2%、粗脂肪 3.9%、膳食纤维 2.3%、碳水化合物2.5%、灰分 5.2%。

3 结论

3.1 碱溶酸沉法提取的桑椹籽蛋白质的等电点为4.3,即 p I=4.3。

3.2 碱溶酸沉法提取工艺中,影响桑椹籽中蛋白质提取率的因素影响程度由大到小依次为料液比、提取时间、NaOH溶液浓度、提取温度,其中料液比和提取时间对桑椹籽蛋白质提取率的影响显著,NaOH溶液浓度和提取温度对桑椹籽蛋白质提取率的影响不显著。

3.3 碱溶酸沉法提取桑椹籽中蛋白质的最佳工艺参数为提取剂为 0.14 mol/L NaOH溶液、料液比1∶30,在 40℃条件下提取时间 2.0 h。在此条件下,桑椹籽中蛋白质的提取率可达 25.37%。

[1]肖更生,徐玉绢,刘学铭,等.桑椹的营养、保健功能及其加工利用[J].中药材,2001,24(1):70-72

[2]杨海霞,朱祥瑞,房泽民.桑椹的药用价值与开发利用[J].蚕桑通报.2003.34(3):5-8

[3]李以军,潘洪平,王风.桑椹的药理研究和临床应用[J].时珍国药研究,1993,5(2):43-44

[4]郑建仙主编,功能性食品:第二卷[M].北京:中国轻工业出版社,1999:65-66

[5]张志伟,杨中平,岳田利,等.桑椹籽制油及综合开发利用[J],粮油加工与食品机械,2005(12):51-53

[6]杨小兰,周纪侃,马文丽.桑椹籽与籽油的营养成分及理化特性的研究[J].中国粮油学报,1998,13(4):43-45

[7]李加兴,孙金玉,陈双平,等.猕猴桃籽粕蛋白提取工艺研究[J].中国食品学报,2006,6(6):14-18

[8]徐明生,上官新晨,吴少福,等.籽粒苋蛋白质的提取研究[J].农业工程学报,2003,20(1):43-45

[9]董加宝,张长贵,王祯旭.食用菜籽蛋白研究及应用[J].粮食与油脂,2005,(12):11-13

[10]李凤英,权英.碱溶法提取葡萄籽中蛋白质的工艺[J].河北职业技术师范学院学报,2003,17(3):26-28.

Optimization Extracting Technology of Protein inMulberry Seeds byAlkaliSolution And AcidIsolation

Xu Jianguo1Hu Qingping1Wang Yingzi1Tian Chengrui2Luo Jiyang2
(Departerment of Food Science and Engineering,ShanxiNormalUniversity1,Linfen 041004)
(College of Food Engineering and Nutritional Science,ShaanxiNo rmalUniversity2,Xi′an 710062)

For opti mizing the conditions for extracting protein in mulberry seedswith alkali-solution and acid -isolation,single factor tests,orthogonal experimental design,variance analyse and multiple comparison were applied to study the effects of different factors and optimize the parameters.Results:The p Iof the protein in mulberry seeds is 4.3.The four affecting factors for protein yield rank from strong to weak as material/solvent ratio(g/ml),extraction time,NaOH concentration,and extraction temperature.The determined optimal extraction conditions are NaOH con2 centration 0.14 mol/L,material/solvent ratio 1∶30,extracting time 2.0 h and extraction temperature 40℃.The yield of protein under the opti mal conditions is 25.37%

mulberry seeds,protein,alkali solution and acid isolation,optimization

TS202.1 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)06-0098-04

教育部重点项目 (00118),山西师范大学自然基金项目(YZ08020)

2009-06-30

徐建国,男,1971年出生,副教授,食品科学