火麻蛋白粉提取工艺研究

许光映

（山西农业大学 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

火麻是桑科大麻亚科大麻属一年生草本植物，又名大麻、汉麻，是栽培历史最古老的作物之一[1-3]，在我国有悠久的种植历史。目前，在山西、辽宁、广西、云南等地已形成较为稳定的种植基地。火麻广泛应用于纺织、药品、食品等领域，在食品中的应用主要是火麻油脂的开发。火麻饼粕是火麻籽榨油生产后的副产品，约为原料的2/3，火麻饼粕含有约60%的膳食纤维、30%的蛋白质、7%的脂肪及其他营养成分[4-6]。目前，火麻饼粕基本当作饲料使用，浪费了宝贵的蛋白质资源。火麻籽中的蛋白质氨基酸组成比值合理、效价均衡，被营养学家称为“优质完全蛋白”，火麻蛋白具有提高人体免疫功能、改善贫血症状、调节血脂、血糖水平等功能特性[7-12]。因此，火麻蛋白是有益人体健康的一种优质植物蛋白质资源，具有较大的开发价值。

黎科亮等人[13]研究了火麻籽脱脂制取火麻粗蛋白的工艺，最佳工艺条件为料液比1∶10，每次萃取时间35 min，萃取次数3 次，萃取温度为32 ℃。李晓君等人[14]研究了酶辅助火麻蛋白提取工艺，最佳提取工艺条件为中性蛋白酶添加量1.0%，提取温度50 ℃，料液比1∶6 ，提取时间1.5 h，提取次数2 次，提取率可达41.6%，蛋白质含量为75.9%。林金莺等人[15]研究了超声波辅助碱法提取火麻仁蛋白，最佳提取工艺条件为占空比20∶20（s/s），料液比1∶10， 超声波辅助浸提时间为30 min，蛋白质提取率达83.6%。

为了给生产企业提供更加详细的技术参考，以火麻饼粕为原料，研究了超声波辅助提取火麻蛋白粉的工艺条件。

1 材料与方法

1.1 材料

火麻饼粕，山西宏田嘉利农业科技公司提供，脱脂后火麻饼粕的蛋白含量为32.65%。

1.2 试剂及仪器设备

1.2.1 试验试剂

氢氧化钠，杭州恒鑫达化工有限公司提供；盐酸、硫酸，沈阳依莱普克斯化工有限公司提供；硫酸钾，扬州巨利化工科技有限公司提供；硫酸铜，河南新乡斯利化工厂提供；硼酸，无锡梦思硼酸厂；甲基红、溴甲酚绿，连云港思恩化工科技有限公司提供；石油醚，河南焦作东方红化工厂提供。以上试剂均为化学纯。

1.2.2 仪器与设备

KQ-5206DB 型超声波清洗器，上海市昆鹏超声仪器公司产品；KDN-9828 型凯氏定氮仪、KDN-04型消煮炉，天津瑞鑫有限公司产品；XS215 型电子天平，宁波精密电子仪器有限公司产品；PHS-27 型数显酸度计，广州天地精密仪器仪表有限公司产品；FD-3 型冷冻干燥机，杭州康医实验仪器有限公司产品；LXJ-ⅡB 型低速大容量离心机，上海精密仪器仪表有限公司产品；DHG- 9146B 型电热鼓风干燥箱，河南焦作恒温设备厂产品；万能粉碎机，温州市一力工具有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

火麻饼粕先用石油醚提取脂肪，脱脂后蛋白含量为32.65%。脱脂后的火麻饼粕用不同浓度的氢氧化钠溶液及不同的料液比，利用超声波辅助提取，然后离心分离，液相加盐酸沉淀，再次离心分离，固相冷冻干燥粉碎得到成品火麻蛋白粉。

火麻饼粕→石油醚脱脂→干燥粉碎→碱液超声波辅助提取→离心分离→液相加酸沉淀→离心分离→固相冷冻干燥→粉碎→火麻蛋白粉。

1.3.2 火麻蛋白粉提取工艺研究

火麻蛋白粉提取工艺中，研究了pH 值碱液、料液比、提取温度、提取时间、超声功率等影响因素，比较不同的试验条件对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响。在单因素试验的基础上进行正交试验，确定火麻蛋白粉最佳提取工艺。

（1） 不同pH 值碱液对火麻蛋白粉提取工艺的影响。每个处理取脱脂后火麻饼粕5 g，加入不同的pH 值碱液，pH 值分别为7.5，8.5，9.5，10.5，11.5，12.5。其他试验条件为料液比1∶15，提取时间30 min，提取温度60 ℃，超声功率600 W，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，重复3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（2） 不同料液比对火麻蛋白粉提取工艺的影响。每个处理取脱脂后火麻饼粕5 g，根据不同料液比加入提取液，料液比分别为1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30。其他试验条件为碱液pH 值9.5，提取时间30 min，提取温度60 ℃，超声功率600 W，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，重复3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（3） 不同提取温度对火麻蛋白粉提取工艺的影响。每个处理取脱脂后火麻饼粕5 g，提取温度分别为20，40，60，80，100 ℃。其他试验条件为碱液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取时间30 min，超声功率600 W，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，重复3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（4） 不同提取时间对火麻蛋白粉提取工艺的影响。每个处理取脱脂后火麻饼粕5 g，提取时间分别为10，20，30，40，50 min。其他试验条件为碱液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取温度60 ℃，超声波功率600 W，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，重复3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（5） 不同超声波功率对火麻蛋白粉提取工艺的影响。每个处理取脱脂后火麻饼粕5 g，超声波功率分别为200，400，600，800，1 000 W。其他试验条件为碱液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取温度60 ℃，提取时间30 min，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，重复3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（6） 火麻蛋白粉提取工艺的正交试验。火麻蛋白粉提取工艺在单因素试验的基础上，分别以提取液pH 值、料液比、提取时间、提取温度为因素，单因素试验的最佳试验条件为中间值，采用L9（34）正交表设计试验。试验设9 个处理，每个处理用脱脂后粉碎的火麻饼粕10 g，完成提取后放入离心机内，以转速4 800 r/min 离心10 min。料液分离后，液相加盐酸沉淀，再次放入离心机内离心分离；固相冷冻干燥后粉碎，即为火麻蛋白粉，研究火麻蛋白粉的提取率，确定火麻蛋白粉最佳提取工艺。

1.4 火麻蛋白粉中蛋白含量测定方法

火麻蛋白粉中蛋白含量用凯氏定氮法测定（GB 5009.5—2010）。

2 结果与分析

2.1 不同pH 值碱液对火麻蛋白粉提取工艺的影响

不同pH 值碱液对火麻蛋白粉提取工艺的影响见图1。

图1 不同pH 值碱液对火麻蛋白粉提取工艺的影响

从图1 可知，火麻蛋白粉提取工艺中不同pH 值提取液对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响较大。在试验区间内，总体趋势呈现先上升后下降的凸状曲线，当火麻蛋白粉提取液的pH 值为9.5 以下时，随着提取液pH 值的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现上升趋势；当火麻蛋白粉提取液的pH 值从9.5 继续增加至12.5 时，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现下降趋势。经统计分析，火麻蛋白粉提取液pH 值9.5 时的蛋白含量及提取率与其他5 个处理呈现极显著差异（p＜0.01），后续工艺试验提取液pH值为9.5。

2.2 不同料液比对火麻蛋白粉提取工艺的影响

不同料液比对火麻蛋白粉提取工艺的影响见图2。

图2 不同料液比对火麻蛋白粉提取工艺的影响

从图2 可知，火麻蛋白粉提取工艺中不同料液比对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响较大。在试验区间内，总体趋势呈现先上升后平滑的曲线，当火麻蛋白粉提取料液比为1∶20 以下时，随着料液比的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现上升趋势；当火麻蛋白粉提取料液比从1∶20 继续增加至1∶30 时，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现平滑趋势。因为料液比越低生产成本越低，后续工艺试验提取料液比为1∶20。

2.3 不同提取温度对火麻蛋白粉提取工艺的影响

不同提取温度对火麻蛋白粉提取工艺的影响见图3。

图3 不同提取温度对火麻蛋白粉提取工艺的影响

从图3 可知，火麻蛋白粉提取工艺中不同提取温度对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响较大。在试验区间内，总体趋势呈现先上升后下降的凸状曲线，当火麻蛋白粉提取温度为60 ℃以下时，随着提取温度的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现上升趋势；当火麻蛋白粉提取温度从60 ℃继续增加温度至100 ℃时，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现下降趋势。经统计分析，火麻蛋白粉提取温度60 ℃时的蛋白含量及提取率与其他4 个处理呈现极显著差异（p＜0.01），后续工艺试验提取温度为60 ℃。

2.4 不同提取时间对火麻蛋白粉提取工艺的影响

不同提取时间对火麻蛋白粉提取工艺的影响见图4。

图4 不同提取时间对火麻蛋白粉提取工艺的影响

从图4 可知，火麻蛋白粉提取工艺中不同提取对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响较大。在试验区间内，总体趋势呈现先上升后平滑的曲线，当火麻蛋白粉提取时间为30 min 以下时，随着提取时间的增加，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现上升趋势；当火麻蛋白粉提取时间从30 min 增加至50 min时，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈现平滑趋势。因为提取时间越短生产成本越低，后续工艺试验提取时间为30 min。

2.5 不同超声功率对火麻蛋白粉提取工艺的影响

不同超声功率对火麻蛋白粉提取工艺的影响见图5。

图5 不同超声功率对火麻蛋白粉提取工艺的影响

从图5 可知，火麻蛋白粉提取工艺中不同超声功率对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响不大。在试验区间内，总体趋势呈现平滑曲线。因为不同超声功率对火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影响不大，后续正交试验不考虑超声功率因素，超声功率为200 W。

2.6 火麻蛋白粉提取工艺的正交试验结果与极差分析

火麻蛋白粉提取工艺的正交试验因素与水平设计见表1，火麻蛋白粉提取工艺的正交试验结果及极差分析见表2。

表1 火麻蛋白粉提取工艺的正交试验因素与水平设计

表2 火麻蛋白粉提取工艺的正交试验结果及极差分析

从表2 可知，根据极差R 的大小，影响火麻蛋白粉提取率的因素依次为pH 值＞料液比＞提取时间＞提取温度，最佳提取工艺条件是pH 值9.5，料液比1∶25，提取时间35 min，提取温度60 ℃。以脱脂火麻饼粕为原料，使用研究得出的火麻蛋白粉提取工艺的最佳条件，火麻蛋白粉的提取率为59.63%，蛋白含量（以干基计） 达60.22%。

3 结论

研究了超声波辅助提取火麻蛋白粉的工艺条件，单因素试验和正交试验的结果都表明，影响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 时的提取率与其他5 个处理的提取率呈极显著差异；不同超声功率对火麻蛋白粉提取率基本没有影响。在正交试验范围内，料液比、提取时间、提取温度的影响不显著。