任 燕，秦禮康

（貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025）

馬鈴薯淀粉加工汁水蛋白的臭氧鼓泡分離及營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

任 燕，秦禮康*

（貴州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，貴州貴陽(yáng)550025）

采用臭氧鼓泡分離馬鈴薯淀汁水蛋白質(zhì)，以蛋白質(zhì)回收率為指標(biāo)，在單因素篩選基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明，臭氧濃度對(duì)回收率影響最大，溫度對(duì)回收率影響最小。臭氧鼓泡分離蛋白質(zhì)的最佳工藝參數(shù)為臭氧濃度為5.00g/h，溫度10℃、pH8.0、通氣時(shí)間90min，此條件下蛋白質(zhì)回收率為93.21%；加入0.20%羧甲基纖維素鈉溶液，干物質(zhì)回收率從原有的40.65%提高到57.60%；臭氧處理回收的蛋白質(zhì)，非必需氨基酸含量48.82%，必需氨基酸占41.73%，與全雞蛋蛋白貼近度為0.867，仍具有較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

馬鈴薯汁水，蛋白質(zhì)，臭氧，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

1 材料與方法

表2 臭氧浮選法分離蛋白單因素實(shí)驗(yàn)表

1.1 材料與儀器

馬鈴薯原料 威芋3號(hào)品種，貴州省大方縣栽種；考馬斯亮蘭試劑盒 南京建成生物工程研究所；其它試劑 均為國(guó)產(chǎn)分析純。

UV-7502PC紫外可見分光光度計(jì) 上海欣茂儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋 上海梅香儀器有限公司；5G臭氧消毒機(jī) 廣州佳環(huán)科技電器有限公司；FA2004分析天平 上海良平儀器儀表有限公司；KDN-04定氮儀 上海滬西儀器有限公司；L-8800 AA全自動(dòng)分析儀，（日立Hitachi）型氨基酸自動(dòng)分析儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)室制備廢水的成分特征

表1 廢水成分特征

1.2.2 臭氧泡沫浮選分離蛋白質(zhì)的效果評(píng)價(jià)

1.2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 以蛋白回收率為評(píng)價(jià)臭氧浮選分離效果的指標(biāo)，在固定廢水體積為200mL條件下，分別考察了臭氧濃度、溫度、pH、通氣時(shí)間對(duì)臭氧浮選法分離蛋白效果的影響，按表2處理后，測(cè)定蛋白回收率。

1.2.2.2 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以蛋白回收率為指標(biāo)，運(yùn)用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)泡沫分離體系的影響因素進(jìn)行優(yōu)化，確定出體系的最佳工藝參數(shù)。本研究選取了臭氧濃度、溫度、pH和通氣時(shí)間共4個(gè)因素，每個(gè)因素取三個(gè)水平。正交實(shí)驗(yàn)的因素和水平取值見表3。

表3 正交實(shí)驗(yàn)各因素與水平表

1.2.2.3 蛋白回收率測(cè)定

蛋白回收率（%）=回收蛋白質(zhì)量/原廢水中蛋白質(zhì)量×100%

1.2.3 干物質(zhì)回收率 在最佳工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，加入不同濃度的羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）溶液10mL作為乳化劑，測(cè)定干物質(zhì)回收率。

干物質(zhì)回收率（%）=泡沫干粉質(zhì)量/原廢水總干物質(zhì)量×100%

1.2.4 模糊識(shí)別法 采用蘭氏距離法定義評(píng)價(jià)原汁水蛋白和臭氧回收蛋白與標(biāo)準(zhǔn)蛋白（全雞蛋蛋白）的貼近度，其計(jì)算公式為：

式中：ak（k=1，2，…8）為標(biāo)準(zhǔn)蛋白的8種EAA含量；uik為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第k種EAA含量。

最后按貼近度值大小順序排列。貼近度反映評(píng)價(jià)對(duì)象蛋白質(zhì)質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)的接近程度。其值越接近于1，其蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)較高。

1.2.5 回收馬鈴薯蛋白氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià) 蛋白質(zhì)測(cè)定：采用凱氏定氮法測(cè)定馬鈴薯蛋白質(zhì)，粗蛋白系數(shù)為6.25；氨基酸測(cè)定：采用氨基酸自動(dòng)分析儀測(cè)定馬鈴薯蛋白質(zhì)氨基酸；化學(xué)評(píng)分（CS）：采用 FAO（1970）確定的方法，進(jìn)行化學(xué)評(píng)分。氨基酸評(píng)分（AAS）：分別采用Bano（1982）的方法確定氨基酸評(píng)分。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析 本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS11.5軟件進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

從圖1可以看出，在溫度20℃、臭氧濃度5.00g/h、通氣60min，蛋白回收率隨pH的增高而增大，尤其在堿性條件下，蛋白回收率高達(dá)85.48%，其原因可能是臭氧在堿性介質(zhì)中，自由基具有活性［7］，氧化力增強(qiáng)，它能快速與廢水中的有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)。因此，溶液pH是浮選分離效果重要影響因素之一。

圖1 pH對(duì)蛋白回收率影響

從圖2可以看出，蛋白回收率隨著溫度的升高而增大，但當(dāng)溫度大于 20℃時(shí)，蛋白回收率從91.76%下降至87.37%，這可能是臭氧泡沫的穩(wěn)定性隨著溫度的升高而降低，體系只需在常溫下就可達(dá)到很好的分離效果。

圖2 溫度對(duì)蛋白回收率的影響

從圖3可以看出，蛋白回收率也隨著臭氧濃度增大而增大，可能是因?yàn)樗谐粞鯘舛鹊脑黾樱岣叩鞍椎慕宦?lián)反應(yīng)速率，較高的臭氧濃度使得整個(gè)反應(yīng)體系在單位時(shí)間形成的泡沫數(shù)增多，泡沫富集的蛋白量也增加，而較低臭氧濃度由于不能在液面上方形成穩(wěn)定的泡沫，不能使蛋白得到很好的分離。

表5 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表

圖3 臭氧濃度對(duì)蛋白回收率的影響

從圖4可以看出，蛋白回收率隨著通氣時(shí)間變化而變化，在通氣時(shí)間達(dá)90min以后，蛋白回收率開始趨于平緩，這可能是隨著通氣時(shí)間的延長(zhǎng)，體系中可形成臭氧泡沫的組分逐漸耗盡所致。

圖4 通氣時(shí)間對(duì)蛋白回收率的影響

綜上所述，pH、溫度、臭氧濃度及通氣時(shí)間對(duì)蛋白回收率都有著重要影響。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

以蛋白回收率為指標(biāo)，正交實(shí)驗(yàn)極差分析結(jié)果（表4）顯示，臭氧濃度的極差最大，溫度的極差最小，表明臭氧濃度的變化對(duì)體系的影響最大，而溫度對(duì)體系影響最小，因素的影響順序?yàn)锳＞C＞D＞B；正交實(shí)驗(yàn)方差分析結(jié)果（表5）表明，修正模型的P值為0，小于0.05，說(shuō)明正交實(shí)驗(yàn)方差分析模型是適用的，且四個(gè)因素的P也小于0.05，即對(duì)蛋白回收率影響均達(dá)極顯著水平。綜合分析，臭氧浮選分離馬鈴薯蛋白的最佳工藝參數(shù)為A3B1C2D3，即最佳工藝參數(shù)為臭氧濃度為5.00g/h、溫度10℃、pH8、通氣時(shí)間90min，在此條件下蛋白回收率為93.21%。

表4 正交實(shí)驗(yàn)表L9（34）

2.3 干物質(zhì)回收率

預(yù)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，不同乳化劑對(duì)馬鈴薯淀粉加工廢水有輔助起泡作用，其中，羧甲基纖維素鈉（CMC-Na）效果顯著，可增加泡沫穩(wěn)定性，提高干物質(zhì)回收率。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)（圖5）表明，干物質(zhì)回收率隨CMC-Na濃度的增加而增大，在CMC-Na濃度達(dá)0.20%時(shí)，干物質(zhì)回收率為57.60%，較對(duì)照增加近20%，可能是隨CMC-Na濃度的增加，液體表面粘度增大。表面粘度大使液膜的表面強(qiáng)度增加；同時(shí)使液膜中的液體不易排出，延緩液膜破裂時(shí)間，從而增加了泡沫的穩(wěn)定性［8］。但當(dāng) CMC-Na濃度超過0.20%后，干物質(zhì)回收率呈下降趨勢(shì)，這可能是CMC-Na作為乳化劑在水中會(huì)形成膠束，當(dāng)濃度高于臨界膠束濃度時(shí)，泡沫穩(wěn)定性增加，但在濃度增加到一定程度時(shí)，形成的泡沫含液量減少，“脆性”增加，泡沫反而會(huì)變得不穩(wěn)定［9］。

圖5 不同CMC-Na濃度對(duì)干物質(zhì)回收率的影響

表8 馬鈴薯蛋白化學(xué)評(píng)分和氨基酸評(píng)分

表6 馬鈴薯蛋白氨基酸組成

2.4 回收馬鈴薯蛋白評(píng)價(jià)

2.4.1 馬鈴薯蛋白氨基酸組成 臭氧泡沫分離有機(jī)質(zhì)中，蛋白含量為66.21%，是回收物中主要組分。氨基酸的組成及比例影響著蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。原汁水蛋白與臭氧回收蛋白的氨基酸組成結(jié)果如表6所示，從17種氨基酸組成（色氨酸未測(cè)），原汁水蛋白和臭氧回收蛋白的總量分別為975.987mg/g和740.882mg/g，在原汁水蛋白中，非必需氨基酸含量占54.32%，必需氨基酸占45.67%；在臭氧回收蛋白中，非必需氨基酸含量占 48.82%，必需氨基酸占41.73%。對(duì)比分析后可知，臭氧處理后馬鈴薯廢水回收的蛋白中，一部分氨基酸被破壞。

2.4.2 貼近度 由表7可以看出，原汁水濃縮蛋白的貼近度高于臭氧處理蛋白，更接近于1，且兩者都比文獻(xiàn)資料報(bào)道的大豆分離蛋白貼近度0.837要高，說(shuō)明馬鈴薯蛋白具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，與原汁水濃縮蛋白相比，臭氧處理回收的馬鈴薯蛋白貼近度要小，表明臭氧法回收馬鈴薯蛋白對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值有一定的影響，但仍有較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

表7 不同蛋白相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)蛋白的貼近度

2.4.3 馬鈴薯蛋白的化學(xué)評(píng)分和氨基酸評(píng)分 馬鈴薯蛋白的化學(xué)評(píng)分和氨基酸評(píng)分見表8。以大豆分離蛋白為對(duì)照，臭氧處理蛋白中蘇氨酸、蛋氨酸+胱氨酸、亮氨酸的氨基酸評(píng)分要高于大豆分離蛋白，但原汁水濃縮蛋白和臭氧處理蛋白含有一定的賴氨酸，這可與大豆蛋白和各種谷類蛋白互補(bǔ)從而提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

3 結(jié)論

3.1 影響臭氧泡沫分離效果的主要因素有臭氧濃度、pH、溫度及通氣時(shí)間等。以蛋白回收率為指標(biāo)，通過正交實(shí)驗(yàn)獲得最佳工藝參數(shù)為：臭氧濃度為5.00g/h、溫度為10℃、pH8、通氣時(shí)間90min，此條件下蛋白回收率為93.21%。

3.2 臭氧泡沫分離蛋白的過程中，糖和脂肪也進(jìn)入反應(yīng)體系，并不同程度地改善和提高泡沫穩(wěn)定性。

3.3 臭氧泡沫分離有機(jī)質(zhì)，加入一定量羧甲基纖維素鈉溶液使干物質(zhì)回收率提高到57.60%。

3.4 臭氧處理回收物中蛋白含量為66.21%，與全雞蛋蛋白貼近度為0.867，非必需氨基酸含量48.82%，必需氨基酸占41.73%，仍具有較好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

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Nutrition value evaluation of potato protein separated from potato juice waste water by ozone bubbling

REN Yan，QIN Li-kang*
（College of Life Science，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

The present study aims at exploring the application of ozone bubbling for the purpose of separating protein from potato juice waste water.On the basis of single-factor test，orthogonal design L9（34）were adopted for optimization of process parameters to retrieve the protein.The results showed that the concentration of ozone was a significant factor and temperature had minimal impact on recovery ratio.The optimal parameters for separating potato protein by ozone bubbling were concentration of ozone 5.00g/h，temperature 10℃，pH 8.0 and ventilation time 90 minutes.Recovery ratio of protein was 93.21%under above condition.After adding 0.20% sodium carboxymethylcellulose，the recovery rate of dry matter increased from 40.65%to 57.60%.The close degree was 0.867 compared to whole egg protein.The nonessential amino acid and essential amino acid in protein is high，making up of 48.82%and 41.73%of the total amino acids，respectively.

potato juice；protein；ozone；nutrition value

TS239

B

1002-0306（2011）02-0223-05

馬鈴薯淀粉加工廢水因富含蛋白、淀粉、糖類、脂肪等有機(jī)質(zhì)，不處理直接排放，給環(huán)境帶來(lái)極大危害［1］。值得注意的是，淀粉加工廢水中所含的有機(jī)物，大多是可以回收利用的寶貴資源，如馬鈴薯蛋白質(zhì)就有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是均衡的親水/疏水性氨基酸模型［2］，是一種天然的優(yōu)質(zhì)蛋白源，具有較高的附加值，有待開發(fā)利用。目前，馬鈴薯淀粉加工廢水的處理方法主要有生物處理［3-4］、膜分離法［5］、絮凝法［6］等，這些方法雖然在一定程度上可減少環(huán)境污染，但均存在一些局限，且不能將其中的有益成分回收。因此，尋找一種快速、高效、低耗的馬鈴薯淀粉加工廢水處理方法，在減少環(huán)境污染的同時(shí)，回收利用廢水有機(jī)質(zhì)，不僅經(jīng)濟(jì)效益顯著，而且社會(huì)效益和環(huán)境效益也十分巨大。由于馬鈴薯淀粉加工廢水中的蛋白質(zhì)、多糖、脂肪等大分子物質(zhì)，在水中易形成分子聚集體，有較好的成膜穩(wěn)定性。同時(shí)，臭氧作為一種強(qiáng)氧化劑，具有很強(qiáng)的殺菌、去色、降解有機(jī)物的特性。所以，本文在降污實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上應(yīng)用臭氧泡沫浮選分離法，回收馬鈴薯淀粉加工廢水中的有機(jī)質(zhì)，并以蛋白質(zhì)回收率為指標(biāo)，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)影響泡沫分離效果的主要工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以提高蛋白質(zhì)回收率，為臭氧浮選分離法在馬鈴薯淀粉加工廢水的工業(yè)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

2010-03-04 *通訊聯(lián)系人

任燕（1984-），女，碩士研究生，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)與安全。

貴州省科技重大專項(xiàng)（黔科合重大專項(xiàng)［2008］6009號(hào)）；六盤水市科技局項(xiàng)目（52020-07-008）。