許光映 胡曉軍 李 群 高忠東

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，太原 030031)

亞麻是我國(guó)主要油料作物之一，我國(guó)常年種植面積約57萬公頃，年產(chǎn)量約47萬噸，種植面積居世界第3位，產(chǎn)量居世界第2位［1］。亞麻籽含有40%左右的粗脂肪、1%左右的木酚素、10%左右的亞麻膠27%左右的膳食纖維和20%左右的蛋白質(zhì)［1－5］，亞麻籽已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究功能食品的熱點(diǎn)之一。亞麻籽作為一種高蛋白油料作物，其品種、產(chǎn)地、種植方式和氣候均對(duì)其蛋白含量有影響［6－8］。此前，國(guó)內(nèi)外報(bào)道亞麻分離蛋白是以脫脂亞麻籽或脫膠脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取。以脫脂亞麻籽為原料提取亞麻分離蛋白時(shí)，因?yàn)閬喡樽迅缓z質(zhì)干擾蛋白的分離和沉淀，提取的難度很大［9］;用脫膠脫脂亞麻籽提取亞麻蛋白時(shí)，氮回收率有所提高，提取率約為42%，蛋白質(zhì)的純度到達(dá)89.37%［10－11］，然而亞麻籽在脫膠后脫脂前需要耗費(fèi)大量的能源進(jìn)行干燥，該工藝各產(chǎn)品的生產(chǎn)成本較高，所以至今沒有應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)中。本研究探討以脫皮脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取亞麻分離蛋白，為提高亞麻籽脫皮脫脂后的副產(chǎn)品——亞麻籽仁粕的加工附加值，實(shí)現(xiàn)亞麻分離蛋白的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)打下理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

亞麻籽:大同市福瑞康鑫科技有限公司。

1.2 試劑及儀器設(shè)備

1.2.1 試劑

石油醚:淄博市臨淄東方紅化工廠;氫氧化鈉:萊州市興泰化工有限公司;鹽酸:常州市雙良化工有限公司;硫酸、硫酸鉀:連云港巨佳化工科技有限公司;硫酸銅:上海青鳳化工廠;甲基紅、溴甲酚綠:天津希恩思生化科技有限公司;硼酸:淄博錦熹硼酸廠。

1.2.2 儀器與設(shè)備

脫皮機(jī):自制;HZS－HA水浴振蕩器:哈爾濱市東明醫(yī)療儀器廠;旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器:上海亞榮生化儀器廠;TD2102電子天平:余姚市金諾天平儀器有限公司;PHS－25型數(shù)顯酸度計(jì):杭州雷磁分析儀器廠;KDY－9820凱氏定氮儀:北京通潤(rùn)源機(jī)電技術(shù)有限公司;FD－3冷凍干燥機(jī):北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;LXJ－ⅡB低速大容量離心機(jī):上海精密儀器儀表有限公司;DHG－9140B電熱鼓風(fēng)干燥箱:上海申賢恒溫設(shè)備廠;KDN－20消煮爐:鄭州南北儀器設(shè)備有限公司;萬能粉碎機(jī):武義縣屹立工具有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 分析測(cè)定方法

1.3.1.1 蛋白含量的測(cè)定

蛋白含量用凱氏定氮法(GB/T 5511—1985)測(cè)定。

1.3.1.2 蛋白提取率的測(cè)定［11］

蛋白提取率=分離蛋白中的蛋白質(zhì)質(zhì)量/脫膠脫脂亞麻仁粕中的蛋白質(zhì)質(zhì)量×100%。

1.3.2 原料預(yù)處理方法

亞麻籽經(jīng)篩選除雜后，送入脫皮機(jī)分離為亞麻籽仁和亞麻籽皮［12］，取一定量的亞麻籽仁加入料液比1∶5的石油醚脫脂，在20℃的水浴振蕩器中提取3 h，經(jīng)抽濾固液分離，重復(fù)2次，干燥固相，得脫皮脫脂亞麻籽仁粕。亞麻籽仁粕的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為52.4%。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

1.3.3.1 提取液pH對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理，提取液 pH 分別是:7.5、8.5、9.5、10.5、11.5、12.5。每個(gè)處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入150 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至一定的pH，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取90 min。提取結(jié)束后將混合液倒入離心管，在4 800 r/min條件下離心5 min，把上層液相移入三角瓶，用1 mol/L的HCl調(diào)節(jié)上層液相的pH至出現(xiàn)沉淀，在4 800 r/min條件下離心5 min，收取固相物，冷凍干燥、粉碎，即得亞麻分離蛋白，重復(fù)3次，結(jié)果取平均值?？疾旆蛛x蛋白提取率和蛋白含量。

1.3.3.2 料液比對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗(yàn)設(shè) 5個(gè)處理，料液比分別是:1∶10、1∶20、1∶30、1∶40、1∶50。每個(gè)處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉 10 g放入三角瓶中，加入一定量的純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取90 min。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.3.3 提取溫度對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，提取溫度分別是:20、40、60、80、100℃。每個(gè)處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入300 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入水浴振蕩器調(diào)節(jié)至一定溫度，振蕩提取90 min。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.3.4 提取時(shí)間對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

試驗(yàn)設(shè)6個(gè)處理，提取時(shí)間分別是:60、90、120、150、180、210 min。每個(gè)處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，加入300 mL純凈水，用1 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)至pH 9.5，將三角瓶放入40℃水浴振蕩器中，振蕩提取一定時(shí)間。提取完畢的后續(xù)處理方法及考察內(nèi)容同 1.3.3.1。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)提取液pH、料液比、提取溫度、提取時(shí)間4個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)3個(gè)水平，開展L9(34)正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，取單因素試驗(yàn)中最佳的水平為第二水平;每個(gè)處理取脫皮脫脂亞麻仁粕粉10 g放入三角瓶中，提取完畢的后續(xù)處理方法同1.3.3.1。考察試驗(yàn)各處理的分離蛋白提取率、最佳工藝條件組合時(shí)蛋白提取率和分離蛋白的蛋白含量。

表1 正交試驗(yàn)因素與水平表

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取液pH對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

提取液pH對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響見圖1。提取液pH的變化改變了蛋白質(zhì)的帶電情況，直接影響蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)與溶液的相互作用，從而使蛋白質(zhì)的溶解性發(fā)生了變化，進(jìn)而影響對(duì)分離蛋白的提取率。在試驗(yàn)范圍內(nèi)，當(dāng)提取液pH值從7.5增至9.5時(shí)，隨著提取液pH的增加，分離蛋白提取率呈上升趨勢(shì);當(dāng)pH值從9.5增加至12.5時(shí)，提取率則呈下降趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，pH 9.5時(shí)的蛋白提取率與其他5個(gè)處理的蛋白提取率呈極顯著差異(P＜0.01)，為提高分離蛋白提取率，提取液以pH 9.5 為宜。

分離蛋白的蛋白含量與提取率成正相關(guān)，當(dāng)提取液pH 9.5時(shí)得到分離蛋白的蛋白含量與其他5個(gè)處理呈極顯著差異(P＜0.01)。

圖1 提取液pH對(duì)分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.2 料液比對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

從圖2可見，不同料液比對(duì)分離蛋白提取率的影響呈先上升后平緩趨勢(shì)，當(dāng)料液比從1∶10增加到1∶30時(shí)，分離蛋白提取率呈快速上升趨勢(shì);當(dāng)料液比由1∶30增加至1∶50時(shí)，分離蛋白提取率呈平緩趨勢(shì)。說明當(dāng)料液比較小時(shí)，一方面在試驗(yàn)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)，部分蛋白還沒有被溶解出來，另一方面在固液相分離時(shí)，固相中吸附了比較多的提取液。統(tǒng)計(jì)分析表明，料液比 1∶30、1∶40 和 1∶50 3 個(gè)處理之間的蛋白提取率差異不顯著(P＞0.05)，料液比1∶30、1∶40和1∶50 3 個(gè)處理與料液比 1∶10、1∶20 2 個(gè)處理的蛋白提取率呈極顯著差異(P＜0.01)，一般地料液比越高提取成本越大，因此，提取料液比采用1∶30為宜。

不同料液比對(duì)分離蛋白的蛋白含量影響趨勢(shì)與對(duì)提取率的影響趨勢(shì)相似，提取料液比為1∶30時(shí)，提取獲得分離蛋白的蛋白含量最高。

圖2 料液比對(duì)分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.3 提取溫度對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

提取溫度對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響見圖3。不同提取溫度對(duì)分離蛋白提取率的影響呈先上升后下降趨勢(shì)，當(dāng)提取溫度從20℃增加到60℃時(shí)，隨著提取溫度的提高，分離蛋白提取率呈上升趨勢(shì);提取溫度從60℃增加至100℃時(shí)，蛋白提取率呈下降趨勢(shì);這可能與溫度升高后蛋白質(zhì)發(fā)生變性，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)提取有關(guān)。統(tǒng)計(jì)分析表明，提取溫度為60℃時(shí)的提取率與40℃時(shí)差異不顯著(P＞0.05)，與其他處理呈極顯著差異(P＜0.01)。

提取溫度對(duì)分離蛋白蛋白含量的影響與蛋白提取率的趨勢(shì)相似，溫度在60℃時(shí)提取獲得分離蛋白的蛋白含量最高。

圖3 提取溫度對(duì)分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.4 提取時(shí)間對(duì)分離蛋白提取率和蛋白含量的影響

從圖4可以看出，提取時(shí)間在150 min以下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，分離蛋白提取率也在提高;提取時(shí)間在150 min以后繼續(xù)延長(zhǎng)至210 min時(shí)，蛋白提取率呈平緩向下趨勢(shì)。分離蛋白的蛋白含量與提取時(shí)間的關(guān)系與提取率相似，也呈先上升后平緩向下的趨勢(shì)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象是由于隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)蛋白逐漸析出，但時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)會(huì)使蛋白變性，而使得蛋白提取率下降［13］。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，提取時(shí)間為150 min和180 min 2個(gè)處理之間的提取率差異不顯著(P＞0.05);提取時(shí)間為150 min與210 min之間的提取率呈顯著差異(P＜0.05);提取時(shí)間為150 min與150 min以下的3個(gè)處理之間的提取率呈極顯著差異(P＜0.01)。因此，提取時(shí)間以150 min為宜。同時(shí)，提取時(shí)間為150 min時(shí)，提取分離蛋白的蛋白含量也最高。

圖4 提取時(shí)間對(duì)分離蛋白的提取率和蛋白含量的影響

2.5 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，按照極差R的大小，影響蛋白提取率的因素主次順序是:提取液pH＞提取溫度＞提取時(shí)間＞料液比;亞麻分離蛋白提取工藝的最佳條件是:提取液pH 9.5、提取溫度為60℃、提取時(shí)間為165 min、料液比為1:30。以脫皮脫脂亞麻仁粕為原料，以亞麻分離蛋白提取工藝的最佳條件試驗(yàn)的提取率為52.71%，提取的分離蛋白的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以干基計(jì))達(dá)95.20%。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析

3 結(jié)論

亞麻籽脫皮是亞麻籽深加工的關(guān)鍵技術(shù)，亞麻籽經(jīng)脫皮脫脂后得到的亞麻籽仁粕為亞麻籽脫皮后制備油脂的副產(chǎn)品，其粗蛋白達(dá)到52.4%。以脫皮脫脂亞麻籽為原料，采用堿溶酸沉的方法提取亞麻分離蛋白的工藝研究表明，亞麻分離蛋白提取的最佳工藝條件是:提取液pH 9.5、提取溫度為60℃、料液比為1:30、提取時(shí)間為165 min。最佳工藝條件時(shí)蛋白提取率達(dá)52.71%，提取的分離蛋白的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)95.20%。

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