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        堿提法提取栝樓籽蛋白工藝條件的優(yōu)化

        2015-10-09 05:25:20林樹花譚興和李高陽
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年2期

        林樹花,譚興和,李高陽,劉 陽

        (1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙410125;2. 湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,湖南 長(zhǎng)沙410125)

        栝樓,又名吊瓜、瓜蔞、藥瓜,屬葫蘆科栝樓屬多年生草本植物,是我國傳統(tǒng)常用的中藥材,具有擴(kuò)張冠脈,抗腫瘤、抗菌、抗衰老、抗艾滋病、抑制血小板凝集等功效,對(duì)消化系統(tǒng)有預(yù)防潰瘍和瀉下的作用[1]。栝樓籽外表有堅(jiān)殼,呈深褐色,長(zhǎng)橢圓形,籽肉略有澀味,富含油脂、蛋白等多種營養(yǎng)成分[2]。目前,國內(nèi)外對(duì)栝樓籽蛋白提取的研究還少見報(bào)道。堿提法作為一種傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)提取方法,因其適應(yīng)性廣、成本低、易操作而成為植物蛋白提取的首選方法[3]。因此,試驗(yàn)擬通過正交優(yōu)化設(shè)計(jì),確定堿提法提取栝樓籽分離蛋白的最佳工藝參數(shù),為栝樓籽這一優(yōu)質(zhì)蛋白的生產(chǎn)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        供試栝樓籽由湖南永州市金騰栝樓發(fā)展有限公司提供。試驗(yàn)主要試劑有鹽酸、氫氧化鈉、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、95%乙醇、無水乙醚等,均為分析純。試驗(yàn)主要儀器有ZK 組織搗碎機(jī)(江蘇鹽城科學(xué)儀器廠)、79-1 磁力攪拌器(湖南湘儀科學(xué)儀器設(shè)備有限公司)、RE-5286A 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)、DHG9071A 電熱恒溫干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)、ES-200 電子天平(長(zhǎng)沙湘平科技發(fā)展有限公司)、AL204 分析天平(梅特勒-托利多儀器上海有限公司)、DELTA 320pH 計(jì)(METTLERTOLEDO)、501型恒溫水浴鍋(金壇市岸頭國瑞實(shí)驗(yàn)儀器廠)、TG16-WS 離心機(jī)(長(zhǎng)沙湘智離心機(jī)有限公司)、全自動(dòng)蛋白質(zhì)測(cè)定儀(福斯)、全自動(dòng)凱氏定氮消化儀(福斯)、DB-2 不銹鋼電熱板(北京市永光明醫(yī)療儀器廠)、FREEZONE4.5L 立式冷凍干燥機(jī)(LABCONCO)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        1.2.1 工藝流程 (1)脫脂栝樓籽粉的制備:栝樓籽→去殼→破碎→加入無水乙醚脫脂→過濾→蒸發(fā)濾液→烘干→脫脂栝樓籽粉末(以下簡(jiǎn)稱栝樓籽粉)。(2)堿提法制備蛋白的過程:準(zhǔn)確稱取一定量栝樓籽粉于50 m L 離心管中,按一定固液比加水混勻,用1 mol/L 氫氧化鈉調(diào)節(jié)堿提pH 值,放入水浴鍋中,在適宜的溫度下浸提一定的時(shí)間。然后取出冷卻,調(diào)節(jié)酸沉pH 值,沉淀后于5 500 r/m in 離心15 min,棄上清,取沉淀調(diào)pH 值至中性,冷凍干燥得分離蛋白粉。

        1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì):①栝樓籽粉粒度大小,在固液比為1︰20,堿提pH 值為9.0,提取溫度50℃,提取時(shí)間60 m in 的條件下,分別考察過20目、60 目、100 目、140 目、180 目篩對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響;②酸沉pH 值,在固液比為1︰20,堿提pH 值為9.0,提取溫度50℃,提取時(shí)間60 m in 的條件下,考察酸沉pH 值3.4、3.6、3.8、4.0、4.2 對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響;③提取時(shí)間,在粒度大小100 目,固液比為1︰20,堿提pH 值為9.0,提取溫度50℃的條件下,分別考察40、50、60、70、80、90、100、110 m in 的提取時(shí)間對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響;④提取溫度,在粒度大小100 目,固液比為1︰20,堿提pH 值為9.0,提取時(shí)間60 m in 的條件下,分別考察30、40、50、60、70℃溫度對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響;⑤固液比,在粒度大小100目,堿提pH 值為9.0,提取溫度50℃,提取時(shí)間60 m in 的條件下,分別考察1︰10、1︰15、1︰20、1︰25、1︰30 的固液比(w︰v)對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響;⑥堿溶pH 值,在粒度大小100 目,固液比為1︰20,提取溫度50℃,提取時(shí)間60 m in 的條件下,分別考察堿溶pH 值8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、10.5 對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響。(2)正交試驗(yàn):在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上以提取時(shí)間、提取溫度、固液比、堿溶pH 值為考察對(duì)象,栝樓籽蛋白得率為響應(yīng)值,應(yīng)用L9(34)的正交設(shè)計(jì)優(yōu)化堿提法提取栝樓籽蛋白的工藝條件。正交試驗(yàn)因素水平表見表1。

        表1 堿提法正交試驗(yàn)因素水平表

        1.2.3 測(cè)定方法與計(jì)算 蛋白質(zhì)測(cè)定(GB 5009.5-2010)采用凱氏定氮法。蛋白質(zhì)得率計(jì)算公式如下:

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

        2.1.1 栝樓籽粉粒度大小的選擇 從圖1 中可以看出,當(dāng)栝樓籽粉粒度在20~100 目時(shí),栝樓籽蛋白的得率幾乎呈線性上升趨勢(shì),這是因?yàn)槟繑?shù)增加則顆粒越細(xì)小,其與溶液接觸的表面積越大,反應(yīng)加快,因此提取率增加;在100 目時(shí),栝樓籽蛋白質(zhì)的得率達(dá)最大值(37.77%);在100~140 目時(shí),栝樓籽蛋白的得率逐漸下降,這可能是此時(shí)的粘度增大,對(duì)反應(yīng)反而形成了阻礙,因而造成提取率下降;而在140~180 目時(shí),栝樓籽蛋白的得率又有所上升。這也許是因?yàn)殡S著目數(shù)的增加,單位質(zhì)量的栝樓籽粉所含蛋白質(zhì)含量也隨之增加。因此,選擇100 目作為栝樓籽粉的最適粒度。

        圖1 栝樓籽粉粒度大小對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        2.1.2 酸沉pH 值的確定 等電點(diǎn)法提取蛋白質(zhì)具有避免蛋白質(zhì)變性、盡可能減少雜質(zhì)、縮短工藝流程、降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)[4]。由圖2 可知,pH 值在3.4~3.8 范圍時(shí),栝樓籽蛋白的得率由26.97%上升至36.29%;當(dāng)pH 值在3.8~4.0 時(shí),得率有所下降;而在4.0~4.2 時(shí),得率的變化不大。當(dāng)pH 值為3.8 時(shí),栝樓籽蛋白的得率最高(36.29%),即沉淀所得的栝樓籽蛋白質(zhì)最多,這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子間的靜電排斥作用使蛋白質(zhì)聚集、沉淀、溶解度降低,而大多數(shù)食物蛋白質(zhì)的最低溶解度一般出現(xiàn)在等電點(diǎn)附近[5-6],因此確定酸沉pH 值為3.8。

        圖2 酸沉pH 值對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        2.1.3 最佳提取時(shí)間的選擇 從圖3 中可以看出,在40~70 m in 時(shí),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),栝樓籽蛋白的得率增加不明顯,這可能是因?yàn)樗疁赝高^離心管傳導(dǎo)至樣液需要一定時(shí)間,故導(dǎo)致這一時(shí)間段內(nèi)栝樓籽蛋白的得率增加緩慢;而當(dāng)提取時(shí)間由70 m in 增加至90 m in時(shí),栝樓籽蛋白的得率陡然增加并達(dá)到最大值(36.41%);而后隨著時(shí)間的延長(zhǎng)得率變化不大。因此,選擇90 m in 為最佳提取時(shí)間。

        圖3 提取時(shí)間對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        2.1.4 最適提取溫度的確定 由圖4 可知,在20~60℃時(shí),隨著提取溫度的升高,栝樓籽蛋白的得率幾乎呈直線急劇上升;這是由于隨著溫度的升高,溶液中的分子運(yùn)動(dòng)活躍,反應(yīng)速度加快,因而得率上升顯著;在60℃時(shí),栝樓籽蛋白的得率達(dá)到最大值(36.73%);隨后,當(dāng)溫度繼續(xù)增加時(shí),栝樓籽蛋白的得率卻快速下降,這可能與部分蛋白質(zhì)由于高溫變性而未能被充分溶解有關(guān)。因此,確定60℃為最適提取溫度。

        2.1.5 最佳固液比的確定 從圖5 中可以看出,隨著溶液量的增加,栝樓籽蛋白的得率呈現(xiàn)出現(xiàn)上升后下降的趨勢(shì),在固液比為1︰20 時(shí),得率達(dá)到最大值(35.08%)。因此,選擇1︰20 為最佳固液比。

        2.1.6 堿溶pH 值的確定 由圖6 可知,當(dāng)pH 值在8.0~8.5 時(shí),栝樓籽蛋白的得率上升趨勢(shì)不明顯;當(dāng)pH值在8.5~9.0 時(shí),得率急劇上升;隨著pH 值的繼續(xù)增加,得率持續(xù)升高,并在9.5 時(shí),達(dá)到最大值(35.09%);當(dāng)pH 值在9.5~10.5 時(shí),得率有所降低,但降低幅度不大,此時(shí)的栝樓籽蛋白得率在30%以上。由此可見,栝樓籽蛋白在強(qiáng)堿環(huán)境下更容易溶入水中,故選擇pH 值9.5 為最適堿溶pH 值。

        圖4 提取溫度對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        圖5 固液比對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        圖6 堿溶pH 值對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響

        2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

        由表2 可知,各因素對(duì)栝樓籽蛋白得率的影響由大到小依次排列為B(溫度)>D(堿提pH 值)>C(固液比)>A(提取時(shí)間);各因素的最優(yōu)水平分別是A1、B3、C2、D3;即堿提法提取栝樓籽蛋白的最佳工藝條件為:提取溫度70℃,堿提pH 值10.0,固液比1︰20,提取時(shí)間80 min。在此工藝條件下重復(fù)試驗(yàn)3 次,栝樓籽蛋白的得率分別是42.89%、46.33%、43.88%,平均得率為44.37%。

        表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

        3 結(jié)論

        試驗(yàn)結(jié)果表明,以過100 目篩的脫脂栝樓籽粉為材料,在酸沉pH 值為3.8 的條件下通過堿提法提取其中的蛋白質(zhì),最優(yōu)工藝條件如下:提取溫度70℃,堿提pH 值10.0,固液比1︰20,提取時(shí)間80 m in,在該工藝條件下蛋白質(zhì)的平均得率為44.37%。同時(shí),在試驗(yàn)過程中還發(fā)現(xiàn)堿提法具有適應(yīng)性廣、成本低、易操作等優(yōu)點(diǎn),提取所獲得的栝樓籽蛋白能保持其原有的功能特性,可作為食品加工、保健品、食品添加劑等的原輔用料,為栝樓籽的進(jìn)一步開發(fā)利用拓寬了途徑。

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