張慧娟，李瑩瑩，王　靜，劉英麗，周凱文

（北京工商大學(xué)食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京100048）

醇洗法純化高溫花生粕分離蛋白的研究

張慧娟，李瑩瑩，王靜*，劉英麗，周凱文

（北京工商大學(xué)食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京100048）

以堿提酸沉方法提取高溫花生粕蛋白，利用響應(yīng)面法進行醇洗優(yōu)化，在提高其蛋白質(zhì)含量的基礎(chǔ)上，研究醇洗對該蛋白的功能特性的影響。實驗結(jié)果表明，在乙醇濃度為80%、醇洗時間為180min、料液比為1∶15、醇洗溫度為50℃時，得到的蛋白質(zhì)含量最高為79.21%。經(jīng)過醇洗后，產(chǎn)品的持油性有所改善，乳化及乳化穩(wěn)定性、起泡及起泡穩(wěn)定性均顯著降低。

高溫花生粕，醇洗，響應(yīng)面法，蛋白質(zhì)

花生（Arachis hypogaea L.）屬于豆科，一年生草本，又名落花生、地豆、地果、具有補虛、益壽、抗衰老、美容之功效，因而被稱為長生果［1］。它是全世界公認(rèn)的健康食品，在我國被認(rèn)為是“十大長壽食品”之一［2］。

在我國，每年50%～60%的花生都用來榨油，花生經(jīng)過榨油后的副產(chǎn)品—花生粕營養(yǎng)成分含量很高，其中含有豐富的蛋白質(zhì)資源以及一些不溶性的花生纖維成分，具有很高的利用價值［3］。我國的花生蛋白產(chǎn)業(yè)起步較晚，基礎(chǔ)薄弱，大部分產(chǎn)品都處于初級加工階段。傳統(tǒng)榨油方法會產(chǎn)生大量的高變性脫脂花生粕，這種副產(chǎn)物主要應(yīng)用于飼料或食品加工原料等領(lǐng)域，花生資源的巨大潛能在經(jīng)濟效益和社會效益上未能得以發(fā)揮?，F(xiàn)在我國花生制油業(yè)每年約有上百萬噸的高溫花生粕，具有很大的開發(fā)和研究利用價值［4］，其研究前景十分廣闊。

目前花生粕蛋白的提取方法有堿法、酶法及物理法等。對于花生粕蛋白的研究往往集中于單一的提取方法，本研究以傳統(tǒng)堿提酸沉法提取出高溫花生粕分離蛋白，在此基礎(chǔ)之上進行乙醇洗滌，探究其對蛋白質(zhì)含量的影響，同時對醇洗后花生粕分離蛋白的功能特性進行測定，為花生粕蛋白的深層研究奠定理論基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

高溫花生粕山東魯花花生油有限公司；氫氧化鈉、五水合硫酸銅、硫酸鉀國藥集團化學(xué)試劑有限公司；鹽酸、無水乙醇、硫酸北京化工廠；甲基紅、溴甲酚綠天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；硼酸北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司；十二烷基硫酸鈉（SDS）天津市福晨化學(xué)試劑廠，所用試劑均為分析純。

HT-500型多功能粉碎機鄭州華通機械廠；AL204型電子分析天平梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；3K15型冷凍離心機德國SIGMA Laborzentrifugen GmbH；Starter2000型pH計美國奧豪斯（上海）有限公司；MODULYOD型冷凍干燥機美國Thermo Electron Corporation；DZF6050型真空干燥箱南京瑞奧電熱科技有限公司；DKL8型半自動消化爐意大利VELP科技有限公司；UDK159型全自動凱氏定氮儀意大利VELP科技有限公司；IKA T18型高速分散機上海楚柏實驗設(shè)備有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1堿溶酸沉法提取花生分離蛋白依據(jù)高云中［5］的方法，略有改動，具體步驟如下：用高效粉碎機粉碎高溫花生粕，將粉碎物均勻過80目篩，封裝4℃保存。將過篩后的原料按1g/10m L加入去離子水，用1.0mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH到9.5，保持pH不變，60℃下水浴攪拌浸提2h，4℃下以9000r/m in離心15m in，將上清液倒入潔凈燒杯，取沉淀進行復(fù)提，按原來加水量的80%加入去離子水，并按上述方法重新提取，合并上清液，冷凍干燥20h得到花生分離蛋白。

1.2.2花生分離蛋白含量的測定采用凱氏定氮法［6］測定蛋白含量。

1.2.3乙醇洗滌花生分離蛋白的優(yōu)化實驗

1.2.3.1單因素實驗通過控制洗脫時間90m in，溫度50℃，料液比1∶9，改變乙醇濃度，采用50%、60%、70%、80%、90%5個濃度進行洗脫，然后分別測定洗脫后蛋白質(zhì)的含量，選出最優(yōu)值；選擇最佳乙醇濃度，洗脫時間90m in，溫度50℃，改變料液比，采用1∶7、1∶9、1∶11、1∶13、1∶15、1∶17 6個比例進行洗脫，然后分別測定洗脫后蛋白質(zhì)的含量，選出最優(yōu)值；在最佳乙醇濃度、最佳料液比、溫度50℃的條件下，改變洗脫時間，采用60、90、120、150、180、210m in 6個時間進行洗脫，然后分別測得洗脫后蛋白質(zhì)的含量，選出最優(yōu)值；在最佳乙醇濃度、最佳料液比、最佳洗脫時間下，改變洗脫溫度，采用45、50、55、60、65℃5個溫度進行洗脫，然后分別測定洗脫后蛋白質(zhì)的含量，選出最優(yōu)值。

1.2.3.2響應(yīng)面法因素水平表的確定采用響應(yīng)面分析法對醇洗工藝進行優(yōu)化。根據(jù)單因素實驗所得結(jié)果，確定了響應(yīng)面因素水平表1。

表1　花生蛋白提取Box-Behnken設(shè)計實驗因素水平及其編碼表Table 1　Box-Behnken design test factors and levels and coding table by peanut protein

1.2.4花生分離蛋白乙醇洗滌前后的性質(zhì)對比

1.2.4.1分離蛋白的持水性（WHC）測定準(zhǔn)確稱取0.1g樣品分散于5m L水中，室溫條件下200r/m in攪拌30m in，3000r/m in離心30m in，棄去上清液，稱沉淀質(zhì)量，按下式計算持水性［7］。

1.2.4.2分離蛋白的持油性（OHC）測定準(zhǔn)確稱取0.3g樣品于10m L離心管中，加入2m L大豆油，在室溫25℃靜置1h，3000r/m in離心30m in，倒掉上清液，10m in后稱量沉淀的質(zhì)量，按下式計算持油性。

1.2.4.3分離蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性測定將樣品蛋白配制成濃度為1%（g/m L）的懸濁液，用0.1mol/L HCl或者NaOH將pH分別調(diào)為3.0、5.0、7.0、9.0，然后與5m L大豆油混合后均質(zhì)1m in，均質(zhì)速度為10000r/min。在0min和20min時分別用移液槍從容器底部吸取100μL樣品，與4.9m L濃度為0.1%SDS混合，然后在波長500nm處測定樣品吸光度值［8］。

式中：A0—均質(zhì)后迅速被稀釋的乳化液的吸光度；ρ—為蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度（10g/L）；N—為稀釋倍數(shù)；Φ—為乳化液中油的體積分?jǐn)?shù)（本實驗是0.25）。

式中：Δt—兩次測量之間的時間間隔；ΔA—Δt時間間隔內(nèi)乳化液吸光度的變化。

1.2.4.4分離蛋白的起泡性及泡沫穩(wěn)定性測定將樣品蛋白配制成濃度為1%（g/m L）的懸濁液，用0.1mol/L HCl或者NaOH將pH分別調(diào)為3.0、5.0、7.0、9.0。量取20m L樣品溶液，均質(zhì)3m in，均質(zhì)速度為10000r/m in。在0m in和3m in時讀取泡沫體積。

式中：V1—蛋白樣品溶液的體積；V2—均質(zhì)后泡沫體積；V3—均質(zhì)結(jié)束3min后泡沫體積。

2　結(jié)果與討論

2.1乙醇洗滌分離蛋白單因素實驗

圖1　乙醇濃度與蛋白質(zhì)含量關(guān)系Fig.1　The relationship between the concentration of ethanol and protein content

從圖1可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著乙醇濃度的增加，醇洗后蛋白質(zhì)的含量呈上升趨勢，隨著乙醇濃度的不斷增大，當(dāng)濃度高于80%時，蛋白含量有所下降，此時由于花生粕中的一些醇溶性雜質(zhì)的溶解，導(dǎo)致醇洗后花生分離蛋白的雜質(zhì)含量增高，影響蛋白質(zhì)的含量，但其仍優(yōu)于較低醇洗濃度下蛋白質(zhì)含量，根據(jù)實驗結(jié)果，乙醇濃度選擇在70%～90%之間為宜。

從圖2可知，醇洗時間對醇洗后蛋白質(zhì)的含量有很大的影響?；ㄉ鞍字写既苄缘鞍踪|(zhì)含量不高，但是由于醇洗時間的增加，部分被不溶性蛋白包裹的醇溶性蛋白脫離出來，融入乙醇當(dāng)中，導(dǎo)致醇洗后蛋白質(zhì)的含量降低，同時導(dǎo)致能源消耗量增加和效率變低。醇洗時間控制在150～210min之間為宜。

圖2　醇洗時間與蛋白質(zhì)含量關(guān)系Fig.2　The relationship between of ethanolwashing time and protein content

從圖3中可已看出，料液比越大，蛋白質(zhì)的溶出率越高，蛋白質(zhì)含量也就越高。料液比小于1∶13時，隨著料液比的增長，蛋白含量增長顯著；當(dāng)料液比超1∶13后，花生蛋白的含量雖仍隨著料液比的增長而增大，但幅度較小，變化趨勢緩慢。所以，從節(jié)省資源的角度來看，選取料液比在1∶13～1∶17間合適。

圖3　料液比與蛋白質(zhì)含量關(guān)系Fig.3　The relationship between liquid-solid ratio and protein content

從圖4可見，在45～50℃范圍內(nèi)升高溫度有利于蛋白含量的提高。適宜的溫度有利于蛋白質(zhì)的溶解，使得蛋白質(zhì)的含量變大；而且蛋白溶解度大，可以有效的減少水的用量，減少排污量。但是溫度過高會使蛋白質(zhì)的損失量增大，同時增大能耗，因此選擇溫度范圍在45～55℃。

圖4　醇洗溫度與蛋白質(zhì)含量關(guān)系Fig.4　The relationship between the of ethanolwashing temperature and protein content

2.2響應(yīng)面實驗

2.2.1響應(yīng)面實驗設(shè)計結(jié)果實驗采用Box-Benhnken設(shè)計實驗，在單因素確定實驗基礎(chǔ)上，選擇對醇洗花生分離蛋白過程有顯著影響的四個因素：乙醇濃度、醇洗時間、料液比、醇洗溫度，以醇洗后花生分離蛋白的蛋白含量為響應(yīng)值，四因素三水平的響應(yīng)面分析實驗結(jié)果見表2。

表2　花生蛋白提取Box-Behnken設(shè)計實驗及結(jié)果Table 2　Box-Behnken design test results for peanut protein extraction

2.2.2回歸方程的方差分析以花生蛋白含量為指標(biāo)，利用Design-expert V8軟件對表2進行分析得到四因素與花生蛋白含量（%）之間的回歸方程如下：蛋白質(zhì)含量=77.57-0.12A+1.30B-0.35C-0.025D+1.93AB+ 0.13AC+0.54AD+0.29BC-0.13BD+1.15CD-2.22A2+ 0.080B2-0.97C2-0.56D2

對回歸模型進行方差分析，結(jié)果見表3回歸模型達到極其顯著水平（p＜0.01），而失擬項不顯著，說明回歸方程與實際情況吻合較好，實驗誤差小，因此可用該回歸方程代替實驗真實點對實驗結(jié)果進行分析?；貧w模型各項方差分析結(jié)果還表明，一次項、二次項都有顯著影響，所以響應(yīng)值的變化相當(dāng)復(fù)雜，各個具體實驗因素對響應(yīng)值的影響不是簡單的線性關(guān)系?；貧w模型中顯示了多項交互作用，其中作用顯著的是A、B、C、AB、CD、A2、B2、C2、D2。因此，在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)乙醇濃度、醇洗時間、料液比和醇洗溫度的關(guān)系，使花生蛋白的含量達到所需水平。同時，從表3中可以看出，影響醇洗的各個因素影響大小排序依次為乙醇濃度（A）＞料液比（C）＞醇洗時間（B）＞醇洗溫度（D）。

表3　花生蛋白含量方差分析表Table 3　ANOVA for the fitted quadratic polynomialmodel on purity of peanut protein

2.2.3各因素交互作用對花生蛋白的響應(yīng)面分析通過Design-expert V8軟件分析，以及顯著項A、B、C和不顯著項D分別進行分析比較，做出如圖5～圖8所示的響應(yīng)面曲面圖。由圖5～圖8可以直觀的看到各因素之間的交互情況，A與B的交互作用的響應(yīng)面隨著因素的改變而顯著變化，趨勢明顯，而等值線扁平，表示這兩個因素之間的相互作用對蛋白含量的影響越大，即乙醇濃度與醇洗時間相互影響最大。

圖5　乙醇濃度與醇洗時間交互作用的響應(yīng)面Fig.5　Response surface of ethanol concentration and ethanolwashing time on peanut protein content

圖6　乙醇濃度與醇洗溫度交互作用的響應(yīng)面Fig.6　Response surface of ethanol concentration and ethanolwashing temperature on peanut protein content

圖7　醇洗時間與料液比交互作用的響應(yīng)面Fig.7　Response surface of ethanolwashing time and solid-liquid ratio on peanut protein content

圖8　料液比與醇洗溫度交互作用的響應(yīng)面Fig.8　Response surface of solid-liquid ratio and ethanol washing temperature on peanut protein content

2.3方程最優(yōu)解求解與驗證實驗

利用Maxima 5.20.1進行規(guī)劃求解，經(jīng)轉(zhuǎn)換，可得到實際的因素水平為乙醇濃度為80.95%、醇洗時間為182.21min、料液比為1∶15.33、醇洗溫度為50.01℃。在最優(yōu)條件下取整處理，在乙醇濃度為80%、醇洗時間為180m in、料液比為1∶15、醇洗溫度為50℃進行驗證實驗，測定蛋白含量為79.21%，較預(yù)測值79.91%偏低。

2.4乙醇洗滌前后分離蛋白性質(zhì)對比結(jié)果

2.4.1持水性及持油性的對比采用響應(yīng)面實驗最優(yōu)工藝條件進行醇洗，醇洗前后花生蛋白的持水性和持油性見圖9和圖10。

圖9　不同種類蛋白的持水性Fig.9　The water-binding capacity of different proteins

蛋白質(zhì)的持水性是指水化了的蛋白質(zhì)牢固束縛水分不丟失的能力［9］。由圖9可知，醇洗前后花生蛋白的持水性未出現(xiàn)顯著性（p＞0.05）差異，且較醇洗前蛋白降低了21.75%，兩者較大豆蛋白均顯著降低。本實驗原料為高溫花生粕，較高溫度會使蛋白質(zhì)的高級結(jié)構(gòu)被破壞而變性聚集，致使其蛋白內(nèi)部親水基團減少，醇洗對其持水性作用的影響并不顯著。

圖10　不同種類蛋白的持油性Fig.10　The oil-binding capacity of different proteins

蛋白質(zhì)的持油性是指蛋白吸附油脂的能力。影響吸油性的主要因素是蛋白質(zhì)產(chǎn)品的種類、來源、顆粒大小、溫度和加工方法，其中溫度是影響吸油性最重要的指標(biāo)［10］。由圖10可知，醇洗后的花生蛋白較醇洗前的蛋白持油性顯著（p＜0.05）增加19%，這可能是由于蛋白質(zhì)在醇洗后蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開，暴露出了更多疏水基團，親油能力提高［11］。

2.4.2乳化性及乳化穩(wěn)定性的測定乳化性是指蛋白質(zhì)產(chǎn)品能將油水結(jié)合在一起，形成乳狀液的性能，是衡量蛋白質(zhì)促進水型乳狀液形成能力的指標(biāo)［12］。pH是影響乳化性的重要因素，采用響應(yīng)面實驗最優(yōu)工藝條件進行醇洗，不同pH下各蛋白的乳化性及乳化穩(wěn)定性見圖11、圖12。

圖11　不同pH下樣品的乳化性Fig.11　Effectof different pH on the emulsibility of proteins

圖11給出了同一pH下不同樣品間的差異。除pH 5.0條件下，醇洗后的花生分離蛋白的乳化性較醇洗前均顯著（p＜0.05）降低，在pH為9.0時兩者乳化性差值達到最大為9.86m L/g。這可能是由于醇洗后的花生蛋白疏水基團暴露，導(dǎo)致溶解性降低，而蛋白質(zhì)的乳化性與溶解度有著很大的關(guān)系，溶解度降低，其乳化性會隨之降低。當(dāng)pH＜5.0時，乳化性隨pH增大而降低；pH＞5.0，乳化性隨pH的增大而增強。由于隨著pH的升高，COO-逐漸增多，分子間的靜電斥力越來越劇烈，離散雙電層、溶液界面膜也隨之加厚，同時有利于蛋白質(zhì)的凝聚，所以乳化性逐漸增強［13］。

圖12　不同pH下樣品的乳化穩(wěn)定性Fig.12　Effect of different pH on the emulsion stability of proteins

乳化穩(wěn)定性是指油水乳狀液保持穩(wěn)定的能力。由圖12可知，除pH 5.0條件下，經(jīng)醇洗后，花生分離蛋白的乳化穩(wěn)定性均顯著（p＜0.05）降低，且均顯著（p＜0.05）低于大豆蛋白。樣品蛋白均在pH 5.0時達到最低值，這是因為當(dāng)pH處在等電點附近時，由于等電點蛋白質(zhì)的分子所帶電荷數(shù)為零，蛋白分子表面不能形成水化層，顆粒間相互排斥力小，造成乳狀液滴極易破裂［14］。同樣從圖12可以看出，當(dāng)pH＞5.0時，乳化穩(wěn)定性隨pH升高而增強，這時的分子負(fù)電荷增多，乳化顆粒間的排斥作用增大，形成的乳狀液滴趨于穩(wěn)定。

2.4.3起泡性及泡沫穩(wěn)定性的測定起泡性是指蛋白產(chǎn)品攪打起泡，降低氣-液界面的表面張力而幫助形成起泡的能力。影響蛋白起泡性的因素有很多，如蛋白質(zhì)含量、pH、溫度、離子強度、糖類、脂類等［15］，本文主要研究pH對三種蛋白起泡性的影響。采用響應(yīng)面實驗最優(yōu)工藝條件進行醇洗，樣品的起泡性及泡沫穩(wěn)定性見圖13、圖14。

圖13　不同pH下樣品的起泡性Fig.13　Effectof different pH values on the foaming capacity of proteins

由圖13可知，在不同pH條件下，醇洗對高溫花生粕分離蛋白的起泡性沒有起到改善作用，反而使起泡性能顯著（p＜0.05）降低，同時可見溶液體系的酸堿度影響著起泡性能。原因可能在于堿法提取的蛋白質(zhì)溶解度低，溶解度低時花生蛋白不能充分分散于溶液中，導(dǎo)致起泡性較差。泡沫穩(wěn)定性是指蛋白質(zhì)維持泡沫穩(wěn)定存在的能力。蛋白質(zhì)分子形成連續(xù)的分子間聚合物包裹住氣泡，分子間的凝聚力和彈性是產(chǎn)生穩(wěn)定泡沫的重要因素［16］。不同pH下三種蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性見圖14。

圖14　不同pH下樣品的泡沫穩(wěn)定性Fig.14　Effectof different pH values on the foam stability of proteins

由圖14可知，除pH5.0外，各pH環(huán)境下醇洗均使得花生分離蛋白泡沫穩(wěn)定性顯著（p＜0.05）下降。當(dāng)pH=5.0，三種蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性均最好。這主要是因為在其等電點附近時，未溶解的蛋白質(zhì)分子間的靜電作用強烈，導(dǎo)致分布在界面上離電雙電膜的厚度與硬度均增加，分子間的氣泡薄膜緊密的結(jié)合在一起，并且pH對泡沫排液的影響很大，在等電點附近，排液速度緩慢，泡沫破裂放慢，因此泡沫穩(wěn)定性好［17］。

3　結(jié)論

通過響應(yīng)面分析，最后優(yōu)化的理想工藝參數(shù)為：乙醇濃度為80%、醇洗時間為180min、料液比為1∶15、醇洗溫度為50℃，通過采用優(yōu)化參數(shù)驗證實驗測得蛋白質(zhì)含量為79.21%，實驗結(jié)果符合預(yù)測。

在持水性方面，醇洗對花生蛋白產(chǎn)品沒有改善，在持油性方面，醇洗提高了花生蛋白的持油率，進而使花生蛋白有望在油性食物中得以充分開發(fā)利用。醇洗對花生分離蛋白的乳化性和起泡性影響較大，經(jīng)過醇洗之后，花生蛋白的乳化性和起泡性均有所降低。所以在以后的研究生產(chǎn)中，需要根據(jù)實際生產(chǎn)需求，對醇洗工藝進行進一步的改善。

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Study on the purification ofhigh-tem perature peanutmealprotein by the method of alcoholwashing

ZHANG Hui-juan，LIYing-ying，WANG Jing*，LIU Ying-li，ZHOU Kai-wen
（Beijing Higher Institution Engineering Research Center of Food Additives and Ingredients，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China）

In this experiment，peanutp rotein was extrac ted from high-temperature peanutmealby alkaliextraction and acid p recipitation，and the cond ition of alcoholwashing was op tim ized by response surface method.Based on the increase of p rotein content，the effect of alcohol washing on the characteristics of peanut p rotein had been carried out.It was suggested that the p rotein content could resch the highest value 79.21%under the follow ing conditions，alcohol concentration 80%，washing time 180m in，solid-liquid ratio 1∶15 and washing temperature 50℃.Oil retention of the p roduct was im p roved by alcohol washing，on the contrary，emulsion，emulsion stability，foam ing and foam ing stability were significantly lower.

high-tem perature peanutmeal；alcoholwashing；response surface method；p rotein

TS229

B

1002-0306（2015）06-0245-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.06.046

2014-06-23

張慧娟（1983-），女，博士，講師，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

王靜（1976-），女，博士，教授，研究方向：食品營養(yǎng)與安全。

國家自然科學(xué)基金項目（31271976）；“十二五”國家科技支撐計劃項目（2012BAD34B05）；國家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計劃項目（2012AA021502）；北京市屬高等學(xué)校高層次人才引進與培養(yǎng)計劃項目（CIT&TCD20130309，IDHT20130506）。