李健，蔣艷忠（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530001）

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堿法提取蠶蛹蛋白的工藝研究

李健，蔣艷忠*
（廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西南寧530001）

摘要：以脫脂蠶蛹粉為原料研究堿液提取蠶蛹蛋白的工藝。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探討溫度、時(shí)間、pH、液固比4個(gè)參數(shù)對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，然后通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定了蠶蛹蛋白的較佳提取條件。結(jié)果表明，影響提取率的主次關(guān)系依次為：溫度、液固比、pH、時(shí)間。蠶蛹蛋白提取的較優(yōu)條件為：溫度70℃、時(shí)間3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），在上述條件下蠶蛹蛋白得率為72.42%，蛋白質(zhì)含量86.2%，含水率為11.4%，所得蛋白為淡褐色，幾乎無(wú)蛹臭味。

關(guān)鍵詞：堿法；提?。恍Q蛹蛋白

我國(guó)蠶蛹資源豐富，每年可副產(chǎn)約50多萬(wàn)t干蠶蛹［1］。蠶蛹含有豐富的蛋白質(zhì)，蠶蛹蛋白質(zhì)占鮮蛹重量的14%～15%，占干蛹重量的45%～50%，占脫脂蛹干重的80%左右。蛹蛋白質(zhì)中含有18種氨基酸，其中8種人體必需氨基酸占全部氨基酸的44.1%，且配比含量符合聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）所規(guī)定的理想蛋白質(zhì)模式，容易吸收利用，是一種較為理想的優(yōu)質(zhì)蛋白［2-3］。目前，蠶蛹主要被用作動(dòng)物飼料，其他開(kāi)發(fā)利用較少，僅有少量被人類(lèi)食用［1，4］。因此，造成了蠶蛹資源的極大浪費(fèi)。

蠶蛹蛋白的提取方法有很多種，如透析法，等電點(diǎn)沉淀法，鹽析法，有機(jī)溶劑法［5］。本試驗(yàn)以脫脂蠶蛹粉為原料采用等電點(diǎn)沉淀法提取蠶蛹蛋白，對(duì)浸提溫度、時(shí)間、pH及液固比等因素進(jìn)行了單因素和正交試驗(yàn)，探討了堿法提取蠶蛹蛋白的優(yōu)化條件，并對(duì)蠶蛹蛋白的質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

干蠶蛹：購(gòu)于廣西宜州繅絲廠；JY10001上皿電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FW100型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津市泰斯特儀器有限公司；HH-S型水浴鍋：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；JB50-D型增力電動(dòng)攪拌機(jī)：上海標(biāo)本模型廠；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；LABOROTA 400旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：德國(guó)heidoph公司；pH211酸度計(jì)：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；TGL-16C高速臺(tái)式離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠；101A-E1電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司；KDY-9830凱氏定氮儀：北京思備得研究所；石油醚、氫氧化鈉、鹽酸均為分析純。

1.2蠶蛹蛋白的堿法制備［6-7］

稱(chēng)取一定量的干蠶蛹，用粉碎機(jī)粉碎，于250 mL三口燒瓶中，按一定比例加入石油醚，在沸點(diǎn)溫度下恒溫水浴設(shè)定時(shí)間，并不定時(shí)攪拌使物料溶劑充分接觸。冷卻至室溫，真空抽濾，濾餅即為脫脂蠶蛹粉。

將上述脫脂蠶蛹粉與1%的氫氧化鈉溶液按照一定的液固比（mL/g）充分混合均勻，用10 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)相應(yīng)的pH，在恒溫水浴中于設(shè)定的溫度攪拌設(shè)定的時(shí)間。浸提后的混合液過(guò)濾除去蛹皮等不溶物，濾液用10 mol/L和1 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)pH為4.5，靜置使蛋白完全沉淀。除去上層清液．濕蛋白反復(fù)用水洗滌（采用離心設(shè)備），直至上清液澄清無(wú)味即可。經(jīng)離心洗滌的蛋白，在真空干燥箱中進(jìn)行干燥，即得淡褐色蠶蛹蛋白粉。

1.3蠶蛹蛋白指標(biāo)檢測(cè)

水分（常壓干燥法，GB 5009.3-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》）；蛋白質(zhì)（凱氏定氮法，GB 5009.5-2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》，N×6.25）

2　結(jié)果與討論

蠶蛹蛋白為堿溶性蛋白，浸提率受溶液中OH離子濃度影響。同時(shí)，蛋白的堿法制備還受到浸提的時(shí)間、溫度、液固比、鹽濃度等多因素的影響［8］。堿濃度過(guò)高，提取的蛋白有一種臭味，提取率下降，濃度過(guò)低，蛋白質(zhì)不溶解，故采用氫氧化鈉濃度為1%［7］。

2.1溫度、時(shí)間、pH及液固比對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響

2.1.1溫度對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響

在時(shí)間3 h，pH8.5，液固比12∶1（mL/g）的條件下，考察了浸提溫度對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，結(jié)果如圖1。

圖1　提取溫度對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響Fig.1 Effect of extraction temperature on the yield of silkworm pupa protein

溫度升高，蠶蛹蛋白得率不斷提高。這是因?yàn)闇囟仍礁?，傳質(zhì)系數(shù)變大，溶解度越大，越有利于浸取，但溫度高會(huì)使生成的蠶蛹蛋白蛹臭味濃，顏色較深，還有可能造成蛋白降解，因此選用最高溫度為70℃。

2.1.2時(shí)間對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響

在溫度70℃，pH值8.5，液固比12∶1（mL/g）的條件下，考察了浸提時(shí)間對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，結(jié)果如圖2。

圖2　提取時(shí)間對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響Fig.2 Effect of extraction time on the yield of silkworm pupa protein

結(jié)果表明，在溫度較高的條件下，浸提時(shí)間越長(zhǎng)蠶蛹蛋白得率越高，但3 h后變化緩慢，考慮到提取效率及隨著時(shí)間延長(zhǎng)還有可能造成蛋白降解，使成分復(fù)雜化，影響蛋白品質(zhì)，因此在后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程擬采用3 h的提取時(shí)間。

2.1.3pH對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響

在溫度70℃，時(shí)間3 h，液固比12∶1（mL/g）的條件下，考察了pH對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，結(jié)果如圖3。

圖3　pH對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響Fig.3 Effect of pH on the yield of silkworm pupa protein

結(jié)果表明，蠶蛹蛋白得率受溶液的pH影響較明顯。蠶蛹蛋白為堿溶性蛋白，溶液中OH離子濃度增加，蛋白的溶解性也增加，但是當(dāng)pH過(guò)高時(shí)，部分蠶蛹蛋白在浸提過(guò)程中可能發(fā)生降解，使得浸提液中可溶性蛋白含量降低。因此在后續(xù)試驗(yàn)過(guò)程擬采用pH 9.0。

2.1.4液固比對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響

在溫度70℃，時(shí)間3 h，pH 9.0的條件下，考察了液固比對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，結(jié)果如圖4。

圖4　液固比對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響Fig.4 Effect of liquid-solid ratio on the yield of silkworm pupa protein

從總體上看，隨著溶劑用量的增加，蠶蛹蛋白得率不斷升高。當(dāng)液固比達(dá)到12∶1（mL/g）時(shí)蠶蛹蛋白得率已達(dá)到72.40%，再增加溶劑用量效果并不明顯，反而會(huì)增加廢水處理量及成本。

2.2浸提工藝條件優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用四因素三水平正交試驗(yàn)L9（34）（表1），以蠶蛹蛋白得率為目標(biāo)函數(shù)，探討了溫度（A）、時(shí)間（B）、pH（C）及液固比（D）對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響，同時(shí)確定一組較佳的蠶蛹蛋白提取條件。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1　正交試驗(yàn)因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2　正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Table 2 Results of orthogonal test and analysis

續(xù)表2　正交試驗(yàn)結(jié)果及分析Continue table 2 Results of orthogonal test and analysis

極差分析表明，在所考察因素的水平范圍內(nèi)，溫度對(duì)蠶蛹蛋白得率的影響最為顯著，其次是液固比，pH、浸提時(shí)間影響較小，最優(yōu)提取條件為A3B3C3D3，在該條件下進(jìn)一步試驗(yàn)得蠶蛹蛋白得率為72.75%。考慮到效率、成本及成分的復(fù)雜性，蠶蛹蛋白提取擬采用的較優(yōu)提取條件為溫度70℃、時(shí)間3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），該條件下蠶蛹蛋白得率為72.42%，所得蛋白為淡褐色，幾乎無(wú)蛹臭味，經(jīng)檢測(cè)蛋白質(zhì)含量86.2%，含水率為11.4%。

3　結(jié)論

1）采用1%的氫氧化鈉溶液可以有效的提取蠶蛹蛋白，工藝設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。

2）在試驗(yàn)條件下通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)得知蠶蛹蛋白提取的較優(yōu)條件為：溫度70℃、時(shí)間3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），該條件下蠶蛹蛋白得率為72.42%，蛋白質(zhì)含量86.2%，含水率為11.4%，所得蛋白為淡褐色，幾乎無(wú)蛹臭味。

3）通過(guò)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，對(duì)提取率影響的主次關(guān)系依次為：溫度、液固比、pH、時(shí)間。

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Study on Extraction of Silkworm Pupa Protein by Alkaline Method

LI Jian，JIANG Yan-zhong*
（Guangxi Vocational＆Technical Institute of Industry，Nanning 530001，Guangxi，China）

Abstract：The extraction of silkworm pupa protein with alkali from defatted silkworm pupa powder was studied. Single factor and orthogonal experiments were used to study the effects of the parameters such as temperature，time，pH and ration of liquid to solid on the yield of silkworm pupa protein. The results showed that the extraction temperature was the more important factor that affected the effect of extraction，following the ration of liquid to solid and pH and extraction time，the optimal conditions were obtained with orthogonal experiments，as fol lows：extraction temperature was 70℃，extraction time was 3.0 h，pH 8.0 and ration of liquid to solid was 14∶1（mL/g），under these conditions the yield of silkworm pupa protein was 72.42%，the protein content of 86.2%，water content was 11.4%，the protein was light brown，almost no pupal odor.

Key words：alkali；extraction；silkworm pupa protein

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.012

基金項(xiàng)目：2011年度廣西教育廳科研立項(xiàng)項(xiàng)目（201106LX776）

作者簡(jiǎn)介：李?。?970—），男（壯），工程師，本科，從事天然物提取、化工工藝的教學(xué)和科研。

*通信作者：蔣艷忠（1971—），女（漢），副教授，碩士，從事天然物提取、應(yīng)用化工的教學(xué)和科研。

收稿日期：2014-12-14