超聲波輔助反膠束提取菜籽蛋白工藝優化

王立峰朱均旺袁 建何 榮鞠興榮

(南京財經大學食品科學與工程學院 江蘇省糧油品質控制及深加工技術重點實驗室1,南京 210003) (江南大學食品學院2,無錫 214122)

超聲波輔助反膠束提取菜籽蛋白工藝優化

王立峰1,2朱均旺1袁 建1何 榮1,2鞠興榮1

(南京財經大學食品科學與工程學院 江蘇省糧油品質控制及深加工技術重點實驗室1,南京 210003) (江南大學食品學院2,無錫 214122)

采用超聲波輔助反膠束法(氣溶膠OT/異辛烷)提取菜籽蛋白,以氣溶膠OT、pH、W0、提取時間為主要考察因素,蛋白提取率為響應值。通過 SPSS軟件設計正交試驗,對結果進行進行方差分析,得出上述四因素對響應值有極顯著影響。進一步對四因素水平間進行多重比較,再綜合考慮實際條件,確定最佳工藝為:氣溶膠OT為 3 g、pH為 8、W0為 29、提取時間 80 min。在此條件下,測得的菜籽蛋白質提取率為 88.15%。

菜籽蛋白 反膠束 超聲輔助萃取

菜籽蛋白是指油菜籽榨油后從菜籽餅中提取的蛋白質,菜籽餅中蛋白質含量在 30%～45%之間[1],且本身營養價值高,但其利用程度卻比較低。菜籽粕中蛋白質含量與大豆粕相近,氨基酸組成更加合理,幾乎不存在限制性氨基酸,營養價值優于其他植物蛋白。由于但傳統菜籽蛋白提取方法均有許多缺陷,故探求一種更優越的菜籽蛋白生產工藝具有重要的現實意義。

本文旨在采用氣溶膠 OT/異辛烷反膠束溶液,與超聲波技術相結合提取菜籽粕蛋白。通過運用SPSS軟件設計正交試驗,結合實際條件,確定菜籽蛋白提取的最佳工藝參數。

1 材料與方法

1.1 材料

選用 2008年產優質油菜籽,于礱谷機上進行脫殼處理,處理后進行風選。將脫殼后的菜籽于錘式旋風磨上進行粉碎,粉碎后過 80目篩。于索式抽提器上用石油醚(30～60℃沸程)在 50℃對粉碎后的菜籽進行脫油處理,處理后放置在通風處進行脫溶,使石油醚揮發完全。再通風干燥,所得即為試驗所需低溫菜籽粕。

1.2 主要儀器

JLGJ45檢驗礱谷機:上海嘉定糧油儀器有限公司;錘式旋風磨:上海嘉定糧油儀器有限公司;THZC恒溫振蕩器:江蘇太倉實驗設備廠;ZSD-2J型自動水分滴定儀:上海安亭電子儀器廠;KQ-100E型超聲波清洗器:昆山超聲波清洗器廠。

1.3 試劑

氣溶膠OT、異辛烷、卡爾費休試劑:國藥集團。

1.4 試驗方法

1.4.1 菜籽粕的主要組分含量分析[2]

水分含量的測定采用 GB5497—1985(105℃恒重法);含油量的測定采用 GB5512—1985;蛋白質含量測定采用 GB/T—500915—2003;灰分含量的測定:采用 GB5505—1985。

1.4.2 反膠束中W0的測定

反膠束中的水分含量通常用非極性溶劑中的水的濃度和表面活性劑的濃度之比W0來表示,用卡爾費休法[3]測出水量,根據 W0=[H2O]/[表面活性劑]算出W0。

1.4.3 反膠束溶液的配制

稱取一定量的表面活性劑氣溶膠 OT,置于250 mL的錐形瓶中,加入 50 mL異辛烷,磁力攪拌使表面活性劑完全溶解,待溶液透明后,加入其中含有一定濃度 KCl緩沖溶液,并根據所加入的緩沖溶液量調節反膠束溶液的W0值。然后置于恒溫振蕩器中振蕩至溶液充分混勻,接著以 1 800×g離心20 min,若透明則為反膠束溶液,反之則不是[4]。(底層少量水對體系影響不大)。

1.4.4 反膠束溶液提取菜籽蛋白

取一定濃度的按照 1.4.3制備的反膠束溶液50 mL,加入一定量菜籽粕粉 (精確到 0.000 1 g)于錐形瓶,置于超聲波清洗器中,在一定溫度下,用超聲波輔助提取。經過一段時間后,以 3 200×g進行離心分離 15 min,所得上清液測定其蛋白質含量 (以提取前的反膠束溶液作為空白樣)。蛋白提取率按如下公式計算:

1.4.5 正交試驗

影響菜籽蛋白提取率有 pH、鉀離子濃度(mol/L),提取溫度(℃)、提取時間 (min)、氣溶膠 OT(g)、W0等六個因素,通過 JMP軟件,結合田口試驗方法,對影響提取率的因素進行篩選,得到該方法提取菜籽蛋白的主要影響因素為:氣溶膠 OT、pH、W0和提取時間,鉀離子濃度和提取溫度在田口試驗中被確定為不顯著影響因素,根據實際條件,確定鉀離子濃度為 0.08 mol/L,提取溫度為 50℃。故以氣溶膠OT、pH、W0和提取時間四個因素為考察因素,確定菜籽蛋白的最佳提取工藝參數,試驗因素表如表 1所示。

表1 正交試驗因素水平

直接運用 SPSS軟件進行正交設計[5],所有試驗重復 3次,分別平行取樣。數據分析采用 SPSS軟件進行處理。

2 結果與討論

2.1 菜籽粕的主要組分含量

菜籽粕粉的油脂、水分、蛋白質和灰分含量見表2。

表 2 脫脂菜籽粕粉主要組分(濕基)

2.2 正交試驗結果及方差分析

正交試驗結果如表 3所示。

表3 正交設計結果表

通過 SPSS軟件進行方差分析 (見表 4),得到氣溶膠OT的 F=78.137,P<0.01,差異極顯著;pH的F=8.638,P<0.01,差異極顯著;W0的 F=32.853, P<0.01,差異極顯著;提取時間 F=30.315,P< 0.01,差異極顯著。F檢驗結果表明,不同氣溶膠OT、pH、W0、提取時間對菜籽蛋白提取率都有極顯著影響。因此考察上述四個因素,需進行各因素水平間的多重比較,選出最優組合。

表4 方差分析表

通過 SPSS軟件進行單因素統計,各個因素在不同水平下,重復進行 3次試驗后得到的蛋白提取率平均值及標準差,見表 5。

表5 四因素統計表

2.3 氣溶膠OT對菜籽蛋白提取率的影響

由表 5可知,A2的均值最大 (0.842),在 3 g氣溶膠OT條件下,菜籽蛋白提取率平均值較其他兩個條件下高;而且隨著氣溶膠 OT用量的增加,蛋白提取率先升后降。對氣溶膠 OT進行多重比較 (見表6),A2與 A1、A3的均值差異都極顯著。綜上所述, A2條件下的蛋白提取率最高。綜合考慮工藝成本和后續對氣溶膠OT的回收,選用氣溶膠OT的用量為3 g最合適。

表6 氣溶膠OT多重比較表

2.4 pH對菜籽蛋白提取率的影響

表 5中發現B2均值最大 (0.819),也即 pH為 8時菜籽蛋白提取率平均值較其他兩個 pH要高(見表7)。說明B2和 B3均值差異不顯著,即隨著 pH的增加,蛋白提取率降低,但趨勢不明顯。考慮堿性的過度升高會影響蛋白質性質,也增加工業化生產中的廢水處理成本,選擇B2比較合適。

表7 pH多重比較表

2.5 W0對菜籽蛋白提取率的影響

表8 W0多重比較表

表 5的均值中發現,C2均值最大 (0.825)。W0多重比較見表 8,C2與C3均值差異不顯著。而且W0的增加的同時也增加了 KCl緩沖液的用量,會提高蛋白中的含鹽量,增加蛋白的后續處理難度。因此W0選擇 C2水平最為合適。

2.6 提取時間對菜籽蛋白提取率的影響

表 5發現,提取時間的最大蛋白提取率均值為D3時的 0.829,D1均值 (0.808),隨著時間的延長,提取率先降后升。這可能是由于反膠束溶液內氣泡的形成、增長和爆破壓縮,從而使菜籽餅粕凝聚后又分散,使得蛋白質從餅粕轉移到溶液中的傳質速率先降后升,但總體是上升的趨勢。提取時間多重比較表見表 9,3個水平之間均值差異均顯著。但是隨著時間的延長,增加的產量價值不如生產消耗的能源等價值,所以選用D1最符合實際生產。

表9 提取時間多重比較表

3 結論

利用超聲波輔助反膠束(氣溶OT/異辛烷)提取菜籽蛋白。利用表面活性劑氣溶膠 OT形成的反膠束體系,破壞菜籽中油脂與蛋白的結合;超聲波的輔助,使反膠束溶液和菜籽之間產生空化作用,從而獲得了良好的效果。

通過 SPSS軟件設計正交試驗,并對其進行分析,優化了菜籽蛋白的反膠束提取工藝,再進行多重比較,綜合考慮成本和時間等其他因素,得出其最佳工藝條件是氣溶膠OT為 3 g、pH為 8、W0為 29、提取時間 80 min。在此條件下,測得的菜籽蛋白質提取率為 88.15%,且該工藝條件降低了生產成本,縮短了生產時間,提高了生產效率;進一步減少了環境污染;使操作條件更溫和,蛋白質變性程度更低。

[1]鄭美瑜,陳劍兵,陸勝民,等.菜籽蛋白的提取和純化[J].農業工程學報,2008,24(8):267-270

[2]中華人民共和國國家標準,食品衛生檢驗方法,理化部分(一)[S],2003

[3]無錫輕工大學,天津輕工業學院.食品分析 [M].北京:中國輕工業出版社,1983

[4]磨禮現,陳復生,楊紅順.反膠束溶液提取大豆蛋白前萃工藝的研究[J].食品科學,2004,25(3):93-96

[5]盧紋岱.SPSS forW indows統計分析[M].北京:電子工業出版社,2002:203-205.

Optimizing Extraction of Rapeseed Protein with Ultrasonic-Assisted ReverseMicelle System

Wang Lifeng1,2Zhu Junwang1Yuan Jian1He Rong1Ju Xingrong1
(College of Food Science and Engineering,NanjingUniversity of Finance&Economics,Key Laboratory of Grain&Oils Quality Control and Deep-Utilizing Technology of Jiangsu Province1,Nanjing 210003)
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University2,Wuxi 214122)

Rapeseed protein was extracted from rapeseed mealwith ultrasonic-assisted reverse micelle system (aerosolOT/Isooctane).Selecting AOT amount,pH,W0and extraction time as influencing factors,taking extraction rate as response value,the extraction conditionswere optimized by orthogonal design with SPSS,and ANOVA dealt with SPSS.Results:The optimum conditions of extracting rapeseed protein are amount ofAOT 3 g,pH 8,W029 and extraction time 80 min.Under these conditions,the extraction rate of rapeseed protein reaches 88.15%.

rapeseed protein,reverse micelle,ultrasonic-assisted extraction

TS229 文獻標識碼:A 文章編號:1003-0174(2010)05-0045-04

863計劃 (2007AA10Z331),國家農業成果轉化資金(2009C10045),江蘇省教育廳自然科學研究項目(08KJB55004),江蘇省普通高校研究生科研創新計劃(CX09S-046Z),南京財經大學研究生創新研究項目(YJSCX0928)

2009-06-09

王立峰,男,1977年出生,博士,講師,食品科學

鞠興榮,男,1957年出生,博士,教授,食品科學