馬鈴薯淀粉生產廢液中蛋白質提取工藝的優化

摘要：通過單因素試驗和正交試驗研究了ｐＨ值、ＮａＣｌ濃度、溫度、浸提時間對馬鈴薯淀粉生產廢液中蛋白質提取率的影響。結果表明，最佳提取工藝條件為ＮａＣｌ濃度０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值４．０、浸提時間１．０ ｈ，溫度２５ ℃。該條件下馬鈴薯蛋白質的提取率最高，為６６．９０％。

關鍵詞：馬鈴薯；蛋白質；提取工藝；優化

中圖分類號：Ｓ５３２；ＴＱ９３６．２ 文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０11）12－2516-03

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｉｎ ｆｒｏｍ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｏｆ Ｐｏｔａｔｏ

Ｓｔａｒｃｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ＪＩＮ Ｈｏｎｇ

（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００１６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＮａＣｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｐＨ， ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｏｆ ｐｏｔａｔｏ ｓｔａｒｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ single factor test and ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮａＣｌ ａｔ ０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ， ｐＨ ４.0， ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｆｏｒ 1.0 ｈ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 25 ℃． Ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔ ｒａｔｅ ｗａｓ ６６．９０％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： potato； ｐｒｏｔｅｉｎ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

近年來，我國馬鈴薯產業迅速發展，在寧夏、甘肅、內蒙古等地已形成了產業化基地。據市場預測，２０３０年，在食品、紡織、造紙、水產、建筑、鑄造等行業及馬鈴薯變性淀粉生產市場需求總量將達到３００萬ｔ以上，可見，國內馬鈴薯淀粉市場容量非常大，發展前景光明。而在馬鈴薯淀粉生產過程中，平均每生產１ ｔ淀粉需排放５ ｔ左右的蛋白液，如不經處理直接排放，不僅浪費資源，造成環境污染，更是困惑馬鈴薯淀粉生產發展的主要難點。經研究發現［１］，馬鈴薯蛋白質中氨基酸組成相當均衡，可與脫脂奶粉和魚粉媲美，而且大部分氨基酸，尤其是Ｇｌｕ、Ｌｙｓ、Ｐｒｏ的含量顯著高于豆粕，是質優價廉的天然氮源，有廣闊的發展前景。有通過熱變性法、膜技術回收、高分子絮凝法、超濾法或生物綜合處理等技術提取馬鈴薯淀粉生產廢液蛋白質的報道［２，３］，但提取成本均較高。因此，找出一條優化的馬鈴薯蛋白質提取工藝，不僅可以解決馬鈴薯淀粉廢水達標排放的問題，而且對提高馬鈴薯資源的綜合利用價值具有非常重要的意義。

１材料與方法

１．１材料

市售馬鈴薯。按薯與水的質量比（１∶１），將薯塊研成漿狀物，經１００目尼龍絲網篩分離淀粉乳及薯渣，淀粉乳經離心分離淀粉和水溶液，得到上清液，測上清液單位體積中蛋白質含量。所用化學試劑均為分析純。ＦＷ１００高速萬能粉碎機、１５０目分樣篩、冷凍離心機、數顯恒溫水浴鍋、電子分析天平、電熱恒溫干燥箱、７２２型分光光度計、恒溫磁力攪拌電熱套、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ＰＸ傅里葉變換紅外光譜儀。

１．２方法

１．２．１雙縮脲法測定蛋白質含量取６支試管，用移液管分別加入１０ ｍｇ／ｍＬ的標準牛血清白蛋白溶液０．０、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０ ｍＬ，各加去離子水至１ ｍＬ，再分別加４ ｍＬ雙縮脲試劑，充分混合后在室溫下放置３０ ｍｉｎ，于５４０ ｎｍ處進行比色。以吸光度為縱坐標，牛血清白蛋白的含量為橫坐標繪制標準曲線，作為定量的依據［4］。所得回歸方程為ｙ＝０．２２４ ９ｘ＋０．０００ ９，ｒ＝０．９９９ ６。

１．２．２馬鈴薯蛋白質提取單因素試驗

１）ｐＨ值對蛋白質提取的影響。各取上清液１０ｍＬ至干燥燒杯中，分別調節ｐＨ值為３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０，常溫下浸提１．０ ｈ，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ轉速下離心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，測上清液單位體積中蛋白質含量，計算蛋白質提取率。

２）鹽濃度對蛋白質提取的影響。各取上清液１０ ｍＬ至干燥燒杯中，加入準確稱取（精確至０．０００ １ ｇ）相應質量的ＮａＣｌ，使其濃度分別為０．０１０、０．０１５、０．０２０、０．０２５、０．０３０ ｍｍｏｌ／Ｌ，混勻，各濃度分別調節ｐＨ值為３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５，常溫下浸提１．０ ｈ，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ轉速下離心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，測上清液單位體積中蛋白質含量，計算蛋白質提取率。

３）溫度對蛋白質提取的影響。各取上清液１０ ｍＬ至干燥燒杯中，調節ｐＨ值均為３．５，分別在水浴溫度為２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５℃下浸提１．０ ｈ，

４ ０００ ｒ／ｍｉｎ轉速下離心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，測上清液單位體積中蛋白質含量，計算蛋白質提取率。

４）浸提時間對蛋白質提取的影響。各取上清液１０ ｍＬ至干燥燒杯中，調節ｐＨ值均為３．５，分別經過０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ ｈ浸提，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ轉速下離心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，測上清液單位體積中蛋白質含量，計算蛋白質提取率。

１．２．３正交優化試驗根據單因素試驗確定四因素三水平進行正交試驗，正交表采用Ｌ９（３４）。因素與水平設計見表１。

２結果與分析

２．１單因素試驗

２．１．１ＮａＣｌ濃度對蛋白質提取率的影響由圖１可知，蛋白質的提取率受ＮａＣｌ濃度影響較大，ＮａＣｌ濃度為０．０２０ ｍｍｏｌ／Ｌ的溶液中蛋白質提取率均高于其他濃度的溶液，而且當ｐＨ值為３．５時提取率最高。因此，選擇ＮａＣｌ濃度為０．０１５、０．０２０、０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ做正交試驗。

２．１．２ｐＨ值對蛋白質提取率的影響由圖２可知，蛋白質的提取率受ｐＨ值影響較大，在ｐＨ值為５．０左右蛋白質提取率最高，但考慮到在ＮａＣｌ溶液中，等電點會發生偏移，所以，結合２．１．１試驗，適合選用溶液的ｐＨ值為３．０、３．５、４．０。

２．１．３溫度對蛋白質提取率的影響由圖３可知，當溫度為３０ ℃時提取率最高，隨著溫度的升高，提取率逐漸降低。因此提取溫度在２５、３０、３５ ℃較適宜。

２．１．４浸提時間對蛋白質提取率的影響由圖４可以看出，浸提１．５ ｈ左右時蛋白質提取率較高，２．０ ｈ之后，曲線接近直線，所以選擇０．５、１．０、１．５ ｈ浸提效果較好。

２．２馬鈴薯蛋白質提取正交試驗

由表２可以看出，各因素對試驗結果影響的主次順序為Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ，ＮａＣｌ濃度對蛋白質的提取率影響最大，其次是ｐＨ值與溫度，影響最小的是浸提時間。因此最優組合是Ａ３Ｂ３Ｃ１Ｄ２，即從馬鈴薯淀粉廢液中蛋白質的最佳提取條件是：ＮａＣｌ濃度為０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值為４．０、溫度為２５℃、浸提時間為１．０ ｈ。

對正交試驗得出的結論進行驗證試驗，在優化條件下測得蛋白質的平均提取率為６６．９０％，比正交試驗中的結果要好，所以該方案可行，可以應用于實際。

３結論

ＮａＣｌ濃度、ｐＨ值、浸提時間、溫度４個因素對馬鈴薯淀粉生產廢液中蛋白質提取率的影響研究表明，ＮａＣｌ濃度對蛋白質的提取率影響最大，其次是ｐＨ值與溫度，影響最小的是浸提時間。通過正交試驗確定馬鈴薯淀粉生產廢液中蛋白質提取的最優條件為ＮａＣｌ濃度０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值４．０、溫度２５ ℃、浸提時間１．０ ｈ。

參考文獻：

［１］ 張澤生，劉素穩，郭寶芹，等． 馬鈴薯蛋白質的營養評價［Ｊ］． 食品科技營養研究，２００７（１１）：１－３．

［２］ 陶德錄．馬鈴薯淀粉廢水中提取飼料蛋白和微生態制劑的研究［Ｊ］． 飼料廣角，２００７（１３）：３２－３４．

［３］ 呂建國，安興才． 膜技術回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質的中試研究［Ｊ］． 中國食物與營養，２００８（４）：３７－４０．

［４］ 余瑞元，袁明秀，陳麗蓉，等． 生物化學實驗原理和方法［Ｍ］． 北京：北京大學出版社，２００４．

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文