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）

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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。通過單因素實驗探討溫度、時間、pH、液固比4個參數(shù)對蠶蛹蛋白得率的影響，然后通過正交實驗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、時間。蠶蛹蛋白提取的較優(yōu)條件為：溫度70℃、時間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，幾乎無蛹臭味。

關(guān)鍵詞：堿法；提取；蠶蛹蛋白

我國蠶蛹資源豐富，每年可副產(chǎn)約50多萬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，蠶蛹主要被用作動物飼料，其他開發(fā)利用較少，僅有少量被人類食用［1，4］。因此，造成了蠶蛹資源的極大浪費。

蠶蛹蛋白的提取方法有很多種，如透析法，等電點沉淀法，鹽析法，有機溶劑法［5］。本試驗以脫脂蠶蛹粉為原料采用等電點沉淀法提取蠶蛹蛋白，對浸提溫度、時間、pH及液固比等因素進行了單因素和正交試驗，探討了堿法提取蠶蛹蛋白的優(yōu)化條件，并對蠶蛹蛋白的質(zhì)量進行了評價。

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

干蠶蛹：購于廣西宜州繅絲廠；JY10001上皿電子天平：上海精密科學(xué)儀器有限公司；FW100型高速萬能粉碎機：天津市泰斯特儀器有限公司；HH-S型水浴鍋：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；JB50-D型增力電動攪拌機：上海標(biāo)本模型廠；SHB-III循環(huán)水式多用真空泵：鄭州長城科工貿(mào)有限公司；LABOROTA 400旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：德國heidoph公司；pH211酸度計：上海實驗儀器廠有限公司；TGL-16C高速臺式離心機：上海安亭科學(xué)儀器廠；101A-E1電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；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］

稱取一定量的干蠶蛹，用粉碎機粉碎，于250 mL三口燒瓶中，按一定比例加入石油醚，在沸點溫度下恒溫水浴設(shè)定時間，并不定時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)定的時間。浸提后的混合液過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），直至上清液澄清無味即可。經(jīng)離心洗滌的蛋白，在真空干燥箱中進行干燥，即得淡褐色蠶蛹蛋白粉。

1.3蠶蛹蛋白指標(biāo)檢測

水分（常壓干燥法，GB 5009.3-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》）；蛋白質(zhì)（凱氏定氮法，GB 5009.5-2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》，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，蛋白的堿法制備還受到浸提的時間、溫度、液固比、鹽濃度等多因素的影響［8］。堿濃度過高，提取的蛋白有一種臭味，提取率下降，濃度過低，蛋白質(zhì)不溶解，故采用氫氧化鈉濃度為1%［7］。

2.1溫度、時間、pH及液固比對蠶蛹蛋白得率的影響

2.1.1溫度對蠶蛹蛋白得率的影響

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

圖1　提取溫度對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。這是因為溫度越高，傳質(zhì)系數(shù)變大，溶解度越大，越有利于浸取，但溫度高會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時間對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，考察了浸提時間對蠶蛹蛋白得率的影響，結(jié)果如圖2。

圖2　提取時間對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，浸提時間越長蠶蛹蛋白得率越高，但3 h后變化緩慢，考慮到提取效率及隨著時間延長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)試驗過程擬采用3 h的提取時間。

2.1.3pH對蠶蛹蛋白得率的影響

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

圖3　pH對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過高時，部分蠶蛹蛋白在浸提過程中可能發(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)試驗過程擬采用pH 9.0。

2.1.4液固比對蠶蛹蛋白得率的影響

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

圖4　液固比對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)液固比達到12∶1（mL/g）時蠶蛹蛋白得率已達到72.40%，再增加溶劑用量效果并不明顯，反而會增加廢水處理量及成本。

2.2浸提工藝條件優(yōu)化

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

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

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

續(xù)表2　正交試驗結(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)，溫度對蠶蛹蛋白得率的影響最為顯著，其次是液固比，pH、浸提時間影響較小，最優(yōu)提取條件為A3B3C3D3，在該條件下進一步試驗得蠶蛹蛋白得率為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，幾乎無蛹臭味，經(jīng)檢測蛋白質(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)備簡單，操作方便。

2）在試驗條件下通過單因素和正交試驗得知蠶蛹蛋白提取的較優(yōu)條件為：溫度70℃、時間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，幾乎無蛹臭味。

3）通過正交試驗數(shù)據(jù)分析得知，對提取率影響的主次關(guān)系依次為：溫度、液固比、pH、時間。

參考文獻：

［1］Zhou J，Han D X．Proximate，amino acid and mineral composition of pupae of the silkworm Antheraea pernyi in China［J］．Journal of Food－Composition and Analysis，2006，19（8）：850-853

［2］楊鐵，周從照．蠶蛹的綜合利用［J］．食品科學(xué)，1993（12）：31-33

［3］敬承衡，張素清．蠶蛹蛋白脫色、脫臭的研究［J］．云南師范大學(xué)學(xué)報，1995，15（1）：67-70

［4］Rangaeharyulu P V，Giri S S，Paul B N，et al．Utilization of fermented silkworm pupae silage in feed for carps［J］．Bioresource Technology，2003，86（1）：29-32

［5］黃自然．蠶桑綜合利用［M］．北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992：15-41

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［7］張桂珍，王桂林，熊勇華，等．蠶蛹蛋白堿法提取工藝初探［J］．食品科學(xué)，1994（10）：20-22

［8］Mohan M，Ramachandran D，Sankar T V，et al．Influence of pH on the solubility and conformational characteristics of muscle proteins from mullet（Mugil cephalus）［J］．Process Biochemistry，2007，42（7）：1056－1062

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

基金項目：2011年度廣西教育廳科研立項項目（201106LX776）

作者簡介：李健（1970—），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