花生粕中功能活性成分提取工藝研究進展

趙 強 趙三虎 趙二勞

(忻州師范學院化學系，忻州 034000)

花生是我國主要油料作物之一，產量居世界首位[1]，我國約50%～60%的花生用于榨油，故每年能產生上百萬噸榨油后的副產品花生粕[2]，資源極為豐富。科學研究已證明，花生粕中含有多種功能活性成分，具有很高的開發利用價值[3-4]。但目前，花生粕大多用作動物飼料或肥料，未進行精深加工， 產品附加值低，造成資源的極大浪費。因此研究花生粕中功能活性成分的提取應用，對于實現花生粕的高值化轉化，有效延長花生產業鏈，促進花生產業發展具有重要的意義。當前，我國對花生粕中功能活性成分提取進行了不少研究，取得了一定成果，但鮮有相關研究總結報道。為此，本文梳理并總結近十年我國花生粕中功能活性成分(包括蛋白質、多糖、膳食纖維、植酸、色素和黃酮)提取工藝研究進展，并展望花生粕功能活性成分研究方向，旨在為花生粕合理開發利用及其功能活性成分的進一步研究提供參考。

1 花生粕中蛋白提取工藝

蛋白質是人類必需的7大營養素之一，花生粕中蛋白質質量分數很高，一般可達50%左右[5]。花生粕中蛋白質具有較高的營養價值，與動物蛋白差異不大，且膽固醇含量低，氨基酸組成合理，可消化率高，是一種理想的食品工業基礎原料[6]。花生粕中蛋白的提取工藝主要有醇洗法、水酶法、堿提法以及一些現代技術輔助堿提酸沉法。

1.1 花生粕蛋白的醇洗提取工藝

醇洗法是利用花生粕中蛋白不溶于乙醇，在花生粕中加入一定濃度乙醇溶液而沉淀分離蛋白的一種方法。張淼超等[7]以冷榨花生粕為原料，采用乙醇洗滌制備花生濃縮蛋白，通過正交實驗優化的工藝條件：花生粕粉碎過60目篩，乙醇體積分數75%，固液比1∶8 (m/V)，溫度50 ℃，時間30 min，重復操作5次，此時產品中蛋白質量分數為64.36%。劉大川等[8]研究確定的低溫花生粕醇洗濃縮蛋白工藝：乙醇體積分數60%，固液比1∶8.5(m/V)，溫度43 ℃，時間60 min，此時產品中蛋白質量分數為68.15%。高云中等[9]研究了高溫花生粕醇洗分離蛋白，通過響應面優化的工藝條件：乙醇體積分數75%，固液比1∶15(m/V)，溫度50 ℃，時間2 h，此時產品中蛋白質量分數為56.42%。張慧娟等[10]則以高溫花生粕粗提蛋白為原料，優化的醇洗純化蛋白工藝條件：乙醇體積分數80%，固液比1∶12(m/V)，溫度50 ℃，時間3 h，此時產品中蛋白質量分數最高為79.21%。醇洗法工藝簡單，蛋白提取率較高，所得蛋白風味和色澤好，乙醇可回收，但存在提取時間較長，蛋白氮溶指數低、效價不高的問題。

1.2 花生粕蛋白的水酶法提取工藝

水酶法是利用酶的專一性，或酶解花生粕中蛋白，或酶解花生粕中非蛋白成分而去除之，從而實現從花生粕中提取分離蛋白的一種方法。王章存等[11]采用堿性蛋白酶從冷榨花生粕中提取水解蛋白，通過正交試驗優化的最佳工藝條件：溫度43 ℃，pH 9.0，加酶量0.8%，固液比1∶7 (m/V)，時間3 h，此時蛋白質提取率為81.32%。馬治良等[12]以淀粉去除率為指標，研究了熱榨花生粕中蛋白的淀粉酶解工藝，通過響應面法確定的最佳工藝：加酶量0.55%，料液比1∶8 (m/V)，溫度60 ℃，pH 6.0，酶解時間1.0 h，此時制備的花生蛋白純度為81.38%。王章存等[13]研究了先堿性蛋白酶后中性蛋白酶水解提取花生粕中蛋白，確定的最適工藝：料液比1∶7 (m/V)，在溫度55 ℃，pH 9.0，加酶量0.8%的條件下，先堿性蛋白酶水解3.0 h，再在溫度50 ℃，pH6.5，加酶量0.3%的條件下，中性蛋白酶水解1.5 h。該條件下蛋白提取率可達90.29%。綜上，雖因花生粕來源不同，不便以蛋白提取率比較各種工藝的優劣，但也不難發現采用多種酶聯合作用，可提高蛋白提取率。水酶法提取花生粕蛋白國內學者研究不多。該工藝具有作用條件溫和，能有效提高蛋白質提取率，不使用揮發性易燃溶劑等優點，但也存在成本較高和破乳困難等問題，現僅限于實驗室研究。

1.3 花生粕蛋白的堿提工藝

堿提是一種經典的蛋白提取分離方法。王強等[14]研究了低溫冷榨花生粕中蛋白堿提工藝，由響應面優化的最佳工藝條件：料液比1∶15 (m/V)，溫度60 ℃，提取pH 8.5，提取時間60 min，花生蛋白提取得率46.57%。同樣，段家玉等[15]和熊振海[16]也分別研究了冷榨花生粕中蛋白的堿提工藝，確定的最佳工藝條件同為：料液比1∶8 (m/V)，溫度60 ℃，pH 9.0，浸提時間60 min，此時蛋白提取得率為48.35%，產品蛋白質量分數為89.94%。楊偉強等[17]研究了冷榨花生粕中蛋白的堿提酸沉工藝，優化的最佳工藝條件：料液比1∶15(m/V)，溫度60 ℃，pH 9.0，時間90 min，酸沉pH 4.5，該條件下花生粕蛋白提取率為42.5%，產品中蛋白質量分數為95.65%。孔濤等[18]通過正交實驗優化的花生粕蛋白堿提酸沉工藝為：料液比1∶10(m/V)，pH 10.0，溫度60 ℃、提取時間2 h。該條件下，花生粕蛋白提取率為75.88%。劉大川等[19]研究了低變性脫脂花生粕中蛋白的堿提酸沉工藝，由正交實驗優化的工藝條件：料液比1∶9(m/V)，溫度55 ℃，pH 9.0，時間1.5 h，提取次數2次，酸沉pH為4.5，蛋白提取得率為38.65%，產品中蛋白質量分數為90.87%。高云中等[20]則研究了高溫花生粕中蛋白的堿提酸沉工藝，確定的最佳工藝條件：料液比1∶10 (m/V)，溫度60 ℃，pH 10.0，時間2.0 h，該工藝條件下，花生粕蛋白提取率為45.27%，產品蛋白質質量分數為90.3%。綜上，堿提花生粕中蛋白，國內學者研究不少。該工藝操作簡單，不僅可除去水溶性糖分，還能除去纖維素、淀粉等成分，所得產品蛋白含量、純度高，但也存在所需時間長，蛋白提取率普遍偏低，產生廢水多，后續處理負擔大，對環境有隱患，且使用高濃度堿液對氨基酸破壞作用大，易造成蛋白變性等問題。

1.4 花生粕蛋白現代技術輔助提取工藝

為了提高花生蛋白提取率，常采用超聲波、微波及蒸汽閃爆等現代技術輔助堿提酸沉花生粕中蛋白。白云云等[21]研究了花生粕中水溶性蛋白的超聲輔助提取工藝，由正交實驗優化的最佳工藝條件為：料液比1∶20 (m/V)，在50 ℃提取2.0 h后，再超聲提取1.0 h，重復2次，此時花生粕中水溶性蛋白提取率為52.36%。徐鶴桐等[22]研究了花生粕蛋白的超聲輔助堿提酸沉，通過響應面優化的工藝條件：料液比1∶14(m/V)，pH 9.0，堿提溫度54 ℃，堿提時間57 min，超聲時間14 min，此時花生粕蛋白提取率為81.86%，蛋白純度為90.58%。孔濤等[23]研究了花生粕蛋白的微波輔助提取，正交實驗優化的工藝條件：料液比1∶10 (m/V)，pH 10.0，微波功率480 W，提取時間4 min，花生粕中蛋白提取率可達85.43%，比單一堿提酸沉法蛋白提取率提高了18%。章玉清等[24]研究了高溫花生粕蛋白蒸氣閃爆輔助提取，確定的工藝條件：先在爆破壓力1.6 MPa下，閃爆5 min，然后在料液比1∶12 (m/V)，pH 9.5，溫度60 ℃下，浸提2.0 h。該工藝下花生粕蛋白提取率為52.6%，比單一堿提酸沉法提高了10.8%。楊波等[25]研究了花生粕水溶蛋白的超聲波-微波協同提取，由正交實驗優化的工藝條件：料液比1∶3 (m/V)，先在超聲波功率600 W，頻率40 kHz下，提取9 min，再在微波功率300 W下，提取90 s。此工藝條件花生粕水溶性蛋白提取率為27.2%，蛋白質質量分數為88.6%。綜上，使用一些現代技術輔助提取花生粕蛋白，因符合當前天然產物功能成分提取技術發展方向，因此國內學者研究較多。采用現代提取分離技術輔助提取花生粕中蛋白，可顯著縮短提取時間，有效提高蛋白提取率，但也存在工藝相對復雜，設備造價高，運行成本高，且這些工藝技術基本是堿提工藝的發展，仍未解決高濃度堿液對氨基酸破壞、易造成蛋白變性的問題。

2 花生粕中多糖提取工藝

多糖是一種由單糖組成的天然高分子化合物，廣泛存在于動物、植物以及微生物中。多糖具有增強免疫力、抗病毒、抗腫瘤等多種生理功能[26]。多糖是花生粕中第二大功能活性成分[2]，質量分數為30%左右[3]。從花生粕中提取多糖，可為開發利用花生粕多糖和研究花生多糖的生理活性奠定基礎。目前，國內學者關于花生粕中多糖的提取研究不少，主要包括熱水浸提工藝、酸堿浸提工藝、酶解提取工藝、微波輔助提取工藝、超聲輔助提取工藝及協同提取工藝等。

2.1 花生粕多糖熱水浸提工藝

多糖溶于水而不溶于醇、醚等有機溶劑。任初杰等[27]研究了花生粕多糖熱水浸提工藝，通過響應面法優化的最佳工藝條件：料液比1∶32 (m/V)，浸提溫度100 ℃，浸提時間6.2 h。該工藝條件下花生粕多糖提取率為3.23%。韓冰等[28]也研究了花生粕多糖熱水浸提工藝，確定的最佳工藝條件：料液比1∶41 (m/V)，浸提溫度96 ℃，浸提時間1.93 h。該工藝條件下花生粕多糖提取率為10.24%。高思思等[29]通過正交實驗優化的花生粕多糖熱水浸提工藝條件：料液比1∶40 (m/V)，提取溫度100 ℃，提取2 h。該工藝條件下花生粕多糖提取率為10.35%。姜楠等[30]通過響應面法優化的花生粕多糖熱水浸提工藝條件：料液比1∶35 (m/V)，提取溫度91 ℃，提取4 h，此時花生粕多糖提取率為39.47%(提取多糖與花生粕中總多糖之比)。采用熱水浸提花生粕中多糖，操作簡便，成本低，多糖提取率較高，但也存在提取時間長，提取溫度偏高，易造成多糖分解，能耗大等問題。

2.2 花生粕多糖酸、堿溶液浸提工藝

研究指出，花生粕中多糖部分溶于水，部分不溶于水。為充分提取花生粕中多糖，任初杰等[31]研究了稀酸液提取花生粕中多糖，通過五元二次旋轉正交設計實驗，優化得到花生粕中多糖的最佳工藝條件：以濃度0.17 mol/L的鹽酸溶液為提取劑，料液比1∶25 (m/V)，溫度87 ℃，提取時間74 min。該工藝條件下，多糖提取率為9.39%。另外任初杰等[26]還研究NaOH稀堿液提取花生粕多糖，確定的最佳提取工藝條件：濃度0.68 mol/L的NaOH溶液為提取劑，料液比1∶34 (m/V)，提取溫度88 ℃，提取時間2.4 h。花生粕中多糖提取率為9.79%。利用酸、堿溶液浸提花生粕中多糖會導致部分多糖降解，提取率不高，產生酸、堿廢水量大，影響環境，使其運用受到一定限制，目前研究較少。

2.3 花生粕多糖酶法提取工藝

酶提取技術是廣泛應用于多糖提取中的一項生物技術，酶可水解破壞細胞壁，提高細胞壁通透性，促使細胞內多糖快速溶出。劉潔等[32]研究了纖維素酶法提取花生粕多糖，確定的最佳提取條件：提取溫度43 ℃、pH 5.9、料液比1∶20(m/V)，加酶量0.3%，提取時間253 min，花生粕多糖提取率達到6.47%。劉輝等[33]研究了雙酶協同提取花生粕中多糖，通過正交實驗確定的最佳工藝條件：料液比1∶20 (m/V)，加酶量為酸性蛋白酶10%+木瓜蛋白酶8%，pH 5.0，酶解時間6 h。該條件下花生粕中多糖提取率為10.06%。苗敬芝等[34]研究了固定化酶提取花生粕中多糖，確定的最佳提取工藝條件：料液比1∶20(m/V)，酸性蛋白酶和木瓜蛋白酶各10%，pH 5.0，酶解時間5 h，此時花生粕多糖提取率為10.88%。顯見，采用酶法提取花生粕中多糖，提取條件溫和，對多糖結構破壞性小，節約能耗，多糖提取率較高，但增加成本，目前仍處于實驗室研究階段。

2.4 花生粕多糖微波輔助提取工藝

微波輔助提取是利用微波的熱效應可穿透到介質內部，迅速破壞細胞壁，使提取物快速分離出來[35]。高思思等[29]研究了微波輔助提取花生粕中多糖，通過正交實驗優化的提取條件：料液比1∶25 (m/V)，微波功率300 W，微波時間2 min，花生粕中多糖提取率為9.93%，得出微波功率是多糖提取的主要影響因素。顯見，微波輔助提取與熱水浸提、酶法提取相比，在多糖提取率基本相同的條件下，可大大縮短提取時間，微波輔助提取是強化提取花生粕中多糖的較好方法。

2.5 花生粕多糖超聲輔助提取工藝

超聲輔助提取技術是利用超聲波強烈的振動、空化、熱效應以及擴散、擊碎等次級效應，造成植物細胞壁破裂，加速浸提物向溶劑的擴散，實現多糖的短時高效提取[36]。楊衛等[37]研究了超聲輔助提取花生粕中多糖，確定的最佳工藝條件：超聲功率70 W，料液比1∶29 (m/V)，提取溫度71 ℃，提取時間24 min。該提取條件下花生粕多糖得率為1.80%。熊莉等[38]研究了花生粕多糖的超聲輔助酸提工藝，通過正交試驗優化的最佳工藝條件：以濃度0.2 mol/L的鹽酸溶液為提取劑，料液比1∶15 (m/V)，超聲功率80 W，超聲溫度60 ℃，提取時間30 min。該工藝條件下花生粕多糖提取率為5.6%。薛芳等[39]則研究了花生粕多糖的超聲輔助堿提工藝，通過響應面優化的工藝條件：以2.12 mol/L NaOH溶液為提取劑，料液比1∶20 (m/V)，超聲功率70 W，超聲溫度73 ℃，提取時間18.65 min。花生粕中多糖提取率為13.78%。超聲輔助提取花生粕多糖具有提取率高，能耗低、不需要高溫，可有效縮短提取時間等優點。

2.6 花生粕多糖的協同提取工藝

隨著多糖提取工藝研究的深入，近年來有不少采用2種方法或多種方法協同輔助提取的新工藝技術應用于多糖的提取中，以實現方法的優勢互補，提高多糖提取率。閻欲曉等[40]利用超聲波協同復合酶法提取花生粕多糖，確定的多糖最佳提取工藝：中性蛋白酶1.5%、纖維素酶1.5%、果膠酶1.5%、料液比1∶25 (m/V)、酶解溫度40 ℃、pH 6.0、復合酶處理時間2 h，酶解后進行超聲處理，超聲功率104 W，超聲時間20 min。該工藝條件下花生粕多糖提取率為9.59%，與超聲波法相比，多糖提取率提高了57.47%。江晨等[41]研究了微波輔助酶解花生粕同步提取多糖和抗氧化肽工藝，優化的最佳工藝條件：底物濃度12%，Alcalase蛋白酶液(0.5 moL/L溶液∶酶液=100∶1)加入量0.8 mL，反應液pH值8.0，溫度50 ℃，微波功率700 W，微波時間14 min，此時多糖提取率為17.86%。可見，采用一些現代分離提取技術協同提取花生粕中多糖，能顯著縮短提取時間，有效提高多糖提取率，但工藝相對復雜，成本增加，目前國內該方面研究很少，僅限于實驗室研究。

3 花生粕中膳食纖維提取工藝

膳食纖維可預防和治療心腦血管疾病、糖尿病、高血壓和肥胖，具有改善腸道內微生物菌群、清除外源有害物質及自由基，增強人體免疫力等生理功能，在保障人體健康中起著重要作用，被稱為“第七大營養素”[42]。苗敬芝[42]研究了花生粕總膳食纖維超聲水提法和超聲結合酶提工藝，優化的超聲水提法最佳工藝條件：料液比1∶15 (m/V)，超聲功率150 W，提取15 min，此時總膳食纖維提取率為80.51%；超聲結合酶提最佳工藝條件：纖維素酶加入量4%，料液比1∶15 (m/V)，pH 4.55.5，超聲功率150 W，提取15 min，此時總膳食纖維提取率為82.84%。秦杰等[43]則研究了花生粕膳食纖維雙酶(木瓜蛋白酶與糖化酶)提取工藝，確定的最佳工藝條件：料液比1∶20(m/V)，pH 7.0，木瓜蛋白酶加入量8%，溫度50 ℃，提取4 h；然后加入1.2%糖化酶，pH 4.04.6，溫度60 ℃下，提取1 h。該工藝條件下膳食纖維提取率為40.45%。陳輝等[44]研究了花生粕不溶性膳食纖維α-淀粉酶結合木瓜蛋白酶提取，確定的兩階段最佳工藝條件：料液比1∶16 (m/V)，pH 4.0，α-淀粉酶加入量2%，酶解溫度60 ℃，酶解30 min；木瓜蛋白酶加入量11%，pH 7.0，酶解溫度80 ℃，酶解2 h。該條件下花生粕不溶性膳食纖維提取率37.72%。宋慧等[45]研究了花生粕水溶性膳食纖維超聲水提法和超聲結合酶提工藝，優化的超聲水提法最佳工藝條件：料液比1∶30 (m/V)，超聲功率150 W，提取25 min，此時水溶性膳食纖維提取率為12.56%；超聲結合酶提最佳工藝條件：纖維素酶加入量2%，料液比1∶25 (m/V)，pH 4.5，超聲功率175 W，提取15 min，此時水溶性膳食纖維提取率為15.84%，比超聲水提法提取率提高了26.11%。另外，苗敬芝等[46]研究了花生粕可溶性膳食纖維糖化酶提取工藝，優化的提取工藝條件：糖化酶加入量1.3%，pH 4.0～4.6，料液比1∶15 (m/V)，提取溫度60 ℃，酶解時間78 min。該條件下可溶性膳食纖維提取率為11.70%。綜上，雖因花生粕來源不同，其膳食纖維含量不同，不便依據提取率比較各種提取工藝的優劣，但也不難看出，通過加入木瓜蛋白酶水解除去花生粕中蛋白質，加入α-淀粉酶或糖化酶水解除去花生粕中淀粉，利于花生粕中可溶性膳食纖維提取，輔以超聲波更能有效提高花生粕膳食纖維提取率。

4 花生粕中植酸提取工藝

植酸，又稱肌酸、主要存在于豆類、谷類及油料種子等農產品中，是成熟種子中磷的主要儲存形式。近年來的研究表明，植酸具有抗氧化、抗癌、抗脂肪肝、降血脂等多種生物活性，是一種防腐、保鮮的功能食品添加劑，已應用于食品工業[47-48]。余安等[49]以鹽酸溶液為提取劑，響應面法優化得花生粕植酸水浴最佳工藝條件：鹽酸濃度0.01 mol/L，料液比1∶13(m/V)，溫度32 ℃，提取時間83 min。此工藝條件下植酸提取率為1.50%。余安等[50]也研究了花生粕中植酸的超聲輔助提取，確定的最佳提取工藝條件：鹽酸濃度0.01 mol/L，料液比1∶11 (m/V)，超聲功率72 W，超聲溫度40 ℃、超聲時間24 min。此工藝條件下植酸提取率為1.48%。余安等[51]還研究了花生粕植酸微波輔助提取，確定的最佳工藝條件：鹽酸濃度0.01 mol/L，料液比1∶16 (m/V)，微波功率128 W，微波時間2 min。此工藝條件下植酸提取率為1.44%。比較3種提取工藝，不難發現，在植酸提取率基本相同時，采用微波提取花生粕中植酸，可明顯縮短提取時間，微波輔助提取是花生粕中植酸較理想的提取方法，有必要繼續深入研究。

5 花生粕中色素提取工藝

花生紅色素是一種優良的天然色素，包含原花色素和紅色素，具有抗衰老、抗癌、美容、改善人體皮膚循環、保護心血管等作用，對蛋白質和淀粉著色顯著[52]。從花生粕中提取色素不僅可提高花生粕綜合利用價值，還能擴大天然色素的開發來源，增加經濟效益。閔嗣璠等[53]研究了花生餅中色素的乙醇回流提取工藝，在單因素實驗的基礎上，通過正交實驗優化了提取工藝。結果表明，影響花生餅中花生衣紅色素提取率因素大小順序：提取時間>料液比>提取溫度>乙醇體積分數，最佳提取工藝條件：乙醇體積分數40%，料液比1∶7 (m/V)，提取溫度80 ℃，提取時間4 h，此時花生粕中色素提取率最大，達到2.216%。張孜群等[54]研究了超聲輔助提取花生粕色素，正交試驗法優化的最佳提取工藝條件：甲醇為溶劑，料液比1∶30 (m/V)，超聲頻率35.4 kHz，超聲溫度50 ℃，超聲時間60 min。此時色素提取率高達8.71%。 綜上，花生粕色素為水溶性色素，為提高色素純度和提取率，多采用乙醇、甲醇為溶劑。采用一些現代提取分離技術如超聲技術可明顯提高花生粕色素提取率，縮短提取時間。目前，國內學者對花生粕色素提取研究有所涉及，有關花生粕色素的純化、生物活性等研究還鮮見報道，亟需深入研究。

6 花生粕中黃酮提取工藝

黃酮類化合物是植物次生代謝產物，具有抗氧化、抗病毒、防癌抗癌、調節免疫功能、預防心腦血管疾病等多種藥理作用和保健功能，在醫藥、食品及化妝品等領域有廣泛的應用價值[55]。胡迎芬等[56]以花生粕總黃酮得率為指標，采用響應面法優化了花生粕中總黃酮的乙醇浸提工藝，確定的最佳提取工藝條件：乙醇體積分數60%，料液比1∶15 (m/V)，提取溫度70 ℃，提取時間100 min。該工藝條件下花生粕總黃酮得率為1.2%。邢福國等[57]也研究了花生粕黃酮乙醇浸提工藝，結果表明，影響花生粕黃酮提取因素大小順序為：乙醇濃度>浸提溫度>料液比>浸提時間，優化的工藝條件：乙醇濃度50%、浸提溫度90 ℃、料液比1∶50 (m/V)、浸提時間3 h。該工藝條件下花生粕黃酮提取率為1.60 mg/g。薛力等[58]研究了花生粕黃酮乙醇回流提取工藝，通過正交試驗確定的最佳提取工藝：60%乙醇為提取劑、料液比1∶40 (m/V)、70℃下回流提取2 h，此時黃酮提取率為0.865%。花生粕中黃酮含量較高，極有開發必要。但目前國內研究都以簡單的乙醇浸提為主，工藝落后，耗費時間長，黃酮提取率不高。

7 展望

花生粕中含有多種功能活性成分，是一種可以綜合利用并能進行精深加工的原料資源。目前，我國對花生粕中功能活性成分的提取研究雖然取得了一定成果，但總體而言，大多還處于實驗室研究階段。因此，亟需對花生粕中功能活性成分的提取進行深入、系統的研究，借鑒國內外其他天然產物功能活性成分提取分離技術和經驗，研究開發花生粕中功能活性成分提取分離的新技術、新工藝，實現花生粕中各種功能活性成分的連續提取分離，提高產量和效率，開辟花生粕綜合利用渠道，使研究從實驗室走向工業化生產；同時，深入開展花生粕中功能活性成分與其生物活性構效關系、藥理作用的基礎研究，實現花生粕中功能活性成分的規模化、產業化生產。