超微粉碎萃取技術與濕法粉碎萃取技術在棉籽蛋白加工中的應用探索

朱丹丹，田令善，張亞輝，韓文杰，王如南

(1.晨光生物科技集團股份有限公司，河北 邯鄲 057250； 2.邯鄲市棉籽綜合開發工程技術研究中心，河北 邯鄲 057250)

我國是世界主要的產棉大國，產量位居世界第一[1]，年產棉籽1 100萬～1 400萬t，其中900萬～1 000萬t棉籽進入到棉籽蛋白加工領域[2]。棉籽蛋白加工是棉籽變廢為寶、實現高附加值的重要環節。目前棉籽蛋白加工主要包括棉籽的脫脂和脫酚2個環節[3]。

本文分別采用超微粉碎萃取技術和濕法粉碎萃取技術對棉籽蛋白進行提取，通過單因素試驗及正交試驗研究兩種萃取技術工藝參數，為兩種技術在其他油料加工中的運用提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

棉籽仁(晨光生物科技集團股份有限公司提供)，正己烷，甲醇，甲醇-乙醇(2∶1)。

多功能粉碎機，膠體磨，液相色譜質譜聯用儀，UV1101紫外可見分光光度計，恒溫振蕩水浴鍋，旋轉蒸發器，循環水式真空泵，凱氏定氮儀等。

1.2 試驗方法

1.2.1 棉籽蛋白的超微粉碎萃取

常溫下，采用多功能粉碎機將棉籽仁粉碎至120～250 μm，按照料液比1∶3添加正己烷，混合混泡一定時間后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復幾次后，得脫脂棉粕。將脫脂棉粕按照一定料液比分別與甲醇、甲醇-乙醇(2∶1)混合，浸泡一定時間后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復提取，沉淀自然晾干，得棉籽蛋白，測定殘油量、棉酚含量。

1.2.2 棉籽蛋白的濕法粉碎萃取

常溫下，將棉籽仁與正己烷按照不同料液比混合，采用膠體磨粉碎一定時間，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復幾次。分離得到棉粕按照一定料液比與甲醇-乙醇(2∶1)混合一定時間后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復提取，沉淀自然晾干，得棉籽蛋白，測定殘油量、棉酚含量。

1.2.3 殘油量及棉酚含量測定

殘油量的測定參照GB/T 14488.1—2008 進行，棉酚含量測定參照GB/T 13086—1991進行。

2 結果與討論

2.1 棉籽蛋白的超微粉碎萃取工藝

2.1.1 料液比對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁粉碎至120～250 μm，按照料液比1∶3添加正己烷，混合10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復4次。分離得到脫脂棉粕，按照料液比1∶5、1∶3、1∶1與甲醇-乙醇(2∶1)混合10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復提取3次，沉淀自然晾干，測定殘油量、棉酚含量。結果見圖1、圖2。

由圖1、圖2可以看出，在總處理時間一定的條件下，隨著料液比增加，即萃取溶劑量的減少，棉籽蛋白殘油量逐漸增加，棉酚含量先降低后升高。料液比為1∶3時棉籽蛋白棉酚含量最低。因此，后續試驗暫定料液比為1∶3。

圖1 料液比對殘油量的影響

圖2 料液比對棉酚含量的影響

2.1.2 萃取溶劑種類對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁粉碎至120～250 μm，按照料液比1∶3添加正己烷，混合10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復4次。將脫脂棉粕按照料液比1∶3分別與甲醇、甲醇-乙醇(2∶1)混合10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復提取3次，沉淀自然晾干，測定棉酚含量。結果見圖3。

圖3 萃取溶劑種類對棉酚含量的影響

由圖3可以看出，相同萃取條件下，使用甲醇-乙醇混合溶劑萃取后得到的棉籽蛋白棉酚含量相對較低。后續試驗選定萃取脫酚溶劑為甲醇-乙醇(2∶1)。

2.1.3 物料粒度對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁粉碎至一定粒度，分別按照料液比1∶3添加正己烷，混合1 h后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復2次。分離得到的脫脂棉粕按照料液比1∶3與甲醇-乙醇(2∶1)混合1 h后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復提取2次，沉淀自然晾干，測定殘油量、棉酚含量。結果見表1。

表1 物料粒度對萃取的影響

由表1可看出，一定范圍內，隨著物料粒度的減小，萃取后棉籽蛋白殘油量、棉酚含量明顯下降。物料粒度降低至250 μm以下，物料粒度對萃取后棉籽蛋白殘油量、棉酚含量基本無影響。這是因為物料顆粒粒徑縮小導致物料表面積和孔隙率大幅度的增加，物料與萃取溶劑接觸面積增加，交換速率增加，物料中殘油量及棉酚含量降低；但粒度越大，物料粘連性增大，溶劑滲透性較差，導致油脂及棉酚不易溶出造成殘油量及棉酚含量增大[4]。故選定后續試驗物料粒度為120～180 μm。

2.1.4 萃取時間及萃取次數對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁粉碎至120～180 μm，分別按照料液比1∶3添加正己烷，分別混合5、10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復萃取。分離得到脫脂棉粕按照料液比1∶3與甲醇-乙醇(2∶1)混合，分別混合5、10 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復萃取，沉淀自然晾干，測定殘油量、棉酚含量。結果見表2。

表2 萃取時間及萃取次數對萃取的影響

由表2可以看出，棉粕殘油量、棉酚含量明顯隨物料萃取次數增加而降低。其中單次萃取時間為5 min時正己烷萃取4次，甲醇-乙醇(2∶1)萃取3次時，物料殘油量、棉酚含量相對較低，萃取時間較短，溶劑量消耗較少。同時可看出，在物料與溶劑達到萃取平衡前，萃取時間越長，物料與溶劑接觸反應越充分，利于油脂、棉酚的萃取；同時溶劑萃取達到平衡后，延長單次萃取時間對萃取效果基本無影響。

綜上，得到棉籽蛋白超微粉碎萃取較佳條件為：物料粒度120～180 μm，單次萃取時間5 min，正己烷萃取4次，甲醇-乙醇(2∶1)萃取3次，總有效萃取時間35 min。得到殘油量為0.29%、棉酚含量為648 mg/kg的棉籽蛋白。

2.2 棉籽蛋白濕法粉碎萃取

2.2.1 粉碎時間對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁與正己烷按照料液比1∶3混合粉碎一定時間，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)。分離得到棉粕自然晾干，測定物料粒度、殘油量。結果見表3。

表3 粉碎時間對棉籽仁濕法超微粉碎萃取的影響

注：表中30%、45%、60%、80%指的是粒度低于150 μm物料占比。

由表3可以看出，隨著粒度低于150 μm物料占比的提高，濕法粉碎相同時間后殘油量逐漸降低；隨著單次濕法粉碎時間的延長，萃取后殘油量出現先降低后趨于平緩。

濕法粉碎萃取過程物料粒度低于150 μm占比80%時，物料達到萃取平衡時間為1 min。考慮到粉碎次數影響，選擇0.5 min進行單次萃取。

濕法粉碎過程中物料與溶劑短時間劇烈混合，可縮短物料達到萃取平衡時間；物料粒度降低同樣明顯縮短萃取時間。

2.2.2 濕法粉碎次數對萃取的影響

常溫下，將棉籽仁與正己烷按照料液比1∶3進行混合粉碎0.5 min，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復萃取。分離得到的脫脂棉粕按照料液比1∶3與甲醇-乙醇(2∶1)混合0.5 min后，進行離心分離(4 000 r/min、5 min)，重復萃取3次，后取出自然晾干，測定物料粒度、殘油量、棉酚含量。結果見表4。

表4 濕法粉碎次數對萃取的影響

由表4可以看出，物料經過與正己烷濕法粉碎萃取5次后棉籽蛋白殘油量可降低至1%以下，甲醇-乙醇混合溶劑(2∶1)萃取3次后棉籽蛋白中棉酚含量降低至1 841 mg/kg。

隨著粉碎次數的增加，物料粒度也相應降低，萃取效果增強較明顯；多級粉碎對比一級粉碎節約能耗較明顯。

故棉籽仁濕法粉碎萃取較佳工藝確定為：棉籽仁與正己烷濕法多級粉碎5次，甲醇-乙醇混合溶劑(2∶1)萃取3次，總有效萃取時間4 min。得到殘油量為0.9%、棉酚含量為1 841 mg/kg的棉籽蛋白。

3 結 論

對超微粉碎萃取及濕法粉碎萃取棉籽中蛋白工藝條件進行優化，得到棉籽蛋白超微粉碎萃取條件為：物料粒度120～180 μm，單次萃取時間5 min，正己烷萃取4次，甲醇-乙醇(2∶1)萃取3次，總有效萃取時間35 min。得到殘油量為0.29%、棉酚含量為648 mg/kg的棉籽蛋白。棉籽蛋白濕法粉碎萃取條件為：棉籽仁與正己烷濕法多級粉碎5次，甲醇-乙醇混合溶劑(2∶1)萃取3次，單次萃取時間0.5 min，總有效萃取時間4 min。得到殘油量為0.9%、棉酚含量為1 841 mg/kg的棉籽蛋白。