玉米漿中蛋白提取及酶解工藝

張嘉雨，曹越，馬文萱，杜倩，安君如，林巍*

齊齊哈爾大學食品與生物工程學院，黑龍江省玉米深加工理論與技術重點實驗室（齊齊哈爾 161006）

玉米漿是玉米淀粉濕法生產工藝中副產物之一，干物質約30%～40%，有蛋白質、多肽、氨基酸、多糖、多酚、乳酸、灰分等，其中蛋白質占16%～30%[1]。玉米漿作為玉米加工企業的副產品，一般作為微生物發酵培養基的氮源，或者作為蛋白質來源添加到飼料中[2-3]。近年來玉米漿在食品加工方面有了新用途，湯曉君等利用玉米漿發酵法生產植物蛋白調味液，發現玉米浸泡水蛋白通常顯示出較好的功能性質，可作為一種功能性成分添加到食品中[4]；劉井權等對玉米漿生產植物蛋白調味液品質影響因素進行探討，提出了提高成品品質的解決方案[5-6]。除了上述功能特性，玉米漿還是一種總抗氧化能力極強的液體，具有開發功能食品的潛力[7]。我國是第二大玉米生產國和消費國，2016年玉米產量為2.196億 t，加工1萬 t玉米可以產生0.8萬 t玉米浸漬液，可以說每年玉米漿廢液產量巨大，具有成本低廉的優勢，如能在食品行業進一步加工利用，開發具有高附加值產品，可增加玉米加工企業的經濟效益。研究對玉米漿中蛋白的提取和酶解工藝進行了研究，以期進一步開發玉米漿蛋白的新功能，使其在食品行業中有更廣泛的用途，促進我國玉米深加工產業的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

玉米漿（蛋白含量24.8%）：龍江中糧股份有限公司；復合蛋白酶（800 U/mg）購于上海源葉生物科技有限公司；胃蛋白酶（3 000 U/mg）、胰蛋白酶（2 500 U/mg）購于上海生工；其他常規試劑均為國產分析純。

T-114分析天平，美國丹佛；水浴恒溫振蕩器，上海躍進醫療器械廠；CF 15 RXII高速離心機，日本日立公司；EnSpire全波長多功能酶標儀，美國珀金埃爾默公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 玉米漿蛋白提取工藝

1.2.1.1 玉米漿蛋白提取單因素試驗

取玉米漿稀釋不同倍數，調pH為6，乙醇添加體積比為1︰2，提取溫度20 ℃，提取時間1 h為單因素試驗的基礎條件。但研究某一因素時，其他條件保持不變。玉米漿濃度分別為原液（24.8%蛋白）和稀釋五倍液（5%蛋白），乙醇添加體積比分別為1︰1.5，1︰2.0，1︰2.2，1︰2.4，1︰2.6，1︰2.8和1︰3.0；提取溫度分別為4，30，40，50，60和70 ℃，提取時間分別為0.5，1，2和8 h，提取pH為5，6，7，8，9，10和11，按上述設計做單因素試驗。采用凱氏定氮測定蛋白含量，計算提取率。

1.2.1.2 正交試驗

在單因素的基礎上，設計正交試驗L9(34)對玉米漿蛋白提取條件進行優化。

1.2.2 不同蛋白酶對玉米漿蛋白酶解效果的影響

將提取的玉米漿蛋白配制濃度10%的底物，按酶與底物比為2%，分別加入復合蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶，調節三種蛋白酶理論最適的pH和溫度，水解2 h，水解結束后，在沸水浴中加熱15 min，進行滅酶處理，冷卻后，于10 000 r/min離心機進行離心5 min，取上清液通過雙縮脲法測定其可溶性蛋白含量，pH-state法測定各酶水解度。

2 結果與分析

2.1 玉米漿蛋白提取工藝研究結果

2.1.1 玉米漿濃度對蛋白提取率的影響

從圖1可以看出，除在乙醇添加體積比為1︰0.5的情況下，蛋白濃度為5%玉米漿的提取率要遠高于蛋白含量為24.8%的玉米漿原液，且相比原液提取的蛋白質含更少的棕褐色雜質，所以適宜的提取濃度是5%蛋白的玉米漿。

圖1 玉米漿中蛋白質濃度對蛋白質提取率影響

2.1.2 提取時間對蛋白提取率的影響

由圖2可以得出，玉米漿蛋白的提取率隨著時間的延長只有小幅度的波動，且在浸提時間為1 h時達到最高值。因此得出最佳浸提時間為1 h。

圖2 提取時間對蛋白質提取率影響

2.1.3 乙醇添加體積比對蛋白提取率的影響

由圖3可知，乙醇添加體積比對蛋白質提取率的影響較大。隨著乙醇添加體積比的增加，提取率不斷提高。玉米漿中蛋白大部分是水溶性的，乙醇體積分數較高可引起蛋白變性，導致蛋白粒子聚集，從而使部分蛋白以聚集粒子的形式從離心中分離，但是當乙醇添加體積比達到1︰2以后，提取率增加幅度減小，因此從節省材料且不損失提取率的角度來看，1︰2的無水乙醇體積比為最優添加體積比。

圖3 乙醇添加體積比對蛋白提取率的影響

2.1.4 玉米漿pH對蛋白提取率的影響

從圖4可知，pH對蛋白提取率有顯著的影響，隨著pH增加提取率大幅度降低。因為蛋白質為兩性電解質，在其等電點時最易沉淀從而被提取，在堿性條件下改變了其表面的帶電性質從而增強了其溶解性從而加大了提取的難度，降低了提蛋白提取率。

圖4 玉米漿pH對蛋白提取率的影響

2.1.5 提取溫度對蛋白提取率的影響

從圖5可知，低于50 ℃時，溫度對蛋白提取率的影響不大；而在高溫條件下，乙醇易揮發，降低了乙醇的體積分數，影響了蛋白的沉淀效果，30 ℃時提取率最高。所以選擇最佳提取溫度為30 ℃。

圖5 提取溫度對蛋白提取率的影響

2.1.6 正交試驗優化結果

由表1可知，影響玉米漿蛋白提取率的主次因素的順序為B（pH）＞C（乙醇添加體積比）＞A（溫度），通過正交試驗確定最佳組合為A3B1C1，即提取溫度為40 ℃，玉米漿pH為6，乙醇添加體積比為1︰2。為了驗證所得試驗結果的準確性，對最佳酶解條件組合A3B1C1進行了驗證，蛋白提取率為48.89%，說明經正交試驗篩選出來的條件組合是可信的。

表1 正交試驗結果與方差分析

2.2 不同蛋白酶對玉米漿蛋白酶解效果的影響

使用三種常用蛋白酶對玉米漿蛋白進行了酶解，由圖6可知，復合蛋白酶的水解度最大，為27.8%，其次是胰蛋白酶；水解后玉米漿蛋白中可溶性蛋白含量比例均有所增加，其中胰蛋白酶解后可溶性蛋白含量最高，為91.05%。

圖6 不同蛋白酶對玉米漿蛋白水解度和可溶性蛋白含量的影響

3 結論

玉米漿中蛋白含量豐富，是一種潛在的植物蛋白資源。蛋白含量為5%的玉米漿，乙醇添加體積比為1︰2，提取溫度為40 ℃，提取時間為1 h，提取pH為6時，測得的玉米漿蛋白的提取率最高為48.89%。酶水解可顯著提高玉米漿蛋白的溶解性。在工業生產中，相對于傳統的玉米漿蛋白的提取方法，這種方法更加簡單，容易操作。且乙醇具有易揮發的特性，也方便后續玉米漿蛋白的開發應用，試驗為玉米漿原料的再利用提供了一定的理論基礎。