火麻蛋白粉提取工藝研究

許光映

（山西農業大學 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

火麻是桑科大麻亞科大麻屬一年生草本植物，又名大麻、漢麻，是栽培歷史最古老的作物之一[1-3]，在我國有悠久的種植歷史。目前，在山西、遼寧、廣西、云南等地已形成較為穩定的種植基地。火麻廣泛應用于紡織、藥品、食品等領域，在食品中的應用主要是火麻油脂的開發。火麻餅粕是火麻籽榨油生產后的副產品，約為原料的2/3，火麻餅粕含有約60%的膳食纖維、30%的蛋白質、7%的脂肪及其他營養成分[4-6]。目前，火麻餅粕基本當作飼料使用，浪費了寶貴的蛋白質資源。火麻籽中的蛋白質氨基酸組成比值合理、效價均衡，被營養學家稱為“優質完全蛋白”，火麻蛋白具有提高人體免疫功能、改善貧血癥狀、調節血脂、血糖水平等功能特性[7-12]。因此，火麻蛋白是有益人體健康的一種優質植物蛋白質資源，具有較大的開發價值。

黎科亮等人[13]研究了火麻籽脫脂制取火麻粗蛋白的工藝，最佳工藝條件為料液比1∶10，每次萃取時間35 min，萃取次數3 次，萃取溫度為32 ℃。李曉君等人[14]研究了酶輔助火麻蛋白提取工藝，最佳提取工藝條件為中性蛋白酶添加量1.0%，提取溫度50 ℃，料液比1∶6 ，提取時間1.5 h，提取次數2 次，提取率可達41.6%，蛋白質含量為75.9%。林金鶯等人[15]研究了超聲波輔助堿法提取火麻仁蛋白，最佳提取工藝條件為占空比20∶20（s/s），料液比1∶10， 超聲波輔助浸提時間為30 min，蛋白質提取率達83.6%。

為了給生產企業提供更加詳細的技術參考，以火麻餅粕為原料，研究了超聲波輔助提取火麻蛋白粉的工藝條件。

1 材料與方法

1.1 材料

火麻餅粕，山西宏田嘉利農業科技公司提供，脫脂后火麻餅粕的蛋白含量為32.65%。

1.2 試劑及儀器設備

1.2.1 試驗試劑

氫氧化鈉，杭州恒鑫達化工有限公司提供；鹽酸、硫酸，沈陽依萊普克斯化工有限公司提供；硫酸鉀，揚州巨利化工科技有限公司提供；硫酸銅，河南新鄉斯利化工廠提供；硼酸，無錫夢思硼酸廠；甲基紅、溴甲酚綠，連云港思恩化工科技有限公司提供；石油醚，河南焦作東方紅化工廠提供。以上試劑均為化學純。

1.2.2 儀器與設備

KQ-5206DB 型超聲波清洗器，上海市昆鵬超聲儀器公司產品；KDN-9828 型凱氏定氮儀、KDN-04型消煮爐，天津瑞鑫有限公司產品；XS215 型電子天平，寧波精密電子儀器有限公司產品；PHS-27 型數顯酸度計，廣州天地精密儀器儀表有限公司產品；FD-3 型冷凍干燥機，杭州康醫實驗儀器有限公司產品；LXJ-ⅡB 型低速大容量離心機，上海精密儀器儀表有限公司產品；DHG- 9146B 型電熱鼓風干燥箱，河南焦作恒溫設備廠產品；萬能粉碎機，溫州市一力工具有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

火麻餅粕先用石油醚提取脂肪，脫脂后蛋白含量為32.65%。脫脂后的火麻餅粕用不同濃度的氫氧化鈉溶液及不同的料液比，利用超聲波輔助提取，然后離心分離，液相加鹽酸沉淀，再次離心分離，固相冷凍干燥粉碎得到成品火麻蛋白粉。

火麻餅粕→石油醚脫脂→干燥粉碎→堿液超聲波輔助提取→離心分離→液相加酸沉淀→離心分離→固相冷凍干燥→粉碎→火麻蛋白粉。

1.3.2 火麻蛋白粉提取工藝研究

火麻蛋白粉提取工藝中，研究了pH 值堿液、料液比、提取溫度、提取時間、超聲功率等影響因素，比較不同的試驗條件對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響。在單因素試驗的基礎上進行正交試驗，確定火麻蛋白粉最佳提取工藝。

（1） 不同pH 值堿液對火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個處理取脫脂后火麻餅粕5 g，加入不同的pH 值堿液，pH 值分別為7.5，8.5，9.5，10.5，11.5，12.5。其他試驗條件為料液比1∶15，提取時間30 min，提取溫度60 ℃，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（2） 不同料液比對火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個處理取脫脂后火麻餅粕5 g，根據不同料液比加入提取液，料液比分別為1∶10，1∶15，1∶20，1∶25，1∶30。其他試驗條件為堿液pH 值9.5，提取時間30 min，提取溫度60 ℃，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（3） 不同提取溫度對火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個處理取脫脂后火麻餅粕5 g，提取溫度分別為20，40，60，80，100 ℃。其他試驗條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取時間30 min，超聲功率600 W，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（4） 不同提取時間對火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個處理取脫脂后火麻餅粕5 g，提取時間分別為10，20，30，40，50 min。其他試驗條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取溫度60 ℃，超聲波功率600 W，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（5） 不同超聲波功率對火麻蛋白粉提取工藝的影響。每個處理取脫脂后火麻餅粕5 g，超聲波功率分別為200，400，600，800，1 000 W。其他試驗條件為堿液的pH 值9.5，料液比1∶20，提取溫度60 ℃，提取時間30 min，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，重復3 次，研究火麻蛋白粉的蛋白含量和提取率。

（6） 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗。火麻蛋白粉提取工藝在單因素試驗的基礎上，分別以提取液pH 值、料液比、提取時間、提取溫度為因素，單因素試驗的最佳試驗條件為中間值，采用L9（34）正交表設計試驗。試驗設9 個處理，每個處理用脫脂后粉碎的火麻餅粕10 g，完成提取后放入離心機內，以轉速4 800 r/min 離心10 min。料液分離后，液相加鹽酸沉淀，再次放入離心機內離心分離；固相冷凍干燥后粉碎，即為火麻蛋白粉，研究火麻蛋白粉的提取率，確定火麻蛋白粉最佳提取工藝。

1.4 火麻蛋白粉中蛋白含量測定方法

火麻蛋白粉中蛋白含量用凱氏定氮法測定（GB 5009.5—2010）。

2 結果與分析

2.1 不同pH 值堿液對火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同pH 值堿液對火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖1。

圖1 不同pH 值堿液對火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖1 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同pH 值提取液對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗區間內，總體趨勢呈現先上升后下降的凸狀曲線，當火麻蛋白粉提取液的pH 值為9.5 以下時，隨著提取液pH 值的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現上升趨勢；當火麻蛋白粉提取液的pH 值從9.5 繼續增加至12.5 時，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現下降趨勢。經統計分析，火麻蛋白粉提取液pH 值9.5 時的蛋白含量及提取率與其他5 個處理呈現極顯著差異（p＜0.01），后續工藝試驗提取液pH值為9.5。

2.2 不同料液比對火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同料液比對火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖2。

圖2 不同料液比對火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖2 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同料液比對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗區間內，總體趨勢呈現先上升后平滑的曲線，當火麻蛋白粉提取料液比為1∶20 以下時，隨著料液比的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現上升趨勢；當火麻蛋白粉提取料液比從1∶20 繼續增加至1∶30 時，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現平滑趨勢。因為料液比越低生產成本越低，后續工藝試驗提取料液比為1∶20。

2.3 不同提取溫度對火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同提取溫度對火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖3。

圖3 不同提取溫度對火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖3 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同提取溫度對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗區間內，總體趨勢呈現先上升后下降的凸狀曲線，當火麻蛋白粉提取溫度為60 ℃以下時，隨著提取溫度的提高，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現上升趨勢；當火麻蛋白粉提取溫度從60 ℃繼續增加溫度至100 ℃時，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現下降趨勢。經統計分析，火麻蛋白粉提取溫度60 ℃時的蛋白含量及提取率與其他4 個處理呈現極顯著差異（p＜0.01），后續工藝試驗提取溫度為60 ℃。

2.4 不同提取時間對火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同提取時間對火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖4。

圖4 不同提取時間對火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖4 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同提取對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響較大。在試驗區間內，總體趨勢呈現先上升后平滑的曲線，當火麻蛋白粉提取時間為30 min 以下時，隨著提取時間的增加，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現上升趨勢；當火麻蛋白粉提取時間從30 min 增加至50 min時，火麻蛋白粉蛋白含量及提取率呈現平滑趨勢。因為提取時間越短生產成本越低，后續工藝試驗提取時間為30 min。

2.5 不同超聲功率對火麻蛋白粉提取工藝的影響

不同超聲功率對火麻蛋白粉提取工藝的影響見圖5。

圖5 不同超聲功率對火麻蛋白粉提取工藝的影響

從圖5 可知，火麻蛋白粉提取工藝中不同超聲功率對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響不大。在試驗區間內，總體趨勢呈現平滑曲線。因為不同超聲功率對火麻蛋白粉蛋白含量及提取率的影響不大，后續正交試驗不考慮超聲功率因素，超聲功率為200 W。

2.6 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗結果與極差分析

火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗因素與水平設計見表1，火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗結果及極差分析見表2。

表1 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗因素與水平設計

表2 火麻蛋白粉提取工藝的正交試驗結果及極差分析

從表2 可知，根據極差R 的大小，影響火麻蛋白粉提取率的因素依次為pH 值＞料液比＞提取時間＞提取溫度，最佳提取工藝條件是pH 值9.5，料液比1∶25，提取時間35 min，提取溫度60 ℃。以脫脂火麻餅粕為原料，使用研究得出的火麻蛋白粉提取工藝的最佳條件，火麻蛋白粉的提取率為59.63%，蛋白含量（以干基計） 達60.22%。

3 結論

研究了超聲波輔助提取火麻蛋白粉的工藝條件，單因素試驗和正交試驗的結果都表明，影響火麻蛋白粉提取率的最主要因素是提取液的pH 值，pH 值9.5 時的提取率與其他5 個處理的提取率呈極顯著差異；不同超聲功率對火麻蛋白粉提取率基本沒有影響。在正交試驗范圍內，料液比、提取時間、提取溫度的影響不顯著。