王立峰朱均旺袁 建何 荣鞠兴荣

(南京财经大学食品科学与工程学院 江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室1,南京 210003) (江南大学食品学院2,无锡 214122)

超声波辅助反胶束提取菜籽蛋白工艺优化

王立峰1,2朱均旺1袁 建1何 荣1,2鞠兴荣1

(南京财经大学食品科学与工程学院 江苏省粮油品质控制及深加工技术重点实验室1,南京 210003) (江南大学食品学院2,无锡 214122)

采用超声波辅助反胶束法(气溶胶OT/异辛烷)提取菜籽蛋白,以气溶胶OT、pH、W0、提取时间为主要考察因素,蛋白提取率为响应值。通过 SPSS软件设计正交试验,对结果进行进行方差分析,得出上述四因素对响应值有极显著影响。进一步对四因素水平间进行多重比较,再综合考虑实际条件,确定最佳工艺为:气溶胶OT为 3 g、pH为 8、W0为 29、提取时间 80 min。在此条件下,测得的菜籽蛋白质提取率为 88.15%。

菜籽蛋白 反胶束 超声辅助萃取

菜籽蛋白是指油菜籽榨油后从菜籽饼中提取的蛋白质,菜籽饼中蛋白质含量在 30%～45%之间[1],且本身营养价值高,但其利用程度却比较低。菜籽粕中蛋白质含量与大豆粕相近,氨基酸组成更加合理,几乎不存在限制性氨基酸,营养价值优于其他植物蛋白。由于但传统菜籽蛋白提取方法均有许多缺陷,故探求一种更优越的菜籽蛋白生产工艺具有重要的现实意义。

本文旨在采用气溶胶 OT/异辛烷反胶束溶液,与超声波技术相结合提取菜籽粕蛋白。通过运用SPSS软件设计正交试验,结合实际条件,确定菜籽蛋白提取的最佳工艺参数。

1 材料与方法

1.1 材料

选用 2008年产优质油菜籽,于砻谷机上进行脱壳处理,处理后进行风选。将脱壳后的菜籽于锤式旋风磨上进行粉碎,粉碎后过 80目筛。于索式抽提器上用石油醚(30～60℃沸程)在 50℃对粉碎后的菜籽进行脱油处理,处理后放置在通风处进行脱溶,使石油醚挥发完全。再通风干燥,所得即为试验所需低温菜籽粕。

1.2 主要仪器

JLGJ45检验砻谷机:上海嘉定粮油仪器有限公司;锤式旋风磨:上海嘉定粮油仪器有限公司;THZC恒温振荡器:江苏太仓实验设备厂;ZSD-2J型自动水分滴定仪:上海安亭电子仪器厂;KQ-100E型超声波清洗器:昆山超声波清洗器厂。

1.3 试剂

气溶胶OT、异辛烷、卡尔费休试剂:国药集团。

1.4 试验方法

1.4.1 菜籽粕的主要组分含量分析[2]

水分含量的测定采用 GB5497—1985(105℃恒重法);含油量的测定采用 GB5512—1985;蛋白质含量测定采用 GB/T—500915—2003;灰分含量的测定:采用 GB5505—1985。

1.4.2 反胶束中W0的测定

反胶束中的水分含量通常用非极性溶剂中的水的浓度和表面活性剂的浓度之比W0来表示,用卡尔费休法[3]测出水量,根据 W0=[H2O]/[表面活性剂]算出W0。

1.4.3 反胶束溶液的配制

称取一定量的表面活性剂气溶胶 OT,置于250 mL的锥形瓶中,加入 50 mL异辛烷,磁力搅拌使表面活性剂完全溶解,待溶液透明后,加入其中含有一定浓度 KCl缓冲溶液,并根据所加入的缓冲溶液量调节反胶束溶液的W0值。然后置于恒温振荡器中振荡至溶液充分混匀,接着以 1 800×g离心20 min,若透明则为反胶束溶液,反之则不是[4]。(底层少量水对体系影响不大)。

1.4.4 反胶束溶液提取菜籽蛋白

取一定浓度的按照 1.4.3制备的反胶束溶液50 mL,加入一定量菜籽粕粉 (精确到 0.000 1 g)于锥形瓶,置于超声波清洗器中,在一定温度下,用超声波辅助提取。经过一段时间后,以 3 200×g进行离心分离 15 min,所得上清液测定其蛋白质含量 (以提取前的反胶束溶液作为空白样)。蛋白提取率按如下公式计算:

1.4.5 正交试验

影响菜籽蛋白提取率有 pH、钾离子浓度(mol/L),提取温度(℃)、提取时间 (min)、气溶胶 OT(g)、W0等六个因素,通过 JMP软件,结合田口试验方法,对影响提取率的因素进行筛选,得到该方法提取菜籽蛋白的主要影响因素为:气溶胶 OT、pH、W0和提取时间,钾离子浓度和提取温度在田口试验中被确定为不显著影响因素,根据实际条件,确定钾离子浓度为 0.08 mol/L,提取温度为 50℃。故以气溶胶OT、pH、W0和提取时间四个因素为考察因素,确定菜籽蛋白的最佳提取工艺参数,试验因素表如表 1所示。

表1 正交试验因素水平

直接运用 SPSS软件进行正交设计[5],所有试验重复 3次,分别平行取样。数据分析采用 SPSS软件进行处理。

2 结果与讨论

2.1 菜籽粕的主要组分含量

菜籽粕粉的油脂、水分、蛋白质和灰分含量见表2。

表 2 脱脂菜籽粕粉主要组分(湿基)

2.2 正交试验结果及方差分析

正交试验结果如表 3所示。

表3 正交设计结果表

通过 SPSS软件进行方差分析 (见表 4),得到气溶胶OT的 F=78.137,P<0.01,差异极显著;pH的F=8.638,P<0.01,差异极显著;W0的 F=32.853, P<0.01,差异极显著;提取时间 F=30.315,P< 0.01,差异极显著。F检验结果表明,不同气溶胶OT、pH、W0、提取时间对菜籽蛋白提取率都有极显著影响。因此考察上述四个因素,需进行各因素水平间的多重比较,选出最优组合。

表4 方差分析表

通过 SPSS软件进行单因素统计,各个因素在不同水平下,重复进行 3次试验后得到的蛋白提取率平均值及标准差,见表 5。

表5 四因素统计表

2.3 气溶胶OT对菜籽蛋白提取率的影响

由表 5可知,A2的均值最大 (0.842),在 3 g气溶胶OT条件下,菜籽蛋白提取率平均值较其他两个条件下高;而且随着气溶胶 OT用量的增加,蛋白提取率先升后降。对气溶胶 OT进行多重比较 (见表6),A2与 A1、A3的均值差异都极显著。综上所述, A2条件下的蛋白提取率最高。综合考虑工艺成本和后续对气溶胶OT的回收,选用气溶胶OT的用量为3 g最合适。

表6 气溶胶OT多重比较表

2.4 pH对菜籽蛋白提取率的影响

表 5中发现B2均值最大 (0.819),也即 pH为 8时菜籽蛋白提取率平均值较其他两个 pH要高(见表7)。说明B2和 B3均值差异不显著,即随着 pH的增加,蛋白提取率降低,但趋势不明显。考虑碱性的过度升高会影响蛋白质性质,也增加工业化生产中的废水处理成本,选择B2比较合适。

表7 pH多重比较表

2.5 W0对菜籽蛋白提取率的影响

表8 W0多重比较表

表 5的均值中发现,C2均值最大 (0.825)。W0多重比较见表 8,C2与C3均值差异不显著。而且W0的增加的同时也增加了 KCl缓冲液的用量,会提高蛋白中的含盐量,增加蛋白的后续处理难度。因此W0选择 C2水平最为合适。

2.6 提取时间对菜籽蛋白提取率的影响

表 5发现,提取时间的最大蛋白提取率均值为D3时的 0.829,D1均值 (0.808),随着时间的延长,提取率先降后升。这可能是由于反胶束溶液内气泡的形成、增长和爆破压缩,从而使菜籽饼粕凝聚后又分散,使得蛋白质从饼粕转移到溶液中的传质速率先降后升,但总体是上升的趋势。提取时间多重比较表见表 9,3个水平之间均值差异均显著。但是随着时间的延长,增加的产量价值不如生产消耗的能源等价值,所以选用D1最符合实际生产。

表9 提取时间多重比较表

3 结论

利用超声波辅助反胶束(气溶OT/异辛烷)提取菜籽蛋白。利用表面活性剂气溶胶 OT形成的反胶束体系,破坏菜籽中油脂与蛋白的结合;超声波的辅助,使反胶束溶液和菜籽之间产生空化作用,从而获得了良好的效果。

通过 SPSS软件设计正交试验,并对其进行分析,优化了菜籽蛋白的反胶束提取工艺,再进行多重比较,综合考虑成本和时间等其他因素,得出其最佳工艺条件是气溶胶OT为 3 g、pH为 8、W0为 29、提取时间 80 min。在此条件下,测得的菜籽蛋白质提取率为 88.15%,且该工艺条件降低了生产成本,缩短了生产时间,提高了生产效率;进一步减少了环境污染;使操作条件更温和,蛋白质变性程度更低。

[1]郑美瑜,陈剑兵,陆胜民,等.菜籽蛋白的提取和纯化[J].农业工程学报,2008,24(8):267-270

[2]中华人民共和国国家标准,食品卫生检验方法,理化部分(一)[S],2003

[3]无锡轻工大学,天津轻工业学院.食品分析 [M].北京:中国轻工业出版社,1983

[4]磨礼现,陈复生,杨红顺.反胶束溶液提取大豆蛋白前萃工艺的研究[J].食品科学,2004,25(3):93-96

[5]卢纹岱.SPSS forW indows统计分析[M].北京:电子工业出版社,2002:203-205.

Optimizing Extraction of Rapeseed Protein with Ultrasonic-Assisted ReverseMicelle System

Wang Lifeng1,2Zhu Junwang1Yuan Jian1He Rong1Ju Xingrong1
(College of Food Science and Engineering,NanjingUniversity of Finance&Economics,Key Laboratory of Grain&Oils Quality Control and Deep-Utilizing Technology of Jiangsu Province1,Nanjing 210003)
(School of Food Science and Technology,Jiangnan University2,Wuxi 214122)

Rapeseed protein was extracted from rapeseed mealwith ultrasonic-assisted reverse micelle system (aerosolOT/Isooctane).Selecting AOT amount,pH,W0and extraction time as influencing factors,taking extraction rate as response value,the extraction conditionswere optimized by orthogonal design with SPSS,and ANOVA dealt with SPSS.Results:The optimum conditions of extracting rapeseed protein are amount ofAOT 3 g,pH 8,W029 and extraction time 80 min.Under these conditions,the extraction rate of rapeseed protein reaches 88.15%.

rapeseed protein,reverse micelle,ultrasonic-assisted extraction

TS229 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0045-04

863计划 (2007AA10Z331),国家农业成果转化资金(2009C10045),江苏省教育厅自然科学研究项目(08KJB55004),江苏省普通高校研究生科研创新计划(CX09S-046Z),南京财经大学研究生创新研究项目(YJSCX0928)

2009-06-09

王立峰,男,1977年出生,博士,讲师,食品科学

鞠兴荣,男,1957年出生,博士,教授,食品科学