高温花生粕中花生蛋白提取工艺研究

高丽霄，刘 冬，徐怀德，*，李 娜，李 艳

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；2.深圳职业技术学院，广东深圳518055）

高温花生粕中花生蛋白提取工艺研究

高丽霄1，刘 冬2，*，徐怀德1，*，李 娜1，李 艳2

（1.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌712100；2.深圳职业技术学院，广东深圳518055）

采用碱溶酸沉法，并结合匀浆、超声和纤维素酶等前处理从高温花生粕中提取花生蛋白。由正交回归实验得到碱溶酸沉提取最佳条件为：碱溶温度为60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此条件下搅拌浸提120min后，提取率为64.2%。匀浆或超声前处理均可增加蛋白提取率，超声处理后提取率增加尤为显著，提高了12.3%，而纤维素酶前处理则对提取率无显著作用。

高温花生粕，花生粕蛋白，碱溶酸沉，前处理

我国是花生油的生产和消费大国，花生粕作为花生油生产的副产物，目前主要用作饲料，没有进一步进行开发利用，资源浪费严重[1－2]。花生粕中蛋白质含量达40%～50%，是一种营养价值较高的蛋白质[3]，如果能对其进行进一步的提取、加工，开发出具有特定功能作用的食品，将大大提高其利用价值和附加值。花生蛋白中盐溶性蛋白为90%，水溶性蛋白约10%[4]，蛋白质的等电点为pH4.2～4.7，因此常用碱溶酸沉法提取花生蛋白[3，5]，所得产品蛋白质含量较高。有研究表明匀浆、超声处理均可破碎植物组织和细胞，并切断分子之间的连接，纤维素酶可以降解植物细胞壁的纤维素骨架，使植物细胞内有效成分充分游离[6]，但将这些前处理应用于辅助提取花生蛋白却鲜见报道。本研究在优化经典的花生蛋白碱溶酸沉工艺条件基础上，结合高速匀浆、超声和纤维素酶解等前处理工艺，以期提高花生粕蛋白的提取率。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

pHS－3C精密pH计 上海雷磁仪器厂；Rw20电动搅拌机，T25匀浆机 德国IKA混合分散生产设备公司；SonicsVCX600超声破碎仪 美国SONICS＆MATERIALS公司。

1.2 实验方法

1.2.1 花生粕蛋白提取 取80目的高温花生粕粉，按一定的料液比加入蒸馏水（简称花生蛋白原液，以下同），在一定温度下提取一定时间，浸提过程中pH维持恒定，然后冷却，以1865×g离心15min，上清液调pH至4.5（花生蛋白等电点），静置酸沉30min后以3315×g离心10min，花生蛋白沉淀水洗至中性，冷冻干燥后得到花生粕蛋白粉。

1.2.2 花生粕蛋白碱溶酸沉工艺优化

1.2.2.1 碱溶酸沉单因素实验 以提取温度、pH、料液比和提取时间为单因素，研究各单因素不同水平对蛋白质提取率的影响。

1.2.2.2 碱溶酸沉正交回归实验 在单因素实验基础上，设定提取时间为120min，选取提取温度、pH和料液比三因素，进行二次回归正交旋转组合实验，实验因素、水平及编码见表1。

表1 实验因素和水平表Table 1 Factors and levels of response surface experiments

1.2.3 花生粕蛋白提取前处理工艺优化

1.2.3.1 纤维素酶前处理对蛋白提取率的影响 向花生蛋白原液中加入一定量的纤维素酶，在公司提供的纤维素酶的最佳pH和温度即pH4.8、50℃下保持时间2h，然后按1.2.2.2的最优提取条件提取花生蛋白，考察加酶量对蛋白提取率的影响。

1.2.3.2 超声前处理对蛋白提取率的影响 花生蛋白原液经超声前处理后，按1.2.2.2的最优提取条件提取花生蛋白，考察超声功率和超声时间对蛋白提取率的影响。

基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计//孙国强,任佳琦,成乐祥,朱瑛,卫志农,臧海祥//(23):57

1.2.3.3 高速匀浆前处理对蛋白提取率的影响 花生蛋白原液经高速匀浆前处理后，按1.2.2.2的最优提取条件提取花生蛋白，考察匀浆转速和匀浆时间对蛋白提取率的影响。

1.2.4 蛋白质测定方法 凯氏定氮法（GB 5009.5－2010）。

1.2.5 花生粕蛋白提取率计算

1.2.6 数据统计与分析 所有实验至少3次重复，采用DPS9.50统计软件对实验数据进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 花生粕蛋白碱溶酸沉提取单因素结果

2.1.1 温度对蛋白质提取率的影响 高温花生粕粉按料液比1∶8加入蒸馏水，维持pH9.0，分别于30、40、50、60、70℃下提取1h，结果见图1：蛋白提取率先随着温度的升高而增大，在50℃时达到最大值44.4%，随后随着温度升高提取率下降，其原因可能是在热的碱液作用下温度升高使蛋白质变性从而溶解度下降。因此，碱溶温度以50℃为宜。

2.1.2 pH对蛋白质提取率的影响 高温花生粕粉按料液比1∶8加入蒸馏水，设定温度50℃，分别在pH7、8、9、10、11、12条件下提取1h，结果如图2所示：蛋白质的提取率随pH的升高而逐渐增大，在pH11时提取率达到58.5%，之后变化不显著。但进一步研究发现，当碱溶pH提高到11及以上时，提取的花生蛋白色泽发黄、有异味，且纯度较低，原因可能是在较高的pH条件下，蛋白质中的赖氨酸等发生变性[7]。因此，碱溶时pH确定为10，此时蛋白质提取率为52.2%，所得产品无异常色泽和气味。

图1 温度对蛋白质提取率的影响Fig.1 Effect of temperature on protein extraction

图2 pH对蛋白质提取率的影响Fig.2 Effect of pH on protein extraction

2.1.3 料液比对蛋白质提取率的影响 高温花生粕粉分别按不同料液比1∶4、1∶6、1∶8、1∶10、1∶12、1∶14加入蒸馏水，维持pH9，温度50℃，提取1h，结果如图3所示：料液比从1∶4到1∶8，蛋白提取率显著提高，在料液比1∶8时蛋白质提取率为44.4%。而在1∶8至1∶14范围内蛋白溶解达到平衡，提取率差异均不显著，因此，在生产中可控制用水量为1∶8～1∶10。

图3 料液比对蛋白质提取率的影响Fig.3 Effect of the ratio of solid to water on protein extraction

2.1.4 浸提时间对蛋白质提取率的影响 高温花生粕粉按料液比1∶8加入蒸馏水，维持pH9，温度50℃，经不同时间：30、60、90、120、150min提取。结果如图4所示：在一定条件下，浸提时间越长，蛋白质溶出率越高，提取率越高。当浸提时间达到120min时，蛋白质的溶出率达到动态平衡，提取率为49.6%。此时，浸提时间的延长对蛋白质提取率的影响不显著。因此，浸提时间以120min为宜。

图4 浸提时间对蛋白质提取率的影响Fig.4 Effect of soaking time on protein extraction

2.2 正交回归实验

采用DPS数据处理系统对实验数据进行拟合，得到二次多项式：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2+ 0.63639X3－1.57571X12－1.29122X22－0.94728X32－3.40342X1X2－0.08449X1X3－0.93758X2X3

表2 实验设计及结果Table 2 Design and results of experiments

表3 实验结果方差分析Table 3 Analysis results of regression and variance

为检验回归方程的显著性，需对回归方程进行F检验，结果见表3。回归方程的失拟性检验F1=4.4509＜F0.01（5，8）=6.63不显著，可以认为所选用的二次回归模型是适当的；回归显著性检验F2=19.6714＞F0.01（9，13）= 4.19极显著，说明模型的预测值与实际值吻合，模型成立。剔除α=0.05水平不显著项，简化后的回归方程：Y=58.60623+4.20484X1+3.41356X2－1.57571X12－1.29122X22－3.40342X1X2

在得到的最优组合即温度60℃，pH9.5，料液比1∶8（m/v）下提取120min，得到此条件下蛋白提取率为64.2%。

2.3 花生粕蛋白提取前处理工艺优化

2.3.1 纤维素酶添加量对蛋白提取率的影响 在pH4.8，温度为50℃，料液比1∶8条件下，纤维素酶作用2h，加酶量分别为底物质量的0%、0.3%、0.5%、1.0%、2.0%、3.0%，结果见图5。纤维素酶的主要作用是降解植物细胞壁纤维素，使细胞内容物释放出来。图5显示，随加酶量的增加蛋白质提取率并没有显著提高，其原因可能是高温花生粕经压榨时，压延力和机械剪切力已将细胞壁破坏。

图5 加酶量对蛋白提取率的影响Fig.5 Effect of enzyme content on protein extraction

2.3.2 超声前处理对蛋白提取率的影响

2.3.2.1 超声功率对蛋白提取率的影响 在温度为25℃（室温），超声时间为5min的条件下，改变超声功率（0、120、240、360、480、600W），结果见图6：随超声功率的增加，蛋白提取率升高，原因是超声可使细胞碎片进一步破碎，增加了提取液和花生蛋白的接触面积，更有利于质量传递；同时，超声波还可能打断花生蛋白与其它大分子物质之间的化学键，使结合状态的蛋白游离出来。在功率达到360W后蛋白提取率为72.4%，此后随着功率增大，提取率变化不显著，因此选用提取功率360W。

图6 超声功率对蛋白质提取率的影响Fig.6 Effect of ultrasonic power on protein extraction

2.3.2.2 超声时间对蛋白提取率的影响 在温度为25℃（室温），超声功率为360W的条件下，改变超声时间（0、1、3、5、7、9、11、13min），结果见图7：随时间延长蛋白提取率升高，在7min时提取率达到最高为76.5%，之后变化不显著，所以处理时间可选用7min。

图7 超声时间对蛋白质提取率的影响Fig.7 Effect of ultrasonic time on protein extraction

2.3.3 匀浆前处理对蛋白提取率的影响

2.3.3.1 匀浆转速对蛋白提取率的影响 在温度为25℃（室温），匀浆时间为9min的条件下，改变匀浆转速（0、6000、8000、10000、12000、14000r/min），结果如图8所示：0～8000r/min时，蛋白提取率随匀浆转速升高而增大，原因与超声处理相似。当转速达8000～12000r/min时，蛋白提取率变化不显著，而转速为14000r/min时由于高速匀浆的剪切力使蛋白变性而使提取率有所下降，因此，选取8000r/min为宜，此时蛋白提取率为73.5%。

图8 匀浆转速对蛋白质提取率的影响Fig.8 Effect of homogenates speed on protein extraction

2.3.3.2 匀浆时间对蛋白提取率的影响 在25℃（室温），匀浆转速为8000r/min的条件下，改变匀浆时间（0、1、3、5、7、9、11min），结果见图9：匀浆9min时蛋白提取率达到最大73.5%。

3 结论

本实验确定了高温花生粕碱溶酸沉法提取花生蛋白的最佳工艺条件为：碱溶温度60℃、pH9.5、料液比1∶8（m/v），在此条件下浸提120min，花生蛋白的提取率可达64.2%。通过匀浆、超声前处理，蛋白提取率均有所增加。以8000r/min高速匀浆处理9min，蛋白提取率提高了9.3%；在功率为360W超声处理7min后提取率增加尤为显著，提高了12.3%，而纤维素酶处理对蛋白提取率无显著作用。

碱溶酸沉法提取蛋白工艺具有易操作、提取率高、成本低的特点，适用于工业化生产。同时，超声、匀浆处理所需时间短，操作简单易行，提取率提高显著，因此，本研究对于花生粕蛋白的提取具有一定的指导意义。

图9 匀浆时间对蛋白质提取率的影响Fig.9 Effect of homogenates time on protein extraction

[1]李明姝，姚开.花生功能成分及其综合利用[J].中国油脂，2004，29（9）：13－15.

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[3]高云中.高温花生粕蛋白提取及功能性质研究[J].食品与发酵工业，2009，35（4）：103－105.

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[6]汪家政.蛋白质技术手册[M].北京：科学出版社，2000：21－27.

[7]阚建全.食品化学[M].北京：中国农业大学出版社，2002.

Study on extraction of peanut protein from heat treated peanut meal

GAO Li-xiao1，LIU Dong2，*，XU Huai-de1，*，LI Na1，LI Yan2
（1.College of Food Science and Engineering，Northwest Aamp;F University，Yangling 712100，China；2.Shenzhen Polytechnic，Shenzhen 518055，China）

Alkaline-extraction and acid-precipitation combined with pretreatment were employed to isolate peanut protein from heat treated peanut meal.The results of quadratic regression rotatable orthogonal design showed the optimum conditions of isolation were as follows：the alkaline-extraction was at 60℃，pH9.5 for 120min with the ratio of solid to water at 1∶8（m/v）.Under these optimal conditions，the extraction rate of peanut protein was 64.2%.High-speed homogenization or ultrasonic pretreatment could both raise the extraction rate significantly，especially through ultrasonic treatment，it obviously increased by 12.3%compared with those without pretreatment.However，pretreated by cellulase had no effect on it.

heat treated peanut meal；peanut protein；alkaline-extraction and acid-precipitation；pretreatment

TS201.2+1

B

1002－0306（2012）05－0273－04

2011－05－25 *通讯联系人

高丽霄（1985－），女，硕士研究生，研究方向：天然产物提取与分离技术。

广东省重大科技专项（2009A080209001）；广东省科技计划项目（2011B010500006）。