利用碱提酸沉法从膨化玉米黄粉中提取谷蛋白

张 铁刘晓兰郑喜群

（1.齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

利用碱提酸沉法从膨化玉米黄粉中提取谷蛋白

张 铁1，2刘晓兰1，2郑喜群1，2

（1.齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006；2.农产品加工黑龙江省普通高校重点实验室，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

采用碱提酸沉法提取膨化的玉米黄粉谷蛋白，选择碱液浓度、温度、料液比和浸提时间作为因素进行试验。确定最佳 提 取 条 件：碱 液 浓 度 0.55% （m/V），浸 提 时 间100min，温度65℃，料液比1∶16（m∶V）。该条件下玉米谷蛋白的提取率为50.14%。

碱提酸沉；膨化；玉米黄粉；谷蛋白

玉米黄粉为湿法玉米生产淀粉的副产物，约含62%～71%的蛋白质，主要蛋白成分为玉米醇溶蛋白和谷蛋白，另含有少量的球蛋白和白蛋白［1－3］，构成此类蛋白质的氨基酸主要为谷氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸，但赖氨酸和色氨酸含量较少，这些氨基酸主要为疏水性氨基酸和含硫氨基酸，使玉米黄粉蛋白难以得到更深层次的利用，目前此类蛋白多应用于动物饲料领域。

但玉米谷蛋白含有大量酰胺基氨基酸，其谷氨酰胺含量约占氨基酸总量的1/3。谷胺酰胺能维持人体肠道机能、改善酸碱平衡失调、提高机体对应的适应性和机体免疫能力，在生物体代谢过程中起到重要的作用。玉米蛋白作为生理功能性蛋白具有原料上的优势。利用玉米黄粉可制备多种功能性肽［4－13］，利用玉米黄粉还可提取天然食用色素［14－16］。

玉米黄粉挤压膨化后可以在后续操作中更有效的去除淀粉，故本试验采用碱提酸沉法从挤压膨化的玉米黄粉中提取谷蛋白，研究其提取工艺条件，为玉米谷蛋白的性质研究和其功能性水解物的研究开发奠定原料制备的基础。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米黄粉：蛋白质含量55.63%，黑龙江省青冈县玉米开发有限公司；

α－淀粉酶：酶活2 850U/g，丹麦北京奥博星生物技术有限公司；

其它试剂：均为市售国产分析纯。

1.2 主要仪器

全自动凯氏定氮仪：消化系统K－437，蒸馏系统B－324，瑞士步琪公司；

酸度计：PH－10，北京市赛多利斯仪器系统有限公司；

恒温水浴振荡器：SHZ－C，金坛市华峰仪器有限公司；

双螺杆挤压膨化机：SHZ－D，山东济南大亿膨化机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粗玉米谷蛋白的制备

玉米黄粉→膨化（玉米黄粉含水量16%，膨化机工作参数：温度160～180℃，压力1～1.5MPa）→α－淀粉酶处理（pH 6.8缓冲液，60℃酶解2h）→丙酮处理（去除色素）→70%的乙醇（去除醇溶蛋白）→水洗→粗玉米谷蛋白

1.3.2 碱提工艺条件单因素试验设计 称量5g粗玉米谷蛋白，初始提取谷蛋白的条件为碱液浓度0.5%（m/V），浸提时间为1.5h，提取温度为50℃，料液比1∶12（m∶V）。

（1）碱液浓度对谷蛋白提取率的影响：在初始条件下改变碱液浓度提取玉米谷蛋白，碱液（NaOH）浓度分别为0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6% （m/V），离心取上清，测定谷蛋白提取率。

（2）浸提时间对谷蛋白提取率的影响：在初始条件下改变浸提时间提取玉米谷蛋白，浸提时间分别为0.5，1.0，1.5，2.0，2.5h，离心取上清，测定谷蛋白提取率。

（3）提取温度对谷蛋白提取率的影响：在初始条件下改变提取温度提取玉米谷蛋白，提取温度分别为30，40，50，60，70℃，离心取上清，测定谷蛋白提取率。

（4）料液比对谷蛋白提取率的影响：在初始条件下改变料液比提取玉米谷蛋白，料液比分别为1∶8，1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（m∶V），离心取上清，测定谷蛋白提取率。

1.3.3 碱提条件的正交试验设计 根据单因素试验结果，以碱液浓度、提取时间、提取温度、料液比为因素进行L16（45）正交试验。

1.3.4 酸沉pH的确定 称量5g粗玉米谷蛋白，按照料液比1∶12（m∶V）加入60mL的浓度为0.5% （m/V）的NaOH溶液，提取温度为50℃，浸提时间1.5h，离心取上清，分别调节pH 为3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，测定上清液中的谷蛋白残留率。

1.3.5 测定项目及方法

（1）蛋白含量：采用凯氏定氮法测定。

（2）谷蛋白提取率：按式（1）计算。

式中：

R—— 蛋白提取率，%；

M——提取的谷蛋白质量，g；

a——提取的谷蛋白蛋白含量，%；

b——粗谷蛋白含量，%；

（3）谷蛋白提取率：按式（2）计算。

式中：

R—— 谷蛋白残留率，%；

a′—— 酸沉后谷蛋白含量，g/mL；

b′—— 酸沉前谷蛋白含量，g/mL。

2 结果与讨论

2.1 碱提工艺的优化

根据单因素试验结果选择各因素水平列于表1，采用L16（45）正交方案，以玉米谷蛋白提取率为指标，结果见表2，正交试验方差分析见表3。

由极差分析可知，影响谷蛋白提取各因素的先后次序为料液比＞碱液浓度＞温度＞时间，最佳的提取条件为A3B1C3D4，对最佳条件进行3次验证实验，平均提取率为50.14%，本试验最优的提取条件为碱液浓度0.55%（m/V），浸提时间100min，温度65℃，料液比1∶16（m∶V）。

表1 正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交试验结果Table 2 Result of orthogonal test

由方差分析可知，碱液浓度和料液比对提取率有显著影响，而其它因素对提取率没有显著影响。

表3 正交试验方差分析表+Table 3 The orthogonal analysis of variance

2.2 酸沉pH的确定

蛋白质在某一pH的溶液中，它所带的正电荷与负电荷相等，此时蛋白质静电排斥作用最低，蛋白质沉淀。因此在蛋白质提取时可选取蛋白质的等电点作为酸沉pH。谷蛋白在不同pH条件下的沉淀情况见图1。

图1 上清液中谷蛋白残留率随溶液pH的变化Figure 1 Effects of pH on residual rate of gluten in supernatant

由图1可知，上清液中谷蛋白残留率在pH 4.0时最低，但在其它pH条件下的谷蛋白残留率变化不大，这是由于玉米谷蛋白几乎不溶于水，在pH 7.0左右沉淀基本完全。在实验范围内选择最佳的酸沉pH 4.0。

3 结论

影响谷蛋白提取的先后次序为料液比 ＞ 碱液浓度＞温度＞ 时间，最佳的提取条件为碱液浓度0.55%（m/V），浸提时间110min，提取温度65℃，料液比1∶15（m∶V）。在此条件下，提取率为50.12%。同时确定酸沉pH为4.0。与文献［17］比较，谷蛋白提取率基本相同，为玉米黄粉谷蛋白的酶解提供制备原料的基础，对于挤压膨化对酶解产物的影响正在进一步研究中。

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Extraction of gluten from extruded corn gluten meal with alkali－dissolution and acid－precipitation

ZHANG Tie1，2LIU Xiao－lan1，2ZHENG Xi－qun1，2

（1.College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China；2.Key Constructive Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province Normal University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China）

The method of alkali－dissolution and acid－precipitation of protein were used to extract gluten from extruded corn gluten meal.The concentration of sodium hydroxide，extracting temperature，the ratio of extruded corn gluten meal to solution of sodium hydroxide，and extracting time were investigated with test of single factor and orthogonal design of L16（45）.Optimized extraction condition were，concentration of sodium hydroxide of 0.55% （m/V），extracting time of 100min，temperature of 65℃and，ratio of solid－liquid of 1∶16.Under the optimized condition，the yield of gluten was 50.12%.

alkali－dissolution and acid－precipitation；extrusion；corn gluten meal；gluten

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.032

国家自然科学基金资助项目（编号：31071629）；黑龙江省自然科学基金资助项目（编号：B200919）

张铁（1985－），男，齐齐哈尔大学在读硕士研究生。

E－mial：zhangtie19850224＠163.com

郑喜群

2011－12－10