反胶束萃取技术及其在植物蛋白质提取中的应用研究进展

郭 珍 陈复生 李彦磊 李润洁

（河南工业大学，河南 郑州 450001）

反胶束萃取技术是继双水相萃取之后的一种适合生物大分子分离纯化的新型分离技术，该技术已经在食品工业、医药行业［1］，甚至纳米材料［2，3］的制备上得到了广泛的研究。尤其是在植物蛋白质的提取上，与传统的碱溶酸沉法相比，不仅具有成本低，可连续性操作等优点，而且反应条件温和，形成的反胶束对活性物质具有一定保护作用，因此可以减少蛋白质活性损失［4，5］。

1 反胶束萃取的基本概念

1.1 反胶束萃取的概念

1943年Hoar等［6］报道了反胶束的存在，反胶束是指表面活性剂在非极性有机溶剂中自发形成的热力学稳定和光学透明的纳米级聚集体。

反胶束中表面活性剂的非极性端朝外指向有机溶剂，极性端朝内聚集增溶一部分水形成“水池”，该“水池”具有增溶蛋白质的能力，从而实现植物蛋白的萃取［7］。表面活性剂分子层可以避免蛋白质与有机溶剂接触，从而保持蛋白质活性。构成反胶束的表面活性剂最好是具有空间体积较大的疏水基团和体积较小的亲水基团，例如最常用的顺－二－（2－乙基己基）琥珀酸酯磺酸钠（AOT）［8］。

1.2 体系表征参数

表征反胶束体系的参数有W0（水与表面活性剂的摩尔比）、θ（增容水相对总体积的浓度）、N（组成反胶束微粒的表面活性剂的个数即聚集数），其中W0最为常用［9］。高亚辉［10］在研究中发现W0对反胶束体系的黏度，“水池”直径，聚集数以及单个表面活性剂所占面积都有很大的影响，从而进一步影响蛋白质的提取率。Lichun等［11］认为，随着W0增加，更多的水与表面活性剂形成结合水从而增加萃取率，而W0继续增加，增加的自由水则对萃取率没有贡献。

1.3 反胶束萃取植物蛋白的机理

对反胶束萃取蛋白质的研究已有30～40年，但对萃取过程中传质机理研究并不多。通常认为反胶束是通过表面活性剂极性端和蛋白质之间的静电作用力实现萃取的［12］，但一些学者［13－15］相继提出疏水相互作用、离子对溶解机理、离子交换机理等，蛋白质在反胶束中实现萃取或许是多种作用力共同作用的结果。反胶束体系处于一种动力学平衡状态，相互之间不断碰撞，而且经常交换内核所含物质，大约1 000次的碰撞就会导致反胶束间交换所含的物质一次，这些交换发生在10－3s的时间范围内，而碰撞发生在10－6s的时间范围内，反胶束间交换物质是非常频繁的［16］。

植物蛋白质可通过注入法、固溶法和相转移法进入反胶束溶液中，对于注入法以及固溶法，普遍认为反胶束是通过直接与蛋白质分子在两相界面发生作用来完成质量转移的，同时还伴随有水和离子的增溶［17］。而对于相转移法，大多数人认为蛋白质是通过与游离的表面活性剂发生作用形成蛋白质－双亲物质复合物来实现传质［17］。蛋白质在两相（有机相和水相）间的传递过程可分为三步，① 蛋白质从水溶液中扩散到两相界面；② 蛋白质在界面处形成包容蛋白质的反胶束；③ 包容蛋白质的反胶束扩散在有机相中［18］，蛋白质进入反胶束有机相的传递通量可以用式（1）计算：

式中：

Kf——为萃取过程表观传质系数；

CW—— 水相中蛋白质浓度，mol／L；

C0—— 有机相中蛋白质浓度，mol／L；

m——萃取的分配系数。

反胶束萃取植物蛋白的多少主要取决于水相条件，如pH，离子强度以及电解质种类，通过改变与蛋白质之间的相互作用来影响蛋白质在“水池”中的溶解度，同时还受表面活性剂的种类以及浓度的影响。不同的反应条件使得提取出的蛋白质的功能性质也有所不同［19］。

2 反胶束萃取技术在植物蛋白质提取中的应用研究

反胶束萃取技术将提纯与浓缩集于一个过程，可以高效节能地从复杂的体系中分离纯化出目标蛋白并保持其生物活性。

2.1 植物蛋白的分离

蛋白质在不同植物中的存在状态以及性质有着很大的差别［20，21］，因此，在利用反胶束萃取技术进行分离时需要适当调节体系参数（如pH、温度等），探索最优工艺，从而获得较高的萃取率［22］。

根据文献［23］，反胶束法萃取脱脂玉米胚芽时，在胚芽粉加入量为0.75g、AOT浓度0.044g／mL、pH 值7.17、温度38℃的条件下，萃取率达到最大58.36%；而在脱皮麦胚蛋白的后萃试验中［24］，pH 为9.47，KCl浓度为0.611mol／L时达到最高萃取率80%，与传统方法（碱溶酸沉法）相比有很大提高。同时，郭红珍［25］对杏仁中蛋白质的最优工艺进行试验，获取了最佳条件：W0值为40，pH值7.0，温度25℃，时间90min，Xihong等［26］也利用反胶束体系成功地从大豆中提取出蛋白质，最终确定了最佳提取工艺：AOT浓度为120mmoL／L，pH值为5.5，KCl浓度为0.8mol／L。

综上所述，反胶束萃取不同的植物蛋白（麦胚蛋白，杏仁蛋白，大豆蛋白）所需的最优条件不同，这为今后反胶束萃取植物蛋白的大规模应用提供了可靠的数据信息。

2.2 植物油脂和蛋白质的同时分离

传统碱溶酸沉法提取蛋白质，不仅工艺复杂，而且消耗大量酸碱引起环境污染，同时易引起蛋白质变性。而反胶束技术一方面通过“水池”实现对蛋白质保护，另一方面体系中有机溶剂同时实现了对油脂的分离［9］。

Leser等［27］利用 AOT／异辛烷体系，通过调节离子强度，表面活性剂浓度，pH值，成功的从大豆和向日葵中提取出油和蛋白质，该研究证明了利用反胶束萃取技术来分离蛋白和油是可行的，并且工艺简单。赵俊廷等［28］实现了AOT／异辛烷反胶束体系同时萃取分离植物油中蛋白质和油脂，同时得到蛋白质最佳萃取条件：萃取时间90min、KCl浓度0.10mol／L、pH值5.5、AOT／异辛烷浓度0.16g／mL；最佳后萃取条件：萃取时间90min、KCl浓度1.20mol／L、pH 值7.7。李飞等［29］采用AOT反胶束萃取体系实现了玉米胚芽中的蛋白质和油脂的同时分离。在萃取时间1.0h，W0值25，萃取温度40℃，pH值7，离子强度0.1mol／L，加样量0.5g的最优条件下，油脂的提取率达85.49%，蛋白质的提取率达45.61%。陈复生等［30］对反胶束技术同时提取花生蛋白和油脂的技术研究进行了报道，获取了最佳工艺条件，此后又对蛋白酶对萃取过程的影响进行了研究［31］。

2.3 反胶束萃取植物蛋白技术的优化研究

反胶束技术与超声波技术联用，不仅超声的空化作用以及机械粉碎作用可以增加植物蛋白在反胶束中的萃取率［32，33］，而且，萃取得到的蛋白质与未联用超声技术、传统碱溶酸沉法提取的蛋白质相比持水性、起泡性、起泡稳定性及乳化稳定性更优［34］。

丁皓等［35］提出了一种新型反胶束水合萃取技术，将反胶束萃取和水合物生成耦合在一起，实现了藻蓝蛋白的萃取及纯化，为进一步开展水合物法生物活性控制及反胶束水合萃取技术的研究提供了依据。Li Yingnan等［36］提出采用高速逆流色谱（HSCCC）与反胶束技术联用，从苦瓜中分离出3种蛋白质，其中2种蛋白质有类似P－beta抗体作用，另外一种与NCBInr数据库比对未鉴定出，但通过试验验证具有较高的抗癌作用。

这些研究成果表明反胶束技术可以通过与其它技术结合来提高萃取率并保护蛋白质活性，这为反胶束技术的进一步完善以及在生物活性物质上提取提出了新的指导方向。

3 结论

反胶束技术在分离提纯植物蛋白质方面表现出了显著的优势，不仅得率高可实现连续化生产，而且提取的蛋白质具有较高的生物活性。但是，反胶束技术还处于研究阶段，尚存在一些问题，未实现工业化生产：① 反胶束体系可用不多，表面活性剂溶解性不是很好；② 反胶束萃取后表面活性剂的残留；③ 反胶束“水池”大小的限制，使得萃取出大多为小分子蛋白；④ 反胶束萃取蛋白的动力学和热力学机理尚不明确。

如果能够尝试合成一些优良表面活性剂，并对萃取过程进行深层次的研究，为工业化生产积累所需数据，反胶束萃取技术将会在植物蛋白及油脂的提取上实现工业化生产，届时将会引起食品工业深刻而广泛的变革。

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