超声辅助提取黑豆蛋白工艺研究

刘春雨　翟爱华

摘 要：为了解超声波技术对黑豆中蛋白质提取的影响，采用梯度改变超声波处理的时间、功率以及料液比的条件下，探究在不同pH时黑豆蛋白提取率的变化。结果表明：在超声波辅助提取黑豆蛋白的情况下，能够很大程度上提高其提取率，在超声时间为20min，超声功率为300W，料液比为1∶12的情况下蛋白提取率达到最佳，并于pH为9时最大程度地使黑豆蛋白溶出。

关键词：超声波辅助；黑豆蛋白；提取率

中图分类号 TS214.9 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）05-91-03

Abstract：In order to understand ultrasonic technology of black soybean protein extraction effect，through the gradient change of ultrasonic treatment time，power and data liquid ratio，in different pH the black soybean protein extraction rate were studied. The results showed that with the ultrasonic assisted extraction，the rate of extraction of black soybean protein could be greatly improved， and when the ultrasonic time was 20min， ultrasonic power was 300W， liquid material was 1∶12，the protein extraction rate was the best，and when the pH was 9，the black soybean protein dissolved most.

Key words：Ultrasonic assisted； Soybean protein； Extraction rate

黑豆营养丰富，内含人体必需的蛋白质、油脂、维生素等多种营养物质，并且还含有花青素、异黄酮、多糖等生物活性成分，具有软化血管、防老抗衰等功效。黑豆中的蛋白质含量远超鸡蛋和牛奶等食品，高达36%～40%，并且含有多种氨基酸（其中包括8种必须氨基酸），是植物蛋白质的优异来源之一[1-3]。为了提高黑豆的附加值，缓解植物蛋白资源缺乏问题，减轻大豆蛋白供给压力，开发和利用黑豆蛋白成为解决问题的举措之一。超声波处理是破坏细胞壁，强化植物中有效成分的传质，从而提高提取效率的常用方法之一[4-6]，具有速度快、提取率高、提取成分完全等优点。本文通过研究不同条件（超声时间、功率和料液浓度）超声波处理以及料液不同酸碱度对黑豆蛋白提取率的影响，为改善黑豆蛋白提取工艺提供方法和理论指导，为进一步的研究提供理论基础。

1 材料与仪器

1.1 试验材料 黑豆，市售。

1.2 试验主要仪器和设备 JAR2140型电子分析天平，上海梅特勒托利多仪器有限公司；DGG-9070A型电热恒温鼓风干燥箱，上海森信实验仪器有限公司；L420型高速离心机，湖南湘仪实验室仪器开发公司；AS10200A型超声波清洗器，天津奥特赛恩斯仪器有限公司。

2 试验条件和方法

2.1 黑豆常规成分分析 水分：GB5009.3-2010检测[7]；可溶性氮：考马斯亮蓝染色法[8]；蛋白质：GB5009.5-2010检测[9]；脂肪：GB5009.6-2003检测[10]。

2.2 工艺流程 黑豆→清洗干燥→粉碎过筛→脱脂→ 碱溶→（超声处理）→离心分离→酸沉→离心分离→清洗沉淀→黑豆蛋白。

2.3 黑豆蛋白提取率 计算公式如下：

[蛋白提取率（%）=M提取M提取×C总蛋白含量×100]；

式中：M提取=提取出黑豆蛋白的质量；M原料=原料黑豆的质量；C总蛋白含量=单位质量黑豆中蛋白质的含量。

2.4 超声处理条件的变化

2.4.1 超声功率选择实验 确定功率的变化范围为100～500W。将物料比为1∶10的黑豆蛋白混合溶液进行超声处理20min，将功率分别设定为100、200、300、400、500W。

2.4.2 超声时间选择实验 将物料比为1∶10的黑豆蛋白混合溶液在功率为300W的条件下进行超声处理，分别超声10、15、20、25、30min。

2.4.3 超声物料浓度选择实验 将黑豆蛋白混合溶液在功率为300W的条件下进行超声处理20min，将超声处理时的物料比分别设定为1∶6，1∶8，1∶10，1∶12，1∶14。

3 结果与分析

原料黑豆的基本指标：蛋白质含量为（43.74±0.29）%，含水率为（10.42±0.30）%，油脂含量为（15.40±0.22）%，可溶性蛋白含量为（30.82±0.31）%。

3.1 不同超声时间对黑豆蛋白提取率的影响 由图1可知，黑豆蛋白的提取率随着超声时间的延长而升高，但升高的趋势随着时间的延长逐渐减小，当超声时间超出20min时，黑豆蛋白的提取率变化很小，并于30min时稍有下降。出现这种现象的原因可能是由于超声波使蛋白质分子空间结构充分展开，蛋白分子发生解聚，使得更多的功能性基团被暴露，使得蛋白质的水化作用得以增强，提取率从而得到提高；而当达到20min时，水溶性蛋白已被浸提出来，浸提液浓度达到平衡，延长超声时间，超声处理会使蛋白部分发生变性、聚集，造成提取率的下降。黑豆蛋白质分子在碱液中溶解度随着pH不断增加而提高，当pH>9时，整个体系处于一个平衡状态，体系组分不再溶出。因此，超声时间20min和pH为9较为适宜。

3.2 不同超声功率对黑豆蛋白提取率的影响 由图2可知，当功率小于300W时，随着超声功率增加，黑豆蛋白的提取率也逐渐增加。这是由于超声波处理能够产生强烈空化、湍动、微扰、界面等效应，增强了蛋白质分子之间的能量传递，使蛋白分子充分展开，促进了蛋白的溶解。当功率大于300W时，提取率下降，这可能是因为超声功率增加伴随热效应，使蛋白分子过度伸展，疏水作用增强，形成了难溶的聚集体，影响溶出效果，导致提取率下降。所以在下面的响应面实验设计中超声功率选择200～400W。而pH为7、8、9所对应的蛋白提取率几乎都高于pH10时蛋白提取率。因此，超声功率以300W较为适宜。

3.3 不同物料浓度对黑豆蛋白提取率的影响 由图3可知，当超声时间20min、超声功率300W时，随物料浓度的增大，蛋白提取率呈先递增后降低的趋势。这是由于蛋白质溶液浓度的变化影响了蛋白分子的扩散速率，因此，料液浓度为8%较为适宜。

4 结论

本文探讨了在不同条件下超声波辅助提取黑豆蛋白对其提取率的影响。综上所述，超声波处理能够不同程度上改善黑豆蛋白的提取率，实验表明，在超声时间为20min，超声功率为300W，料液比为1∶12的情况下，蛋白提取率能达到最佳，并且黑豆蛋白于pH为9时能够最大程度地溶出。通过对黑豆蛋白的不同提取条件的研究可知，超声波会直接影响原料黑豆内部的蛋白质分子的三维空间结构以及活性基团的分布，从而影响黑豆蛋白与水的亲和力，进而影响其蛋白提取率。

参考文献

[1]丁丹华，彭光华，夏辉，等.油茶籽粕蛋白提取工艺研究[J].食品科学，2010，31（8）：102-105.

[2]姜慧，陈树俊，王亚东，等.高花青素黑豆蛋白粉的开发优势[J].食品工程，2012（2）：8-9.

[3]王丽芳.补血抗衰话黑豆[J].山西老年，2003，49（2）：9.

[4]刘中华，曾维丽.微波辅助提取低温豆粕中的大豆蛋白[J].农业机械，2011（12）：58-61.

[5]张杰，王振斌，王世清，等.超声辅助碱提大豆蛋白工艺研究[J].大豆科学，2010，29（3）：498-501.

[6]郝利平，郝林.黑大豆和扁豆活性蛋白质提取工艺的研究[J].农业工程学报，2002，18（3）：117-119.

[7]中华人民共和国国家标准，GB/T 5009.3-2010，食品中水分的测定[S].北京：中华人民共和国卫生部，2010.

[8]张水华.食品分析[M].北京：中国轻工业出版社，2009.

[9]中华人民共和国国家标准，GB/T5009.5-2010，食品中蛋白质的测定[S].北京：中华人民共和国卫生部，2010.

[10]中华人民共和国国家标准，GB/T 5009.6-2003，食品中脂肪的测定[S].北京：中华人民共和国卫生部，2003.

[11]刘顺湖，李桂菊，王晓强，等.大豆蛋白质提取工艺中酸沉 pH 值的简单效应分析[J].济宁学院学报，2010：31（6）：37-41.

[12]Zhu K X，Sun S H，Chen Z C.Comparison of functional properties and secondary structures of defatted wheat germ proteins separated by reverse micelles and allkaline extraction and isoelectric precipitation[J].Food Chemistry，2010（4）：1163-1169.

[13]Zhou B，Wan J F，Wang J Z.Effect of chaotropes in reverse micellar extraction of kallikrein[J].Process Biochemistry，2012，47（2）：229-233.

[14]马文鹏，任海伟.芸豆蛋白的提取及其营养价值评价[J].食品科技，2013，38（1）：75-79.

[15]Arzeni C，Martinez K，Zema P，et al.Comparative study of high intensity ultrasound effects on food proteins functionality[J].Journal of Food Engineering，2012，108（3）：463-472.

（责编：张宏民）