碱法提取蚕蛹蛋白的工艺研究

李健，蒋艳忠（广西工业职业技术学院，广西南宁530001）



碱法提取蚕蛹蛋白的工艺研究

李健，蒋艳忠*
（广西工业职业技术学院，广西南宁530001）

摘要：以脱脂蚕蛹粉为原料研究碱液提取蚕蛹蛋白的工艺。通过单因素实验探讨温度、时间、pH、液固比4个参数对蚕蛹蛋白得率的影响，然后通过正交实验确定了蚕蛹蛋白的较佳提取条件。结果表明，影响提取率的主次关系依次为：温度、液固比、pH、时间。蚕蛹蛋白提取的较优条件为：温度70℃、时间3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），在上述条件下蚕蛹蛋白得率为72.42%，蛋白质含量86.2%，含水率为11.4%，所得蛋白为淡褐色，几乎无蛹臭味。

关键词：碱法；提取；蚕蛹蛋白

我国蚕蛹资源丰富，每年可副产约50多万t干蚕蛹［1］。蚕蛹含有丰富的蛋白质，蚕蛹蛋白质占鲜蛹重量的14%～15%，占干蛹重量的45%～50%，占脱脂蛹干重的80%左右。蛹蛋白质中含有18种氨基酸，其中8种人体必需氨基酸占全部氨基酸的44.1%，且配比含量符合联合国粮农/世界卫生组织（FAO/WHO）所规定的理想蛋白质模式，容易吸收利用，是一种较为理想的优质蛋白［2-3］。目前，蚕蛹主要被用作动物饲料，其他开发利用较少，仅有少量被人类食用［1，4］。因此，造成了蚕蛹资源的极大浪费。

蚕蛹蛋白的提取方法有很多种，如透析法，等电点沉淀法，盐析法，有机溶剂法［5］。本试验以脱脂蚕蛹粉为原料采用等电点沉淀法提取蚕蛹蛋白，对浸提温度、时间、pH及液固比等因素进行了单因素和正交试验，探讨了碱法提取蚕蛹蛋白的优化条件，并对蚕蛹蛋白的质量进行了评价。

1　材料与方法

1.1试剂与仪器

干蚕蛹：购于广西宜州缫丝厂；JY10001上皿电子天平：上海精密科学仪器有限公司；FW100型高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；HH-S型水浴锅：郑州长城科工贸有限公司；JB50-D型增力电动搅拌机：上海标本模型厂；SHB-III循环水式多用真空泵：郑州长城科工贸有限公司；LABOROTA 400旋转蒸发器：德国heidoph公司；pH211酸度计：上海实验仪器厂有限公司；TGL-16C高速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；101A-E1电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；KDY-9830凯氏定氮仪：北京思备得研究所；石油醚、氢氧化钠、盐酸均为分析纯。

1.2蚕蛹蛋白的碱法制备［6-7］

称取一定量的干蚕蛹，用粉碎机粉碎，于250 mL三口烧瓶中，按一定比例加入石油醚，在沸点温度下恒温水浴设定时间，并不定时搅拌使物料溶剂充分接触。冷却至室温，真空抽滤，滤饼即为脱脂蚕蛹粉。

将上述脱脂蚕蛹粉与1%的氢氧化钠溶液按照一定的液固比（mL/g）充分混合均匀，用10 mol/L的HCl溶液调节相应的pH，在恒温水浴中于设定的温度搅拌设定的时间。浸提后的混合液过滤除去蛹皮等不溶物，滤液用10 mol/L和1 mol/L的HCl溶液调节pH为4.5，静置使蛋白完全沉淀。除去上层清液．湿蛋白反复用水洗涤（采用离心设备），直至上清液澄清无味即可。经离心洗涤的蛋白，在真空干燥箱中进行干燥，即得淡褐色蚕蛹蛋白粉。

1.3蚕蛹蛋白指标检测

水分（常压干燥法，GB 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》）；蛋白质（凯氏定氮法，GB 5009.5-2010《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》，N×6.25）

2　结果与讨论

蚕蛹蛋白为碱溶性蛋白，浸提率受溶液中OH离子浓度影响。同时，蛋白的碱法制备还受到浸提的时间、温度、液固比、盐浓度等多因素的影响［8］。碱浓度过高，提取的蛋白有一种臭味，提取率下降，浓度过低，蛋白质不溶解，故采用氢氧化钠浓度为1%［7］。

2.1温度、时间、pH及液固比对蚕蛹蛋白得率的影响

2.1.1温度对蚕蛹蛋白得率的影响

在时间3 h，pH8.5，液固比12∶1（mL/g）的条件下，考察了浸提温度对蚕蛹蛋白得率的影响，结果如图1。

图1　提取温度对蚕蛹蛋白得率的影响Fig.1 Effect of extraction temperature on the yield of silkworm pupa protein

温度升高，蚕蛹蛋白得率不断提高。这是因为温度越高，传质系数变大，溶解度越大，越有利于浸取，但温度高会使生成的蚕蛹蛋白蛹臭味浓，颜色较深，还有可能造成蛋白降解，因此选用最高温度为70℃。

2.1.2时间对蚕蛹蛋白得率的影响

在温度70℃，pH值8.5，液固比12∶1（mL/g）的条件下，考察了浸提时间对蚕蛹蛋白得率的影响，结果如图2。

图2　提取时间对蚕蛹蛋白得率的影响Fig.2 Effect of extraction time on the yield of silkworm pupa protein

结果表明，在温度较高的条件下，浸提时间越长蚕蛹蛋白得率越高，但3 h后变化缓慢，考虑到提取效率及随着时间延长还有可能造成蛋白降解，使成分复杂化，影响蛋白品质，因此在后续试验过程拟采用3 h的提取时间。

2.1.3pH对蚕蛹蛋白得率的影响

在温度70℃，时间3 h，液固比12∶1（mL/g）的条件下，考察了pH对蚕蛹蛋白得率的影响，结果如图3。

图3　pH对蚕蛹蛋白得率的影响Fig.3 Effect of pH on the yield of silkworm pupa protein

结果表明，蚕蛹蛋白得率受溶液的pH影响较明显。蚕蛹蛋白为碱溶性蛋白，溶液中OH离子浓度增加，蛋白的溶解性也增加，但是当pH过高时，部分蚕蛹蛋白在浸提过程中可能发生降解，使得浸提液中可溶性蛋白含量降低。因此在后续试验过程拟采用pH 9.0。

2.1.4液固比对蚕蛹蛋白得率的影响

在温度70℃，时间3 h，pH 9.0的条件下，考察了液固比对蚕蛹蛋白得率的影响，结果如图4。

图4　液固比对蚕蛹蛋白得率的影响Fig.4 Effect of liquid-solid ratio on the yield of silkworm pupa protein

从总体上看，随着溶剂用量的增加，蚕蛹蛋白得率不断升高。当液固比达到12∶1（mL/g）时蚕蛹蛋白得率已达到72.40%，再增加溶剂用量效果并不明显，反而会增加废水处理量及成本。

2.2浸提工艺条件优化

在单因素试验基础上，采用四因素三水平正交试验L9（34）（表1），以蚕蛹蛋白得率为目标函数，探讨了温度（A）、时间（B）、pH（C）及液固比（D）对蚕蛹蛋白得率的影响，同时确定一组较佳的蚕蛹蛋白提取条件。试验结果见表2。

表1　正交试验因素及水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment

表2　正交试验结果及分析Table 2 Results of orthogonal test and analysis

续表2　正交试验结果及分析Continue table 2 Results of orthogonal test and analysis

极差分析表明，在所考察因素的水平范围内，温度对蚕蛹蛋白得率的影响最为显著，其次是液固比，pH、浸提时间影响较小，最优提取条件为A3B3C3D3，在该条件下进一步试验得蚕蛹蛋白得率为72.75%。考虑到效率、成本及成分的复杂性，蚕蛹蛋白提取拟采用的较优提取条件为温度70℃、时间3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），该条件下蚕蛹蛋白得率为72.42%，所得蛋白为淡褐色，几乎无蛹臭味，经检测蛋白质含量86.2%，含水率为11.4%。

3　结论

1）采用1%的氢氧化钠溶液可以有效的提取蚕蛹蛋白，工艺设备简单，操作方便。

2）在试验条件下通过单因素和正交试验得知蚕蛹蛋白提取的较优条件为：温度70℃、时间3.0 h、pH 8.0、液固比14∶1（mL/g），该条件下蚕蛹蛋白得率为72.42%，蛋白质含量86.2%，含水率为11.4%，所得蛋白为淡褐色，几乎无蛹臭味。

3）通过正交试验数据分析得知，对提取率影响的主次关系依次为：温度、液固比、pH、时间。

参考文献：

［1］Zhou J，Han D X．Proximate，amino acid and mineral composition of pupae of the silkworm Antheraea pernyi in China［J］．Journal of Food－Composition and Analysis，2006，19（8）：850-853

［2］杨铁，周从照．蚕蛹的综合利用［J］．食品科学，1993（12）：31-33

［3］敬承衡，张素清．蚕蛹蛋白脱色、脱臭的研究［J］．云南师范大学学报，1995，15（1）：67-70

［4］Rangaeharyulu P V，Giri S S，Paul B N，et al．Utilization of fermented silkworm pupae silage in feed for carps［J］．Bioresource Technology，2003，86（1）：29-32

［5］黄自然．蚕桑综合利用［M］．北京：农业出版社，1992：15-41

［6］孙雁，任发政，范金波，等．碱法制备蚕蛹蛋白浸提条件的优化［J］．农业工程学报，2009，25（2）：285-289

［7］张桂珍，王桂林，熊勇华，等．蚕蛹蛋白碱法提取工艺初探［J］．食品科学，1994（10）：20-22

［8］Mohan M，Ramachandran D，Sankar T V，et al．Influence of pH on the solubility and conformational characteristics of muscle proteins from mullet（Mugil cephalus）［J］．Process Biochemistry，2007，42（7）：1056－1062

Study on Extraction of Silkworm Pupa Protein by Alkaline Method

LI Jian，JIANG Yan-zhong*
（Guangxi Vocational＆Technical Institute of Industry，Nanning 530001，Guangxi，China）

Abstract：The extraction of silkworm pupa protein with alkali from defatted silkworm pupa powder was studied. Single factor and orthogonal experiments were used to study the effects of the parameters such as temperature，time，pH and ration of liquid to solid on the yield of silkworm pupa protein. The results showed that the extraction temperature was the more important factor that affected the effect of extraction，following the ration of liquid to solid and pH and extraction time，the optimal conditions were obtained with orthogonal experiments，as fol lows：extraction temperature was 70℃，extraction time was 3.0 h，pH 8.0 and ration of liquid to solid was 14∶1（mL/g），under these conditions the yield of silkworm pupa protein was 72.42%，the protein content of 86.2%，water content was 11.4%，the protein was light brown，almost no pupal odor.

Key words：alkali；extraction；silkworm pupa protein

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.012

基金项目：2011年度广西教育厅科研立项项目（201106LX776）

作者简介：李健（1970—），男（壮），工程师，本科，从事天然物提取、化工工艺的教学和科研。

*通信作者：蒋艳忠（1971—），女（汉），副教授，硕士，从事天然物提取、应用化工的教学和科研。

收稿日期：2014-12-14