花生粕中功能活性成分提取工艺研究进展

赵 强 赵三虎 赵二劳

(忻州师范学院化学系，忻州 034000)

花生是我国主要油料作物之一，产量居世界首位[1]，我国约50%～60%的花生用于榨油，故每年能产生上百万吨榨油后的副产品花生粕[2]，资源极为丰富。科学研究已证明，花生粕中含有多种功能活性成分，具有很高的开发利用价值[3-4]。但目前，花生粕大多用作动物饲料或肥料，未进行精深加工， 产品附加值低，造成资源的极大浪费。因此研究花生粕中功能活性成分的提取应用，对于实现花生粕的高值化转化，有效延长花生产业链，促进花生产业发展具有重要的意义。当前，我国对花生粕中功能活性成分提取进行了不少研究，取得了一定成果，但鲜有相关研究总结报道。为此，本文梳理并总结近十年我国花生粕中功能活性成分(包括蛋白质、多糖、膳食纤维、植酸、色素和黄酮)提取工艺研究进展，并展望花生粕功能活性成分研究方向，旨在为花生粕合理开发利用及其功能活性成分的进一步研究提供参考。

1 花生粕中蛋白提取工艺

蛋白质是人类必需的7大营养素之一，花生粕中蛋白质质量分数很高，一般可达50%左右[5]。花生粕中蛋白质具有较高的营养价值，与动物蛋白差异不大，且胆固醇含量低，氨基酸组成合理，可消化率高，是一种理想的食品工业基础原料[6]。花生粕中蛋白的提取工艺主要有醇洗法、水酶法、碱提法以及一些现代技术辅助碱提酸沉法。

1.1 花生粕蛋白的醇洗提取工艺

醇洗法是利用花生粕中蛋白不溶于乙醇，在花生粕中加入一定浓度乙醇溶液而沉淀分离蛋白的一种方法。张淼超等[7]以冷榨花生粕为原料，采用乙醇洗涤制备花生浓缩蛋白，通过正交实验优化的工艺条件：花生粕粉碎过60目筛，乙醇体积分数75%，固液比1∶8 (m/V)，温度50 ℃，时间30 min，重复操作5次，此时产品中蛋白质量分数为64.36%。刘大川等[8]研究确定的低温花生粕醇洗浓缩蛋白工艺：乙醇体积分数60%，固液比1∶8.5(m/V)，温度43 ℃，时间60 min，此时产品中蛋白质量分数为68.15%。高云中等[9]研究了高温花生粕醇洗分离蛋白，通过响应面优化的工艺条件：乙醇体积分数75%，固液比1∶15(m/V)，温度50 ℃，时间2 h，此时产品中蛋白质量分数为56.42%。张慧娟等[10]则以高温花生粕粗提蛋白为原料，优化的醇洗纯化蛋白工艺条件：乙醇体积分数80%，固液比1∶12(m/V)，温度50 ℃，时间3 h，此时产品中蛋白质量分数最高为79.21%。醇洗法工艺简单，蛋白提取率较高，所得蛋白风味和色泽好，乙醇可回收，但存在提取时间较长，蛋白氮溶指数低、效价不高的问题。

1.2 花生粕蛋白的水酶法提取工艺

水酶法是利用酶的专一性，或酶解花生粕中蛋白，或酶解花生粕中非蛋白成分而去除之，从而实现从花生粕中提取分离蛋白的一种方法。王章存等[11]采用碱性蛋白酶从冷榨花生粕中提取水解蛋白，通过正交试验优化的最佳工艺条件：温度43 ℃，pH 9.0，加酶量0.8%，固液比1∶7 (m/V)，时间3 h，此时蛋白质提取率为81.32%。马治良等[12]以淀粉去除率为指标，研究了热榨花生粕中蛋白的淀粉酶解工艺，通过响应面法确定的最佳工艺：加酶量0.55%，料液比1∶8 (m/V)，温度60 ℃，pH 6.0，酶解时间1.0 h，此时制备的花生蛋白纯度为81.38%。王章存等[13]研究了先碱性蛋白酶后中性蛋白酶水解提取花生粕中蛋白，确定的最适工艺：料液比1∶7 (m/V)，在温度55 ℃，pH 9.0，加酶量0.8%的条件下，先碱性蛋白酶水解3.0 h，再在温度50 ℃，pH6.5，加酶量0.3%的条件下，中性蛋白酶水解1.5 h。该条件下蛋白提取率可达90.29%。综上，虽因花生粕来源不同，不便以蛋白提取率比较各种工艺的优劣，但也不难发现采用多种酶联合作用，可提高蛋白提取率。水酶法提取花生粕蛋白国内学者研究不多。该工艺具有作用条件温和，能有效提高蛋白质提取率，不使用挥发性易燃溶剂等优点，但也存在成本较高和破乳困难等问题，现仅限于实验室研究。

1.3 花生粕蛋白的碱提工艺

碱提是一种经典的蛋白提取分离方法。王强等[14]研究了低温冷榨花生粕中蛋白碱提工艺，由响应面优化的最佳工艺条件：料液比1∶15 (m/V)，温度60 ℃，提取pH 8.5，提取时间60 min，花生蛋白提取得率46.57%。同样，段家玉等[15]和熊振海[16]也分别研究了冷榨花生粕中蛋白的碱提工艺，确定的最佳工艺条件同为：料液比1∶8 (m/V)，温度60 ℃，pH 9.0，浸提时间60 min，此时蛋白提取得率为48.35%，产品蛋白质量分数为89.94%。杨伟强等[17]研究了冷榨花生粕中蛋白的碱提酸沉工艺，优化的最佳工艺条件：料液比1∶15(m/V)，温度60 ℃，pH 9.0，时间90 min，酸沉pH 4.5，该条件下花生粕蛋白提取率为42.5%，产品中蛋白质量分数为95.65%。孔涛等[18]通过正交实验优化的花生粕蛋白碱提酸沉工艺为：料液比1∶10(m/V)，pH 10.0，温度60 ℃、提取时间2 h。该条件下，花生粕蛋白提取率为75.88%。刘大川等[19]研究了低变性脱脂花生粕中蛋白的碱提酸沉工艺，由正交实验优化的工艺条件：料液比1∶9(m/V)，温度55 ℃，pH 9.0，时间1.5 h，提取次数2次，酸沉pH为4.5，蛋白提取得率为38.65%，产品中蛋白质量分数为90.87%。高云中等[20]则研究了高温花生粕中蛋白的碱提酸沉工艺，确定的最佳工艺条件：料液比1∶10 (m/V)，温度60 ℃，pH 10.0，时间2.0 h，该工艺条件下，花生粕蛋白提取率为45.27%，产品蛋白质质量分数为90.3%。综上，碱提花生粕中蛋白，国内学者研究不少。该工艺操作简单，不仅可除去水溶性糖分，还能除去纤维素、淀粉等成分，所得产品蛋白含量、纯度高，但也存在所需时间长，蛋白提取率普遍偏低，产生废水多，后续处理负担大，对环境有隐患，且使用高浓度碱液对氨基酸破坏作用大，易造成蛋白变性等问题。

1.4 花生粕蛋白现代技术辅助提取工艺

为了提高花生蛋白提取率，常采用超声波、微波及蒸汽闪爆等现代技术辅助碱提酸沉花生粕中蛋白。白云云等[21]研究了花生粕中水溶性蛋白的超声辅助提取工艺，由正交实验优化的最佳工艺条件为：料液比1∶20 (m/V)，在50 ℃提取2.0 h后，再超声提取1.0 h，重复2次，此时花生粕中水溶性蛋白提取率为52.36%。徐鹤桐等[22]研究了花生粕蛋白的超声辅助碱提酸沉，通过响应面优化的工艺条件：料液比1∶14(m/V)，pH 9.0，碱提温度54 ℃，碱提时间57 min，超声时间14 min，此时花生粕蛋白提取率为81.86%，蛋白纯度为90.58%。孔涛等[23]研究了花生粕蛋白的微波辅助提取，正交实验优化的工艺条件：料液比1∶10 (m/V)，pH 10.0，微波功率480 W，提取时间4 min，花生粕中蛋白提取率可达85.43%，比单一碱提酸沉法蛋白提取率提高了18%。章玉清等[24]研究了高温花生粕蛋白蒸气闪爆辅助提取，确定的工艺条件：先在爆破压力1.6 MPa下，闪爆5 min，然后在料液比1∶12 (m/V)，pH 9.5，温度60 ℃下，浸提2.0 h。该工艺下花生粕蛋白提取率为52.6%，比单一碱提酸沉法提高了10.8%。杨波等[25]研究了花生粕水溶蛋白的超声波-微波协同提取，由正交实验优化的工艺条件：料液比1∶3 (m/V)，先在超声波功率600 W，频率40 kHz下，提取9 min，再在微波功率300 W下，提取90 s。此工艺条件花生粕水溶性蛋白提取率为27.2%，蛋白质质量分数为88.6%。综上，使用一些现代技术辅助提取花生粕蛋白，因符合当前天然产物功能成分提取技术发展方向，因此国内学者研究较多。采用现代提取分离技术辅助提取花生粕中蛋白，可显著缩短提取时间，有效提高蛋白提取率，但也存在工艺相对复杂，设备造价高，运行成本高，且这些工艺技术基本是碱提工艺的发展，仍未解决高浓度碱液对氨基酸破坏、易造成蛋白变性的问题。

2 花生粕中多糖提取工艺

多糖是一种由单糖组成的天然高分子化合物，广泛存在于动物、植物以及微生物中。多糖具有增强免疫力、抗病毒、抗肿瘤等多种生理功能[26]。多糖是花生粕中第二大功能活性成分[2]，质量分数为30%左右[3]。从花生粕中提取多糖，可为开发利用花生粕多糖和研究花生多糖的生理活性奠定基础。目前，国内学者关于花生粕中多糖的提取研究不少，主要包括热水浸提工艺、酸碱浸提工艺、酶解提取工艺、微波辅助提取工艺、超声辅助提取工艺及协同提取工艺等。

2.1 花生粕多糖热水浸提工艺

多糖溶于水而不溶于醇、醚等有机溶剂。任初杰等[27]研究了花生粕多糖热水浸提工艺，通过响应面法优化的最佳工艺条件：料液比1∶32 (m/V)，浸提温度100 ℃，浸提时间6.2 h。该工艺条件下花生粕多糖提取率为3.23%。韩冰等[28]也研究了花生粕多糖热水浸提工艺，确定的最佳工艺条件：料液比1∶41 (m/V)，浸提温度96 ℃，浸提时间1.93 h。该工艺条件下花生粕多糖提取率为10.24%。高思思等[29]通过正交实验优化的花生粕多糖热水浸提工艺条件：料液比1∶40 (m/V)，提取温度100 ℃，提取2 h。该工艺条件下花生粕多糖提取率为10.35%。姜楠等[30]通过响应面法优化的花生粕多糖热水浸提工艺条件：料液比1∶35 (m/V)，提取温度91 ℃，提取4 h，此时花生粕多糖提取率为39.47%(提取多糖与花生粕中总多糖之比)。采用热水浸提花生粕中多糖，操作简便，成本低，多糖提取率较高，但也存在提取时间长，提取温度偏高，易造成多糖分解，能耗大等问题。

2.2 花生粕多糖酸、碱溶液浸提工艺

研究指出，花生粕中多糖部分溶于水，部分不溶于水。为充分提取花生粕中多糖，任初杰等[31]研究了稀酸液提取花生粕中多糖，通过五元二次旋转正交设计实验，优化得到花生粕中多糖的最佳工艺条件：以浓度0.17 mol/L的盐酸溶液为提取剂，料液比1∶25 (m/V)，温度87 ℃，提取时间74 min。该工艺条件下，多糖提取率为9.39%。另外任初杰等[26]还研究NaOH稀碱液提取花生粕多糖，确定的最佳提取工艺条件：浓度0.68 mol/L的NaOH溶液为提取剂，料液比1∶34 (m/V)，提取温度88 ℃，提取时间2.4 h。花生粕中多糖提取率为9.79%。利用酸、碱溶液浸提花生粕中多糖会导致部分多糖降解，提取率不高，产生酸、碱废水量大，影响环境，使其运用受到一定限制，目前研究较少。

2.3 花生粕多糖酶法提取工艺

酶提取技术是广泛应用于多糖提取中的一项生物技术，酶可水解破坏细胞壁，提高细胞壁通透性，促使细胞内多糖快速溶出。刘洁等[32]研究了纤维素酶法提取花生粕多糖，确定的最佳提取条件：提取温度43 ℃、pH 5.9、料液比1∶20(m/V)，加酶量0.3%，提取时间253 min，花生粕多糖提取率达到6.47%。刘辉等[33]研究了双酶协同提取花生粕中多糖，通过正交实验确定的最佳工艺条件：料液比1∶20 (m/V)，加酶量为酸性蛋白酶10%+木瓜蛋白酶8%，pH 5.0，酶解时间6 h。该条件下花生粕中多糖提取率为10.06%。苗敬芝等[34]研究了固定化酶提取花生粕中多糖，确定的最佳提取工艺条件：料液比1∶20(m/V)，酸性蛋白酶和木瓜蛋白酶各10%，pH 5.0，酶解时间5 h，此时花生粕多糖提取率为10.88%。显见，采用酶法提取花生粕中多糖，提取条件温和，对多糖结构破坏性小，节约能耗，多糖提取率较高，但增加成本，目前仍处于实验室研究阶段。

2.4 花生粕多糖微波辅助提取工艺

微波辅助提取是利用微波的热效应可穿透到介质内部，迅速破坏细胞壁，使提取物快速分离出来[35]。高思思等[29]研究了微波辅助提取花生粕中多糖，通过正交实验优化的提取条件：料液比1∶25 (m/V)，微波功率300 W，微波时间2 min，花生粕中多糖提取率为9.93%，得出微波功率是多糖提取的主要影响因素。显见，微波辅助提取与热水浸提、酶法提取相比，在多糖提取率基本相同的条件下，可大大缩短提取时间，微波辅助提取是强化提取花生粕中多糖的较好方法。

2.5 花生粕多糖超声辅助提取工艺

超声辅助提取技术是利用超声波强烈的振动、空化、热效应以及扩散、击碎等次级效应，造成植物细胞壁破裂，加速浸提物向溶剂的扩散，实现多糖的短时高效提取[36]。杨卫等[37]研究了超声辅助提取花生粕中多糖，确定的最佳工艺条件：超声功率70 W，料液比1∶29 (m/V)，提取温度71 ℃，提取时间24 min。该提取条件下花生粕多糖得率为1.80%。熊莉等[38]研究了花生粕多糖的超声辅助酸提工艺，通过正交试验优化的最佳工艺条件：以浓度0.2 mol/L的盐酸溶液为提取剂，料液比1∶15 (m/V)，超声功率80 W，超声温度60 ℃，提取时间30 min。该工艺条件下花生粕多糖提取率为5.6%。薛芳等[39]则研究了花生粕多糖的超声辅助碱提工艺，通过响应面优化的工艺条件：以2.12 mol/L NaOH溶液为提取剂，料液比1∶20 (m/V)，超声功率70 W，超声温度73 ℃，提取时间18.65 min。花生粕中多糖提取率为13.78%。超声辅助提取花生粕多糖具有提取率高，能耗低、不需要高温，可有效缩短提取时间等优点。

2.6 花生粕多糖的协同提取工艺

随着多糖提取工艺研究的深入，近年来有不少采用2种方法或多种方法协同辅助提取的新工艺技术应用于多糖的提取中，以实现方法的优势互补，提高多糖提取率。阎欲晓等[40]利用超声波协同复合酶法提取花生粕多糖，确定的多糖最佳提取工艺：中性蛋白酶1.5%、纤维素酶1.5%、果胶酶1.5%、料液比1∶25 (m/V)、酶解温度40 ℃、pH 6.0、复合酶处理时间2 h，酶解后进行超声处理，超声功率104 W，超声时间20 min。该工艺条件下花生粕多糖提取率为9.59%，与超声波法相比，多糖提取率提高了57.47%。江晨等[41]研究了微波辅助酶解花生粕同步提取多糖和抗氧化肽工艺，优化的最佳工艺条件：底物浓度12%，Alcalase蛋白酶液(0.5 moL/L溶液∶酶液=100∶1)加入量0.8 mL，反应液pH值8.0，温度50 ℃，微波功率700 W，微波时间14 min，此时多糖提取率为17.86%。可见，采用一些现代分离提取技术协同提取花生粕中多糖，能显著缩短提取时间，有效提高多糖提取率，但工艺相对复杂，成本增加，目前国内该方面研究很少，仅限于实验室研究。

3 花生粕中膳食纤维提取工艺

膳食纤维可预防和治疗心脑血管疾病、糖尿病、高血压和肥胖，具有改善肠道内微生物菌群、清除外源有害物质及自由基，增强人体免疫力等生理功能，在保障人体健康中起着重要作用，被称为“第七大营养素”[42]。苗敬芝[42]研究了花生粕总膳食纤维超声水提法和超声结合酶提工艺，优化的超声水提法最佳工艺条件：料液比1∶15 (m/V)，超声功率150 W，提取15 min，此时总膳食纤维提取率为80.51%；超声结合酶提最佳工艺条件：纤维素酶加入量4%，料液比1∶15 (m/V)，pH 4.55.5，超声功率150 W，提取15 min，此时总膳食纤维提取率为82.84%。秦杰等[43]则研究了花生粕膳食纤维双酶(木瓜蛋白酶与糖化酶)提取工艺，确定的最佳工艺条件：料液比1∶20(m/V)，pH 7.0，木瓜蛋白酶加入量8%，温度50 ℃，提取4 h；然后加入1.2%糖化酶，pH 4.04.6，温度60 ℃下，提取1 h。该工艺条件下膳食纤维提取率为40.45%。陈辉等[44]研究了花生粕不溶性膳食纤维α-淀粉酶结合木瓜蛋白酶提取，确定的两阶段最佳工艺条件：料液比1∶16 (m/V)，pH 4.0，α-淀粉酶加入量2%，酶解温度60 ℃，酶解30 min；木瓜蛋白酶加入量11%，pH 7.0，酶解温度80 ℃，酶解2 h。该条件下花生粕不溶性膳食纤维提取率37.72%。宋慧等[45]研究了花生粕水溶性膳食纤维超声水提法和超声结合酶提工艺，优化的超声水提法最佳工艺条件：料液比1∶30 (m/V)，超声功率150 W，提取25 min，此时水溶性膳食纤维提取率为12.56%；超声结合酶提最佳工艺条件：纤维素酶加入量2%，料液比1∶25 (m/V)，pH 4.5，超声功率175 W，提取15 min，此时水溶性膳食纤维提取率为15.84%，比超声水提法提取率提高了26.11%。另外，苗敬芝等[46]研究了花生粕可溶性膳食纤维糖化酶提取工艺，优化的提取工艺条件：糖化酶加入量1.3%，pH 4.0～4.6，料液比1∶15 (m/V)，提取温度60 ℃，酶解时间78 min。该条件下可溶性膳食纤维提取率为11.70%。综上，虽因花生粕来源不同，其膳食纤维含量不同，不便依据提取率比较各种提取工艺的优劣，但也不难看出，通过加入木瓜蛋白酶水解除去花生粕中蛋白质，加入α-淀粉酶或糖化酶水解除去花生粕中淀粉，利于花生粕中可溶性膳食纤维提取，辅以超声波更能有效提高花生粕膳食纤维提取率。

4 花生粕中植酸提取工艺

植酸，又称肌酸、主要存在于豆类、谷类及油料种子等农产品中，是成熟种子中磷的主要储存形式。近年来的研究表明，植酸具有抗氧化、抗癌、抗脂肪肝、降血脂等多种生物活性，是一种防腐、保鲜的功能食品添加剂，已应用于食品工业[47-48]。余安等[49]以盐酸溶液为提取剂，响应面法优化得花生粕植酸水浴最佳工艺条件：盐酸浓度0.01 mol/L，料液比1∶13(m/V)，温度32 ℃，提取时间83 min。此工艺条件下植酸提取率为1.50%。余安等[50]也研究了花生粕中植酸的超声辅助提取，确定的最佳提取工艺条件：盐酸浓度0.01 mol/L，料液比1∶11 (m/V)，超声功率72 W，超声温度40 ℃、超声时间24 min。此工艺条件下植酸提取率为1.48%。余安等[51]还研究了花生粕植酸微波辅助提取，确定的最佳工艺条件：盐酸浓度0.01 mol/L，料液比1∶16 (m/V)，微波功率128 W，微波时间2 min。此工艺条件下植酸提取率为1.44%。比较3种提取工艺，不难发现，在植酸提取率基本相同时，采用微波提取花生粕中植酸，可明显缩短提取时间，微波辅助提取是花生粕中植酸较理想的提取方法，有必要继续深入研究。

5 花生粕中色素提取工艺

花生红色素是一种优良的天然色素，包含原花色素和红色素，具有抗衰老、抗癌、美容、改善人体皮肤循环、保护心血管等作用，对蛋白质和淀粉着色显著[52]。从花生粕中提取色素不仅可提高花生粕综合利用价值，还能扩大天然色素的开发来源，增加经济效益。闵嗣璠等[53]研究了花生饼中色素的乙醇回流提取工艺，在单因素实验的基础上，通过正交实验优化了提取工艺。结果表明，影响花生饼中花生衣红色素提取率因素大小顺序：提取时间>料液比>提取温度>乙醇体积分数，最佳提取工艺条件：乙醇体积分数40%，料液比1∶7 (m/V)，提取温度80 ℃，提取时间4 h，此时花生粕中色素提取率最大，达到2.216%。张孜群等[54]研究了超声辅助提取花生粕色素，正交试验法优化的最佳提取工艺条件：甲醇为溶剂，料液比1∶30 (m/V)，超声频率35.4 kHz，超声温度50 ℃，超声时间60 min。此时色素提取率高达8.71%。 综上，花生粕色素为水溶性色素，为提高色素纯度和提取率，多采用乙醇、甲醇为溶剂。采用一些现代提取分离技术如超声技术可明显提高花生粕色素提取率，缩短提取时间。目前，国内学者对花生粕色素提取研究有所涉及，有关花生粕色素的纯化、生物活性等研究还鲜见报道，亟需深入研究。

6 花生粕中黄酮提取工艺

黄酮类化合物是植物次生代谢产物，具有抗氧化、抗病毒、防癌抗癌、调节免疫功能、预防心脑血管疾病等多种药理作用和保健功能，在医药、食品及化妆品等领域有广泛的应用价值[55]。胡迎芬等[56]以花生粕总黄酮得率为指标，采用响应面法优化了花生粕中总黄酮的乙醇浸提工艺，确定的最佳提取工艺条件：乙醇体积分数60%，料液比1∶15 (m/V)，提取温度70 ℃，提取时间100 min。该工艺条件下花生粕总黄酮得率为1.2%。邢福国等[57]也研究了花生粕黄酮乙醇浸提工艺，结果表明，影响花生粕黄酮提取因素大小顺序为：乙醇浓度>浸提温度>料液比>浸提时间，优化的工艺条件：乙醇浓度50%、浸提温度90 ℃、料液比1∶50 (m/V)、浸提时间3 h。该工艺条件下花生粕黄酮提取率为1.60 mg/g。薛力等[58]研究了花生粕黄酮乙醇回流提取工艺，通过正交试验确定的最佳提取工艺：60%乙醇为提取剂、料液比1∶40 (m/V)、70℃下回流提取2 h，此时黄酮提取率为0.865%。花生粕中黄酮含量较高，极有开发必要。但目前国内研究都以简单的乙醇浸提为主，工艺落后，耗费时间长，黄酮提取率不高。

7 展望

花生粕中含有多种功能活性成分，是一种可以综合利用并能进行精深加工的原料资源。目前，我国对花生粕中功能活性成分的提取研究虽然取得了一定成果，但总体而言，大多还处于实验室研究阶段。因此，亟需对花生粕中功能活性成分的提取进行深入、系统的研究，借鉴国内外其他天然产物功能活性成分提取分离技术和经验，研究开发花生粕中功能活性成分提取分离的新技术、新工艺，实现花生粕中各种功能活性成分的连续提取分离，提高产量和效率，开辟花生粕综合利用渠道，使研究从实验室走向工业化生产；同时，深入开展花生粕中功能活性成分与其生物活性构效关系、药理作用的基础研究，实现花生粕中功能活性成分的规模化、产业化生产。