玉米浆中蛋白提取及酶解工艺

张嘉雨，曹越，马文萱，杜倩，安君如，林巍*

齐齐哈尔大学食品与生物工程学院，黑龙江省玉米深加工理论与技术重点实验室（齐齐哈尔 161006）

玉米浆是玉米淀粉湿法生产工艺中副产物之一，干物质约30%～40%，有蛋白质、多肽、氨基酸、多糖、多酚、乳酸、灰分等，其中蛋白质占16%～30%[1]。玉米浆作为玉米加工企业的副产品，一般作为微生物发酵培养基的氮源，或者作为蛋白质来源添加到饲料中[2-3]。近年来玉米浆在食品加工方面有了新用途，汤晓君等利用玉米浆发酵法生产植物蛋白调味液，发现玉米浸泡水蛋白通常显示出较好的功能性质，可作为一种功能性成分添加到食品中[4]；刘井权等对玉米浆生产植物蛋白调味液品质影响因素进行探讨，提出了提高成品品质的解决方案[5-6]。除了上述功能特性，玉米浆还是一种总抗氧化能力极强的液体，具有开发功能食品的潜力[7]。我国是第二大玉米生产国和消费国，2016年玉米产量为2.196亿 t，加工1万 t玉米可以产生0.8万 t玉米浸渍液，可以说每年玉米浆废液产量巨大，具有成本低廉的优势，如能在食品行业进一步加工利用，开发具有高附加值产品，可增加玉米加工企业的经济效益。研究对玉米浆中蛋白的提取和酶解工艺进行了研究，以期进一步开发玉米浆蛋白的新功能，使其在食品行业中有更广泛的用途，促进我国玉米深加工产业的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

玉米浆（蛋白含量24.8%）：龙江中粮股份有限公司；复合蛋白酶（800 U/mg）购于上海源叶生物科技有限公司；胃蛋白酶（3 000 U/mg）、胰蛋白酶（2 500 U/mg）购于上海生工；其他常规试剂均为国产分析纯。

T-114分析天平，美国丹佛；水浴恒温振荡器，上海跃进医疗器械厂；CF 15 RXII高速离心机，日本日立公司；EnSpire全波长多功能酶标仪，美国珀金埃尔默公司。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米浆蛋白提取工艺

1.2.1.1 玉米浆蛋白提取单因素试验

取玉米浆稀释不同倍数，调pH为6，乙醇添加体积比为1︰2，提取温度20 ℃，提取时间1 h为单因素试验的基础条件。但研究某一因素时，其他条件保持不变。玉米浆浓度分别为原液（24.8%蛋白）和稀释五倍液（5%蛋白），乙醇添加体积比分别为1︰1.5，1︰2.0，1︰2.2，1︰2.4，1︰2.6，1︰2.8和1︰3.0；提取温度分别为4，30，40，50，60和70 ℃，提取时间分别为0.5，1，2和8 h，提取pH为5，6，7，8，9，10和11，按上述设计做单因素试验。采用凯氏定氮测定蛋白含量，计算提取率。

1.2.1.2 正交试验

在单因素的基础上，设计正交试验L9(34)对玉米浆蛋白提取条件进行优化。

1.2.2 不同蛋白酶对玉米浆蛋白酶解效果的影响

将提取的玉米浆蛋白配制浓度10%的底物，按酶与底物比为2%，分别加入复合蛋白酶、胰蛋白酶和胃蛋白酶，调节三种蛋白酶理论最适的pH和温度，水解2 h，水解结束后，在沸水浴中加热15 min，进行灭酶处理，冷却后，于10 000 r/min离心机进行离心5 min，取上清液通过双缩脲法测定其可溶性蛋白含量，pH-state法测定各酶水解度。

2 结果与分析

2.1 玉米浆蛋白提取工艺研究结果

2.1.1 玉米浆浓度对蛋白提取率的影响

从图1可以看出，除在乙醇添加体积比为1︰0.5的情况下，蛋白浓度为5%玉米浆的提取率要远高于蛋白含量为24.8%的玉米浆原液，且相比原液提取的蛋白质含更少的棕褐色杂质，所以适宜的提取浓度是5%蛋白的玉米浆。

图1 玉米浆中蛋白质浓度对蛋白质提取率影响

2.1.2 提取时间对蛋白提取率的影响

由图2可以得出，玉米浆蛋白的提取率随着时间的延长只有小幅度的波动，且在浸提时间为1 h时达到最高值。因此得出最佳浸提时间为1 h。

图2 提取时间对蛋白质提取率影响

2.1.3 乙醇添加体积比对蛋白提取率的影响

由图3可知，乙醇添加体积比对蛋白质提取率的影响较大。随着乙醇添加体积比的增加，提取率不断提高。玉米浆中蛋白大部分是水溶性的，乙醇体积分数较高可引起蛋白变性，导致蛋白粒子聚集，从而使部分蛋白以聚集粒子的形式从离心中分离，但是当乙醇添加体积比达到1︰2以后，提取率增加幅度减小，因此从节省材料且不损失提取率的角度来看，1︰2的无水乙醇体积比为最优添加体积比。

图3 乙醇添加体积比对蛋白提取率的影响

2.1.4 玉米浆pH对蛋白提取率的影响

从图4可知，pH对蛋白提取率有显著的影响，随着pH增加提取率大幅度降低。因为蛋白质为两性电解质，在其等电点时最易沉淀从而被提取，在碱性条件下改变了其表面的带电性质从而增强了其溶解性从而加大了提取的难度，降低了提蛋白提取率。

图4 玉米浆pH对蛋白提取率的影响

2.1.5 提取温度对蛋白提取率的影响

从图5可知，低于50 ℃时，温度对蛋白提取率的影响不大；而在高温条件下，乙醇易挥发，降低了乙醇的体积分数，影响了蛋白的沉淀效果，30 ℃时提取率最高。所以选择最佳提取温度为30 ℃。

图5 提取温度对蛋白提取率的影响

2.1.6 正交试验优化结果

由表1可知，影响玉米浆蛋白提取率的主次因素的顺序为B（pH）＞C（乙醇添加体积比）＞A（温度），通过正交试验确定最佳组合为A3B1C1，即提取温度为40 ℃，玉米浆pH为6，乙醇添加体积比为1︰2。为了验证所得试验结果的准确性，对最佳酶解条件组合A3B1C1进行了验证，蛋白提取率为48.89%，说明经正交试验筛选出来的条件组合是可信的。

表1 正交试验结果与方差分析

2.2 不同蛋白酶对玉米浆蛋白酶解效果的影响

使用三种常用蛋白酶对玉米浆蛋白进行了酶解，由图6可知，复合蛋白酶的水解度最大，为27.8%，其次是胰蛋白酶；水解后玉米浆蛋白中可溶性蛋白含量比例均有所增加，其中胰蛋白酶解后可溶性蛋白含量最高，为91.05%。

图6 不同蛋白酶对玉米浆蛋白水解度和可溶性蛋白含量的影响

3 结论

玉米浆中蛋白含量丰富，是一种潜在的植物蛋白资源。蛋白含量为5%的玉米浆，乙醇添加体积比为1︰2，提取温度为40 ℃，提取时间为1 h，提取pH为6时，测得的玉米浆蛋白的提取率最高为48.89%。酶水解可显著提高玉米浆蛋白的溶解性。在工业生产中，相对于传统的玉米浆蛋白的提取方法，这种方法更加简单，容易操作。且乙醇具有易挥发的特性，也方便后续玉米浆蛋白的开发应用，试验为玉米浆原料的再利用提供了一定的理论基础。