玉米淀粉渣中醇溶蛋白提取工艺优化

满 云

（蚌埠学院食品与生物工程学院，安徽蚌埠233030）

玉米淀粉渣是由玉米淀粉通过酸水解或酶解之后压滤得到的滤渣[1]。玉米淀粉渣含有蛋白质、葡萄糖、脂类等各种营养物质，但含有的蛋白绝大部分为醇溶蛋白，难溶于水，难以被消化利用；其次蛋白质缺少色氨酸、赖氨酸等必需氨基酸，饲喂的价值并不高[2]，而且直接饲喂的玉米淀粉渣在储藏的过程中很容易变质，易造成环境污染和资源的浪费。

玉米醇溶蛋白中富含大量的疏水性残基和一些具有极性的基团，不溶于水也不溶于无水乙醇[3]，但可溶于60%～95%的乙醇溶液中[4]。玉米醇溶蛋白中富含含硫氨基酸，其蛋白质分子间以较强的疏水键和二硫键相连，这是醇溶蛋白成膜的基础[5-6]。玉米醇溶蛋白是理想的天然保鲜膜材料，能够形成质地均匀的蛋白膜[7-9]。此外，其乳化性、持水性、弹性、延伸性等性质在食品行业也有很大的应用空间。玉米醇溶蛋白经酶解可以生产出生物活性肽，应用于医疗制药。再有就是生产生物可降解塑料，以玉米醇溶蛋白为原料，加入脂肪酸塑化，可生产可降解塑料，以解决环境问题[10]。

玉米醇溶蛋白的提取工艺有超声波提取法[11]、乙醇提取法[13]、异丙醇萃取[14]、超临界CO2提取[15-16]、冰乙酸浸提醇溶蛋白[17]。以玉米淀粉渣为原材料，不仅可以大大减少资源的浪费，还可以带来经济收益。本课题研究从玉米淀粉渣中提取醇溶蛋白的工艺优化，用正交实验确定其最佳工艺条件，为玉米淀粉渣的综合利用提供帮助。

1 实验材料与提取工艺流程

实验材料。玉米淀粉渣为柠檬酸生产线副产品（中粮生化提供），粉碎过70目筛备用；纯玉米醇溶蛋白粉（郑州给力食品添加剂有限公司）；无水乙醇（国药集团化学试剂有限公司）。

实验仪器。TU-1901双光束紫外可见分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；电热鼓风干燥箱（上海-恒科学仪器有限公司）；JK-800DB型数控超声清洗器（合肥金尼克机械制造有限公司）；数显恒温水浴锅HH-1（金坛市杰瑞尔电器有限公司）。

提取工艺流程。玉米淀粉渣→粉碎、过筛→无水乙醇超声波脱色→抽滤→乙醇溶液浸提→抽滤→处理滤液→测吸光度→计算提取率。

2 玉米淀粉渣脱色实验方法与结果分析

2.1 玉米黄色素最大吸收波长

称取粉碎过筛后的玉米淀粉渣若干克，加入15 mL无水乙醇，60℃超声波提取25 min，然后将混合液抽滤得到提取液，最后以无水乙醇作为空白对照，用分光光度计以1 nm为间隔在（400～600）nm之间进行波谱扫描，测出玉米黄色素的最大吸收波长为446 nm，与文献[19]结果一致。

2.2 脱色方法及脱色条件优化

准确称取粉碎过筛后玉米淀粉渣1.5 g于150 mL锥形瓶，按不同的料液比加入无水乙醇，超声脱色一定时间后，抽滤将滤液移入50 mL容量瓶，用无水乙醇定容，移液枪取出1 mL溶液，用无水乙醇稀释5倍，用分光光度计于446 nm处测定稀释液的吸光度。吸光度越大，脱色效果越好；反之越差。对影响脱色效果的3个条件（温度、时间、料液比）进行单因素实验，选取3个影响比较好的水平进行正交试验，根据吸光度确定最佳脱色条件。

温度对玉米脱色的影响。准确称取1.5 g玉米淀粉渣5份，超声脱色，加入料液比为1∶14的无水乙醇，脱色时间为25 min，分别在30℃、40℃、50℃、60℃、70℃的条件下进行脱色，测得其吸光度A，结果如表1。可见，玉米醇溶蛋白的脱色效果随温度增加而增加，鉴于70℃以后可能会对醇溶蛋白的活性有影响，选择50℃、60℃、70℃三个水平做正交实验。

料液比对脱色的影响。准确称取5份1.5 g玉米淀粉渣，进行超声脱色，脱色时间为25 min，温度为70℃，料液比分别为1∶5、1∶8、1∶11、1∶14、1∶17进行脱色，结果如表1。可见，在洗脱时间和温度不变的条件下，脱色的效果随着料液比的上升而上升，在料液比为1∶14时，上升趋于缓慢。选择1∶11、1∶14、1∶17三个水平进行正交实验。

脱色时间对脱色效果的影响。准确称取1.5 g玉米淀粉渣5份，超声脱色，加入料液比为1∶14的无水乙醇，温度70℃的条件下，脱色时间t分别为15 min、20 min、25 min、30 min、35 min进行脱色，结果如表1。可见，在洗脱温度和料液比不变的条件下，脱色效果随脱色时间的延长而上升，脱色时间为25 min时，上升趋于缓慢。选择20 min、25 min、30 min三个水平进行正交实验。

正交实验获得脱色优化条件。色素实验设计及结果如表2和表3所示。数据结果显示，超声波对玉米醇溶蛋白脱色条件的最佳工艺为A3B2C2，即料液比为1∶14（g/mL），70℃水浴加热，脱色时间为25 min。料液比、温度和时间对脱色效果的影响都显著。通过R值的大小可以看出实验的显著性顺序从大到小依次为B、A、C，即影响玉米醇溶蛋白脱色效果的主要因素是料液比，其次是温度和脱色时间。根据最佳工艺进行实验验证，共进行3次实验，得到吸光度的值分别为0.421、0.425、0.432，平均值为0.426，高于正交实验设计的任何一组数据。

表1 温度、料液比、时间对玉米黄色素吸光度影响的单因素实验结果

表2 实验设计及结果

表3 实验结果分析

3 玉米醇溶蛋白提取实验方法与结果分析

3.1 玉米醇溶蛋白的最大吸收波长

将脱色后抽滤的玉米淀粉渣取出于鼓风干燥箱中干燥，精确称取干燥样品1.5 g，用体积分数为80%的乙醇溶液在60℃水浴锅中浸提1.5 h，抽滤定容到50 mL，得到醇溶蛋白提取液，适当稀释后测量玉米醇溶蛋白的最大吸收波长为278 nm，与文献[20]结果一致所示。

3.2 玉米醇溶蛋白的标准曲线

以高纯度的玉米醇溶蛋白为标准品，配制标准溶液浓度为10%～100%的梯度溶液。在278 nm处测定吸光度（A），做标准曲线。玉米醇溶蛋白标准曲线如图1所示。

图1 玉米醇溶蛋白标准曲线

以醇溶蛋白浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，得到标准曲线线性方程：

3.3 提取条件的单因素实验结果

进行单因素实验，确定料液比、温度、提取时间对提取液吸光度的影响，设计L9（34）正交试验，确定最佳提取条件：

其中，Y为玉米醇溶蛋白提取率；c为样品的浓度（按照标准曲线算出），单位为mg/mL；V为样品总体积，单位为mL；n为样品的稀释倍数；M为样品的质量，单位为mg。

温度对提取效果的影响。准确称取5份脱色后的玉米淀粉渣1.5 g于锥形瓶，加入料液比为1∶10的80%乙醇溶液，分别在温度为40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的水浴锅中水浴1 h，滤液定容到50 mL，再稀释5倍于278 nm处测吸光度如表4所示。从表4可以看出，40℃、50℃和60℃时，吸光度较低；70℃时，吸光度最高；80℃时，吸光度下降，可能是温度过高，导致玉米醇溶蛋白变性。因此，选择60℃、70℃和80℃进行正交实验。

料液比对提取效果的影响。称取5份脱色后的玉米淀粉渣1.5 g于锥形瓶中，分别加入料液比为1∶4、1∶7、1∶10、1∶13和1∶16的80%乙醇溶液，在温度为70℃的水浴锅中水浴1 h，滤液定容到50 mL，再稀释5倍于278 nm处测吸光度如表4所示。可见，温度70℃、提取时间1 h时，吸光度随着料液比的增大而增大，当料液比达1∶13后，吸光度趋于平衡。选择1∶10、1∶13和1∶16进行正交实验。

提取时间对提取效果的影响。称取5份脱色后的玉米淀粉渣1.5 g于锥形瓶，加入料液比为1∶10的80%乙醇溶液，在温度为70℃的水浴锅中分别提取0.5 h、1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h，滤液定容到50 mL，再稀释5倍于278 nm处测吸光度如表4所示。可见，料液比1∶13、温度70℃时，当提取时间0.5 h时，吸光度最低；提取时间在1 h以后，吸光度基本维持不变。选择0.5 h、1 h和1.5 h进行正交实验。

3.4 提取条件的正交实验及其结果

L9（34）正交设计及结果如表5、表6所示。根据数据分析结果，80%的乙醇溶液对玉米醇溶蛋白提取条件的最佳工艺为A2B2C2，即温度为70℃、料液比为1∶13、时间为1 h时效果最好。温度、时间和料液比对提取效果的影响都较为显著，通过R值的大小可以看出实验的显著性顺序，从大到小依次为A、C、B，即影响玉米醇溶蛋白提取效果的主要因素是温度，其次是时间和料液比。按照正交实验得到的数据结论，进行验证实验。共进行3次实验，吸光度分别为0.465、0.453、0.458，平均值为0.459。

根据式（1）计算得出醇溶蛋白的浓度为0.578%，根据式（2）得出玉米淀粉渣中醇溶蛋白提取率为9.65%。

表4 温度、料液比、时间对玉米黄色素吸光度影响的单因素实验结果

表5 实验设计及结果

表6 实验结果分析

4 讨论与结论

随着玉米醇溶蛋白在多领域应用技术的开发，醇溶蛋白的原料也多样化，如玉米、小麦、高粱等。考虑到废弃物综合利用及后续产品的食用医用价值，本实验以玉米综合利用的淀粉渣为原料，采用乙醇为提取剂，先脱色、再提取，提取率的测定不受色素的影响。提取醇溶蛋白时利用超声波对其进行脱色处理，并对脱色条件进行优化，在料液比为1∶14（g/mL），温度为70℃，脱色时间为25 min时脱色效果较佳。以脱色后玉米淀粉渣为原料，以温度、料液比、提取时间3个因素进行优化实验，得到在温度为70℃、料液比为1∶13、时间为1 h时，玉米醇溶蛋白的提取率最高，达9.65%。