超声辅助纤维素酶法优化红小豆蛋白提取工艺研究_张春华.pdf

农产品加工2023 年第 1 期文章编号：1671-9646（2023）01b-0022-04第 1 期（总第 568 期）农产品加工No.12023 年 1 月Farm Products ProcessingJan.摘要：借助超声辅助纤维素酶法对红小豆蛋白进行提取，经由单因素试验和正交试验，对纤维素酶用量、超声功率、料液比、超声时间影响提取率状况展开研究。结果表明，在试验条件下料液比对红小豆蛋白得率的因素最大，超声功率与纤维素酶用量次之，超声时间相对最弱。提取红小豆蛋白的最优工艺为料液比 125（gmL），超声功率400 W，超声时间 30 min，纤维素酶用量 250 U/g。实际提取率 75.38%，比常规的碱溶酸沉法（提取率为 69.65%）提高了 5.73%。关键词：酶超声辅助；红小豆蛋白；提取率中图分类号：TS214.9文献标志码：Adoi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2023.01.038Optimization of Protein Extraction from Adzuki Bean byCellulase Assisted by UltrasoundZHANG Chunhua1，2，*ZHAI Aihua1（1.Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing，Heilongjiang 163319，China；2.Food and Pharmaceutical Engineering College，Suihua University，Suihua，Heilongjiang 152061，China）Abstract：Ultrasonic-assisted cellulase extraction ofAdzuki bean protein was studied，via single factor test and orthogonal experi-ments，Studiedeffect on protein extraction rate ofAdzuki bean about the ratioofmaterial toliquid,the ultrasonic power，duration ofultrasound and addition of cellulose.And it turns out：The order of the factors affecting the extraction rate of Adzuki bean proteinwasmaterial-liquid ratio ultrasonic power cellulase content ultrasonic time；The optimum conditions of ultrasonic-assistedcellulase extraction of Adzuki bean protein were as follows:the ratio of material to liquid 125（gmL），the ultrasonic power400 W，duration of ultrasound 30 min，addition of cellulose 250 U/g.The actual extraction rate was 75.38%，the extraction ratewas 69.65%byconventional alkaline solution and acid precipitation，by5.73%。Key words：Ultrasonic-assisted cellulase method；Adzuki bean protein；extraction rate超声辅助纤维素酶法优化红小豆蛋白提取工艺研究张春华1，2，*翟爱华1（1.黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆163319；2.绥化学院 食品与制药工程学院，黑龙江 绥化152061）收稿日期：2022-02-02基金项目：绥化学院生物资源高值转化与综合利用创新团队资助项目（SIT05005）。作者简介：张春华（1974），女，工程师，研究方向为食品加工与安全。*通讯作者：翟爱华（1970），女，教授，博士，硕士生导师，研究方向为粮食精深加工及副产物综合利用。红小豆具有高蛋白、低脂肪、多营养的特点1，其含有的多种生物活性物质，如多酚、黄酮等成分，具有抗氧化、降血糖、提高免疫力、抗癌等功效，红小豆是一种药食同源杂粮2。红小豆内含人类机体必需的 8 类氨基酸，含量最大的是赖氨酸（Lys）与谷氨酸（Glu）3，为植物蛋白的优质供体。红小豆中的蛋白含量为 20.92%24.00%，高于肉类、鸡蛋、牛奶和禾谷类食物4。豆类分离蛋白除了营养价值高、易吸收外，还具有良好的功能性，可以添加到各种食品中5-7。提取豆类分离蛋白方面，酶解法、碱溶酸沉法、超滤膜法与超声波辅助法等的应用率很高8-11，各具优劣势。超声波和纤维素酶处理可以分解和破坏植物细胞壁纤维结构，使原料中的蛋白质溶出，以提高蛋白质的提取率。具诸多优势，包括反应条件温和、高提取率、低成本、提取时间少等12-14。现多采用多种方法结合，提高提取效率。通过利用超声辅助纤维素酶的方法建立了一种红小豆蛋白质的提取方法。此法可使红小豆蛋白质得率显著提升，改善提取技术，为后续开发应用红小豆蛋白质打下良好基础，在理论上给予借鉴。1材料与仪器1.1试验材料红小豆，种子公司出售。1.2试验主要仪器和设备FA2104 型电子天平，上海舜宇恒平科学仪器公司产品；DFY-500 型高速摇摆式超微粉碎机，温山2023 年第 1 期市林大机械有限公司产品；SH10A 型可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司产品；PHS-25 型数显酸度计，上海伟业仪器厂产品；Scientz-IID 型细胞超声破碎仪，宁波新芝公司产品；PS-08A 型超声波清洗机，东莞市洁康超声波设备公司产品；TGL-16B型台式高速离心机，湖南星科科学仪器公司产品；DW-86L 型超低温保存箱，青岛海尔股份有限公司产品；FD-27 型冷冻干燥机，北京德天佑科技发展有限公司产品；K9840 型自动定氮仪，济南海能仪器有限公司产品；HYP-1004 型消化炉，上海纤检仪器有限公司产品；BGZ-30 型电热鼓风干燥器，上海博迅实业有限公司医疗设备厂产品；SRJX-4-9 型箱式电阻炉，江苏东台县电器厂产品。2试验条件和方法2.1红小豆常规成分分析2.1.1蛋白质含量参照 GB 5009.52016 测定。2.1.2 水分含量参照 GB 5009.32016 测定。2.1.3 脂肪含量参照 GB 5009.62016 测定。2.1.4 灰分含量参照 GB 5009.42016 测定。2.1.5 上清液中蛋白质含量的测定参照考马斯亮蓝法15。2.2工艺流程首先，利用纤维素酶（50 U/mg）水解红小豆粉，破坏植物细胞壁纤维结构，以增加碱溶酸沉法提取时蛋白质的溶出率。随后进行超声波处理，再利用碱溶酸沉法提取，可大大提高蛋白质的提取率。其工艺流程如下：红小豆清洗浸泡去皮冷冻干燥粉碎过筛石油醚脱脂脱脂红小豆粉加纤维素酶处理超声处理碱溶酸沉法提取离心分离收集上清液调节 pH 值至等电点离心分离取沉淀物反复水洗离心真空冷冻干燥红小豆蛋白质。2.3红小豆蛋白提取率计算公式如下：蛋白提取率（%）=M提取M原料C总蛋白含量100%.式中：M提取提取出红小豆蛋白的质量，即上清液中蛋白质的质量，g；M原料脱脂红小豆粉的质量，g；C总蛋白含量单位质量红小豆中蛋白质的含量，%。2.4单因素试验2.4.1超声物料浓度选择试验当超声时间、超声功率、超声温度与酸碱度依次为 20 min，400 W，35，9.0 时，分析不同料液比（110，115，120，125，130）对红小豆分离蛋白质得率的影响。2.4.2超声功率选择试验当超声时间、超声温度、料液比、酸碱度依次为 20 min，35，125，9.0 时，分析不同超声功率（100，200，300，400，500 W）对红小豆蛋白质得率状况的影响。2.4.3超声时间选择试验当超声温度、超声功率、料液比与酸碱度依次为 35，400 W，125，9.0 时，分析不同超声时间（10，15，20，25，30 min）对红小豆蛋白质得率的影响。2.4.4纤维素酶酶解时间试验固定加酶量 250 U/g，pH 值 4.8，酶解温度 30，料液比 125，分析不同酶解时间（20，25，30，35，40 min）对红小豆蛋白得率状况的影响。2.4.5纤维素酶酶解 pH 值试验固定加酶量、酶解时间、酶解温度与料液比依次为 250 U/g，35 min，30，125，分别在 pH 值为 4.0，4.4，4.8，5.2，5.6 的条件下，分析对红小豆蛋白提取率的影响。2.4.6酶解温度试验固定加酶量 250 U/g，pH值 4.8，酶解时间 35 min，料液比 125，分别考查在酶解温度为 25，30，35，40，45 的条件下对红小豆蛋白提取率的影响。2.4.7加酶量选择试验固定料液比 125，调节 pH 值至 4.8，分别按照 100，150，200，250，300 U/g 的加酶量加入纤维素酶，置于水浴锅中于 30 温度条件下进行酶解 35 min，考查对红小豆蛋白提取率的影响。2.5正交试验设计采取单因素试验，将纤维素酶酶解温度、酶解时间与 pH 值依次固定为 30，35 min，4.8，考查指标为提取率，对红小豆蛋白提取效果有显著影响的主要因素超声功率、超声时间、料液比、纤维素酶用量进行 L9（34）正交试验。正交设计因素与水平设计见表 1。3结果与分析3.1脱脂红小豆粉主要成分脱脂红小豆粉主要成分含量见表 2。张春华，等：超声辅助纤维素酶法优化红小豆蛋白提取工艺研究表 1正交设计因素与水平设计水平A 料液比/gmLB 超声功率P/W123120125130300400500C 超声时间t/min202530D 纤维素酶用量/U g-120025030023农产品加工2023 年第 1 期3.2红小豆蛋白提取影响的因素试验结果3.2.1料液比对红小豆蛋白质提取率的影响料液比对红小豆蛋白提取率的影响见图 1。由图 1 可知，料液比同蛋白质得率间的关系，料液比初始为 110，随着料液比的提高，红小豆蛋白得率先逐渐提高；当料液比为 125 时，得率达峰值；当料液比为 130 时，得率大幅降低。这表明适宜的料液比可以促使蛋白质溶出，再增大料液比，溶液浓度降低，溶质减少，提取率随之下降12。因此，在此试验条件下料液比为 125 最好。3.2.2超声功率对红小豆蛋白质提取率的影响超声功率对红小豆蛋白提取率的影响见图 2。由图 2 可知，在超声功率逐渐增大时，红小豆蛋白得率呈先提高再下降的表现，功率为 400 W时，提取率达最大值，这可能是由于超声破碎红小豆的细胞壁使其细胞中的蛋白溶出，提高了蛋白的得率，然而在超声功率 400 W时，超声会破坏蛋白质的溶出，导致蛋白质变性，使得蛋白质得率下降14。3.2.3超声时间对红小豆蛋白质提取率的影响超声时间对红小豆蛋白提取率的影响见图 3。由图 3 可知，当超声时间处于 1025 min 水平，随红小豆蛋白质得率增加呈上升表现，当超声时间为 25 min 时，蛋白质得率达峰值；但超声时间 25 min 时，红小豆蛋白得率在超声时间提高的同时稍见下降，这是因为超声时间过长，破碎已溶出的蛋白，同时超声时间过长产生热量对蛋白具有破坏作用，所以提取率反而下降14。3.2.4酶解时间对红小豆蛋白质提取率的影响纤维素酶酶解时间对红小豆蛋白提取率的影响见图 4。由图 4 可知，酶解时间在 35 min 时，红小豆蛋白提取率达到最高，随后呈现下降的趋势。这是由于随着酶解时间增加，纤维素酶进一步对破碎后的红小豆细胞壁进行水解，蛋白质溶出，提取率升高