超声波-纤维素酶联合辅助提取桑叶蛋白质工艺研究_傅海庆.pdf

农产品加工2022 年第 12 期摘要：针对富含优质植物蛋白的“药食两用”桑叶，探索一种有更高的蛋白提取率的工艺方法。以桑叶粉为原料，采用单因素筛选试验和正交设计方法，研究了超声波-纤维素酶联合辅助提取法提取桑叶蛋白质的工艺。获得桑叶蛋白质提取工艺的最佳参数为提取料液比 128（gmL）提取溶剂是质量分数为 0.9%的 NaCl 溶液，150 W 的超声波处理 30 min，50 水浴浸提 50 min，残渣中添加 4.5%纤维素酶，在 50 下酶解 55 min，酸沉淀蛋白质的 pH 值为 2.0；按以上参数进行桑叶蛋白质的提取，其提取率可达 16.06%。该联合辅助提取法的桑叶蛋白质得率比单独使用其中一种辅助方法或其他的方法的提取率要高得多，至少高出 56.99%；该提取工艺大大提高了提取率，可为同行及进一步产业化的研究提供参考。关键词：桑叶蛋白；超声波；纤维素酶；辅助提取；得率；工艺中图分类号：TS255.36文献标志码：Adoi：10.16693/ki.1671-9646（X）.2022.12.040Study on Cellulase-ultrasonic Assisted Extraction ofProtein from Mulberry LeavesFU Haiqing1，2，ZHANG Ying1（1.Dietary Culture and Inheritance Research Ccnter，Jinshan College，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，FuJian 350002，China；2.College of Food Science，Fujian Agriculture and Forestry University，Fuzhou，Fujian 350002，China）Abstract：Aiming at the mulberry leaves which are rich in high-quality plant protein，a technology with higher extraction rateof protein was explored.Using mulberry leaf powder as raw material，the extraction technology of mulberry leaf protein by ul-trasonic-cellulase assisted extraction was studied by single factor screening test and orthogonal design.The optimum parametersof extracting mulberry leaf protein were as follows：the ratio of extracting material to liquid was 128（gmL），the extract-ing solvent was 0.9%NaCl solution，150 W ultrasonic treatment for 30 min，50 min water bath extraction in 50，4.5%cellulase added to the precipitate and enzymolysis at 50 for 55 min，the pH value of acid precipitated protein was 2.0.Ac-cording to these parameters，mulberry leaf protein extraction，the yield could reach 16.06%.The yield of mulberry leaf pro-tein by the combined-assisted extraction method was much higher than that by one of the assistant methods alone or othermethods，at least 56.99%higher.The extraction process greatly improved the extraction yield，which could provide a refer-ence for the research of peers and further industrialization.Key words：mulberry leaf protein；ultrasonic wave；cellulase；assistant extraction；yield；technology超声波-纤维素酶联合辅助提取桑叶蛋白质工艺研究傅海庆1，2，张滢1（1.福建农林大学 金山学院饮食文化传承研究中心，福建 福州350002；2.福建农林大学 食品科学学院，福建 福州350002）收稿日期：2022-08-16基金项目：福建省科技特派员项目（KZ211003）；福建省本科高校人文社科研究基地建设项目（闽教科201937 号）；福建省大学生创新实验计划项目（S202014046016）。作者简介：傅海庆（1973），男，硕士，副教授，研究方向为农产品加工、食品营养。桑叶作为“药食两用”的桑树（Morus alba L.）的叶片，因含有丰富的生物活性物质，如黄酮类、生物碱、多糖类、氨基酸和 1-脱氧野尻霉素等1-4，在治疗肺气失和、清肝泻火气、解毒明双目、降“三高”、抗癌等方面具有很好的功效4-10。除此之外，桑叶在蛋白质方面的含量也十分丰富，引起了众多学者的关注。而植物叶蛋白质是世界上最大的可再生蛋白质资源之一，是植物组织内天然蛋白质的浓缩物，不含胆固醇，是潜在价值高的新型蛋白质资源11-14。植物叶蛋白质的提取不仅提高了作物的附加值，还可将农业副产物变废为宝，最大程度地合理利用资源15。植物叶蛋白质营养价值高、来源广，安全性和适用性高，是一类具有较高的营养价值和保健功能的蛋白质15-16。随着植物叶蛋白质资源的研究文章编号：1671-9646（2022）12b-0040-07第 12 期（总第 566 期）农产品加工No.122022 年 12 月Farm Products ProcessingDec.2022 年第 12 期开发，其提取物或加工产品将广泛应用于食品、饲料、医药、农药、化妆品等领域12，其最为重要的意义是能有效缓解粮食危机11，16。目前，国内外对于植物叶蛋白质的开发研究利用较多的主要是苜蓿叶、黑麦草、烟叶、叶类蔬菜、子粒苋叶、刺槐叶及牧草叶、水生植物等，对桑叶蛋白提取利用较少17。桑树作为一种高蛋白植物18，不同桑树品种其叶片蛋白质含量为 13.432.8/100，平均蛋白质含量为21.50.4/10019；有些桑叶品种甚至比畜禽肉所含的蛋白质量还要高，而大多数植物叶片蛋白质含量只有 10%左右17；桑叶蛋白中的氨基酸种类较丰富而齐全，必需氨基酸含量较高，特别是其中的降压物质 -氨基丁酸含量达到了 226 mg/100 g 干桑叶，且不含动物性胆固醇，是一种营养价值较高的优质植物蛋白，符合消费者对蛋白食品的要求17，20-21。目前，市面上与桑叶相关的产品主要有桑叶粉、桑叶茶、脱水桑叶菜、桑叶面条、桑叶豆腐、桑叶调味酱等一些初加工产品，而以蛋白质为主要成分的深加工产品应用较为少见22-24，这可能与桑叶蛋白质的提取工艺技术尚未满足工业应用需要有关。桑叶蛋白质的主要提取方法有水浸出法25、酸碱沉淀法17、盐析法11，26、超声波辅助提取法17，27-30、微波辅助提取法20、纤维素酶辅助提取法30-31、乳酸发酵法11，26，32、反胶束法26、纳米器件辅助法33等，其粗蛋白提取得率多为5.0%10.5%。不同提取方法所依据的原理不同，故各种提取方法具有不同的提取率和优缺点12，但现有报道的提取率总体偏低。目前，我国桑叶的原料资源十分充足，不仅桑叶种植粗放、生产成本低廉，而且产量极高34，如能提高桑叶蛋白质的提取率，开发成天然保健产品或作为其他食品的原辅料成分，则其应用潜力巨大。综合应用多种提取原理，在超声波辅助提取的基础上，结合纤维素酶法进行提取，以探索桑叶蛋白质的提取方法，形成更好的提取工艺技术，为后续的进一步研究提供参考。1材料与方法1.1试验材料及试剂桑叶粉（经超微粉碎工艺而得，含蛋白质20.6%），安徽奥祥堂健康产业有限公司提供；纤维素酶（10 000 U/g），南宁庞博生物工程有限公司提供；氯化钠、氢氧化钠、盐酸等，均为国产分析纯。1.2仪器与设备BSA224S 型电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司产品；JY92-IIN 型超声波细胞粉碎机，宁波新芝生物科技股份有限公司产品；TGL-16M 型台式高速冷冻离心机，湖南湘仪实验室仪器开发有限公司产品；KQ-300DE 型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；PB-10 型 pH 测定仪，赛 多 利 斯 科 学 仪 器（北 京）有 限 公 司 产 品；XMTE-205 型数显恒温水浴锅，常州国华电器有限公司产品；DHG-9030 型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品。1.3试验方法1.3.1超声波辅助提取桑叶蛋白质的工艺流程主要工艺流程：桑叶粉添加 NaCl 溶液超声波处理水浴浸提离心得上清液调节 pH 值使蛋白质沉淀离心得沉淀物干燥粗蛋白样品。在前人研究结果的基础上，拟定主要操作要点为：称取 5 g 的桑叶粉，按料液比 120（gmL）加入质量分数为 0.5%的 NaCl 溶液，经功率为 100 W的超声处理 20 min 后，于 50 水浴浸提 40 min，以转速 4 000 r/min 离心 15 min 得上清液，调节上清液 pH 值 3.0 以沉淀蛋白质，以转速 4 000 r/min 离心15 min 得到沉淀物，于 60 下热风干燥沉淀物至恒质量即可得到桑叶粗蛋白17，27-30。在研究上述不同工艺因素对蛋白质提取率的影响时，只改变该因素的水平，其他因素水平基本保持不变。1.3.2超声波辅助提取桑叶蛋白质单因素试验分别从超声功率、超声处理时间、浸提温度、浸提时间、盐质量分数、料液比、沉淀时的 pH 值等方面进行研究，以超声波辅助法提取桑叶蛋白质的提取率为指标，研究不同因素水平对蛋白质提取率的影响，每个因素水平至少进行 3 次平行试验，取其平均值进行分析。（1）超声功率对提取桑叶蛋白质提取率的影响。在提取桑叶叶蛋白的工艺流程中，分别设置超声功率为 0，100，200，300，400，500 W，其他工艺参数基本不变（其中料液比为 125），研究超声功率对提取桑叶蛋白质提取率的影响。（2）超声时间对提取桑叶蛋白质提取率的影响。在提取桑叶叶蛋白的工艺流程中，分别设置超声处理时间为 0，10，20，30，40 min，其他工艺参数基本不变（其中料液比为 125，超声功率为 400 W），研究超声处理时间对提取桑叶蛋白质提取率的影响。（3）NaCl 质量分数对提取桑叶蛋白质提取率的影响。在提取桑叶蛋白质的工艺流程中，分别设置NaCl 溶液的质量分数为 0，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%作为浸出溶剂，其他工艺参数基本不变（其中水浴浸提时间为 50 min），研究 NaCl 质量分数对提取桑叶蛋白质提取率的影响。（4）料液比对提取桑叶蛋白质提取率的影响。在提取桑叶蛋白质的工艺流程中，分别设置料液比为 115，120，125，130，135 进行提取，其他工艺参数基本不变（其中水浴浸提时间为30 min），研究料液比对提取桑叶蛋白质得率的影响。（5）水浴浸提温度对提取桑叶蛋白质提取率的傅海庆，等：超声波-纤维素酶联合辅助提取桑叶蛋白质工艺研究41农产品加工2022 年第 1