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高效核桃蛋白提取方法

时间:2023-11-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:碱提温度在50℃时,核桃蛋白提取率最高,提取效果最好,继续增高温度,提取率反而下降,这可能是因为核桃分离蛋白在长时间的高温热环境下发生部分变性使得蛋白含量下降以至于提取率下降。图7-5 酸沉pH对核桃蛋白提取率的影响由图7-5可知,pH为4.5时,核桃蛋白的提取率最高。结果证明经响应面法优化碱提酸沉法制备核桃蛋白的工艺切实可行,由此得到的碱提酸沉法制备核桃蛋白的工艺具有实际使用价值和参考价值。

高效核桃蛋白提取方法

一、核桃蛋白提取的工艺流程

核桃蛋白提取率(%)=制备得到的蛋白质量/原料中蛋白质量×100

核桃蛋白纯度(%)=蛋白质量/分离蛋白干基质量×100

二、核桃粕基本组分

对核桃原料进行测定分析,得到结果见表7-3。

表7-3 核桃原料的主要成分表

三、核桃分离蛋白制备技术

(一)碱提pH对蛋白质提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按料液比1∶15(g/mL),用NaOH溶液调整浸提液的pH分别为7,8,9,10,11,50℃下浸提60min,测定蛋白质提取率,提取液pH对蛋白质提取率的影响如图7-1所示。

图7-1 提取液pH对蛋白提取率的影响

由图7-1可知,提取率随着pH的增大先上升后下降,当pH为9.0的时候,核桃分离蛋白提率达到了最大为68.5%,pH过低或过高都不利于蛋白质的溶解,pH过低,蛋白质的溶出量不够,而pH如果太高,则碱浓度过高导致蛋白质发生变性,降低了蛋白的提取率,所以确定pH为9.0的时候有利于核桃分离蛋白的提取。

(二)碱提温度对蛋白质提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按料液比1∶15(g/mL),浸提液pH为9,分别于40,45,50,55,60℃条件下浸提60min,测定蛋白质的提取率,浸提温度对蛋白提取率的影响如图7-2所示。

图7-2 浸提温度对蛋白质提取率的影响

由图7-2可知,温度对蛋白的提取率有较大影响。碱提温度在50℃时,核桃蛋白提取率最高,提取效果最好,继续增高温度,提取率反而下降,这可能是因为核桃分离蛋白在长时间的高温热环境下发生部分变性使得蛋白含量下降以至于提取率下降。因此,确定碱提取的温度在50℃。

(三)碱提时间对蛋白质提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按料液比1∶15(g/mL),浸提液pH 为9,温度50℃下分别浸提40,60,80,100,120min,测定蛋白质提取率,浸提时间对蛋白提取率的影响如图7-3所示。

图7-3 浸提时间对蛋白提取率的影响

由图7-3可知,核桃蛋白的提取率随着碱提时间的增长而增大,时间增长到60min后蛋白提取率的上升趋势逐渐平稳,再延长时间,提取率变化不大,综合考虑到效率问题,所以碱提时间取60min最佳。

(四)料液比对蛋白质提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按1∶5,1∶10,1∶15,1∶20,1∶25不同料液比浸提,调浸提液pH至9,50℃下浸提60min,测定蛋白质的提取率,料液比对蛋白提取率的影响如图7-4所示。

图7-4 料液比对蛋白提取率的影响

由图7-4可知,当料液比低于1∶15时,随着料液比的逐渐增大,核桃蛋白提取率逐渐增加,但当料液比超过1∶15时,核桃蛋白提取率下降。当加水量过小时,蛋白溶解不彻底,溶液达到饱和部分蛋白溶解不出,当料液比过大,蛋白虽然析出彻底,但一些水溶性的杂质溶出也增加,导致提取出来的蛋白纯度下降从而降低了提取率。

(五)酸沉pH对蛋白质提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按料液比1∶15,温度50℃下用NaOH调pH至9,温度50℃磁力搅拌浸提1h。离心(3000r/min,20min)取上清液,分取上清液7份各10mL,加盐酸调pH 为4.0,4.2,4.5,4.8,5.0,离心(3000r/min,20min),弃上清液后称重,重复一次,绘出沉淀量与pH的曲线图,图中沉淀量最大时的pH为蛋白等电点。酸沉pH对核桃蛋白提取率的影响如图7-5所示。

图7-5 酸沉pH对核桃蛋白提取率的影响

由图7-5可知,pH为4.5时,核桃蛋白的提取率最高。蛋白质的等电点也就是其蛋白析出量最大的时候,酸沉pH在4.2~4.8时,核桃分离蛋白的析出率达峰值,越靠近等电点,提取率的变化越来越小,由此判断,核桃分离蛋白等电点为4.5。

(六)酸沉温度对核桃蛋白提取率的影响

取脱脂核桃冷榨饼2g,按料液比1∶15,浸提液pH为4.5,分别于30,35,40,45,50℃条件下浸提80min,测定蛋白质的提取率,酸沉温度对核桃蛋白提取率的影响如图7-6所示。

图7-6 酸沉温度对核桃蛋白提取率的影响

由图7-6可知,核桃分离蛋白的提取率先上升后下降,适当的保温处理有利于酸沉时核桃分离蛋白的沉积,当温度达45℃时提取率最大,说明酸沉温度取45℃最合适。当温度再继续升高,由于核桃蛋白的变性温度相较其他蛋白的变性温度较低,虽然50℃还未到其变性的高温,但由于其蛋白已经析出,在较长时间的高温下仍导致了小部分蛋白发生变性,使得蛋白提取率轻微下降。

(七)酸沉时间对核桃蛋白提取率的影响

将过80目筛的脱脂粕取等量,按料液比1∶15,浸提液pH 为4.5,温度45℃下分别浸提60,80,90,100,120min,测定蛋白质提取率,酸沉时间对核桃蛋白提取率的影响如图7-7所示。

图7-7 酸沉时间对核桃蛋白提取率的影响

由图7-7可知,酸沉时间的增加整体上使得提取率呈现上升趋势,在100min后上升的趋势并不明显,这可能是由于随着时间的增长,蛋白的沉积比较彻底,当时长足够后蛋白的沉积量不再变化,所以酸沉时间取100min最合适。(www.xing528.com)

(八)碱提工艺的优化

1.工艺条件的优化

通过对拟合方程进行计算和分析,得到碱提酸沉法制备核桃蛋白的工艺条件为:碱提pH为9.82,碱提温度52.30℃,酸沉pH 4.51,理论提取率可以达到74.1382%;但为了实际操作方便,在考虑实际操作和生产成本的情况下,将优化的工艺条件确定为:碱提pH为9.8,碱提温度52℃,酸沉pH 4.51。

2.优化工艺条件的验证

在上述优化条件下的理论核桃蛋白的提取率可以达到74.1382%,为了验证该法的可靠性和可行性,在实际操作条件下进行3次平行验证试验,实际测得核桃蛋白提取率的平均值为75.25%。结果证明经响应面法优化碱提酸沉法制备核桃蛋白的工艺切实可行,由此得到的碱提酸沉法制备核桃蛋白的工艺具有实际使用价值和参考价值。

对于碱提酸沉法制备核桃蛋白,先通过单因素实验分析各因素的影响趋势,再结合Plackett-Burman试验设计筛选关键因素:碱提pH、碱提温度、酸沉pH。考虑其各关键因素的交互作用,进而采用Box-Behnken响应面法试验设计,以蛋白提取率为主要指标,得到三个因素对核桃蛋白提取率的影响大小顺序为碱提pH>碱提温度>酸沉pH,最优组合为碱提pH 为9.8,碱提温度52℃,酸沉pH 4.51。最后通过验证优化工艺条件的可靠性和重现性,得到碱提酸沉法蛋白提取率最高达75.25%。

四、核桃浓缩蛋白的制备技术

核桃仁富含油脂和蛋白质,是一种优良的食用油脂和蛋白资源。低温压榨生产核桃油和核桃蛋白粉工艺技术的开发应用,可以使核桃加工附加值提高。但冷榨法所得核桃蛋白粉存在的残油较高、蛋白质含量较低的问题限制了它在食品工业的应用,若能够生产蛋白质含量高、残油低的核桃浓缩蛋白,就会大大促进核桃蛋白在食品业的应用,并显著提高核桃加工的经济效益和社会效益。本节研究以冷榨核桃饼为原料的醇洗核桃浓缩蛋白工艺和条件,以期为醇洗核桃浓缩蛋白的生产提供基础和技术支持。

(一)材料及方法

1.原料

将冷榨核桃饼脱脂得到脱脂核桃蛋白粉。

2.主要试剂

氢氧化钠(分析纯):天津南开化工厂;盐酸(分析纯):天津化学试剂有限公司;硫酸钾(分析纯):天津凯通化学试剂有限公司;硫酸铜(分析纯):广州化学试剂厂;硫酸(分析纯):天津化学试剂有限公司;pH缓冲剂(分析纯):无水乙醇(分析纯):天津化学试剂有限公司。

3.主要仪器

集热式磁力搅拌器,DF-101S:巩义市予华仪器有限责任公司;离心机,TD5A:湖南凯达科学仪器有限公司;自动凯氏定氮仪,K9840:济南海能仪器有限公司;pH计,FE20:梅特勒—托利多仪器有限公司;中型冷冻干燥机:美国Labconco公司;数显鼓风干燥箱(101-1-S):上海博迅实业有限公司医疗设备厂;冰箱,BCD-219K:海尔集团等。

4.碱提酸沉法提取工艺

5.试验方法

(1)核桃蛋白纯度(%)=蛋白质量/分离蛋白干基质量×100。

(2)醇洗制备核桃浓缩蛋白。称取一定量的经粉碎过筛的脱脂核桃蛋白粉样品,用乙醇水溶液对其进行搅拌浸洗,然后抽滤分离得到乙醇萃取液和固形物,固形物经干燥得核桃浓缩蛋白,乙醇萃取液经过膜得到糖蜜。测定核桃浓缩蛋白的粗蛋白含量作为评判醇洗工艺效果的主要指标。通过单因素和响应面试验确定最佳工艺条件。

(二)结果与分析

1.单因素试验结果

(1)乙醇浓度对浸提效果的影响 称取一定量的脱脂核桃蛋白粉原料,浸提温度50℃,浸提时间每次60min,料液比1∶5(g/mL),萃取次数2次,选取乙醇浓度为40%,50%,60%,70%,80%。乙醇浓度对浸提效果的影响如图7-8所示。

图7-8 乙醇浓度对浸提效果的影响

当乙醇浓度达到50%时制得的核桃浓缩蛋白的蛋白含量最高,乙醇浓度继续增大,蛋白质含量降低。这可能是因为当乙醇浓度增加至50%以上时,蛋白质的醇变性作用,使大分子蛋白质分子聚集体转变为小分子蛋白聚集体随乙醇溶出,从而使产品的蛋白含量降低。综合考虑乙醇浓度对蛋白含量的影响,选定乙醇浓度为50%。

(2)浸提温度对浸提效果的影响 浸提温度对浸提效果的影响如图7-9所示,由图7-9可知:当浸提温度为50℃时,产品中的蛋白含量最高,随着浸提温度的继续升高,蛋白含量降低。这说明随着浸出温度的升高,脱脂核桃蛋白粉中可溶性糖类的溶解性增大,产品中蛋白质含量相应提高。但是当温度升高到一定程度时,脱脂核桃蛋白粉中的醇溶蛋白在乙醇溶液中的溶解性逐渐增大,因此降低了产品中的蛋白质含量。综合考虑选取浸提温度为50℃。

图7-9 浸提温度对浸提效果的影响

(3)浸提时间对浸提效果的影响 浸提时间对浸提效果的影响如图7-10所示,由图7-10可知:当浸提时间达到65min时,产品蛋白含量最大。浸提时间超过65min之后,产品蛋白含量的提高已不明显。这可能是由于随着浸提时间的延长(达到65min之后),乙醇溶液对脱脂核桃蛋白粉中糖类物质的溶解达到动态平衡状态,同时随着浸提时间的延长,其他成分如醇溶蛋白在乙醇溶液中的溶解度有所增大,因此产品的蛋白质含量不再有明显增加。为此,选定浸提时间为65min。

图7-10 浸提时间对浸提效果的影响

(4)料液比对浸提效果的影响 料液比对浸提效果的影响如图7-11所示,由图7-11可知:当料液比为1∶5(g/mL)时,产品的蛋白含量最高。料液比在1∶6~1∶8(g/mL)时,产品的蛋白含量基本不变。因此,确定料液比为1∶5(g/mL)。

图7-11 料液比对浸提效果的影响

(5)萃取次数对浸提效果的影响 萃取次数对浸提效果的影响如图7-12所示,由图7-12可知:对样品进行2次萃取之后,产品蛋白质含量达到最大值后逐渐降低,而过多的萃取次数使新鲜溶剂用量增加,生产成本升高。因此,选取萃取次数为2次。

图7-12 萃取次数对浸提效果的影响

2.响应面试验及结论

应用响应面寻优分析方法对回归模型进行分析,寻找最优响应面结果为乙醇浓度52.02%,温度50.68℃,浸提时间71.99min,理论响应面浓缩蛋白的粗蛋白含量为72.185%。验证试验重复三次后,取平均值得到实际粗蛋白含量为70.89%。

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