菜籽蛋白提取工藝的優化

戴宇翔，錢志娟，曾曉雄，王乃富，李春陽，*

(1.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京210014; 2.南京農業大學食品科技學院，江蘇南京210095;3.揚州出入境檢驗檢疫局，江蘇揚州225000)

菜籽蛋白提取工藝的優化

戴宇翔1，2，錢志娟3，曾曉雄2，王乃富1，李春陽1，*

(1.江蘇省農業科學院農產品加工研究所，江蘇南京210014; 2.南京農業大學食品科技學院，江蘇南京210095;3.揚州出入境檢驗檢疫局，江蘇揚州225000)

以脫脂菜籽粕為原料，利用堿液提取菜籽粕中的蛋白質，采用Plackett Burman實驗設計篩選出對蛋白提取具有顯著影響的因子:pH(p=0.0348)、溫度(p=0.0383)和提取次數(p=0.0090);采用響應曲面法優化，得到最佳工藝條件為:pH11、溫度52℃和提取2次，同時建立了堿提蛋白的二次多項數學模型，對菜籽蛋白提取具有很好的預測作用。

菜籽粕，蛋白提取，Plackett Burman實驗設計，響應曲面法

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

帶皮預榨浸出蒸脫烘干菜籽粕粉 江蘇云海辰龍生物科技有限公司，粉碎后過 60目篩，水分9.65%、蛋白質40.1%;考馬斯亮藍G-250、乙醇、磷酸、鹽酸、氫氧化鈉、氯化鈉 均為分析純。

FW177型中草藥粉碎機 天津泰斯特儀器有限公司;PHS-2C型數顯pH計 上海智光儀器儀表公司;800-1低速離心機、SK-1快速混勻器 江蘇省金壇市榮華儀器公司;752S紫外可見分光光度計 上海棱光技術有限公司。

表3 Plackett Burman實驗設計及響應值

1.2 實驗方法

1.2.1 菜籽蛋白的提取工藝 稱取一定量過60目篩的菜籽粕粉，放入燒杯，按一定料水比加入蒸餾水，在一定溫度、pH條件下，攪拌提取一定時間，離心得到上清液。

1.2.2 蛋白含量測定 采用考馬斯亮藍法。

1.3 實驗設計

1.3.1 單因素實驗 研究pH、提取溫度、提取時間、料液比(m/V)、NaCl添加量(m/V)和提取次數對蛋白提取量的影響。

1.3.2 Plackett Burman實驗設計 選用 N=8的Plackett Burman實驗設計，對6個因素(pH、提取時間、提取溫度、NaCl添加量、料液比及提取次數)進行顯著性研究，見表1。

表1 Plackett Burman實驗設計因素水平及編碼

1.3.3 響應曲面法實驗設計 采用Box-Behnen模型，對顯著性影響因素進行蛋白提取工藝參數的優化，見表2。

表2 響應曲面法因素水平編碼

2 結果與討論

2.1 影響菜籽蛋白提取的顯著性因素確定

在單因素提取實驗基礎上，通過Plackett Burman實驗設計及響應值(見表3)來確定影響菜籽蛋白提取的顯著性因素。利用Design-Expert 7.0軟件對Plackett Burman實驗結果進行分析(表4)，回歸模型方差分析表明，所得到的回歸方程顯著(p= 0.0246)，相關系數R2=0.9998。由表5可知，影響顯著因子有pH(p=0.0348)、溫度(p=0.0383)和提取次數(p=0.0090)。

表4 回歸模型方差分析

表5 回歸方程系數顯著性檢驗表

2.2 菜籽蛋白提取工藝參數的優化

2.2.1 模型建立 通過Box-Behnen實驗，對實測值和預測值結果(見表6)回歸擬合，優化后的回歸模型為:

表6 實驗設計與結果

由表7可以看出:模型p＜0.0001，表明二次多元回歸模型回歸效果極顯著;失擬項p＜0.05，顯著;相關系數R2=0.9948，說明此模型與實際實驗擬合較好，實驗失擬小，因此可用該模型來分析和預測蛋白的提取量。

表7 模型方差分析

由表8可知，式(1)模型中一次項X1、X3影響極顯著，X2影響顯著;二次項X22、X23的顯著水平小于0.05，影響顯著;交互項X1X2的顯著水平小于0.05，影響顯著;各因素影響的大小順序為:提取次數＞pH＞提取溫度。

表8 回歸方程系數顯著性檢驗

2.2.2 響應面分析 從圖1可以看出，在提取次數為最佳值(X3=2)時，pH、提取溫度兩個因素的交互作用顯著。在本實驗水平范圍之內，隨著pH增加，提取量相應增大;pH曲面坡度比較陡，說明pH對提取的影響比較大。溫度在50～55℃范圍內，蛋白提取量為最大，提取溫度升高有利于蛋白提取，但高溫容易使蛋白發生變性，造成提取率下降［13］。

圖1 提取溫度和pH交互作用的響應曲面圖

3 結論

通過單因素實驗和Plackett Burman實驗設計，發現pH、提取溫度和提取次數對菜籽蛋白提取具有顯著影響。

通過響應曲面法中的Box-Behnen模型對影響因子評價，發現pH與提取溫度的交互作用，對菜籽蛋白提取影響極為顯著。

根據Box-Behnen實驗優化后得到的菜籽蛋白提取量數學回歸預測模型即:菜籽蛋白提取量=

優化后的蛋白提取最佳參數為:pH11，提取溫度52℃，提取次數 2次，此條件下蛋白提取量為827.28mg/10g。

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Optimization of protein extraction from defatted rapeseed meal

DAI Yu-xiang1，2，QIAN Zhi-juan3，ZENG Xiao-xiong2，WANG Nai-fu1，LI Chun-yang1，*
(1.Institute of Farm Product Processing，Jiangsu Academy of Agriculture Science，Nanjing 210014，China; 2.College of Food Science and Technology，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China; 3.Yangzhou Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Yangzhou 225000，China)

The protein was extracted with alkali solution from defatted rapeseed meal.According to the experiments of single factors，Plackett Burman design was applied to study the factors of extraction and it was found that pH (p=0.0348)，temperature(p=0.0383)and times of extraction(p=0.0090)were the key factors to the extraction.It was optimized on the extraction of protein from defatted rapeseed meal by response surface method.A quadratic equation model for protein extraction was set up and the effects of the three factors and their corresponding relationships were obtained.The optimal extraction conditions were as follows:pH 11，temperature 52℃，2 times of extraction.The model played an important role in predicting the extraction of protein.

rapeseed meal;protein extraction;Plackett Burman design;response surface method

TS229

B

1002-0306(2011)03-0304-03

油菜籽是世界上第三大油料作物，產量僅次于大豆和棉籽。我國是目前世界上最大的油菜籽生產國，年產量約為1200萬t，榨油后的餅粕約為700萬t左右［1］。菜籽粕是一種重要的植物蛋白資源，粗蛋白含量在30%～40%，80%的菜籽粕被作為肥料使用，造成了蛋白資源的嚴重浪費。從菜籽粕中提取菜籽蛋白主要有:水相萃取法、水相酶解法、有機溶劑法、超濾等方法。水相法主要是采用不同水相將蛋白萃取而出，然后在菜籽蛋白等電點附近將蛋白沉淀，再分離干燥制取菜籽分離蛋白。采用超聲微波輔助提取，可以提高了蛋白產率［2］。水相酶法利用酶制劑將菜籽粕中的蛋白質充分溶出，同時可得到特定功能的酶解產物［3］。常見的水相酶法均是采用單一酶作用體系，如Alcalase蛋白酶［4］，現在研究多集中于多酶體系的構建，如多種植物蛋白酶的復合體系［5］、Alcalase蛋白酶與多肽酶的復合體系［6］。有機溶劑法主要采用丙酮［7］、乙醇［8］等有機溶劑去除毒性物質，其工業化生產難度較大。超濾法是利用超濾膜將蛋白質分離和濃縮，其優點是蛋白純度高，尤其蛋白中的硫苷含量大大降低［9-10］。目前，工業提取菜籽蛋白主要采用堿溶酸沉法，存在的問題主要是蛋白質總得率偏低，產品純度不高和產品的色澤差等。本研究以帶皮預榨浸出蒸脫烘干菜籽粕為原料，采用堿溶酸沉法提取蛋白，通過Plackett Burma實驗設計法和響應曲面法對菜籽粕提取工藝參數進行優化，建立了具有預測作用的堿提蛋白二次多項數學模型。

2010-04-12 *通訊聯系人

戴宇翔(1985-)，男，碩士，研究方向:食品生物技術。

2009年江蘇省科技廳國際科技合作項目(BZ2009055)。