火麻仁濃縮蛋白制備工藝研究及蛋白組成測定

王廣莉，周鴻翔，黃小煥，柳蔭，陳龍

（貴州大學化學與化工學院，貴州貴陽 550025）

火麻仁是?？浦参锎舐椋–annabis sativa L.）的干燥成熟種仁，是典型的藥食同源作物，在中國作為藥食同源已經有3000多年的歷史[1]?；鹇槿实鞍踪|主要含有麻仁球蛋白和麻仁白蛋白。其中65%為麻仁球蛋白，麻仁球蛋白能夠促進消化，相對無磷，是細胞DNA骨架原料；另外35%為白蛋白。這兩種植物蛋白具備人體所有必需氨基酸，且屬于容易消化的全價蛋白質，與其他植物蛋白質相比含豐富的精氨酸和谷氨酸，同時，有含量比較高的胱氨酸、蛋氨酸和組氨酸。精氨酸和組氨酸對兒童生長發育及中老年人預防心血管疾病有很重要的作用。含硫氨基酸、蛋氨酸和半胱氨酸都是合成酶所必需的氨基酸。經臨床試驗證明，除了火麻仁油的通便作用外，也能促進通便，同時具有提高耐缺氧、改善貧血、降低膽固醇和降血壓等功效，是一種十分優異的植物蛋白質新來源?；鹇槿实鞍追酆袌怨阄?，很受食用者歡迎，可加到焙烤食物、奶制品及飲料制品中，既可增加營養價值，又能起到保健、醫療等作用[2-3]。

本研究以火麻仁冷榨餅粕為原料，采用高速剪切法制備火麻仁蛋白，在單因素實驗基礎上，結合正交分析研究液料比、剪切速度和剪切時間對火麻仁蛋白質提取率影響及它們之間的交互作用，從而確定高速剪切法制備火麻仁蛋白的最佳工藝。同時選用傳統的Osborne分級分離方法和高效液相色譜儀測定火麻仁濃縮蛋白中的氨基酸組成及含量，對火麻仁營養成分獲得全面了解，為火麻仁蛋白在醫藥領域的應用打下了基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

火麻仁冷榨餅粕：冷榨提取火麻仁油脂后所剩餅粕。

MB23/MB25快速水分測定儀：奧豪斯儀器（上海）有限公司；K9840凱氏自動定氮儀：濟南海能儀器有限公司；HFJ-10內切式勻漿機：天津市恒奧科技發展有限公司；B-290實驗室小型噴霧干燥機：瑞士Buchi公司。

1.2 方法

1.2.1 火麻仁蛋白質制備方法

火麻仁冷榨餅粕→去殘油→粉碎→組織勻漿→過濾→噴霧干燥→火麻仁蛋白粉

稱取一定量去殘油粉碎后餅粕，按一定液料比加入去離子水，調節不同的剪切速度剪切一定時間，使用濾布過濾剪切好的蛋白溶液去除不溶性纖維素等雜質，棄濾渣，濾液進行噴霧干燥，得火麻仁濃縮蛋白粉，稱量濃縮蛋白粉質量，計算提取率，并取少量濃縮蛋白粉使用凱氏定氮法測其純度。

1.2.2 火麻仁蛋白質提取率計算方法

1.2.3 火麻仁蛋白質純度的計算方法

式中：X為粗蛋白質的含量，%；V1為試樣消耗鹽酸標準溶液體積，mL；V0為空白消耗鹽酸標準溶液體積，mL；c為鹽酸標準溶液濃度，（mol/L）；V 為試樣分解液總體積，mL；V′為試樣分解液蒸餾用體積；m為試樣質量。

2 結果與討論

2.1 去殘油后火麻仁餅粕基本組成分析

對去除殘油后的火麻仁餅粕進行粗蛋白、粗脂肪、水分、灰分、還原糖、淀粉、粗纖維的測定，測定結果如表1所示。

表1 去殘油后火麻仁餅粕基本組成Table 1 The composition of cake removed oil

由表1可知，去除殘油后的火麻仁餅粕，其粗脂肪含量為2.60%，而其粗蛋白質含量為68.66%，水分含量7.60%，灰分10.50%，還原糖1.33%，淀粉5.57%，粗纖維3.74%，為了提高蛋白質的含量，可從去除粗纖維和淀粉及還原糖等碳水化合物以提高蛋白質的含量。

2.2 液料比對火麻仁蛋白質提取率和純度的影響

剪切速度 15000 r/min，剪切時間8 min，以火麻仁蛋白質提取率及純度為指標，分別采用液料比（mL/g）為10 ∶1、15 ∶1、20 ∶1、25 ∶1、30 ∶1 進行實驗，所得結果見圖1。

圖1 液料比比對火麻仁濃縮蛋白提取率及純度的影響Fig.1 Effect of Solid-liquid ratio on cannabi seed protein concentrate extraction rate and purity

由圖1可知，隨著液料比的增大火麻仁濃縮蛋白提取率及純度均逐漸增大，當液料比為20∶1（mL/g）時火麻仁濃縮蛋白純度達到最大值84.42%，之后隨著液料比的增大純度呈下降趨勢，到液料比25∶1（mL/g）時純度降到80.00%。而提取率在20∶1（mL/g）至25∶1（mL/g）期間變化劇烈，在液料比 25 ∶1（mL/g）時達到最大值78.28%，考慮到液料比過大時，不但增加能耗，而且會因增加廢水量而加大環境的污染，最終選擇液料比 25 ∶1（mL/g）為最佳液料比。

2.3 剪切速度對火麻仁蛋白質提取率和純度的影響

在液料比25∶1（mL/g）、剪切時間10 min條件下，以火麻仁蛋白質提取率及純度為指標，分別采用剪切速度 5000、 10000、 15000、 20000、 25000r/min 進行實驗，所得結果見圖2。

圖2 剪切速度對火麻仁濃縮蛋白提取率及純度的影響Fig.2 Effect of Shear rate on cannabi seed protein concentrate extraction rate and purity

由圖2可知，隨著剪切速度的增大，火麻仁濃縮蛋白得率及純度均逐漸增大，當剪切速度為 15000 r/min時達到最大值，之后隨著剪切速度的增大，反而呈下降趨勢，這是因為經過一定速率的剪切處理，火麻仁蛋白凝聚的蛋白質分子逐漸解締并伸展，高速剪切作用使蛋白質大分子聚集體破碎為蛋白質分子[4]，同時增加了原先包埋在分子內部的疏水基團的暴露機會。但剪切速率過大，使蛋白質分子產生不可逆的裂解，破壞程度加大，導致分子表現直徑減少[5]，由此選擇 15000 r/min為最佳剪切速度。

2.4 剪切時間對火麻仁蛋白質提取率和純度的影響

在液料比 25 ∶1（mL/g）、剪切時間 15000 r/min 條件下，以火麻仁蛋白質提取率及純度為指標，分別采用剪切時間 4、8、12、16、20 min 進行實驗，所得結果見圖3。

由圖3可知，隨著剪切時間的延長，火麻仁濃縮蛋白得率及純度均呈上升趨勢，在4 min～12 min期間其上升效果明顯，12 min后趨于平緩，這是因為隨剪切時間的延長，蛋白質空間構象發生變化，埋藏在蛋白質內部的活性物質暴露出來，然而，剪切時間進一步延長，部分蛋白質的活性部位逐漸被破壞[4]，因而趨于平緩，綜上最終選擇12 min為最佳提取時間。

圖3 剪切時間對火麻仁濃縮蛋白提取率及純度的影響Fig.3 Effect of Shearing time on t cannabi seed protein concentrate extraction rate and purity

2.5 火麻仁蛋白質提取正交實驗結果分析

根據單因素實驗，選取液料比、剪切速度、剪切時間三因素，選擇三水平，以提取率和純度為指標，進行L9（34）正交試驗。

表2 因素水平表L9（34）Table 2 Factors and levels of multiple factors experiments

表3 正交試驗設計及結果Table 3 Orthogonal experiment design and statistics results

對提取率進行極差分析，結果如表4所示，對提取率的較優組合為A2B2C2。3種影響因素的極差值（R）液料比＞剪切速度＞剪切時間，表明高速剪切法制備火麻仁濃縮蛋白效果影響最大的是液料比，其次是剪切速度，剪切時間影響較小。方差分析結果（表5）表明液料比對火麻仁濃縮蛋白提取率影響顯著（P＜0.05，F比＞＞F臨界值），剪切速度對提取率影響達到顯著水平（P＜0.05，F比＞F臨界值），剪切時間（P＜0.05，F比＜F臨界值）影響不顯著。

表4 極差分析表（提取率）Table 4 Analysis of range of orthogonal experiments

表5 方差分析表（提取率）Table 5 Analysis of variance of orthogonal experiments with multi-enzymes

對純度進行極差分析，結果如表6所示，對純度的較優組合為A1B2C2。三種影響因素的極差值（R）液料比＞剪切速度＞剪切時間，表明高速剪切法制備火麻仁濃縮蛋白效果影響最大的是液料比，其次是剪切速度和剪切時間。方差分析結果（表7）表明液料比對火麻仁濃縮蛋白純度影響打顯著水平（P＜0.05，F比＞F臨界值），剪切速度和剪切時間對純度（P＜0.05，F比＜F臨界值）影響不顯著。

表6 極差分析表（純度）Table 6 Analysis of range of orthogonal experiments

表7 方差分析表（純度）Table 7 Analysis of variance of orthogonal experiments with multi-enzymes

選用綜合平衡法分析，由上表可知，對于提取率來說，極差最大的是液料比，其次是剪切速度，剪切時間最小，最佳組合為A2B2C2；對純度來說，液料比、剪切速度、剪切時間的極差相差不大，最優水平組合為A1B2C2，而液料比對應的提取率極差大于純度極差，所以最終平衡選擇A2，綜合上述分析，得較優生產工藝條件為A2B2C2，與單因素結果吻合。

2.6 火麻仁蛋白質各蛋白組分分布

選用傳統的Osborne分級分離方法，對火麻仁濃縮蛋白分級分離，分為水溶蛋白、鹽溶蛋白、堿溶蛋白、醇溶蛋白、泡沫蛋白，殘渣中剩余的蛋白為殘渣蛋白，用考馬斯亮藍法測定分離后蛋白溶液相對含量，結果如表8所示。

表8 火麻仁蛋白各蛋白組分的組成比例Table 8 The protein contentof cannabis protein

由測定結果可知火麻仁主要含鹽溶性蛋白和堿溶性蛋白，其中含量最高的是堿溶性蛋白38.38%，其次是鹽溶性蛋白31.52%，其總量占總蛋白的70%。而水溶性蛋白、醇溶性蛋白和泡沫蛋白含量均較低較低，分別為為8.83%、3.51%和3.47%，這也是火麻仁蛋白在水中的溶解性不好的原因。

2.7 火麻仁蛋白質氨基酸組成

根據GB/T 5009.124-2003《食品中氨基酸的測定》，使用安捷倫1100型高效液相色譜儀測定火麻仁濃縮蛋白中的氨基酸組成及含量，測定圖譜如圖4所示。

圖4 火麻仁濃縮蛋白氨基酸組成圖譜Fig.4 The amino acid composition map of cannabis condensing protein

由表9可知，火麻仁濃縮蛋白質有高含量的精氨酸和谷氨酸，同時，有含量比較高的苯丙氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、天門冬氨酸和組氨酸。精氨酸和組氨酸，它們對兒童生長發育都有著重要的作用，精氨酸容易在血管產生NO，這對于中年人預防心血管疾病很有幫助。必需氨基酸含量十分豐富，其中纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、組氨酸的含量均高于FAO/WHO的小孩推薦值，亮氨酸和蘇氨酸的含量稍微低于FAO/WHO的小孩推薦值，而大大高于FAO/WHO的成人推薦值；與推薦的氨基酸模式相比，除了色氨酸、賴氨酸、胱氨酸稍微缺乏之外，火麻仁濃縮蛋白含有豐富的必需氨基酸。

表9 火麻仁濃縮蛋白質氨基酸組成測定結果Table 9 The determination results of amino acid of cannabis condensing protein

3 結論

本研究對提油脫脂后的火麻仁餅粕采用高速勻漿機剪切，提高火麻仁蛋白在水溶液中的溶解性，通過建立液料比、剪切速度和剪切時間的單因素實驗，并結合正交試驗優化制備工藝，獲得了高速剪切法制備火麻仁濃縮蛋白工藝條件為：液料比25∶1（mL/g），剪切速度 15000 r/min，剪切時間12 min，在此最佳工藝條件下所制備的火麻仁蛋白粉提取率為76.325%，純度達82.308%，達到濃縮蛋白的指標（70%）。選用傳統的osborne分級分離方法和高效液相色譜儀測定火麻仁濃縮蛋白中的氨基酸組成及含量，測定結果為火麻仁主要含鹽溶性蛋白和堿溶性蛋白，其中含量最高的是堿溶蛋白38.38%，其次是鹽溶蛋白31.52%，其總量占總蛋白的70%。而水溶性蛋白、醇溶性蛋白和泡沫蛋白含量均較低，分別為為8.83%、3.51%和3.47%。

[1]De Padua L S N,Bunyaprafatsara R H M J.Lemmens(Eds.).Medicial and Poisonous Plants[J].Plant Resources of South-East Asia,1999(1)：167-175

[2] 胡光.火麻仁球蛋白在制備改蔣貧血的功能食品中的應用：中國：CN200610048836.4[P].2006-11-22

[3] 華欲飛.醇法大豆濃縮蛋白的物理改性[D].無錫：無錫輕工學院,1993

[4]吳海文.花生濃縮蛋白的制備、凝膠形成機理及其應用研究[D].北京：中國農業科學院,2009