油茶( Camellia oleifera Abel. ) 是我國特有的重要食用油樹種,主要在我國華南地區分布和種植,油 茶籽年產量超過 2. 5 億 kg。油茶籽粕是油茶籽 提油后主要的副產品,油茶籽粕含有 12% ~ 15% 的 蛋白質。油茶籽蛋白具有較高的經濟價值,可用 作原料進行發酵生產菌體蛋白飼料和蛋白酶。 當前,油茶籽蛋白提取的方法主要有傳統堿溶酸沉 法、超聲輔助提取以及水酶法提取等,單純的堿 溶酸沉法蛋白質提取率低,酶法主要用于實驗室生 產,并且酶法和超聲處理都存在成本高等缺點。
1 材料與方法
1. 1 實驗材料
油茶 籽、大 豆 油,市 售; 石 油 醚 ( 沸 程 60 ~ 90 ℃ ) 、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、氫氧化鈉等, 分析純。 QBS - 80 蒸汽爆破機,河南省鶴壁正道生物能 源有限公司; UV - 1800 紫外 - 可見分光光度計,島 津儀器有限公司; 海門市其林貝爾恒溫微孔板快速振蕩器QB-9006; AL - 104 型 精密電子天平; 電熱恒溫水浴鍋; S20K pH 計。
1. 2 實驗方法
1. 2. 1 油茶籽的蒸汽爆破處理
將干燥 油 茶 籽 放 入 蒸 汽 爆 破 機 中,在 壓 力 0. 8 ~ 2. 3 MPa 下處理 30 ~ 120 s 得到汽爆油茶籽。
1. 2. 2 油茶籽粕的制備
經汽爆處理與未汽爆處理的油茶籽粉碎后過 40 目篩,用水代法( 料液比 1∶ 4. 5,pH 9,溫度 75 ℃, 時間 150 min) 提取油茶籽油后,將所得的油茶籽粕 冷凍干燥,完全收集并保存于 - 20 ℃,待分析。
1. 2. 3 油茶籽蛋白等電點的確定
稱取適量未汽爆處理油茶籽粕樣品,樣品與蒸 餾水質量體積比為 1∶ 20,用 1 mol /L 的 NaOH 調其pH 至 11。在 水 浴 溫 度 40 ℃ 下 浸 提 40 min。以 8 000 r/min 離心 10 min 后取上清液,用 1 mol /L HCl 分別將上清液 pH 調為 2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、4. 0、 4. 5、5. 0,靜 置 60 min 后 離 心 ( 8 000 r/min,10 min) ,棄上清液,沉淀冷凍干燥后稱重。
1. 2. 4 堿溶酸沉法提取油茶籽蛋白
取適量干燥后的油茶籽粕按一定的料液比加入 蒸餾水,用 1 mol /L 的 NaOH 調節 pH,在水浴搖床 中以不同的溫度提取一定時間后,8 000 r/min 離心 10 min,用 1 mol /L HCl 調節上清液的 pH 至等電 點。室溫 靜 置 沉 淀 2 h 后 離 心 ( 8 000 r/min,10 min) ,去除上清液,用去離子水洗沉淀至中性,透析 袋透析除雜 48 h,冷凍干燥沉淀后得油茶籽蛋白。 油茶籽蛋白提取率按下式計算。 油茶籽蛋白提取率 = m1 /m2 × 100% 式中: m1 為提取的油茶籽蛋白質量,g; m2 為原 料中油茶籽蛋白質量,g。
1. 2. 5 油茶籽蛋白吸水性與吸油性分析
吸水性: 取 0. 5 g 油茶籽蛋白樣品于離心管中, 加入 10 mL 蒸餾水,振蕩 5 min 后靜置 30 min,8 000 r/min 離 心 15 min,棄 上 清 液,稱量試管內容物 質量。 吸油性: 準確稱取 0. 5 g 油茶籽蛋白樣品于離 心管中,加入 5 mL 大豆油,振蕩 5 min 后靜置 30 min,再以 8 000 r/min 離心 15 min,棄上清液,稱量 試管內容物質量。
1. 2. 6 油茶籽蛋白起泡性及泡沫穩定性分析
蛋白質量濃度的影響: 稱取適量油茶籽蛋白樣 品于 100 mL 蒸餾水中,使蛋白質量濃度分別為 1、 2、3、4、5 g /100 mL,調節油茶籽蛋白溶液 pH 為 7。 pH 的影響: 稱取 1. 0 g 油茶籽蛋白于 100 mL 蒸餾水中,用1 mol /L HCl 或 NaOH 溶液調至不同的 pH ( 2、4、6、8、10) 。 NaCl 濃度的影響: 稱取 1. 0 g 油茶籽蛋白樣品 溶于 100 mL pH 7 的濃度分別為 0、0. 1、0. 2、0. 3、 0. 4、0. 5 mol /L NaCl 溶液中。 蔗糖濃度的影響: 稱取 0. 5 g 油茶籽蛋白,分別 加入 100 mL 濃度分別為 0、3、5、7、9 mol /L 的蔗糖 溶液,調節 pH 為 7. 0。 將上述處理樣品于 30 ℃水浴保溫靜置 10 min。 然后以 8 000 r/min 均質 2 min,快速測量均質停止 時泡沫的體積( V1 ) 。繼續在 30 ℃水浴條件下保溫, 10 min 后繼續測量泡沫體積( V2 ) 。按下式計算起 泡性和泡沫穩定性。
2 結果與分析
當 pH 在 2. 0 ~ 5. 0 之間時,油茶 籽蛋白的沉淀量隨著 pH 的增大先增大后減小,當 pH 為 3. 0 時,沉淀量達到最大,為 0. 443 7 g。因 此,確定油茶籽蛋白等電點為 3. 0。隨著料液比的增大,油茶籽蛋白提 取率下降。這可能是因為過多的水使油茶籽粕中非蛋白類物質溶出增加,從而影響蛋白質的溶出。經 汽爆處理的油茶籽蛋白提取率顯著高于未汽爆處理 的,這可能是因為蒸汽爆破屬于高溫高飽和蒸汽過 程,破壞了油茶籽的結構,并且瞬時高溫有助于促進 蛋白質聚集,加劇蛋白質的溶出,提高了蛋白質提 取率。油茶籽蛋白提取率隨著 pH 的增 大先上升后下降,當 pH 為 10 時,油茶籽蛋白提取 率最大,汽爆處理與未汽爆處理的油茶籽蛋白提取 率分別為( 63. 33 ± 0. 67) % 和( 56. 17 ± 1. 79) % ,隨 著 pH 的繼續增大,油茶籽蛋白提取率下降。pH 過 大會使蛋白質變性,顏色加深甚至變黑、產生不良氣味,并且,當 pH 過高時,酸沉過程則需要消耗大 量的酸,從而產生大量的鹽,不利于蛋白質的沉淀分 離且增加了提取成本。因此,油茶籽蛋白的最佳提 取 pH 為 10。隨著提取溫度的升高,油茶籽蛋白 提取率增加,但超過 40 ℃ 后油茶籽蛋白提取率下 降。隨著溫度升高提取體系的黏度降低,分子間相 互作用減弱從而蛋白質溶出增加; 當溫度繼續升高 可能會引起部分蛋白質變性,蛋白質提取率下降,因 此選擇 40 ℃為最佳提取溫度,此時未汽爆處理油茶 籽蛋白提取率為( 58. 74 ± 1. 45) % ,汽爆處理油茶 籽蛋白提取率為( 71. 01 ± 1. 13) % 。
3 結 論
蒸汽爆破結合堿溶酸沉法可以提高油茶籽蛋白 提取率,經蒸汽爆破處理( 壓力 0. 8 ~ 2. 3 MPa,時間 30 ~ 120 s) 后最佳堿溶酸沉提取條件為料液比 1∶ 10、提取溫度 40 ℃、pH 10、提取時間 50 min。在 最佳條件下,油茶籽蛋白提取率為 71. 01% ,比未蒸 汽爆破處理的提高了 12. 27 個百分點,且蛋白質產 品的功能性質得到提高。pH、蛋白質量濃度、NaCl 濃度均對油茶籽蛋白的起泡性和泡沫穩定性、乳化 性和乳化穩定性有不同程度的影響; 蔗糖濃度對油 茶籽蛋白起泡性作用較明顯,但對泡沫穩定性無改 善作用,其對蛋白質的乳化性與乳化穩定性起改善 作用。蒸汽爆破具有低耗、無污染、工作效率高、提 取效率高以及提高物料功能性質等優點。因此,通 過本研究可以對油茶籽蛋白在食品中的進一步應用 具有一定的指導意義。
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