不同粒徑對火麻仁濃縮蛋白提取的影響研究及工藝改進

注：原文來自《高師理科高師理科》2025年6月第45卷第6期P83-86，略有改動

不同粒徑對火麻仁濃縮蛋白提取的影響研究及工藝改進

作者：閃文飛，田躍信等

摘要：火麻仁是一種優(yōu)良的油料作物，火麻仁粕是火麻仁在壓榨完油后的副產物。粕中的蛋白是一種營養(yǎng)價值較高的植物蛋白資源，火麻仁榨完油后，將粕直接廢棄掉，導致資源浪費。因此，為了大限度地提取火麻仁粕中的蛋白質，先對火麻仁的脫脂工藝進行了改進，依次采用冷榨、壓胚、低溫萃取對其進行脫脂預處理，脫脂粉碎后，再進行兩次酸提法進行蛋白質提取，并對不同粒徑的火麻仁粕在蛋白質提取中的影響做了詳細分析。研究表明，60目粒徑脫脂粉的蛋白質提取率和蛋白質含量均高于120、100、80、40目粒徑脫脂粉，其提取率達到68.1%，蛋白含量達到86.7%。因此，采用兩次酸提法，并對脫脂工藝進行改進，選用60目粒徑脫脂粉來提取火麻仁粕蛋白質，此工藝為火麻仁蛋白資源的研究開發(fā)提供了理論參考。

關鍵詞：低溫萃取設備、火麻仁、火麻蛋白

火麻仁為?？浦参锎舐椋?/span>Cannabissativa L.）的干燥成熟果實，富含油脂、蛋白質、碳水化合物、木質素酰胺類、甾體醇、大麻酚類、生物堿類、黃酮類、維生素、葉綠素、礦物質和灰分等，其中油脂25%~35%，蛋白質20%~25%，膳食纖維20%~30%。

火麻仁蛋白質豐富，鹽溶性麻仁球蛋白65%和水溶性麻仁白蛋白33%，作為主要儲存蛋白，均屬于容易消化的全價蛋白質。其中火麻仁蛋白的主要成分是11S蛋白，決定了其具有較高的凝膠性，但是缺少7S蛋白，則影響其溶解性、持水性、乳化性等。而油脂是種子在成熟過程中由糖類轉化而成，一般呈球狀脂類體存在于細胞中，蛋白質能與糖類、酚類等結合，油溶性物質的存在直接影響蛋白質的提取及質量。在去除殘油后的火麻仁餅粕中粗脂肪含量為2.60%，粗蛋白68.66%，水分7.60%、灰分10.50%、還原糖1.33%、淀粉5.57%、粗纖維3.74%。因此，在工業(yè)化生產中會提高出油率和去除粗纖維、淀粉及還原糖等碳水化合物來達到分離、提純蛋白產品。

目前，國內外常用物理法、化學法和生物酶法提取植物蛋白質。物理法有膠體磨法、均質法、高壓法等，其提取率相對較低；化學法主要為水提法、堿提法、醇提法、酸提法，鹽提法等；生物酶法提取主要用纖維素酶、果膠酶、蛋白酶等，其工藝相對復雜。酸提法不僅能除去水溶性糖分，還能除去淀粉、纖維素等成分，而且具有提取率高、成本低、便于操作的優(yōu)點，適用工業(yè)化生產?，F實生產中蛋白質提取多采用堿溶酸沉法，但是其提取率并不高，王研等人采用堿液溶解法提取火麻仁蛋白的提取率僅為28.63%，這就是由于火麻仁蛋白在水中的溶解性不好導致的。而目前關于酸提火麻仁蛋白的工藝鮮有報道，本研究立足生產實際問題對脫殼火麻仁脫脂工藝上進行改進，大限度的降低火麻仁油脂對其蛋白質提取的影響，并采用兩次酸提法提取，且以蛋白質提取率和蛋白含量為評價指標，探究了不同粒度對蛋白質提取的影響，為火麻仁蛋白資源的研究開發(fā)提供一定的理論參考。

1材料與方法

1.1材料與設備

脫殼火麻仁：來自永勝三可口生物開發(fā)有限責任公司；

氫氧化鈉：分析純，天津歐博凱化工有限公司；

鹽酸：分析純，廣州化學試劑廠；

液壓榨油機：6YY-150型，鞏義華銘世機械制造有限公司；

壓胚機：BZ-300型，上海奔正機械設備有限公司；

整套低溫萃取設備：10L型，安陽市晶華油脂工程有限公司；

磨粉磨漿機：HJ-150型,湖北省石首市恒建機械廠；

精密pH計：PHS-2C型，上海晶磁儀器有限公司；

精密分析天平：JA-2003型，上海精密儀器儀表公司；

恒溫油浴鍋：DXY-5H型，鼎鑫宜實驗設備有限公司；

精密定時電動攪拌器：JJ-1型，金壇市華峰儀器有限公司；

循環(huán)水式多用真空泵：SHZ-DⅢ型，鄭州市中原科技玻璃儀器廠；

電熱鼓風干燥箱：101型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；

全自動凱式定氮儀：K1100型，山東海能科學儀器有限公司。

1.2方法

1.1.1原料預處理

首先，脫殼火麻仁采用液壓榨油機進行1次脫脂，得到殘油35%左右的火麻仁餅粕。目的脫除大部分油脂，有利于壓胚，不會出現粘輥現象；

其次，壓榨火麻仁餅粕放入壓胚機，得到厚度0.2~0.3mm料胚。目的破壞火麻仁表面細胞壁和組織細胞，有利于后續(xù)萃取脫脂；

圖1  10L低溫萃取實驗裝置

1-萃取罐，2-濃縮罐，3-緩沖罐，4-冷凝器，5-助劑周轉罐，6-熱水箱，7-熱水泵，8-真空泵，9-壓縮機

再次，料胚采用安陽市晶華油脂工程有限公司自制整套4號溶劑低溫萃取設備進行2次脫脂，萃取主要設備包括萃取罐、蒸發(fā)罐、緩沖罐、冷凝器、溶劑周轉罐、無油壓縮機、真空泵、熱水泵等（圖1）。取定量料胚放入萃取罐中，抽真空，加入4號溶劑，在密閉的萃取罐內，溫度與壓力成正比關系，隨著溫度的升高，壓力也會隨之增加，一段時間后，罐內達到氣液平衡，此時加速了擴散、傳質過程，使溶劑滲透到組織細胞中，更好地與油脂分子接觸，從而將細胞中的油脂更好地釋放出來；溶劑通過蒸發(fā)、冷凝回收利用。經過幾次萃取后火麻仁粕顏色為白色，其殘油在1%之內，蛋白含量約為68%。目的去除火麻仁中的脂質，避免影響蛋白提取的效率和純度；

自然干燥后的火麻仁粕進行粉碎，依次過100、80、60、40目篩，得到火麻仁蛋白提取原料,冷凍保存。

1.2.2提取工藝

稱取120目脫脂粉60g，加入蒸餾水配6.3%溶液進行1次酸提，此時溶液的pH在7.2附近，充分攪拌，用1mol/L鹽酸溶液調節(jié)pH到4.2，泡沫穩(wěn)定，達到等電點，于50℃下油浴1h，沉淀部分抽濾；取其濾餅加入蒸餾水配6.3%溶液復溶進行2次酸提，充分攪拌，再用1mol/L鹽酸溶液調節(jié)pH到4.2，于50℃下油浴1h，沉淀部分抽濾；取其濾餅加入蒸餾水配11.1%溶液復溶，充分攪拌；用1mol/L氫氧化鈉溶液調節(jié)pH至中性，于50℃下油浴一段時間，抽濾取其濾餅，濾餅置于50℃干燥箱中12h，得到粗火麻仁蛋白。100、80、60、40目的火麻仁蛋白分別采用以上方法得到，分別稱量并按照1-1方法計算出提取率。

 蛋白質提取率=×100%           (1-1)

式（1-1）中，m₁—干燥后火麻仁蛋白粉的質量，g；

m₂—所取原料質量，g；

y₁—干燥后火麻仁蛋白粉的質量分數，%；

y₂—所取原料的蛋白質量分數，%。

2結果與分析

圖2 不同粒徑對蛋白質提取率和含量的影響

由圖2可知，蛋白質的提取率與含量呈正相關關系，至此，僅以蛋白質提取率為分析對象。隨著脫脂粉粒徑的減小，蛋白質的提取率和含量均呈現出先增大后減小的趨勢，在60目的條件下提取率和含量都達到大值，分別為68.1%和86.7%。蛋白提取率先增大的原因可能是：相較于60目粉體，質量一定的條件下40目粉體中含有較多的水溶性糖分、淀粉、纖維素等成分，這些成分在水中會膨脹，此時當酸調節(jié)至等電點時部分酸用來分解這些物質，致粘液型多糖增加，以及糖蛋白的存在且在一定溫度的加持下都會提高溶液的粘度，引發(fā)分子擴散速率較低，體系分散不均勻，部分蛋白并沒有達到等電點集聚沉降下來，導致提取率低，這也是低于80目粉體的原因。蛋白提取率后減小的原因可能是：一方面，蛋白主要儲存于水相中的白蛋白和不溶性沉淀物中的球蛋白，在提取的過程中，球蛋白中存在較高含量的芳香族和疏水性殘基，白蛋白中二硫鍵較少從而形成更加開放的結構，在等電點pH和樣品濃度值下，水溶性蛋白質的溶解度和起泡能力均顯著高于球蛋白，球蛋白具有更多的二硫鍵產生剛性結構，減少芳香族氨基酸的暴露，在磨粉剪切力的作用下粒徑的減小，使細胞壁破碎程度加大，表面積增大，蛋白分子的構象發(fā)生改變，分子立體結構變得伸展，氫鍵和疏水鍵的斷裂，分子結構變得疏松，蛋白質親水基團更大的暴露，使蛋白質分子表面具有相同的電荷，有利于蛋白分子與非蛋白分子的運動及其相互作用，一部分球蛋白轉變?yōu)樗苄缘鞍?，可溶性蛋白的增多增大了球蛋白在水相中的溶解度，導致蛋白提取率的降低；另一方面，隨著粒徑的減小，酸液會破壞蛋白質的生物活性，使其部分發(fā)生氧化、變性、發(fā)生美拉德反應，導致蛋白質提取率的降低；酸液也可引起脫氨、脫酸、引起胱賴反應，肽鍵斷裂，蛋 白中11S組分因酸水解引起消旋作用，對蛋白的理化特性造成不良影響。

3 結論

火麻仁蛋白是優(yōu)質食物蛋白質資源，必須氨基酸含量豐富，營養(yǎng)價值高且具有多種生理活性。本文采用的兩次酸提法提取蛋白、不同粒徑對蛋白提取率和含量的影響以及引進整套低溫萃取設備對原料更徹底的脫脂預處理工藝均被研究。結果表明：原料預處理工藝的改進對提高蛋白提取率和含量有顯著的改善；與單次酸提相比，雙重酸提有助于增強提取，且蛋白質的純度與質量有明顯的提高，其提取率和含量分別為68.1%、86.7%；60目脫脂粉體的提取率和含量均要優(yōu)于120目、100目、80目、40目，且粉體粒徑太小并不利于工業(yè)化離心分離，造成蛋白質不必要的浪費。