（食品科学专业论文）玉米黄粉中蛋白提取及应用研究.pdf

摘要 本课题以玉米黄粉为原料，研究了玉米黄粉中蛋白提取及应用。通过单因素试验和响应曲面 法，优化了玉米黄粉酶解提取浓缩蛋白工艺、超声醇提玉米醇溶蛋白工艺和碱提与玉米谷蛋白工 艺。研究了玉米谷蛋白功能性质。通过单因素试验和响应曲面法，优化了玉米谷蛋白凝胶制备工 艺和可食玉米醇溶蛋白膜制备工艺。主要研究结果如下： 1 、通过单因素试验和响应曲面法，优化了采用低温洳淀粉酶酶解提取玉米黄粉浓缩蛋白的条 件，确定的酶解玉米黄粉提取浓缩蛋白的最佳工艺条件是料液比为1 ：4 、酶用量3 6 u g 玉米黄粉、 温度4 0 、时间9 0 m i n 、p r i 值6 2 ，该条件下玉米黄粉浓缩蛋白纯度达到7 8 9 6 ，得率为8 0 1 3 。 2 、通过单因素试验和响应曲面法，优化了从玉米黄粉浓缩蛋白中超声醇提玉米醇溶蛋白的工 艺，超声醇提玉米醇溶蛋白的最佳工艺条件：温度5 0 、时间7 0 m i n 、乙醇浓度为7 0 、p h 值1 2 、 料液比( g m 1 ) 1 ：8 。该条件下玉米醇溶蛋白提取率为4 5 0 3 ，纯度达到9 2 6 0 9 6 。 3 、通过单因素试验和响应曲面法，优化了玉米黄粉中谷蛋白的提取工艺，玉米谷蛋白提取的 最佳工艺条件为：料液比( g m 1 ) 1 ：1 4 、时间1 1 3 m i n 、n a o h 浓度0 6 、温度5 4 。该条件下，玉米谷 蛋白提取率为5 0 7 9 ，纯度为8 6 5 7 。 4 、对谷蛋白功能性质进行了测定，并与大豆分离蛋白的相关性质进行了比较，结果表明：玉 米谷蛋白具有良好的吸水性、持油性、湿润性、凝胶性；但持水性较差，乳化能力略低于大豆分 离蛋白。 5 、通过单因素试验和响应曲面法，优化了玉米谷蛋白凝胶制备工艺。以加热温度、加热时间、 氯化钠添加量为因素，以凝胶硬度、内聚性、胶凝性和咀嚼性为响应值对实验进行响应面设计， 建立了凝胶硬度、内聚性、胶凝性和咀嚼| 生的回归模型，优化得到最佳工艺条件为加热温度9 1 3 3 、 加热时间6 4 0 4 m i n 、氯化钠添加量8 2 5 。 6 、通过单因素试验和响应曲面法，优化了可食玉米醇溶蛋白膜制备工艺。以乙醇浓度、固液 比、油酸用量和膜液加热温度为因素，以断裂伸长率( e ) 、拉伸强度( t s ) 、水蒸气透过系数( w v p ) 为响应值对实验进行响应面设计，建立了断裂伸长率但) 、拉伸强度( t s ) 、水蒸气透过系数( w v p ) 的回归模型，优化得到最佳工艺条件为乙醇浓度( v v ) 8 2 、固液比( g m 1 ) 1 ：1 0 、油酸用量0 5 m l g 玉 米醇溶蛋白、膜液加热温度7 0 。 关键词：玉米黄粉；浓缩蛋白；玉米醇溶蛋白：玉米谷蛋白g 凝胶；可食性玉米醇溶蛋白膜 河南农业大学硕士学位论文 s t u d yo ne x t r a c t i o na n da p p l i c a t i o no fp r o t e i nf r o m c o r ng l u t e nm e a l s u p e r v i s o r ：a s s o c i a t ep r o fl im e n g q i n m a s t e rc a n d i d a t e ：l iy u n g a n g a b s t r a c t ：t h i sp a p e rs t u d i e do ne x t r a c t i o na n da p p l i c a t i o no f p r o t e i nf r o mc o r ng l u t e n m e a l o p t i m i z e dt h et e c h n o l o g yo fe n z y m a t i ce x t r a c t i o no fc o n c e n t r a t e dp r o t e i nf r o mc o r n g l u t e nm e a l ，u l t r a s o n i ca l c o h o le x t r a c t i o no fz e i nf r o mc o r ng l u t e nm e a lc o n c e n t r a t e dp r o t e i n , a n dt h ee x t r a c t i o no fg l u t e l i nf r o mc o r ng l u t e nm e a lb ym o n o f a c t o re x p e r i m e n ta n d r e s p o n s e $ u l m a c em e t h o d o l o g y t h ef u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fg l u t e l i nw e ni n t r o d u c e di nt h i s p a p e r o p t i m i z e dt h eg e lp r e p a r a t i o no fc 0 1g l u t e l i na n de d i b l ez e i nf i l m sb ym o n o - f a c t o r e x p e r i m e n ta n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h em a i nr e s u l t sw e r es t a t e da sf o l l o w s ： 1 o p t i m i z e dt h et e c h n o l o g yo fe n z y m a t i ce x t r a c t i o no fc o n c e n t r a t e dp r o t e i nf r o mc 0 1 g l u t e nm e a lb ym o n o - f a c t o re x p e r i m e n ta n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h er a t i oo fs o l i dt ol i q u i d1 ：4 ，3 6 u a - a m y l a s e gc g ma t4 0 。ca n dp h6 2f o r 9 0 m i n u n d e rt h i sc o n d i t i o n , t h ep u r i t yo fc g mc o n c e n t r a t e dp r o t e i nr e a c h e d7 8 9 6 ，a n d t h ey i e l dw a s8 0 1 3 2 o p t i m i z e du l t r a s o n i ca l c o h o le x t r a c t i o no fz e i nf r o mc o r ng l u t e nm e a lc o n c e n t r a t e d p r o t e i nb ym o n o f a c t o re x p e r i m e n ta n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h er e s u l t ss h o w e d t h a tt h er a t i oo fs o l i dt ol i q u i d1 ：8 ，e t h a n o lc o n t e n tw a s 7 0 ，p h12a n du l t r a s o n i ct e m p e r a t u r e w a s5 0 f o r7 0 m i n u n d e rt h i sc o n d i t i o n , t h ey i e l do fz e i nr e a c h e d4 5 0 3 ，a n dt h ep u r i t y w a s9 2 6 0 3 o p t i m i z e dt h e e x t r a c t i o no fg l u t e l i nf r o mc o r ng l u t e nm e a lb ym o n o - f a c t o r e x p e d m e ma n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h er a t i oo fs o l i dt o l i q u i d1 ：14 ，n a o hc o n t e n tw a so 6 ，a n de x t r a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s5 4 # cf o rl 13 m i n u n d e rt h i sc o n d i t i o n ，t h ey i e l do fg l u t e l i nr e a c h e d5 0 7 9 ，a n dt h ep u r i t yw a s8 6 5 7 4 s o m em a j o rf u n c t i o n a lp r o p e r t i e so fg l u t e l i nw e r ed e t e r m i n e da n dc o m p a r e dw i t ht h a t o ft h es o y b e a np r o t e i ni s o l a t e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h eg l u t e l i nw a sg o o di nh u m i d i t y ， w a t e ra d s o r p t i o n ，f a tr e t e n t i o na n dg e l a t i n i z a t i o ns t a b i l i t y ；a n dp o o r e ri nw a t e rr e t e n t i o n ；b u t e m u l s i f i c a t i o na n de m u l s i f i c a t i o ns t a b i l i t yw a ss l i g h t l yl o w e rt h a nt h a to fs o y b e a np r o t e i n i s o l a t e s 5 o p t i m i z e dt h eg e lp r e p a r a t i o no fc o r ng l u t e l i nb ym o n o f a c t o re x p e r i m e n ta n d r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h ee f f e c t so ft h eh e a t i n gt e m p e r a t u r e ，h e a t i n gt i m ea n d a d d i t i v ea m o u n t so fn a c lo nt h er e s p o n s eo ft h eg e lh a r d n e s s ，c o h e s i v e n e s s ，毋m l m i i l e s sa n d c h e w i n e s sw e r es t u i e db yr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r s w e r eo b t a i n e da s h e a t i n gt e m p e r a t u r e9 1 3 3 ，h e a t i n gt i m e6 4 0 4 m i n , a n da d d i t i v e 4 5 河南农业大学硕士学位论文 m o u n t so fn a c l8 2 5 6 o p t i m i z e dt h ee d i b l ez e i nf i l m sb ym o n o f a c t o re x p e r i m e n ta n dr e s p o n s es u r f a c e m e t h o d o l o g y 低e f f e c t so ft h ee t h a n o lc o n t e n t , r a t i oo fs o l i dt ol i q u i d ，o l e i ca c i d c o n c e n t r a t i o na n df i l ml i q u i dh e a t i n gt e m p e r a t u r eo nt h er e s p o n s eo ft h et e n s i l es t r e n g t h ( t s ) ，e l o n g a t i o na tb r e a k ( e ) a n dw a t e rv a p o rp e r m e a b i l i t y ( w p v ) w e r es t u d i e db yr e s p o n s e s u r f a c e m e t h o d o l o g y 1 1 1 eo p t i m u mp r o c e s sp a r a m e t e r s w e r eo b t a i n e da s e t h a n o l c o n t e n t ( v v ) 8 2 ，r a t i oo f s o l i dt ol i q u i d1 ：1 0 ，o l e i ca c i dc o n c e n t r a t i o n0 5 m l gz e i n ，a n df i l m l i q u i dh e a t i n gt e m p e r a t u r e 7 0 k e yw o r d s ：c o r ng l u t e nm e a l ；c o n c e n t r a t e dp r o t e i n ；c o r nz e i n ；c o r ng l u t e l i n ；g e l ；e d i b l e z e i nf i l m s 河南农业大学学位论文独创性声明、使用授权及知识产权归属承诺书 学位论 学位 文题目 玉米黄粉中蛋白提取及应用研究 硕士 级别 学生 李运罡 学科导师 姓名专业 食品科学李梦琴 姓名 学位论文 如需保密，解密时间年月日 是否保密 独创性声明 本人呈交论文是在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果，除了文中特别加 以标注和致谢的地方外，文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为 获得河南农业大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，指导教师对此进行了 审定。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明，并 表示了谢意。 研究生签名：显李良显签名导师签名乏罗轸 日期：面吖年f 月日 日期：口7 年莎月，日 学位论文使用授权及知识产权归属承诺 本人完全了解河南农业大学关于保存、使用学位论文的规定，即学生必须按照学校 要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷本和电子版本， 并提供目录检索和阅览服务，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。本人同意河南农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或 本人完全了解河南农业大学知识产权保护办法的有关规定，在毕业离开河南农 业大学后，就在校期间从事的科研工作发表的所有论文，第一署名单位为河南农业大学， 试验材料、原始数据、申报的专利等知识产权均归河南农业大学所有，否则，承担相应 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书。 矿。一一1 碱蝼各事龌翮签谚够靴册摊2 l 嚣离 日期：甜。侔e 月j 口日日期：罗年多月，f 日 日期：年月日 致谢 当我从踏入河南农业大学时，命运便把我和这片宁静的校园紧紧地拴在了一起， 一晃便是三年，我很庆幸这段最美好的青春年华都留在了母校。在论文付梓之时，借 此机会对所有曾经帮助过我的师长、亲人、同学、朋友表达我发自内心的深深谢意! 师恩永难忘! 本研究是在尊敬的导师李梦琴副教授的悉心指导下完成的，无论是 研究方向和试验方案的确定、试验研究的实施，还是论文的撰写与修改，无不倾注了 导师的心血和智慧。三年来，恩师李梦琴副教授在学术上的谆谆教诲、严格要求和生 活上无微不至的关怀和帮助，令我终生难忘。恩师渊博的知识、严谨的治学态度、敏 锐开阔的思维方式、正直而又高尚的人格深深地感染着我，对我今后的学习和工作产 生深远的影响。在此论文完成之际，感谢恩师三年来在学术上的指导和生活中无微不 至的关心，使我度过了繁忙而充实的、难忘而有意义的研究生活，谨向恩师致以最诚 挚的感谢和敬意! 本研究最终得以顺利完成，也是与食品科学技术学院其他老师的帮助分不开的， 虽然他们没有直接参与我的论文指导，但在开题时以及试验中也给我提供了不少的意 见，提出了一系列可行性的建议，在此向他们表示深深的感谢! 感谢同窗，向食品科 学技术学院的师兄妹对我的支持与帮助致以由衷的感谢。感谢食品科学技术学院的各 位领导和老师的教导! 谨借此机会向所有关心和帮助过我的领导、老师和同学们表示 诚挚的谢意i 衷心感谢单位的领导与同事们，是他们给予我更多的工作与学习上的支持与帮助。 衷心感谢答辩委员会的各位老师们，你们百忙之中抽出时间来审阅论文，为我指 点迷津。 对我学业最支持的当然是父母，感谢你们竭尽所能地为我提供良好的学习环境， 给予了我健康的体魄，诚朴正直的品质，这些都是我受益终身的财富。我亲爱的妹妹 和弟弟，感谢你们对哥哥的爱，你们是我最大的牵挂与希望。感谢大爷和所有亲人们 给予我成长的关怀，祝你们永远健康平安。 李运罡 2 0 0 9 年6 月 河南农业大学硕士学位论文 1 文献综述 1 1 玉米黄粉蛋白的性质 玉米黄粉是玉米淀粉湿法生产工艺的主要副产品，富含蛋白质。玉米黄粉口感粗糙，水溶性 差，具有特殊的气味和色泽，尤其是赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸的缺乏而影响了其在食品工业 的应用，因此常常作饲料。目前，玉米黄粉蛋白的提取主要是玉米醇溶蛋白的提取，提取方法多， 但普遍存在收率低、提取周期长、成本高n 1 等缺点。因此，研究玉米黄粉蛋白成分提取、探索应用 新领域，将提高玉米黄粉的综合利用价值。 玉米黄粉蛋白根据其溶解性的不同，主要分为玉米醇溶蛋t k z e i n , 6 8 ) 、谷蛋白( g l u t e l i n , 2 8 ) 、 球蛋白( g l o b u l i n s ，1 2 ) 和白蛋白( a l b 岫蛐嘲。玉米黄粉中淀粉和蛋白质结合紧密口1 ，环绕淀粉团粒 的基质是由谷蛋白组成，玉米黄粉蛋白中含量最高的玉米醇溶蛋白是以球状体形式埋在谷蛋白的 基质中。玉米黄粉蛋白水解后的异亮氨酸( i l e ) 、亮氨酸( l e u ) 、缬氨酸( v a l ) 和丙氨酸( a l a ) 等疏水性氨基酸和脯氨酸( p r o ) 、谷氨酸( g i n ) 等含量很高，很少含赖氨酸( l y s ) 、色氨酸( t r p ) 必需氨基酸h 1 ，这种独特的氨基酸组成在植物蛋白中是很少见的，可以作为一种非全价蛋白与其他 蛋白复配，进行氨基酸互补。玉米醇溶蛋白具有良好的成膜性而成为近年来学者研究的热点。玉 米谷蛋白中含有大量的谷氨酰胺，其在生物体代谢过程中具有重要的地位。因此，利用玉米黄粉 蛋白的特性和特殊的氨基酸组成，开发高附加值的蛋白产品可广泛用于食品、保健品等领域，是 综合提高玉米黄粉利用价值的有效途径。 1 1 1 玉米醇溶蛋白 玉米醇溶蛋白英文名称为z e i l l 。自戈勒姆( g o t h a m ) 用7 0 乙醇水溶液从玉米中提取出醇溶蛋 白以来，学者不断地对其生物特点、结构和分子形状等进行研究。玉米醇溶蛋白不溶解于水、无 水醇类，但可以溶解于体积分数为6 0 - - 9 5 的醇类水溶液中，也溶于十二烷基硫酸钠( s d s ) 水溶 液。张钟和齐爱云哺1 研究了玉米醇溶蛋白和大豆分离蛋白的相关性质，研究表明：玉米醇溶蛋白的 吸水性低于大豆分离蛋白，但高于酪蛋白；玉米醇溶蛋白具有较好湿润性、吸油性、凝胶性，较 弱的持水力和乳化性，一定的乳化稳定性，粘度随时间增加而增大。 m c k i n n e y 哺1 将玉米醇溶蛋白分为q z e i n ，b z e i n 两类。a - z e i n 可溶于9 5 乙醇，1 3 z e i n 溶 于6 0 乙醇而不溶于9 5 乙醇，相对不稳定，易沉淀和凝固。玉米醇溶蛋白是由平均分子量为2 5 0 0 0 - 4 50 0 0 的蛋白质组成的混合物，玉米醇溶蛋白分子中氨基酸比较特殊且含量不均匀，富含含 硫氨基酸，蛋白质分子间以较强的二硫键、疏水键相连，这种性质决定了玉米醇溶蛋白具有独特 的营养价值、生理功效以及良好成膜性。 t a t h a m h l 等人研究发现玉米醇溶蛋白分子轴径比为2 8 ：1 或7 ：l ，具有棒状或扁长椭圆结构。郭 云昌等人阳1 研究发现：在乙醇溶液里，醇溶蛋白以球状颗粒结构存在，颗粒大小在5 0 1 5 0 n m 之 间，在云母表面醇溶蛋白形成了比较均匀的网状结构，认为这种良好的网状结构是醇溶蛋白成膜 的结构基础。 玉米醇溶蛋白( z e i n ) 是玉米黄粉中的主要储藏蛋白，约占玉米黄粉蛋白含量的6 8 。玉米醇 溶蛋白因缺乏赖氨酸、色氨酸等必须氨基酸而降低了其营养价值，不溶于水而限制了其在食品中 河南农业大学硕士学位论文 的应用。而玉米醇溶蛋白具有独特溶解特性、耐热性、成膜性和抗氧化性，可用于防潮、隔氧、 抗紫外线、保鲜、防静电等，还有一定抑菌作用，是理想的天然营养保鲜剂例。因此，玉米醇溶蛋 白在医药、食品工业中是极具开发潜力的包装材料和药物辅料。 1 1 2 玉米谷蛋白 玉米谷蛋白的英文名称为g l u t e n 。玉米谷蛋白不溶于水、中性盐溶液以及乙醇溶液，溶于稀酸 和稀碱溶液，加热后凝固。玉米谷蛋白是由大约2 0 种分子量范围为1 1 0 0 0 1 2 70 0 0 的不同蛋白质亚 单元通过二硫键结合组成的巨大而复杂的蛋白质分子n 。谷蛋白含大量酰胺基氨基酸，如天门冬酰 胺和谷氨酰胺，其谷胺酰胺含量约占总氨基酸的1 3 1 1 。谷氨酰胺是构成蛋白质的氨基酸，又是含氮 物质的来源，能维持人体肠道机能、改善酸碱平衡失调、提高机体对应激的适应性和机体免疫能 力等生物体代谢过程中具有重要的作用n 幻。因此，谷蛋白可作为天然药物和保健食品的营养剂， 或作为一种新型的食品添加剂添加到其它食品中，大大提高玉米黄粉蛋白的综合利用率。 1 1 3 玉米白蛋白和球蛋白 玉米白蛋白溶于水，球蛋白不溶于水而溶于稀盐溶液。玉米黄粉中白蛋白和球蛋白在玉米湿 法浸泡过程中很快溶解，在玉米黄粉中的含量很低，但由于玉米白蛋白和球蛋白的氨基酸组成中 含有较少量的谷氨酸和脯氨酸、较多的赖氨酸和精氨酸，具有较高的生物学价值，因此玉米白蛋 白和球蛋白也具有很好的营养价值。 1 2 玉米黄粉蛋白提取 玉米黄粉中淀粉含量大约为1 5 且与蛋白质结合紧密，另外还含有玉米黄色素、少量的脂类， 因此玉米黄粉蛋白提取一般要先进行脱色除味、脱脂、脱淀粉处理。 玉米白蛋白和球蛋白根据其溶解特性不同采用不同的方法提取。白蛋白利用其水溶性来提取， 球蛋白利用其溶于稀盐溶液来提取。玉米黄粉蛋白提取主要是提取玉米醇溶蛋白和谷蛋白，提取 方法主要是利用玉米醇溶蛋白和谷蛋白独特的溶解性，但为了提高提取率和纯度也可以采用其它 辅助提取方法。 1 2 1 玉米醇溶蛋白提取 玉米醇溶蛋白的提取方法有：有机溶剂提取法、超声波提取法、超临界c o z 提取法等方法。 1 。2 1 1 有机溶剂提取法 玉米醇溶蛋白具有独特的溶解性，易溶于乙醇、异丙醇、丙酮等有机溶剂。工艺流程一般先 将玉米黄粉预处理，再用一定浓度的有机溶剂萃取，然后离心得到浸泡液，将浸泡液调节p h 值使 蛋白沉淀，洗涤沉淀数次后再干燥即可得到玉米醇溶蛋白产品。 异丙醇法n 3 1 提取的玉米醇溶蛋白所得产率大、有异味、纯度低；乙醇法n 町提取玉米醇溶蛋白 所得产品纯度高、颗粒均匀、分散性好、气味明显低于原料玉米黄粉；丙酮一乙醇法u 副提取玉米醇 溶蛋白所得产率较高、纯度高、异味低、有机溶剂耗用量有所降低。 总之有机溶剂提取玉米醇溶蛋白，玉米黄色素和脂类物质存在而影响到产品的纯度和色泽。 有机溶剂提取法提取时间长、溶剂耗用量大、萃取溶剂损失率高，溶剂回收成本高。 几种不同有机溶剂提取玉米醇溶蛋白的工艺流程如下： 2 河南农业大学硕士学位论文 ( 1 ) 异丙醇法提取玉米醇溶蛋白工艺 玉米黄粉一预处理一7 0 异丙醇浸泡一离心一提取液一调节p h 值一离心一洗涤沉淀一真空干 燥一粉碎一成品 ( 2 ) 乙醇法提取玉米醇溶蛋白工艺 玉米黄粉一预处理- - * 9 5 乙醇浸泡一加水稀释为6 0 乙醇液一离心一提取液一调节p h 值一离心 一洗涤沉淀一真空干燥一粉碎一成品 ( 3 ) 丙酮一乙醇法提取玉米醇溶蛋白工艺 玉米黄粉_ 预处理一丙酮浸泡一离心_ 提取液一7 0 乙醇浸泡_ 玉米醇溶蛋白粗制品_ 调节 p h 值后乙醇液浸泡一离心_ 提取液一盐析_ 洗涤沉淀- 成品 1 2 1 2 超声波辅助提取 黄国平等人n 们研究了采用超声波技术提取玉米醇溶蛋白，提高了提取率和纯度，该方法与常 规法相比，具有提取时间短、效率高、温度低、工艺简单等优点；但是由于玉米黄色素的存在影 响了玉米醇溶蛋白的色泽，因此先用9 5 的乙醇超声波浸提脱色后再超声波提取。张秋荣等人n 刀 对超声波萃取醇溶蛋白技术做了改进，所得产品纯度较高。而玉米黄粉中一些脂类物质影响醇溶蛋 白的纯度，先用乙醚对玉米黄粉进行脱脂处理，然后再超声波提取得到高纯度的玉米醇溶蛋白。 超声波提取玉米醇溶蛋白的工艺流程如下u 们。 玉米黄粉一预处理一超声浸提脱色一脱色玉米黄粉一调节p h 值一超声提取一离心一提取液一 冷水稀释乙醇体积分数4 0 一调节p h 值一洗涤沉淀一真空干燥一粉碎一成品 超声波是一种弹性机械波，利用超声波振动产生的能量可以改变物质组织结构、状态、功能 来强化提取作用。超声波法具有提取率高、纯度高、耗时短、操作简单等优点，产品可以直接应 用于食品工业，是较适合于目前工业化生产的提取方法。 1 2 1 3 超临界c 0 z 萃取 王大为等人n 町研究了超临界c 0 z 萃取玉米醇溶蛋白的工艺，优化的玉米黄粉进行超临界c o z 萃取 玉米醇溶蛋白的最佳条件为：萃取压力2 5 m p a ，萃取温度4 5 ，提取时间1 0 0 m i n ，萃取剂流量3 0 l h 。 超临界c 0 z 萃取玉米醇溶蛋白具有高效，无污染，无萃取剂残留等优点，而且能起到脱色、脱脂、 除异味等作用，但其设备昂贵，维护费用高，目前工业化生产还有一定的困难。超临界c 0 z 萃取法 提取玉米醇溶蛋白工艺流程如下u 射。 玉米黄粉一超临界c 0 2 脱脂脱色脱杂- - * 5 0 水浸泡一离心一7 5 乙醇溶液6 0 浸泡2 h 一稀释 乙醇浓度一调节p h 值至等电点一盐析一水洗离心一干燥一成品 1 2 1 4 膜分离技术 利用膜分离技术分离玉米醇溶蛋白可以在得到高提取率和高纯度的玉米醇溶蛋白的同时浓缩 溶液、回收溶剂。虽然膜分离技术耗能少、操作成本低，且得到的玉米醇溶蛋白纯度高、质量好， 但当今其投资成本和生产成本高。由于膜分离技术自身的技术特点，以及随着中国膜分离设备适 用性研究的进一步深入，膜分离技术在食品工业中将有巨大的应用前景。 玉米黄粉中蛋白组分性质差异较大，提取方法也不尽相同。对于醇溶蛋白采用超声波乙醇提 3 河南农业大学硕士学位论文 取法，其具有提取率高、纯度高、耗时短、操作简单等优点，产品可以直接应用于食品加工，是 较适合于目前工业化生产的提取方法。膜分离技术应用有待于进一步优化工艺，其在不远的将来 也会在工业化生产中得到应用。超声波辅助碱法提取玉米谷蛋白，具有提取率和纯度较高，提取 时间短的优点，是一种值得深入研究并将其应用于工业化的方法。 1 2 2 制备玉米谷蛋白 玉米谷蛋白不溶于水、中性盐溶液以及乙醇溶液，溶于稀酸和稀碱溶液。因其特殊的溶解性 可以利用稀碱液浸提玉米谷蛋白。 郭兴凤等人钔以玉米黄粉为原料，先用乙醇溶液浸提玉米醇溶蛋白，滤饼水洗后再用碱溶液 浸提玉米谷蛋白，离心分离后取上清液，再调节p h 值沉降蛋白，水洗干燥后可得玉米谷蛋白。玉 米谷蛋白提取工艺流程如下n 们。 醇溶蛋白 t 玉米黄粉一乙醇溶液浸提一水洗一碱液浸提一分离一调节p h 值一沉降一水洗一干燥一成品 超声波辅助法来提取玉米谷蛋白，以玉米黄粉为原料，加入乙醇溶液后利用超声波浸提除去 玉米醇溶蛋白，再用稀碱溶液浸提玉米谷蛋白。超声波辅助法提取玉米谷蛋白的提取率和纯度较 高，提取时间短，优于直接利用碱溶液提取，是一种值得深入研究并将其应用于工业化的方法。 超声波辅助法提取玉米谷蛋白工艺流程如下。 醇溶蛋白 玉米黄粉一预处理一乙醇溶液一超声浸提一离心一沉淀一碱液浸提一离心一上清液一调节等 电点一离心一干燥一成品 1 2 3 蛋白质组分连续累进提取 根据玉米黄粉蛋白质溶解性不同的特性，用玻璃交换柱来连续累迸提取蛋白，先用水浸提出 白蛋白，再用盐液浸提出球蛋白，然后用乙醇液浸提出玉米醇溶蛋白，最后用稀碱液浸提出玉米 谷蛋白。该方法具有蛋白组分提取充分、操作简单、生产成本低、可以连续循环提取且经济效益 好等优点，是玉米黄粉蛋白提取的一种新研究方向。 玉米黄粉中蛋白质的提取由于各组分性质差异较大，采用不同的溶剂，辅助现代手段分步提 取各组分是一种有效方法，然后分别根据各蛋白组分的性质应用于不同的方面，是玉米黄粉中蛋 白质提取利用的新研究方向。 1 3 可食性玉米醇溶蛋白膜 玉米醇溶蛋白特殊的氨基酸组成可使其制成的薄膜在无需添加任何添加剂的情况下具有良好 的阻湿性和阻氧性，在添加增塑剂增塑后具有良好的机械性能。玉米醇溶蛋白制成的膜具有防潮、 隔氧、抗紫外线、保香、不透油、防静电，透明有光泽等特性，对细菌有一定的抑制作用，能延 长食品的货架寿命啪1 ，也可被微生物及肠类酶分解，具有生物可降解性，成膜后在酸性条件下稳 定，在中性及碱性条件下不稳定，具有肠溶性( 溶于肠而不溶于胃) 口。玉米醇溶蛋白膜的耐水 河南农业大学硕士学位论文 性和耐脂性强、安全性高，在高温、高湿条件下稳定性良好。如黄国平和杨晓泉啪1 通过试验证实， 玉米醇溶蛋白具有作为肠溶药物或保健品包材的可能性。因此，玉米醇溶蛋白是一种优质的可食 性蛋白成膜材料，对玉米醇溶蛋白成膜性的研究以及开发可食性包装薄膜，将在食品、医药和农 业工程等领域作为一种新型的包装材料取代塑料包装材料而具有良好的应用前景。 1 3 1 可食性玉米醇溶蛋白膜的成膜机理 玉米醇溶蛋白是由平均相对分子质量为2 5 ，0 0 0 - 4 5 ，0 0 0 的蛋白质组成的混合物，由于其氨基酸 末端带有亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸等非极性憎水基团而具有较强的疏水能力，分子中富含含硫氨 基酸及疏水基酸，蛋白质分子间以较强的二硫键、疏水键相连，这是玉米醇溶蛋白易于成膜的基 础口引。成膜液涂布以后，随着乙醇的挥发、薄膜脱水、干燥，使得形成膜液中蛋白质浓度增大， 当浓度超过一定值时，蛋白质凝聚，分子间形成维持薄膜网络结构的氢键、二硫键及疏水键，玉 米醇溶蛋白膜形成阱1 。 1 3 2 可食性玉米醇溶蛋白膜的制膜工艺和评价指标 1 3 2 1 制膜工艺流程 称取玉米醇溶蛋白，按照一定比例加入溶剂，摇匀后放入恒温水浴中加热充分溶解，加入增 塑剂后继续加热使之混合均匀，取膜液涂于成膜介质上，在一定温度下干燥成膜。揭膜后在恒温 恒湿的环境中平衡4 8 h ，裁成标样对膜的性能进行测定。 1 3 2 2 膜性能的评价指标 玉米醇溶蛋白膜的性能测定指标有拉伸强度( t s ) 、断裂伸长率( e ) 和透湿性( w v p ) 、透 光性、水溶性以及感官检验法( 成膜的速度、膜色泽及完整率等) 。学者由于研究的目的不同而 对膜性能的测定也不一样，多数学者着重于单一测定指标膜机械性能的研究，如刘雪雁等口副研究 了玉米醇溶蛋白膜形成条件对膜性能( 透明度、抗拉强度、透湿性) 影响。可食性包装薄膜要求 具有良好的阻湿性特性及机械性能，因此，研究玉米醇溶蛋白膜的综合性能应以阻湿性性能、机 械性能为主要指标。膜性能的测定指标将从单一的评价指标向更能体现包装膜综合性能的多项评 价指标方向发展。 1 3 3 可食性玉米醇溶蛋白膜的影响因素 1 3 3 1 溶剂种类的选择 由于玉米醇溶蛋白可以溶解于不同种类的醇中，因此，玉米醇溶蛋白溶剂的选择成为成膜影 响因素之一。杜伟成等乜钔选择乙醇、乙二醇、丙二醇作为溶剂来观察玉米醇溶蛋白的溶解性，同 时考虑到节约溶剂及食用安全性得出结论是乙醇作为溶剂稍好些。姚晓敏等砼0 1 选择不同的溶剂来 溶解玉米醇溶蛋白，和杜伟成衄4 3 得出相同的结论。由于使用乙醇作为具有节约、食用安全等特点， 所以，乙醇作为制备可食性玉米醇溶蛋白膜的首选溶剂。 1 3 3 2 溶剂浓度 玉米醇溶蛋白的成膜性与乙醇浓度有很大关系，同时考虑到玉米醇溶蛋白可溶解于6 0 9 5 的乙醇溶液，因此乙醇浓度选择在此范围内较好。杜伟成妇劓、姚晓敏比和黄国平乜们分别用不同的 试验方法得出了相近的结论：玉米醇溶蛋白成膜的最优乙醇浓度是8 0 ，当乙醇浓度小于或等于 5 河南农业大学硕士学位论文 6 0 以及大于9 0 时均不成膜。 1 3 3 3 溶剂用量 溶剂用量主要用固液比或玉米醇溶蛋白浓度来表示方法。将定量的玉米醇溶蛋白分别溶于不 同体积的8 0 乙醇溶液，对成膜后的性能进行测定。姚晓敏等踟以感官检验法( 成膜速度、膜色 泽及完整率) 作为测定标准，发现乙醇用量的增加使抗拉强度下降，使揭膜过程中完整率下降， 根据揭膜完整率来选择固液比为1 ：1 0 为佳。杜伟成心钔以抗拉强度和透光率( ) 作为测定指标， 得出结论：随着乙醇用量的增加抗拉强度下降，固液比对膜抗拉强度影响大但对膜透光率的影响 小，固液比为1 ：1 0 为佳。黄国平、温其标等船叼考察了玉米醇溶蛋白浓度对抗拉强度和吸水率的影 响，发现玉米醇溶蛋白浓度变化对膜的吸水率影响不大，但对抗拉强度影响大，并结合这两项指 标得出成膜的最佳玉米蛋白浓度为1 0 。溶剂用量对抗拉强度的影响主要是因为：溶剂用量增大 而使玉米醇溶蛋白浓度变小，在蛋白质凝聚时产生氢键、二硫键及疏水键减少从而导致膜的强度 降低；溶剂用量减小时玉米醇溶蛋白浓度变大并逐渐趋于饱和，当溶剂量减小到一定程度时涂膜 液的流动性降低、使干燥速度变快而造成膜的厚度不均。 1 。3 3 4 成膜干燥条件 不同干燥条件对玉米醇溶蛋白成膜性能有一定影响。杜伟成等昭町对恒温干燥箱内成膜、直接 电热辐射成膜和自然风干成膜三种不同条件下的成膜性能进行比较，另姚晓敏等瞳们则对恒温干燥 箱内成膜、微波炉内干燥成膜和自然风干成膜三种不同条件下的成膜性能进行比较，两研究者得 出相同的结论是恒温干燥箱内成膜是最好的。不同条件下的成膜性能见表1 1 。 目前，国内外相关玉米醇溶蛋白膜的成膜干燥条件基本上是采用烘箱恒温干燥成膜法。但笔 者在实验中发现恒温水浴干燥成膜优于恒温干燥箱干燥成膜，其优点为：温度恒定，成膜时间更 短，膜均匀呈透明，剥离性更好。 表1 1 不同干燥条件的成膜性能 t a b i e1 1e f f e c to fd i f f e r e n td r y i n gt e n d i t i o n so nt h ep e r f o r m a n c eo ff i m 成膜条件成膜性能 恒温干燥箱内干燥成膜 直接电热辐射成膜 微波炉内干燥成膜 自然风干成膜 温度恒定，成膜时间短，膜均匀，剥离性好 成膜时间短，膜剥离性好，但温度不易控制，膜较不均匀 成膜时间短，膜剥离性好，温度难控制，膜较均匀 膜均匀但成膜时间长 1 3 3 5 成膜介质 玉米醇溶蛋白在不同介质上成膜，成膜性能也不一样。姚晓敏晗们和杜伟成幢鲥分别对不锈钢板、 塑料板和玻璃板三种成膜介质作比较后得出结论是，不锈钢板在三者中最优。黄国平等口们对光滑 玻璃板、光滑塑料板( 主要成为为聚氯乙烯) 、不锈钢板和微波炉圆碟( 成分为p p ，聚丙烯) 四 种成膜介质进行了比较，从制膜的完整性考虑得出结论是微波炉圆碟( 成分为p p ，聚丙烯) 是最 好成膜载体。笔者在试验中发现，聚丙烯、聚苯乙烯材料平盘也是良好成膜介质。玉米醇溶蛋白 膜对常用成膜介质有一定的粘附性、揭膜易破和不易剥离，因此，良好成膜介质是实现玉米醇溶 6 河南农业大学硕士学位论文 蛋白从定性研究向定量研究跨越的关键，而良好成膜介质的发现是定量研究的基础。不同介质上 成膜性能见表1 - 2 表1 2 在不同介质上的成膜性能 t a b i e1 2e f f e c to fd i f f e r e n tm a d i u mo nt h ep e r f o r m a n c eo ff ii m 成膜介质 成膜性能 光滑玻璃板 光滑塑料板( 主要为聚氯乙烯) 不锈钢板 微波炉圆碟( 成分为p p ，即聚丙烯) 成膜慢，膜不均匀，强度差，难剥离 成膜慢，膜不均匀，强度差，难剥离 成膜快，膜均匀，强度差，剥离性差 成膜慢，膜均匀，强度好，剥离性好 1 3 3 6 增塑剂 玉米醇溶蛋白成膜性好，在高温、高湿条件下具有良好稳定性，但纯玉米醇溶蛋白膜脆性大、 易破碎、刚性强，其机械性能还有待进一步提高完善。因此，国内外很多学者尝试使用增塑剂来 改善玉米醇溶蛋白膜性能。 p a r r i s 等阱1 研究了不同配比增塑剂对玉米醇溶蛋白膜阻湿性和拉伸特性影响。l a i 等口蝴1 使用 油酸作为增塑剂来提高玉米醇溶蛋白膜机械特性。同时还研究了棕榈酸和硬脂酸对玉米醇溶蛋白 膜作用。徐丽萍等1 研究了甘油、虫胶以及甘油虫胶混合物增塑对玉米醇溶蛋白膜性能的影响。 黄国平、温其标等乜阳利用油酸、硬脂酸和聚乙二醇( 4 0 0 ) 研究了玉米醇溶蛋白膜增塑改性。由于 成膜条件及膜性能测定指标不同，得到结论不尽相同。因此，田少君等眦1 重点研究了在同一制膜条 件下比较不同增塑剂( 甘油、油酸、乙二醇) 及甘油：聚乙二醇( 4 0 0 ) ( 3 ：1 ) 复合物对玉米醇溶 蛋白膜延伸率和抗拉强度影响，结果发现：添加复合增塑剂蛋白膜延伸率较大、抗拉强度差；甘油 和乙二醇延伸率都较其他两种小得多，但乙二醇抗拉强度比甘油大；添加油酸所制备蛋白膜抗拉 强度较低、延伸率较大，且蛋白膜柔软、有光泽和富有弹性。 由于单种增塑剂种类不同，性质也有较大差异，对玉米醇溶蛋白膜性能影响较大。我们可以 根据不同需要来选择单种增塑剂，也可以选择两种或两种以上增塑剂进行复合增塑，起到弥补单 种增塑剂不足，全面提高膜性能的作用。选择两种或两种以上增塑剂进行复合增塑，是今后玉米 醇溶蛋白膜增塑一个新的发展方向。 1 3 3 7 其它影响因素 膜液加热温度和加热时间也是影响膜性能的影响因素，但未见国内外相关文献报道不同的膜 液加热理温度和加热时间对玉米醇溶蛋白的成膜性能影响。不同的学者采用不同的膜液加热温度 来试验，膜液加热温度在4 0 8 0 c 范围内不等( 如姚晓敏乜们和杜伟成堙们用4 0 c ，徐丽萍等3 用5 0 。c ， 黄国平等乜们用7 0 。7 5 c ，周柏玲等m 1 用8 0 c ) 。笔者认为，膜液加热温度也是影响玉米醇溶蛋白 膜成膜性能因素之一，因适度的加热使蛋白质分子从原来有序紧密结构变为无秩序松散结构，使 原来藏在分子内部巯基和氨基酸侧链残基暴露在分子表面，从而有利于蛋白质分子间或分子内相 互作用，形成较紧密网络结构，对膜性能产生有益的影响。如果膜液加热温度过高，则蛋白质分 子过度变性，造成大量的蛋白质分子链断裂，不利于网络结构形成。笔者在试验中发现，膜液加 7 河南农业大学硕士学位论文 热时间过长，膜液流动性差，有凝集块，其成膜厚度不均、表面粗糙。因此，膜液加热时间也是 影响玉米醇溶蛋白膜成膜性能因素之一。 此外，刘雪雁等啪1 利用响应曲面法研究玉米醇溶蛋白可食性保鲜膜形成条件对其性能影响， 该研究目的不在于寻找一个固定的最佳条件，而是考虑薄膜的应用范围、应用工艺的不同，为选 择适当成膜条件提供可能。因此，玉米醇溶蛋白膜影响因素还需要进一步深入研究及在此基础上 寻找一个固定最佳制膜条件，以期为该领域研究及食用包装更新换代提供理论依据。 由于成膜条件及测定方法不同，得到结论不尽相同。可食性包装薄膜要求具有良好阻湿性特 性及机械性能。因此，研究可食性玉米醇溶蛋白膜形成条件，应以膜的阻湿性能及机械性能为主 要测定指标考察各影响因素对膜综合性能的影响。 1 3 4 可食性玉米醇溶蛋白复合膜及其应用 玉米醇溶蛋白复合膜是以玉米醇溶蛋白为基质同时添加其它物质( 多糖、蛋白质或脂肪酸等) 所制成的，具有复合几种材料各自成膜优点，能更好发挥各种薄膜特殊性能。由于复合膜中成膜 基质的种类、含量不同，膜透明度、机械强度、阻气性、耐水耐湿性表现也不同，因此可以满足 不同食品包装需要。添加增塑剂的玉米醇溶蛋白膜在一定程度上也可以看作是一种复合膜。 由于纯玉米醇溶蛋白存在脆性大、易破碎、刚性强等缺陷，使得玉米醇溶蛋白膜在应用中受 到限制，因此，以玉米醇溶蛋白为基质和其它物质按照一定比例结合来制成复合膜，有利于改善 膜的性能、扩大膜的应用范围、提高膜的商业价值。目前，国内外已报道的有关玉米醇