从脱脂米糠中提取蛋白质和植酸的研究-

1、 从脱脂米糠中提取蛋白质和植酸的研究朱春凤汤冬梅周明达朱春凤,中南大学化学化工学院,410083,湖南长沙中南大学校本部3舍419。汤冬梅、周明达(通讯作者,单位及通讯地址同第一作者。收稿日期:2010-09-20米糠具有丰富的营养成分,且来源丰富,价格低廉,因此开发米糠的营养成分具有很好的实用价值1-2。目前米糠蛋白的提取方法主要有碱法和酶法,传统碱法在高pH 值下得到米糠蛋白容易变性3;采用酶法4-5避免了这一缺点,酶法具有反应条件温和、时间短、消耗量少等优点。植酸的提取方式主要是酸浸取法6-7,但该方法浸提时间长,工艺路线长,且生产费用高。目前,尚未有文献报道从米糠中同时提取蛋白和植酸,

2、因此本文采用超声结合酶法,利用超声的空化效应促进米糠中有效成分的溶出,以克服传统酶法蛋白提取率低、植酸浸提时间长等缺点,结合酶法提高植酸和蛋白质的提取量,能更多地保留蛋白质营养价值,降低生产成本,为米糠中营养成分的同时开发开辟了新的途径。1实验材料与方法1.1原料与试剂脱脂米糠(市售;纤维素酶(cellulase :杰辉生物科技有限公司,活力单位400/mg ;木瓜蛋白酶(pa -pain :杰辉生物科技有限公司,活力单位800/mg ;果胶酶(pectinase :杰辉生物科技有限公司,活力单位500/mg ;其它试剂:均为分析纯。1.2仪器高速组织捣碎机,搅拌器,恒温水浴锅,离心机,pH

3、计,离子交换柱,超声波发生器,抽滤装置,浓缩仪,紫外-可见分光光度计。1.3实验方法称取脱脂米糠20g 于烧杯中,根据料液比1:10(W :V 加自来水,搅拌均匀,放入超声器中超声30min ,然后依据三种酶调适当的pH 值和温度(T ,加入一定量的酶,恒温2h 后,过滤,收集滤液定容至250ml ,测定蛋白质9,在100下加热30min 使蛋白质变性10后,测定植酸11。2结果与讨论实验条件:米糠20g ,料液比1:10,超声时间30min ,摘要:以脱脂米糠为原料,研究果胶酶、纤维素酶、木瓜蛋白酶在超声辅助下对米糠蛋白和植酸同时提取的影响,探讨了该方法的最佳工艺条件。实验结果表明:在弱酸性

4、条件下,采用先超声后纤维素酶和木瓜蛋白酶复合作用的方法可使提取的植酸量高于传统酸法,提取的蛋白质优于碱法。最佳工艺条件为:超声时间30min ,料液比1:10,蛋白提取量为1.8043g ,植酸提取量为1.4305g 。关键词:脱脂米糠;米糠蛋白;植酸;超声法;酶法;提取中图分类号:S816.11文献标识码:A文章编号:1001-991X (201023-0023-04Research on extraction of protein and phytic acid from defatted rice branZhu Chunfeng ,Tang Dongmei ,Zhou MingdaAb

5、stract :Defatted rice bran was taken as material,by ultrasound -assist,pectinase 、cellulase 、papain extraction of rice bran protein and phytic acid simultaneously are studied,and the optimum condition of the method is discussed.The experiment results show that:In weakly acidic solution,the extractab

6、le amounts of phytic acid is higher in the method of combination of the cellulose and pectinase after the ultrasound than that in acid method,the extraction of protein is better in ultrasound -assisted enzyme method than that in alkaline method.The optimum condition of the method is ultrasonic time

7、is 30min,ratio of material to water is 1:10,the extractable amounts of protein is 1.8043g,the extractable amounts of phytic acid is 1.4305g.Key words :defatted rice bran ;rice bran protein ;phytic acid ;ultrasonic technology ;enzyme ;extracting 果胶酶量E/S=2%(pH=3.5,T=50,恒温2h 。由表1可看出,超声预处理后米糠蛋白和植酸的提取量较不

8、用超声处理的高,先加酶后超声不利蛋白和植酸的提取。超声波的振动破坏细胞壁,可以促进蛋白和植酸的同时溶出,但超声技术对酶的活性起到一定的破坏作用,因此先超声后加酶法更有利于脱脂米糠蛋白和植酸的提取。表1超声波处理对米糠蛋白质和植酸提取的影响项目不超声处理超声处理先超声后加酶先加酶后超声蛋白质量(g 在相同的实验条件下,考察超声时间对提取的影响,结果如图1。由图1可知,在30min 以前米糠蛋白和植酸的提取量随着提取时间的延长而增加,30min 以后提取量基本保持不变。这是由于在30min 后,绝大多数的水溶性蛋白和植酸已经从细胞壁中溶出,剩下的蛋白和植酸与细胞中的纤维素结合在一起。因此,最佳超声

9、处理时间为30min 。提取质量(g 蛋白质量植酸质量20406080100120超声时间(min 图1超声波处理时间对米糠蛋白和植酸的提取的影响2.2料液比的影响在相同的实验条件下,考察了料液比(W :V 分别为1:5、1:10、1:15时,同时提取米糠蛋白和植酸的影响,结果见表2。表2料液比对脱脂米糠蛋白质和植酸提取的影响液料比蛋白质量(g 植酸质量(g 1:5酶用量对提取的影响在三种酶最适pH 值和温度(T 条件下,考察了酶的用量对米糠蛋白和植酸的提取影响,结果如图2和图3。从结果可知,随着酶添加量的增加,脱脂米糠中蛋白质和植酸的提取量先增加后基本保持不变。由图2可知,酶添加量从0.5%

10、2.5%,蛋白提取量提高的幅度不大,因为绝大多数的水溶性蛋白已经从细胞壁中溶出来了;木瓜蛋白酶提取的蛋白质,其提取量较果胶酶、纤维素酶的高。由图3可知,果胶酶提取的植酸,其提取量较纤维素酶和木瓜蛋白酶的高。从结果得知,纤维素酶和果胶酶最佳用量为2%,木瓜蛋白酶最佳用量为1.5%。果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶0.00.51.01.52.02.5酶用量(E/S(%图2不同量的酶对脱脂米糠蛋白质提取的影响0.2植酸量(g 果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶0.00.5 1.0 1.5 2.0 2.5酶用量(E/S(%图3不同量的酶对脱脂米糠植酸提取的影响 在纤维素酶和果胶酶用量为2%,木瓜蛋白酶用量为1.5%情况

11、下,温度分别设为14、20、30、40、50、60进行实验,结果见图4和图5。从图4、图5可以看出,脱脂米糠中蛋白质和植酸的提取量随着温度的升高而增加,因为温度的升高可以降低细胞壁对蛋白质和植酸的作用力,有利于它们的溶出。从图4总体曲线来看,果胶酶对蛋白质量的提取低于纤维素酶和木瓜蛋白酶的提取量;当温度大于40时,纤维素酶和木瓜蛋白酶提取的蛋白质曲线相似,这两种酶的活性基本达到一致。从图5可以得知,果胶酶对植酸的提取量明显高于纤维素酶和木瓜蛋白酶。总体考虑,纤维素酶和木瓜蛋白酶的最高活性的温度为40,果胶酶的最高活性的温度为50。0.6蛋白质量(g 果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶1020304050

12、60温度(图4温度对不同酶从脱脂米糠中提取蛋白质的影响果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶102030405060温度(图5温度对不同酶从脱脂米糠中提取植酸的影响在纤维素酶、木瓜蛋白酶、果胶酶最高活性的温度下,考察pH 值对米糠蛋白和植酸提取的影响。从图6和图7可知,随着pH 值的增大,脱脂米糠中蛋白质的提取量逐渐增加,而植酸的提取量则逐渐降低。因为蛋白质在碱性条件下的提取量高,而植酸在pH 值约为1.53.0的酸性溶液中更易溶出。从蛋白和植酸同时提取的量考虑,纤维素酶和木瓜蛋白酶以pH=4.5为佳,果胶酶以pH=3.5为佳。0.2蛋白质量(g 果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶1.52.0 2.53.0 3.54

13、.0 4.55.0 5.56.0pH 值图6pH 值对不同酶从脱脂米糠中提取蛋白质的影响0.2植酸量(g 果胶酶纤维素酶木瓜蛋白酶1.52.0 2.53.0 3.54.0 4.55.0 5.56.0pH 值图7pH 值对不同酶从脱脂米糠中提取植酸的影响2.4两种酶复合作用对脱脂米糠蛋白和植酸提取的影响在单一酶的基础上,只采用纤维素酶或木瓜蛋木瓜蛋白酶和纤维素酶复合作用由于木瓜蛋白酶和纤维素酶作用底物不同,所以用这两种酶分别作用。先用纤维素(E/S=2%,T=40,pH=4.5破坏细胞壁,使植酸和蛋白质同时溶出,加入木瓜蛋白酶(E/S=1.5%,T=40,pH=4.5 进一步提高植酸和蛋白质的提

14、取量,结果米糠蛋白量为1.5373g,植酸量为1.2808g。由此可以得知,同时使用这两种酶可以略微提高蛋白质的量,对植酸的提取影响不大。由于植物细胞壁含有部分果胶和半纤维素,先用果胶酶(E/S=2%,T=50,pH=3.5破坏细胞壁,使植酸和蛋白质同时溶出,加入木瓜蛋白酶(E/S= 1.5%,T=40,pH=4.5是否可以进一步提高植酸和蛋白质的提取,结果米糠蛋白量为1.2564g,植酸量为1.2386g。这说明木瓜蛋白酶和果胶酶不适合共同使用,会降低米糠蛋白和植酸量的提取。由于果胶是细胞壁组成部分,在有纤维素酶存在的情况下同时加入果胶酶。具体操作先加纤维素酶(E/S=2%,T=40,pH=

15、4.5后加果胶酶(E/S= 2%,T=50,pH=3.5,结果米糠蛋白量为1.8106g,植酸量为1.4314g。由此得知,纤维素酶和果胶酶的复合作用优于单一酶法,在相应的基础上,比单一使用纤维素酶蛋白质提取量提高了0.4g左右,比单一使用果胶酶植酸提取量提高了0.2g左右。表3重现性的验证实验项目植酸量(g蛋白质量(g11.43141.798421.42941.8106均值1.43051.804331.43081.80383结论本文使用了超声结合酶的方法,对从脱脂米糠中同时提取蛋白质和植酸进行了探讨,优化得到了提取的最佳条件:在料液比1:10的情况下超声30min 后,使用果胶酶提取的植酸高

16、于纤维素酶和木瓜蛋白酶,纤维素酶和木瓜蛋白酶对蛋白质的提取效果基本一致,纤维素酶和果胶酶的复合法优于单一酶法,得到米糠蛋白量1.8043g,植酸量1.4305g,在原有的基础上,蛋白质提取量提高了0.4g左右,植酸提取量提高了0.2g左右。此法可以保持米糠蛋白的较高营养价值和有较高的提取量,避免传统碱法提取蛋白所带来的负面影响,同时可以缩短植酸的浸提时间,提高植酸的提取量,降低生产成本,为充分利用我国米糠资源提供了广阔的空间。参考文献1曹国锋,龚任,王舒平,等.米糠资源开发利用的研究J.粮食与饲料工业,2000(07:42-44.2梁少华,赵西周,胡前.米糠深加工技术的分析与评价(米糠制油及脱脂米糠的利用J.中国油脂,2005,30(10:41-44. 3陈正行,姚惠源,周素梅.米蛋白和米糠蛋白开发利用J.粮食和油脂,2002(4:6-10.4王雪飞,于国萍,徐红华.不同酶法提取米糠蛋白的研究J.中国粮油学报,2004,19(1:8-11.5Wang M,Hettiarachchy N S,Qi M.Preparation and functionalproperties of r