超声波辅助提取大米蛋白工艺的研究

超声波辅助提取大米蛋白工艺的研究

中国是世界上100多个水稻生产区的“水稻王国”，但水稻的深度利用率很低。每年我国将产生3000多万t可再利用的稻米副产品(这些副产品集中了64%的稻米营养素),却都未得到有效利用,多以干粉的形式廉价卖给饲料厂,造成蛋白质资源的极大浪费。大米蛋白质含有较高的赖氨酸,不含任何抗营养因子,具有良好的消化性和低过敏性。因此,大米蛋白作为一种低敏性蛋白,在婴幼儿食品中添加是非常有益的。除此之外,大米蛋白质可用做饲料,还可加工成酱油、高蛋白粉、蛋白饮料、蛋白胨和蛋白发泡粉等,若将大米蛋白质水解,则可制成营养价值极高的氨基酸营养液,用于加工保健饮料、调味品、化妆品和洗涤剂等。因此,提取和合理利用大米中蛋白质具有重要的社会和经济意义。大米、米糟和米糠等原料都可用来制备大米蛋白,目前的制备方法主要有:碱法提取、酶法提取、溶剂提取、物理提取和复合提取法。本文采用超声波辅助表面活性剂法提取大米蛋白。1试验材料和方法1.1仪器、试验设备大米,市售粳米;十二烷基苯磺酸钠(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、浓盐酸(分析纯)。KQ-200VDE型三频超声清洗器,昆山市超声仪器有限公司;pHS-3C型酸度计,上海虹益仪器厂;BT124S电子分析天平,赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;GL-20G-II高速离心机,上海市安亭科学仪器厂;101-3型干燥箱,上海市试验仪器总厂;洛贝榨汁机,东莞市乐邦电子有限公司。1.2从美国提取的蛋白质1.2.1大大米预处理大米浸泡2h→湿磨粉碎→50℃下烘干→过90目筛→密封保存1.2.2提取率的测定准确称取过90目筛大米粉5g,按一定比例加入十二烷基苯磺酸钠溶液→在一定超声功率、超声频率下处理→离心(3000r/min,20min)→保留上清液,沉淀加50mL蒸馏水清洗→离心(3000r/min,20min)(此过程重复2~3次)→合并上清液→调等电点(pH值5.5)→离心(3000r/min,20min)→收集沉淀、烘干(50℃)并计算提取率。1.2.3提取美国饲料的计算2结果与讨论2.1离心时间0.5min准确称取过90目筛的大米粉5g,加入30mL1%的十二烷基苯磺酸钠溶液。在超声功率为140W、超声频率为80kHz条件下处理30min后,离心(3000r/min)20min,保留上清液,沉淀加50mL蒸馏水清洗,再离心(3000r/min)20min(此过程重复2~3次)。合并上清液共120mL,将合并后的上清液分成6等份,每份20mL。分别用0.1mol/LNaOH溶液或0.1mol/LHCl溶液调pH值为5.1、5.2、5.3、5.4、5.5和5.6,再分别进行离心(3000r/min)20min,收集沉淀、于50℃下烘干后分别称重。结果如图1所示。由图1可知:随着等电点pH值的增大,大米蛋白提取量先增大后减小。当等电点pH值在5.1~5.5范围内,大米蛋白提取率呈增加趋势,pH值>5.5后,大米蛋白提取量开始下降。因此,试验确定大米蛋白的最佳等电点pH值为5.5。2.2大米蛋白的提取由图2可知:随着十二烷基苯磺酸钠溶液浓度的增大,大米蛋白提取率先增大后减小。当十二烷基苯磺酸钠溶液浓度为1%时,大米蛋白提取率最大。因此,试验确定十二烷基苯磺酸钠的最佳提取浓度为1%。2.3从细胞到溶剂由图3可知:随着固液比的增大,大米蛋白提取率先增大后减小。这是由于大米蛋白从细胞到溶剂是一个由浓度差推动的过程,溶剂用量越多细胞内外的浓度差就越大。当溶剂增加到一定程度之后再增加溶剂用量并不会明显提高大米蛋白的提取率。当固液比为1∶6时,大米蛋白提取率最大。因此,试验确定最佳固液比为1∶6。2.4超声功率的影响由图4可知:随着超声功率的增加,大米蛋白提取率先增大后减小。这是因为加大超声功率,超声空化作用加强,机械剪切作用也加强,有助于大米蛋白的溶出。但当功率达到一定程度(140W)时,功率再进一步提高,大米蛋白提取率反而呈下降趋势。因此,试验确定最佳超声功率为140W。2.5蛋白的提取由图5可知:随着超声时间的增加,大米蛋白提取率先增大后减小。当超声时间为30min时,大米蛋白提取率达到最大值。因此,试验确定最佳提超时间为30min。2.6取取液用量的确定由图6可知:随着超声频率的增加,大米蛋白提取率先减小后增大。当超声频率为100kHz时,大米蛋白提取率达到最大值0.95%。因此,试验确定最佳超声频率为100kHz。2.7各因素对大米蛋白提取的影响为优化提取工艺条件,以大米蛋白提取率为指标,选择十二烷基苯磺酸钠浓度、固液比、超声功率、超声时间和超声频率5个因素,采用L由表1可知:各因素对大米蛋白提取的影响程度依次为:十二烷基苯磺酸钠浓度(A)>超声频率(C)>超声时间(E)>物料比(B)>超声功率(D)。最佳提取条件组合为A通过验证试验,以该最佳组合为条件进行提取时,大米蛋白提取率为1.08%,高于正交试验的任何一组。2.8外延条件的确定由于正交试验确定最佳提取工艺为A由表2可知:分别对十二烷基苯磺酸钠浓度(A)和超声时间(E)进行外延时,大米蛋白提取率均低于正交试验确定的最优条件下大米蛋白的提取率(1.08%)。因此,可以确定十二烷基苯磺酸钠浓度(A)和超声时间(E)在第三水平为最佳。3大米蛋白的提取本文以过90目筛的大米粉为原料,研究了超声波辅助表面活性剂法(十二烷基苯磺酸钠)提取