張 鐵劉曉蘭鄭喜群

（1.齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

利用堿提酸沉法從膨化玉米黃粉中提取谷蛋白

張 鐵1，2劉曉蘭1，2鄭喜群1，2

（1.齊齊哈爾大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.農(nóng)產(chǎn)品加工黑龍江省普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

采用堿提酸沉法提取膨化的玉米黃粉谷蛋白，選擇堿液濃度、溫度、料液比和浸提時(shí)間作為因素進(jìn)行試驗(yàn)。確定最佳 提 取 條 件：堿 液 濃 度 0.55% （m/V），浸 提 時(shí) 間100min，溫度65℃，料液比1∶16（m∶V）。該條件下玉米谷蛋白的提取率為50.14%。

堿提酸沉；膨化；玉米黃粉；谷蛋白

玉米黃粉為濕法玉米生產(chǎn)淀粉的副產(chǎn)物，約含62%～71%的蛋白質(zhì)，主要蛋白成分為玉米醇溶蛋白和谷蛋白，另含有少量的球蛋白和白蛋白［1－3］，構(gòu)成此類蛋白質(zhì)的氨基酸主要為谷氨酸、亮氨酸、脯氨酸、丙氨酸，但賴氨酸和色氨酸含量較少，這些氨基酸主要為疏水性氨基酸和含硫氨基酸，使玉米黃粉蛋白難以得到更深層次的利用，目前此類蛋白多應(yīng)用于動(dòng)物飼料領(lǐng)域。

但玉米谷蛋白含有大量酰胺基氨基酸，其谷氨酰胺含量約占氨基酸總量的1/3。谷胺酰胺能維持人體腸道機(jī)能、改善酸堿平衡失調(diào)、提高機(jī)體對應(yīng)的適應(yīng)性和機(jī)體免疫能力，在生物體代謝過程中起到重要的作用。玉米蛋白作為生理功能性蛋白具有原料上的優(yōu)勢。利用玉米黃粉可制備多種功能性肽［4－13］，利用玉米黃粉還可提取天然食用色素［14－16］。

玉米黃粉擠壓膨化后可以在后續(xù)操作中更有效的去除淀粉，故本試驗(yàn)采用堿提酸沉法從擠壓膨化的玉米黃粉中提取谷蛋白，研究其提取工藝條件，為玉米谷蛋白的性質(zhì)研究和其功能性水解物的研究開發(fā)奠定原料制備的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米黃粉：蛋白質(zhì)含量55.63%，黑龍江省青岡縣玉米開發(fā)有限公司；

α－淀粉酶：酶活2 850U/g，丹麥北京奧博星生物技術(shù)有限公司；

其它試劑：均為市售國產(chǎn)分析純。

1.2 主要儀器

全自動(dòng)凱氏定氮儀：消化系統(tǒng)K－437，蒸餾系統(tǒng)B－324，瑞士步琪公司；

酸度計(jì)：PH－10，北京市賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；

恒溫水浴振蕩器：SHZ－C，金壇市華峰儀器有限公司；

雙螺桿擠壓膨化機(jī)：SHZ－D，山東濟(jì)南大億膨化機(jī)械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 粗玉米谷蛋白的制備

玉米黃粉→膨化（玉米黃粉含水量16%，膨化機(jī)工作參數(shù)：溫度160～180℃，壓力1～1.5MPa）→α－淀粉酶處理（pH 6.8緩沖液，60℃酶解2h）→丙酮處理（去除色素）→70%的乙醇（去除醇溶蛋白）→水洗→粗玉米谷蛋白

1.3.2 堿提工藝條件單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 稱量5g粗玉米谷蛋白，初始提取谷蛋白的條件為堿液濃度0.5%（m/V），浸提時(shí)間為1.5h，提取溫度為50℃，料液比1∶12（m∶V）。

（1）堿液濃度對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變堿液濃度提取玉米谷蛋白，堿液（NaOH）濃度分別為0.1%，0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，0.6% （m/V），離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（2）浸提時(shí)間對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變浸提時(shí)間提取玉米谷蛋白，浸提時(shí)間分別為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5h，離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（3）提取溫度對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變提取溫度提取玉米谷蛋白，提取溫度分別為30，40，50，60，70℃，離心取上清，測定谷蛋白提取率。

（4）料液比對谷蛋白提取率的影響：在初始條件下改變料液比提取玉米谷蛋白，料液比分別為1∶8，1∶10，1∶12，1∶14，1∶16，1∶18（m∶V），離心取上清，測定谷蛋白提取率。

1.3.3 堿提條件的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以堿液濃度、提取時(shí)間、提取溫度、料液比為因素進(jìn)行L16（45）正交試驗(yàn)。

1.3.4 酸沉pH的確定 稱量5g粗玉米谷蛋白，按照料液比1∶12（m∶V）加入60mL的濃度為0.5% （m/V）的NaOH溶液，提取溫度為50℃，浸提時(shí)間1.5h，離心取上清，分別調(diào)節(jié)pH 為3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，測定上清液中的谷蛋白殘留率。

1.3.5 測定項(xiàng)目及方法

（1）蛋白含量：采用凱氏定氮法測定。

（2）谷蛋白提取率：按式（1）計(jì)算。

式中：

R—— 蛋白提取率，%；

M——提取的谷蛋白質(zhì)量，g；

a——提取的谷蛋白蛋白含量，%；

b——粗谷蛋白含量，%；

（3）谷蛋白提取率：按式（2）計(jì)算。

式中：

R—— 谷蛋白殘留率，%；

a′—— 酸沉后谷蛋白含量，g/mL；

b′—— 酸沉前谷蛋白含量，g/mL。

2 結(jié)果與討論

2.1 堿提工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果選擇各因素水平列于表1，采用L16（45）正交方案，以玉米谷蛋白提取率為指標(biāo)，結(jié)果見表2，正交試驗(yàn)方差分析見表3。

由極差分析可知，影響谷蛋白提取各因素的先后次序?yàn)榱弦罕龋緣A液濃度＞溫度＞時(shí)間，最佳的提取條件為A3B1C3D4，對最佳條件進(jìn)行3次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，平均提取率為50.14%，本試驗(yàn)最優(yōu)的提取條件為堿液濃度0.55%（m/V），浸提時(shí)間100min，溫度65℃，料液比1∶16（m∶V）。

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal test

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of orthogonal test

由方差分析可知，堿液濃度和料液比對提取率有顯著影響，而其它因素對提取率沒有顯著影響。

表3 正交試驗(yàn)方差分析表+Table 3 The orthogonal analysis of variance

2.2 酸沉pH的確定

蛋白質(zhì)在某一pH的溶液中，它所帶的正電荷與負(fù)電荷相等，此時(shí)蛋白質(zhì)靜電排斥作用最低，蛋白質(zhì)沉淀。因此在蛋白質(zhì)提取時(shí)可選取蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)作為酸沉pH。谷蛋白在不同pH條件下的沉淀情況見圖1。

圖1 上清液中谷蛋白殘留率隨溶液pH的變化Figure 1 Effects of pH on residual rate of gluten in supernatant

由圖1可知，上清液中谷蛋白殘留率在pH 4.0時(shí)最低，但在其它pH條件下的谷蛋白殘留率變化不大，這是由于玉米谷蛋白幾乎不溶于水，在pH 7.0左右沉淀基本完全。在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)選擇最佳的酸沉pH 4.0。

3 結(jié)論

影響谷蛋白提取的先后次序?yàn)榱弦罕?＞ 堿液濃度＞溫度＞ 時(shí)間，最佳的提取條件為堿液濃度0.55%（m/V），浸提時(shí)間110min，提取溫度65℃，料液比1∶15（m∶V）。在此條件下，提取率為50.12%。同時(shí)確定酸沉pH為4.0。與文獻(xiàn)［17］比較，谷蛋白提取率基本相同，為玉米黃粉谷蛋白的酶解提供制備原料的基礎(chǔ)，對于擠壓膨化對酶解產(chǎn)物的影響正在進(jìn)一步研究中。

1 尤新.玉米的綜合利用及深加工［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：82～84.

2 Shukla R，Cheryan M.Zein：the industrial pretein from corn［J］.industrial Crops and Products，2001（13）：171～192.

3 Magoichi Y，Masayasu T，Osamu N，et al.Preparation of corn peptide from gluten meal and its administration effect on alcohol metabolis in stroke－prone spontaneously hypertensive rats［J］.J.Nutr.Sci.Vitaminol，1996（42）：219～231.

4 Zheng X Q，Li L L，Liu X L，et al.Production of hydrolysate with antioxidative activity by enzymatic hydrolysis of extruded corn gluten［J］.Applied Microbiology and Biotechnology，2006（73）：763～770.

5 王雙玉，李坤，闞國任，等.玉米抗氧化肽的制備及其對小鼠急性酒精性肝損傷的保護(hù)作用［J］.食品研究與開發(fā)，2007，28（3）29～33.

6 代衍峰，何志勇，陳潔.抗氧化性玉米肽的分離純化及其性質(zhì)［J］.食品與機(jī)械，2008，24（5）5～8.

7 任國普，谷文英.控制酶解玉米黃粉蛋白制備富含“條件必需氨基酸”－谷氨酰胺（Gln）活性肽營養(yǎng)液的研究（I）玉米黃粉蛋白水解用酶的篩選研究［J］.中國糧油學(xué)報(bào)，2000，15（1）：18～21.

8 Kim J M，Whang J H，Suh H J.Enhancement of angiotensionⅠconverting enzyme inhibitory acticity and improvement of the emulsifying and foaming properties of corn gluten hydrolysate using ultrafiltration membranes［J］.Eur.Food Res.Technol.，2004，218：133～138.

9 丁青芝，馬海，樂駱琳，等.脈沖超聲預(yù)處理對玉米黃粉酶解制備ACEI肽的影響［J］.江蘇大學(xué)學(xué)報(bào)，2009（6）：554～558.

10 張鐵華，殷涌光，劉靜波，等.高F值寡肽抗疲勞作用研究及其飲料的開發(fā)［J］.食品科學(xué)，2007，28（5）：308～311.

11 李晶.玉米肽抗疲勞作用的實(shí)驗(yàn)研究［J］.食品與機(jī)械，2004，20（1）：10～11.

12 鄭喜群，劉曉蘭，王曉杰，等.擠壓膨化玉米黃粉酶解制備生物活性肽［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31（8）：1～3.

13 Adie Mannheim，Munir cheryan.Enzyme－modified proteins form corn gluten meal：preparation and functional properties［J］.Jaocs，1992，69（12）：1 163～1 168.

14 段純明，董海洲膨化玉米黃粉中天然黃色素的制取工藝研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，3（33）128～132.

15 李秀霞，韓魯佳.玉米蛋白粉葉黃素酶解輔助提取工藝優(yōu)化研究［J］.中國糧油學(xué)報(bào)，2009，24（9）：27～31.

16 劉振春，張嵐.微波酶法提取玉米蛋白粉中玉米黃素的研究［J］.食品科學(xué)，2008，29（1）：169～172.

17 李運(yùn)罡，李夢琴，張劍，等.曲面法提取玉米谷蛋白工藝優(yōu)化研究［J］.糧食與飼料工業(yè)，2008（9）：24～28.

Extraction of gluten from extruded corn gluten meal with alkali－dissolution and acid－precipitation

ZHANG Tie1，2LIU Xiao－lan1，2ZHENG Xi－qun1，2

（1.College of Food and Biological Engineering，Qiqihar University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China；2.Key Constructive Laboratory of Processing Agricultural Products of Heilongjiang Province Normal University，Qiqihar，Heilongjiang161006，China）

The method of alkali－dissolution and acid－precipitation of protein were used to extract gluten from extruded corn gluten meal.The concentration of sodium hydroxide，extracting temperature，the ratio of extruded corn gluten meal to solution of sodium hydroxide，and extracting time were investigated with test of single factor and orthogonal design of L16（45）.Optimized extraction condition were，concentration of sodium hydroxide of 0.55% （m/V），extracting time of 100min，temperature of 65℃and，ratio of solid－liquid of 1∶16.Under the optimized condition，the yield of gluten was 50.12%.

alkali－dissolution and acid－precipitation；extrusion；corn gluten meal；gluten

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.032

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：31071629）；黑龍江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：B200919）

張鐵（1985－），男，齊齊哈爾大學(xué)在讀碩士研究生。

E－mial：zhangtie19850224＠163.com

鄭喜群

2011－12－10