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(dòng)

不同粒徑對(duì)火麻仁濃縮蛋白提取的影響研究及工藝改進(jìn)

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(chǎn)物。粕中的蛋白是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dǎo)致資源浪費(fèi)。因此，為了大限度地提取火麻仁粕中的蛋白質(zhì)，先對(duì)火麻仁的脫脂工藝進(jìn)行了改進(jìn)，依次采用冷榨、壓胚、低溫萃取對(duì)其進(jìn)行脫脂預(yù)處理，脫脂粉碎后，再進(jìn)行兩次酸提法進(jìn)行蛋白質(zhì)提取，并對(duì)不同粒徑的火麻仁粕在蛋白質(zhì)提取中的影響做了詳細(xì)分析。研究表明，60目粒徑脫脂粉的蛋白質(zhì)提取率和蛋白質(zhì)含量均高于120、100、80、40目粒徑脫脂粉，其提取率達(dá)到68.1%，蛋白含量達(dá)到86.7%。因此，采用兩次酸提法，并對(duì)脫脂工藝進(jìn)行改進(jìn)，選用60目粒徑脫脂粉來提取火麻仁粕蛋白質(zhì)，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(guān)鍵詞：低溫萃取設(shè)備、火麻仁、火麻蛋白

火麻仁為桑科植物大麻（Cannabissativa L.）的干燥成熟果實(shí)，富含油脂、蛋白質(zhì)、碳水化合物、木質(zhì)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(zhì)和灰分等，其中油脂25%~35%，蛋白質(zhì)20%~25%，膳食纖維20%~30%。

火麻仁蛋白質(zhì)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(chǔ)存蛋白，均屬于容易消化的全價(jià)蛋白質(zhì)。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(zhuǎn)化而成，一般呈球狀脂類體存在于細(xì)胞中，蛋白質(zhì)能與糖類、酚類等結(jié)合，油溶性物質(zhì)的存在直接影響蛋白質(zhì)的提取及質(zhì)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(chǎn)中會(huì)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(dá)到分離、提純蛋白產(chǎn)品。

目前，國(guó)內(nèi)外常用物理法、化學(xué)法和生物酶法提取植物蛋白質(zhì)。物理法有膠體磨法、均質(zhì)法、高壓法等，其提取率相對(duì)較低；化學(xué)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(duì)復(fù)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(diǎn)，適用工業(yè)化生產(chǎn)。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中蛋白質(zhì)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(dǎo)致的。而目前關(guān)于酸提火麻仁蛋白的工藝鮮有報(bào)道，本研究立足生產(chǎn)實(shí)際問題對(duì)脫殼火麻仁脫脂工藝上進(jìn)行改進(jìn)，大限度的降低火麻仁油脂對(duì)其蛋白質(zhì)提取的影響，并采用兩次酸提法提取，且以蛋白質(zhì)提取率和蛋白含量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，探究了不同粒度對(duì)蛋白質(zhì)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(shè)備

脫殼火麻仁：來自永勝三可口生物開發(fā)有限責(zé)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(xué)試劑廠；

液壓榨油機(jī)：6YY-150型，鞏義華銘世機(jī)械制造有限公司；

壓胚機(jī)：BZ-300型，上海奔正機(jī)械設(shè)備有限公司；

整套低溫萃取設(shè)備：10L型，安陽市晶華油脂工程有限公司；

磨粉磨漿機(jī)：HJ-150型,湖北省石首市恒建機(jī)械廠；

精密pH計(jì)：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(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；

精密定時(shí)電動(dòng)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(fēng)干燥箱：101型，北京市永光明醫(yī)療儀器廠；

全自動(dòng)凱式定氮儀：K1100型，山東海能科學(xué)儀器有限公司。

1.2方法

1.1.1原料預(yù)處理

首先，脫殼火麻仁采用液壓榨油機(jī)進(jìn)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(huì)出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象；

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

圖1  10L低溫萃取實(shí)驗(yàn)裝置

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

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(hào)溶劑低溫萃取設(shè)備進(jìn)行2次脫脂，萃取主要設(shè)備包括萃取罐、蒸發(fā)罐、緩沖罐、冷凝器、溶劑周轉(zhuǎn)罐、無油壓縮機(jī)、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(hào)溶劑，在密閉的萃取罐內(nèi)，溫度與壓力成正比關(guān)系，隨著溫度的升高，壓力也會(huì)隨之增加，一段時(shí)間后，罐內(nèi)達(dá)到氣液平衡，此時(shí)加速了擴(kuò)散、傳質(zhì)過程，使溶劑滲透到組織細(xì)胞中，更好地與油脂分子接觸，從而將細(xì)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(jīng)過幾次萃取后火麻仁粕顏色為白色，其殘油在1%之內(nèi)，蛋白含量約為68%。目的去除火麻仁中的脂質(zhì)，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(jìn)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(jìn)行1次酸提，此時(shí)溶液的pH在7.2附近，充分?jǐn)嚢?，?/span>1mol/L鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH到4.2，泡沫穩(wěn)定，達(dá)到等電點(diǎn)，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(fù)溶進(jìn)行2次酸提，充分?jǐn)嚢瑁儆?/span>1mol/L鹽酸溶液調(diào)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(fù)溶，充分?jǐn)嚢?；?/span>1mol/L氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH至中性，于50℃下油浴一段時(shí)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(jì)算出提取率。

 蛋白質(zhì)提取率=×100%           (1-1)

式（1-1）中，m₁—干燥后火麻仁蛋白粉的質(zhì)量，g；

m₂—所取原料質(zhì)量，g；

y₁—干燥后火麻仁蛋白粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%；

y₂—所取原料的蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

2結(jié)果與分析

圖2 不同粒徑對(duì)蛋白質(zhì)提取率和含量的影響

由圖2可知，蛋白質(zhì)的提取率與含量呈正相關(guān)關(guān)系，至此，僅以蛋白質(zhì)提取率為分析對(duì)象。隨著脫脂粉粒徑的減小，蛋白質(zhì)的提取率和含量均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，在60目的條件下提取率和含量都達(dá)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(zhì)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(huì)膨脹，此時(shí)當(dāng)酸調(diào)節(jié)至等電點(diǎn)時(shí)部分酸用來分解這些物質(zhì)，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(huì)提高溶液的粘度，引發(fā)分子擴(kuò)散速率較低，體系分散不均勻，部分蛋白并沒有達(dá)到等電點(diǎn)集聚沉降下來，導(dǎo)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(chǔ)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?gòu)亩纬筛娱_放的結(jié)構(gòu)，在等電點(diǎn)pH和樣品濃度值下，水溶性蛋白質(zhì)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(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)，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(xì)胞壁破碎程度加大，表面積增大，蛋白分子的構(gòu)象發(fā)生改變，分子立體結(jié)構(gòu)變得伸展，氫鍵和疏水鍵的斷裂，分子結(jié)構(gòu)變得疏松，蛋白質(zhì)親水基團(tuán)更大的暴露，使蛋白質(zhì)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(yùn)動(dòng)及其相互作用，一部分球蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄缘鞍祝扇苄缘鞍椎脑龆嘣龃罅饲虻鞍自谒嘀械娜芙舛?，?dǎo)致蛋白提取率的降低；另一方面，隨著粒徑的減小，酸液會(huì)破壞蛋白質(zhì)的生物活性，使其部分發(fā)生氧化、變性、發(fā)生美拉德反應(yīng)，導(dǎo)致蛋白質(zhì)提取率的降低；酸液也可引起脫氨、脫酸、引起胱賴反應(yīng)，肽鍵斷裂，蛋 白中11S組分因酸水解引起消旋作用，對(duì)蛋白的理化特性造成不良影響。

3 結(jié)論

火麻仁蛋白是優(yōu)質(zhì)食物蛋白質(zhì)資源，必須氨基酸含量豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(duì)蛋白提取率和含量的影響以及引進(jìn)整套低溫萃取設(shè)備對(duì)原料更徹底的脫脂預(yù)處理工藝均被研究。結(jié)果表明：原料預(yù)處理工藝的改進(jìn)對(duì)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(qiáng)提取，且蛋白質(zhì)的純度與質(zhì)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(zhì)不必要的浪費(fèi)。