1、超声波法提取玉米醇溶蛋白的研究张雪娜（河北科技大学 生工学院，河北 石家庄，050000）摘要：本文采用超声波法提取玉米醇溶蛋白，不仅缩短了提取时间，而且而且降低了能耗。通过单因素试验，优化了玉米醇溶蛋白的提取工艺：即采用超声波间歇处理 100min，乙醇浓度 80%，料液比 1:10（g/mL），温度控制在 2050之间。在该条件下醇溶蛋白的得率为49.3%,颜色淡黄。本文还进一步探索了玉米醇溶蛋白膜的制作，所得到的薄膜表面光滑，呈白色，质地细密，有一定的弹性。关键词：玉米醇溶蛋白，超声波，乙醇浸提Research on the Extraction of Zein Exploiting U
2、ltrasonic WaveZhang Xuena(Hebei University of Science and Technology, Hebei Shijiazhuang,050000)Abstract: Ultrasonic wave is utilized to extract zein in this paper, which not only shorten the extraction time, but also economize energy . Through single-factor experiment, the extraction of zein is opt
3、imized as follows: ultrasonic handling 100 minutes, 80% ethanol, the proportion of CGM and ethanol 1 to 10, with the temperature between 2050.On this condition, the extraction rate of zein reached 49.3%,and the color is light yellow. Next, we explore the process of zein film which is fine and smooth
4、, white and plastic.Key words: zein, ultrasonic wave, ethanol extraction0 前言玉米蛋白粉是淀粉乳分离蛋白时产生的黄浆水经过滤得到的不溶于水的蛋白质，是玉米淀粉湿法加工过程中的副产物 1。玉米蛋白粉中含有60%左右的玉米蛋白，根据蛋白质溶解性的不同，这些蛋白可以分为白蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白4种，其中以玉米醇溶蛋白含量最高，约占65%，是玉米中主要的贮藏蛋白 2,3。由于玉米醇溶蛋白难溶于水，缺乏赖氨酸、色氨酸等必需氨基酸，其食用及营养价值较低。但玉米醇溶蛋白具有独特的氨基酸组成，其分子中存在大量的疏水氨基酸，较多的
5、含硫氨基酸，并且缺乏带电的酸性、碱性、极性氨基酸，由此决定了玉米醇溶蛋白的强疏水性和独特的溶解性，即不溶于水，可溶于60%95%的醇水类溶液、异丙醇等。其独特的氨基酸组成使其易于形成薄膜，在不加入添加剂的情况下其薄膜具有良好的阻湿性和阻氧性，在添加增塑剂后具有良好的机械性能。玉米醇溶蛋白膜的耐水性和耐脂性强、安全性高，在高温高湿条件下稳定性良好，且具有防潮、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，能延长食品的货架期 4，也可被微生物及肠类酶分解，具有生物可降解性 5,6。玉米醇溶蛋白膜的优点如此之多，其应用前景十分广阔。目前因为生产成本太高，国际市场价
6、格为1040元/kg，限制了它的应用。玉米醇溶蛋白的生产要消耗大量的酒精, 酒精的回收又消耗大量的热能, 因此改变传统工艺、降低生产成本为当务之急。本文利用超声波技术来探索减少溶剂用量、提高得率、缩短生产时间的方法，并初步制作成玉米醇溶蛋白膜。1 实验材料与方法1.1 实验材料1.1.1 主要原料与试剂玉米蛋白粉（CGM）；95%乙醇，石油醚，考马斯亮蓝G250，磷酸，氯化钠，均为分析纯；牛血清白蛋白，生化试剂；油酸，食品级。1.1.2 设备与仪器KQ2200型超声波清洗器，昆山市超声仪器有限责任公司；TGL-10B型高速离心机，上海安亭科技仪器厂；GZX-9070 MBE 电热鼓风干燥箱，上
7、海博迅实业有限公司医疗设备厂；SP-722E 型可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；FA2204N 型电子天平。1.1 实验方法1.2.1 考马斯亮蓝法测定玉米醇溶蛋白提取液的浓度将牛血清白蛋白分别稀释成10、20、30、40、60、80g/mL的溶液，于595nm处测定吸光度，将试验结果建立起蛋白质浓度与吸光度的关系，得到吸光度A与牛血清白蛋白浓度C（g/mL）的回归方程：A=0.0096C+0.0026（相关系数R 2=0.9946），即得到标准曲线。测得玉米醇溶蛋白提取液的吸光度，代入回归方程得出玉米醇溶蛋白的浓度。1.2.2 醇溶蛋白得率的计算根据下式计算玉米醇溶蛋白得率：玉米醇溶蛋
8、白得率=m 1/m2100%式中：m 1为根据标准曲线计算提取的玉米醇溶蛋白的质量， g；m 2为CGM的质牛 血 清 白 蛋 白 标 准 曲 线y = 0.0096x + 0.0026R2 = 0.99460.000.100.200.300.400.500.600.700.800.900.000 20.000 40.000 60.000 80.000 100.000蛋 白 质 浓 度 ( g/mL)吸光度系 列 1线 性 (系 列 1)量,g。12.3 玉米醇溶蛋白的提取玉米蛋白粉研磨石油醚脱色加入一定浓度的乙醇超声波萃取离心分离浸提上清液考马斯亮蓝法于595nm处测定上清液吸光度计算玉米醇
9、溶蛋白得率冷水稀释至体积分数40%乙醇沉淀自然晾干成品zein1.3 单因素实验1.3.1 不同微波处理时间对醇溶蛋白得率的影响称取脱色且经干燥的玉米蛋白粉4份，每份3g，按料液比1:10（g/mL）加入80%乙醇，在温度为2050范围内，分别超声波处理60、80、100、120min。研究不同处理时间对醇溶蛋白得率的影响。1.3.2 不同浓度乙醇对醇溶蛋白得率的影响称取脱色且经干燥的玉米蛋白粉4份，每份3g，按料液比1:10（g/mL）分别加入60%、70%、80%、90%的乙醇，在温度为2050范围内，超声波处理100min。研究不同浓度乙醇对醇溶蛋白得率的影响。1.3.3 不同液料比对醇
10、溶蛋白得率的影响称取脱色且经干燥的玉米蛋白粉4份，每份3g，在提取温度2050范围内，按料液比为1:8、1:10、1:12、1:14（g/mL）分别加入80%的乙醇，超声波处理100min。研究不同料液比对醇溶蛋白得率的影响。2 实验结果与分析2.1 微波处理时间对醇溶蛋白得率的影响图1 时间对醇溶蛋白得率的影响如图1所示：当处理时间在60100min之间时，蛋白得率呈上升趋势，超声波处时 间 对 醇 溶 蛋 白 得 率 的 影 响0%10%20%30%40%50%60min 80min 100min 120min处 理 时 间得率醇 溶 蛋 白 得 率理时间超过100min后，得率稍有下降，
11、可能是因为过长时间的超声波作用使醇溶蛋白的溶解性发生改变或者醇溶蛋白的溶解程度已饱和。因此超声波处理时间确定为100min，此时得率为47.6%。2.2 乙醇浓度对醇溶蛋白得率的影响由图2可以看出，随着乙醇浓度的增大，醇溶蛋白的得率不断增加。当乙醇浓度超过80%后，其得率有所下降，故醇溶蛋白提取工艺选择80%乙醇溶液，此时得率为49.1%。图2 乙醇浓度对醇溶蛋白得率的影响2.3 料液比对醇溶蛋白得率的影响图 3 料液比对醇溶蛋白得率的影响玉米蛋白粉脱色后，称取4份，每份3g，分别加入80%乙醇24、30、36、42mL，超声波处理100min，离心后取上清液测定吸光度，计算醇溶蛋白得率，结果
12、如图3所料 液 比 对 醇 溶 蛋 白 得 率 的 影 响0%10%20%30%40%50%60%1 2 3 4液 料 比得率醇 溶 蛋 白 得 率乙 醇 浓 度 对 醇 溶 蛋 白 得 率 的 影 响0%10%20%30%40%50%60%60% 70% 80% 90%乙 醇 浓 度得率醇 溶 蛋 白 得 率示。由图3可知：随着溶剂用量的增加，醇溶蛋白的得率也在不断提高。对于一定量的玉米蛋白粉来说，溶剂用量的增加降低了溶液中蛋白的浓度，提高了原料与溶剂接触面的浓度差，从而提高了蛋白在溶剂中的扩散速度，蛋白得率增大。料液比从1:8到1:10，得率增大幅度最大，为19%，之后尽管得率继续增大，但
13、增加幅度较小。考虑到如果溶剂太多，造成乙醇的浪费，增加生产成本，因此液料比选取10即可，此时醇溶蛋白得率为46.3%。3 结论3.1 玉米醇溶蛋白的提取通过单因素实验对超声波法提取玉米醇溶蛋白的研究，得出了较优的醇溶蛋白提取工艺参数，超声波处理时间100min，乙醇浓度80%，料液比1:10（g/mL）。在该条件下醇溶蛋白的得率为49.3%。所提取的醇溶蛋白略带淡黄色、有轻微的臭味、质地细腻。3.2 玉米醇溶蛋白膜3.2.1 成膜方法 7 将玉米醇溶蛋白按1:10（g/mL）的比例加入80%乙醇溶液，加入油酸(按0.5mL/g)，在磁力搅拌器上搅拌均匀，然后放入预先设定温度的恒温水浴中热处理一
14、定时间，取液涂于平盘上成膜，然后自然晾干。3.2.2 玉米醇溶蛋白膜的特性依上述方法制得的玉米醇溶蛋白膜呈白色，表面光滑，质地细密，有一定的弹性。4 心得从做实验到现在，几乎做了一个多月的试验了，每天将近六七个小时的工作量，我感觉到了搞科研的苦与累，体会到了做研究要耐得住寂寞。开始试验前，我们做了大量的准备工作，上网查资料，从玉米蛋白粉的组成成分到其脱色，从玉米醇溶蛋白的特性到玉米醇溶蛋白的提取，集前辈的科研成果于一体，最终整理出一套自己的醇溶蛋白提取方案，即采用超声波法辅助提取，这样相对于单纯的浸泡提取大大地缩短了提取时间，节约能源。接下来便是方案的具体实施了，问题也一个个地接踵而至：考马斯
15、亮蓝法测定蛋白质浓度具体怎样操作，各种溶液的配置等等。虽然之前在生物化学的实验课上我们做过这些实验，但是一切所需要的试剂都是由带课老师配制的。现在一切都得自己动手，自己去思考，自己去实施。能够自己控制给了我一种成就感，渐渐地也感觉到了做实验的乐趣，尤其是当我看到自己提取出的浅黄色的玉米醇溶蛋白时，心中有些满足。尽管其纯度不是很高，提取率也不太理想，可是我尽力了。做实验也有灰心的时候，当用考马斯亮蓝测定醇溶蛋白的浓度时，数据总是不理想，越做越没信心，心中萌生了编数据的想法。一转念，想到搞科研要有科学严谨认真的态度，便打消了这个念头。我们一次次的测定吸光度，知道得到了比较稳定可靠地数据。搞科研注定
16、是一条坎坷不平的路，但是要抱着积极乐观的心态，相信问题总是会解决的，并努力去寻找解决办法，其结果不会差的。参考文献：1蔡同一,赵文娟.玉米深加工及其综合利用J.食品科学,2000,21(1):6102谦伟,郭兴风,熊拯玉米的综合开发醇溶蛋白的提取J.粮食科技与经济,2006(6): 43473张钟,齐爱云.玉米醇溶蛋白提取工艺及功能性质研究J.粮食与饲料工业,2004(9): 21244Rishi Shukla, Munir Cheryan Zein: The industrial protein from cornJ.Industrial Crops and Products,2001,(13):171 192.5Wang SH. Biodegradable protein/starch based thermo-plastic composition P.US.5922379, 1998(5):163172.6Cuq B Gontard N, Guilbert S. Proteins as agricultural polymers for packaging production J.Cereal Chem,1998,75(1):1 9.7李运罡，李梦琴，吴坤.响应曲面法优化可食玉米醇溶蛋白膜制作工艺.食品与发酵工业，2009,35（1）:9195.
