马铃薯淀粉生产废液中蛋白质提取工艺的优化

摘要：通过单因素试验和正交试验研究了ｐＨ值、ＮａＣｌ浓度、温度、浸提时间对马铃薯淀粉生产废液中蛋白质提取率的影响。结果表明，最佳提取工艺条件为ＮａＣｌ浓度０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值４．０、浸提时间１．０ ｈ，温度２５ ℃。该条件下马铃薯蛋白质的提取率最高，为６６．９０％。

关键词：马铃薯；蛋白质；提取工艺；优化

中图分类号：Ｓ５３２；ＴＱ９３６．２ 文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０11）12－2516-03

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ Ｐｒｏｔｅｉｎ ｆｒｏｍ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｏｆ Ｐｏｔａｔｏ

Ｓｔａｒｃｈ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ＪＩＮ Ｈｏｎｇ

（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｑｉｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｉｎｇ ８１００１６，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＮａＣｌ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ， ｐＨ， ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ ｆｒｏｍ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｏｆ ｐｏｔａｔｏ ｓｔａｒｃｈ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ single factor test and ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｔｅｓｔ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｓ ｆｏｌｌｏｗｓ， ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＮａＣｌ ａｔ ０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ， ｐＨ ４.0， ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｉｎｇ ｆｏｒ 1.0 ｈ ａｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ 25 ℃． Ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔ ｒａｔｅ ｗａｓ ６６．９０％ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： potato； ｐｒｏｔｅｉｎ； ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ

近年来，我国马铃薯产业迅速发展，在宁夏、甘肃、内蒙古等地已形成了产业化基地。据市场预测，２０３０年，在食品、纺织、造纸、水产、建筑、铸造等行业及马铃薯变性淀粉生产市场需求总量将达到３００万ｔ以上，可见，国内马铃薯淀粉市场容量非常大，发展前景光明。而在马铃薯淀粉生产过程中，平均每生产１ ｔ淀粉需排放５ ｔ左右的蛋白液，如不经处理直接排放，不仅浪费资源，造成环境污染，更是困惑马铃薯淀粉生产发展的主要难点。经研究发现［１］，马铃薯蛋白质中氨基酸组成相当均衡，可与脱脂奶粉和鱼粉媲美，而且大部分氨基酸，尤其是Ｇｌｕ、Ｌｙｓ、Ｐｒｏ的含量显著高于豆粕，是质优价廉的天然氮源，有广阔的发展前景。有通过热变性法、膜技术回收、高分子絮凝法、超滤法或生物综合处理等技术提取马铃薯淀粉生产废液蛋白质的报道［２，３］，但提取成本均较高。因此，找出一条优化的马铃薯蛋白质提取工艺，不仅可以解决马铃薯淀粉废水达标排放的问题，而且对提高马铃薯资源的综合利用价值具有非常重要的意义。

１材料与方法

１．１材料

市售马铃薯。按薯与水的质量比（１∶１），将薯块研成浆状物，经１００目尼龙丝网筛分离淀粉乳及薯渣，淀粉乳经离心分离淀粉和水溶液，得到上清液，测上清液单位体积中蛋白质含量。所用化学试剂均为分析纯。ＦＷ１００高速万能粉碎机、１５０目分样筛、冷冻离心机、数显恒温水浴锅、电子分析天平、电热恒温干燥箱、７２２型分光光度计、恒温磁力搅拌电热套、Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ＰＸ傅里叶变换红外光谱仪。

１．２方法

１．２．１双缩脲法测定蛋白质含量取６支试管，用移液管分别加入１０ ｍｇ／ｍＬ的标准牛血清白蛋白溶液０．０、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０ ｍＬ，各加去离子水至１ ｍＬ，再分别加４ ｍＬ双缩脲试剂，充分混合后在室温下放置３０ ｍｉｎ，于５４０ ｎｍ处进行比色。以吸光度为纵坐标，牛血清白蛋白的含量为横坐标绘制标准曲线，作为定量的依据［4］。所得回归方程为ｙ＝０．２２４ ９ｘ＋０．０００ ９，ｒ＝０．９９９ ６。

１．２．２马铃薯蛋白质提取单因素试验

１）ｐＨ值对蛋白质提取的影响。各取上清液１０ｍＬ至干燥烧杯中，分别调节ｐＨ值为３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５、６．０，常温下浸提１．０ ｈ，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ转速下离心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，测上清液单位体积中蛋白质含量，计算蛋白质提取率。

２）盐浓度对蛋白质提取的影响。各取上清液１０ ｍＬ至干燥烧杯中，加入准确称取（精确至０．０００ １ ｇ）相应质量的ＮａＣｌ，使其浓度分别为０．０１０、０．０１５、０．０２０、０．０２５、０．０３０ ｍｍｏｌ／Ｌ，混匀，各浓度分别调节ｐＨ值为３．０、３．５、４．０、４．５、５．０、５．５，常温下浸提１．０ ｈ，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ转速下离心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，测上清液单位体积中蛋白质含量，计算蛋白质提取率。

３）温度对蛋白质提取的影响。各取上清液１０ ｍＬ至干燥烧杯中，调节ｐＨ值均为３．５，分别在水浴温度为２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５℃下浸提１．０ ｈ，

４ ０００ ｒ／ｍｉｎ转速下离心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，测上清液单位体积中蛋白质含量，计算蛋白质提取率。

４）浸提时间对蛋白质提取的影响。各取上清液１０ ｍＬ至干燥烧杯中，调节ｐＨ值均为３．５，分别经过０．５、１．０、１．５、２．０、２．５、３．０ ｈ浸提，４ ０００ ｒ／ｍｉｎ转速下离心５ ｍｉｎ，收集上清液于２５ ｍＬ容量瓶中，定容，测上清液单位体积中蛋白质含量，计算蛋白质提取率。

１．２．３正交优化试验根据单因素试验确定四因素三水平进行正交试验，正交表采用Ｌ９（３４）。因素与水平设计见表１。

２结果与分析

２．１单因素试验

２．１．１ＮａＣｌ浓度对蛋白质提取率的影响由图１可知，蛋白质的提取率受ＮａＣｌ浓度影响较大，ＮａＣｌ浓度为０．０２０ ｍｍｏｌ／Ｌ的溶液中蛋白质提取率均高于其他浓度的溶液，而且当ｐＨ值为３．５时提取率最高。因此，选择ＮａＣｌ浓度为０．０１５、０．０２０、０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ做正交试验。

２．１．２ｐＨ值对蛋白质提取率的影响由图２可知，蛋白质的提取率受ｐＨ值影响较大，在ｐＨ值为５．０左右蛋白质提取率最高，但考虑到在ＮａＣｌ溶液中，等电点会发生偏移，所以，结合２．１．１试验，适合选用溶液的ｐＨ值为３．０、３．５、４．０。

２．１．３温度对蛋白质提取率的影响由图３可知，当温度为３０ ℃时提取率最高，随着温度的升高，提取率逐渐降低。因此提取温度在２５、３０、３５ ℃较适宜。

２．１．４浸提时间对蛋白质提取率的影响由图４可以看出，浸提１．５ ｈ左右时蛋白质提取率较高，２．０ ｈ之后，曲线接近直线，所以选择０．５、１．０、１．５ ｈ浸提效果较好。

２．２马铃薯蛋白质提取正交试验

由表２可以看出，各因素对试验结果影响的主次顺序为Ａ＞Ｂ＞Ｃ＞Ｄ，ＮａＣｌ浓度对蛋白质的提取率影响最大，其次是ｐＨ值与温度，影响最小的是浸提时间。因此最优组合是Ａ３Ｂ３Ｃ１Ｄ２，即从马铃薯淀粉废液中蛋白质的最佳提取条件是：ＮａＣｌ浓度为０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值为４．０、温度为２５℃、浸提时间为１．０ ｈ。

对正交试验得出的结论进行验证试验，在优化条件下测得蛋白质的平均提取率为６６．９０％，比正交试验中的结果要好，所以该方案可行，可以应用于实际。

３结论

ＮａＣｌ浓度、ｐＨ值、浸提时间、温度４个因素对马铃薯淀粉生产废液中蛋白质提取率的影响研究表明，ＮａＣｌ浓度对蛋白质的提取率影响最大，其次是ｐＨ值与温度，影响最小的是浸提时间。通过正交试验确定马铃薯淀粉生产废液中蛋白质提取的最优条件为ＮａＣｌ浓度０．０２５ ｍｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ值４．０、温度２５ ℃、浸提时间１．０ ｈ。

参考文献：

［１］ 张泽生，刘素稳，郭宝芹，等． 马铃薯蛋白质的营养评价［Ｊ］． 食品科技营养研究，２００７（１１）：１－３．

［２］ 陶德录．马铃薯淀粉废水中提取饲料蛋白和微生态制剂的研究［Ｊ］． 饲料广角，２００７（１３）：３２－３４．

［３］ 吕建国，安兴才． 膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的中试研究［Ｊ］． 中国食物与营养，２００８（４）：３７－４０．

［４］ 余瑞元，袁明秀，陈丽蓉，等． 生物化学实验原理和方法［Ｍ］． 北京：北京大学出版社，２００４．

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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