芝麻蛋白提取液超濾濃縮工藝及其功能特性研究

朱秀靈,戴清源,賈 冬,李鵬程,夏 楠,胡 闖,胡龍平

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

芝麻蛋白提取液超濾濃縮工藝及其功能特性研究

朱秀靈,戴清源,賈 冬,李鵬程,夏 楠,胡 闖,胡龍平

(安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽蕪湖 241000)

研究超濾法濃縮芝麻蛋白提取液的工藝條件及芝麻蛋白的主要功能特性。以膜通量為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn),探討了超濾壓力、溫度、pH和時(shí)間對(duì)芝麻蛋白提取液膜通量的影響,在此基礎(chǔ)上通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定超濾濃縮的最佳工藝參數(shù)。結(jié)果表明,超濾濃縮芝麻蛋白提取液的最佳工藝條件為:超濾壓力為0.25MPa,提取液pH為10.0,超濾時(shí)間為15min。在此條件下獲得的芝麻蛋白具有良好的功能特性,其中乳化性和乳化穩(wěn)定性及發(fā)泡性能顯著高于等電點(diǎn)沉淀法制備的芝麻蛋白(p<0.05)。本研究為芝麻蛋白的深入研究和開(kāi)發(fā)利用提供一定的參考。

芝麻蛋白,超濾,膜通量,功能特性

芝麻(Sesamunindicum)是我國(guó)也是世界上最古老的油料作物之一,含有48%～55% 油脂和20%～25% 蛋白質(zhì),其制油副產(chǎn)物——芝麻餅粕中蛋白質(zhì)含量高達(dá)50%[1]。由此可知,芝麻不僅是一種重要的油料作物,也是蛋白質(zhì)的良好來(lái)源之一。芝麻蛋白中賴氨酸和異亮氨酸含量不高,但由于其富含含硫氨基酸,尤其是較高含量的蛋氨酸,是其他植物蛋白所不可比擬的[1]。因此,芝麻蛋白可被開(kāi)發(fā)為功能性食品輔料和營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑。已有文獻(xiàn)報(bào)道芝麻蛋白作為營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑應(yīng)用于飲料和面包的生產(chǎn)[2]。

芝麻蛋白主要是堿溶性蛋白,在堿性條件下溶解度較大,所以芝麻蛋白的制備方法主要是堿溶酸沉法。但該法存在耗時(shí)且蛋白提取率低等缺點(diǎn)[3]。超濾是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)分子級(jí)膜分離技術(shù),它以特殊的超濾膜為分離介質(zhì),以膜兩側(cè)的壓力差為推動(dòng)力,在常溫下對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分離的技術(shù),具有操作簡(jiǎn)單、條件溫和、能耗低、無(wú)相變、效率高等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于水處理、化工、食品、制藥、環(huán)保和生物工程等領(lǐng)域[4-5],也成為富集蛋白質(zhì)最有效的方法之一[6]。有關(guān)芝麻蛋白提取液的超濾濃縮工藝及超濾法和等電點(diǎn)沉淀法所得芝麻蛋白(分別以UF-SP和IEP-SP表示)在功能特性方面的比較尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究以壓榨芝麻餅為原料,采用堿液提取方法,對(duì)芝麻蛋白提取液進(jìn)行超濾濃縮,以膜通量為評(píng)價(jià)指標(biāo),考察不同截留相對(duì)分子質(zhì)量的超濾膜、超濾溫度、壓力、提取液pH和超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響,在此基礎(chǔ)上通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定超濾濃縮的最佳工藝參數(shù);并以實(shí)驗(yàn)室自制的等電點(diǎn)沉淀芝麻蛋白(以IEP-SP表示)為對(duì)照,對(duì)最佳超濾濃縮工藝條件下所得芝麻蛋白的功能特性進(jìn)行了研究,以期為芝麻蛋白的深入研究和開(kāi)發(fā)利用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

壓榨芝麻餅,購(gòu)于當(dāng)?shù)赜椭庸S。置于密封袋中,-20℃保存?zhèn)溆?。等電點(diǎn)沉淀法芝麻蛋白(以IEP-SP表示),實(shí)驗(yàn)室自制。

L-550型臺(tái)式低速大容量離心機(jī) 湖南湘儀離心機(jī)儀器有限公司;RE-52A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海亞榮生化儀器廠;JJ-1B電動(dòng)攪拌器 江蘇金壇市科杰儀器廠;FW80型高速萬(wàn)能粉碎機(jī) 佛山市儀電實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;Alpha 1-4 LSC冷凍干燥機(jī) 德國(guó)Christ公司;Mini Pellicon超濾設(shè)備 密理博(中國(guó))有限公司;PHS-3C型精密酸度計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;723N型可見(jiàn)分光光度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程 芝麻蛋白制備工藝流程如下:

1.2.2 芝麻蛋白的提取 稱取一定質(zhì)量的壓榨芝麻餅,采用正己烷脫脂(料液比為1∶10g/mL,室溫 2h,重復(fù)2次),再經(jīng)干燥、粉碎、過(guò)篩(80目),即得到脫脂芝麻餅(defatted sesame cake,DSC)。將脫脂芝麻餅按料液比1∶10(w/v)加入蒸餾水,攪拌均勻,然后邊攪拌邊滴加2mol/L NaOH 溶液調(diào)節(jié)pH至9.5,室溫?cái)嚢?h,離心取上清,沉淀部分采用同樣方法再提取一次,合并兩次上清液,即為芝麻蛋白提取液。

1.2.3 超濾濃縮芝麻蛋白提取液 采用Mini Pellicon超濾設(shè)備,板式膜組件,有效膜面積為0.57m2,膜截留相對(duì)分子質(zhì)量(MWCO)分別選用50、30、10和5ku。首先將芝麻蛋白提取液裝入料液罐,啟動(dòng)進(jìn)料泵,料液泵入超濾器到達(dá)超濾膜,在壓力差的推動(dòng)下,截留液回到液料罐,透過(guò)液流入透液罐中。通過(guò)調(diào)節(jié)流速和回流閥來(lái)控制超濾壓力。液料罐中液體在超濾過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次循環(huán),絕大部分水分和小分子物質(zhì)被濾出,從而到達(dá)分離濃縮芝麻蛋白的目的。

1.2.4 超濾膜的選擇 以芝麻蛋白提取液pH9.5為初始pH,在壓力0.20MPa、溫度40℃條件下,分別用截留相對(duì)分子質(zhì)量(MWCO)為50、30、20、10和5ku的超濾膜對(duì)1500mL提取液進(jìn)行超濾,分別測(cè)定各超濾膜超濾所得150mL截留液中蛋白質(zhì)的質(zhì)量濃度,按公式(2)計(jì)算截留的芝麻蛋白得率。

1.2.4 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.4.1 溫度對(duì)膜通量的影響 設(shè)定溫度分別為10、20、30、40和50℃,在超濾壓力為0.20MPa,超濾液pH9.5條件下超濾10min,考察溫度對(duì)膜通量的影響。

1.2.4.2 超濾壓力對(duì)膜通量的影響 設(shè)定超濾壓力分別為0.10、0.15、0.20、0.25、0.30MPa,在溫度40℃,超濾液pH9.5條件下超濾10min,考察超濾壓力對(duì)膜通量的影響。

1.2.4.3 超濾液pH對(duì)膜通量的影響 超濾液pH分別設(shè)定為6.0、7.0、8.0、9.0、10.0和11.0,在溫度40℃、壓力0.20MPa條件下,超濾10min,考察超濾液pH對(duì)膜通量的影響。

1.2.4.4 超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響 設(shè)定超濾時(shí)間分別為5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55和60min,在超濾液溫度40℃、壓力0.20MPa、pH9.5條件下進(jìn)行超濾,考察不同超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響。

1.2.5 正交實(shí)驗(yàn) 在上述單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,將溫度設(shè)定為40℃(因?yàn)檩^高的溫度可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性,影響超濾效果),選擇超濾壓力、超濾液pH和超濾時(shí)間3個(gè)因素,各取3個(gè)水平,利用L9(34)表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),優(yōu)化超濾濃縮工藝。因素水平見(jiàn)表1,正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果取平均值。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels in L9(34)orthogonal array design

1.2.6 測(cè)定方法

1.2.6.1 營(yíng)養(yǎng)成分分析 蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定[7];脂肪含量參照AACC方法采用索氏提取法測(cè)定[8];碳水化合物含量采用苯酚硫酸法測(cè)定;水分含量采用105℃恒溫法測(cè)定。

1.2.6.2 膜通量 參照文獻(xiàn)[9]所述方法按照式(1)計(jì)算膜通量(Membrane flux,MF)。

式(1)

其中,V1為透過(guò)液體積,L;S為超濾膜有效面積,m2;t為超濾時(shí)間,h。

1.2.6.3 芝麻蛋白得率 芝麻蛋白得率(Yield of sesame protein,YSP)按式(2)計(jì)算。

式(2)

其中,m1為原料的質(zhì)量,g;V1為截留液體積,L;c1為截留液中芝麻蛋白的質(zhì)量濃度,g/L。

1.2.6.4 功能特性 以等電點(diǎn)沉淀法芝麻蛋白(IEP-SP)為對(duì)照,比較IEP-SP和UF-SP在功能特性上的差異。芝麻蛋白的溶解性采用Achouri等[10]所述方法測(cè)定;吸油性(Oil absorption capacity,OAC)采用Boye[11]等方法測(cè)定;持水性(Water holding capacity,WHC)采用李鳳霞等[12]方法測(cè)定;乳化活性指數(shù)(Emulsifying activity index,EAI)和乳化穩(wěn)定性指數(shù)(Emulsifying stability index,ESI)參照文獻(xiàn)[10,13]所述方法測(cè)定;發(fā)泡性(Foaming capacity,FC)和泡沫穩(wěn)定性(Foaming stability,FS)參照文獻(xiàn)[14-15]方法測(cè)定。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 實(shí)驗(yàn)均重復(fù)三次,以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(mean ± SD)表示,采用SPSS 11.5軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析,在0.05水平上表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 超濾膜的選擇

以超濾膜不同截留相對(duì)分子質(zhì)量(MWCO)為橫坐標(biāo),以截留的芝麻蛋白得率為縱坐標(biāo),繪制柱形圖,結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出,芝麻蛋白提取液中大部分蛋白質(zhì)集中在截留相對(duì)分子質(zhì)量20ku以上。用20ku的超濾膜超濾濃縮芝麻蛋白提取液,可以保留芝麻蛋白提取液中92.16%以上的蛋白質(zhì)。因此,在以后的研究中均采用20ku的超濾膜濃縮芝麻蛋白提取液。

圖1 不同截留相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)芝麻蛋白得率的影響Fig.1 Effect of membrane with different molecular weight on the yield of sesame protein注:a～d不同的小寫(xiě)字母代表芝麻蛋白得率在不同截留 相對(duì)分子質(zhì)量超濾膜下的顯著性差異(p<0.05)。

2.2 溫度對(duì)膜通量的影響

如圖2所示,在10～40℃時(shí),隨著超濾液溫度的逐漸上升,膜通量逐漸增加(p>0.05),當(dāng)溫度為40℃時(shí)達(dá)到最大值,再繼續(xù)升高溫度,膜通量反而急劇下降(p<0.05)。這與汪學(xué)榮等[4]報(bào)道一致,即在超濾過(guò)程中,超濾液溫度的不斷上升可使蛋白質(zhì)分子運(yùn)動(dòng)加劇,蛋白質(zhì)溶液粘度降低,各成分之間相互作用(如吸附、包合、氫鍵等)減弱,傳質(zhì)速率增加,而且膜表面吸附物質(zhì)向主體溶液的擴(kuò)散系數(shù)有所增加,減少了次級(jí)膜的形成,減弱了濃差極化現(xiàn)象,從而增加膜的通透性,提高了膜通量。但是,當(dāng)芝麻蛋白提取液溫度上升到一定程度時(shí),蛋白質(zhì)熱變性現(xiàn)象加劇,蛋白質(zhì)的溶解度降低,使得膜表面蛋白質(zhì)迅速累積,形成凝膠層,導(dǎo)致膜通量下降[16]。因此,應(yīng)在盡量不改變蛋白質(zhì)性能的前提下,控制溫度不超過(guò)40℃為宜。

圖2 溫度對(duì)膜通量的影響Fig.2 Effect of temperature on the membrane flux注:a～c不同的小寫(xiě)字母代表膜通量 在不同溫度下的顯著性差異(p<0.05)。

2.3 超濾壓力對(duì)膜通量的影響

由圖3可知,在0.10～0.20MPa范圍內(nèi),隨著壓力增大,膜通量迅速增加(p<0.05),當(dāng)超濾壓力大于0.20MPa,再增大超濾壓力,膜通量增加緩慢(p>0.05)。這是因?yàn)槌瑸V是以壓力差為推動(dòng)力進(jìn)行物質(zhì)分離過(guò)程。在較低的超濾壓力下,隨著壓力增加,芝麻蛋白受到的推動(dòng)力越大,也就越容易透過(guò)超濾膜,膜通量也隨之增大;與此同時(shí),溶液中的大分子物質(zhì)不斷向超濾膜表面堆積,膜表面與主體溶液之間產(chǎn)生濃度差,進(jìn)而產(chǎn)生濃差極化阻力,但由于壓力較低,這種阻力并不能顯著影響膜通量[16]。如果繼續(xù)增大超濾壓力,隨著超濾時(shí)間的延長(zhǎng),超濾膜表面溶質(zhì)增多增厚,濃差極化現(xiàn)象加劇,當(dāng)超濾壓力達(dá)到某一臨界值時(shí),就在膜表面形成了凝膠層,產(chǎn)生了凝膠層阻力[6,17]。此后,再增大壓力,只會(huì)增加凝膠層的厚度,而對(duì)提高膜通量效果不明顯。因此,為了保證超濾分離效率,縮短工作時(shí)間,降低生產(chǎn)成本,減少膜污染,超濾壓力以0.20～0.25MPa為宜。

圖3 壓力對(duì)膜通量的影響Fig.3 Effect of pressure on the membrane flux注:a～c不同的字母代表膜通量 在不同超濾壓力下的顯著性差異(p<0.05)。

2.4 超濾液pH對(duì)膜通量的影響

由圖4可知,在pH6.0～8.0 區(qū)域,膜通量隨著pH增加而急劇增大(p<0.05);當(dāng)pH為9.0～10.0時(shí),隨著pH增大,膜通量緩慢增加(p>0.05);當(dāng)pH大于10.0時(shí),膜通量反而呈緩慢下降趨勢(shì)(p>0.05)。這是由于在堿性條件下,芝麻蛋白與水分子結(jié)合能力增強(qiáng),聚積在超濾膜表面的物質(zhì)向主體溶液擴(kuò)散系數(shù)提高,超濾膜邊界層厚度變薄,濃差極化現(xiàn)象減弱,因此膜通量增大。但pH增大到一定程度,可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性及其溶解性降低,膜通量反而下降。因此,pH以9.0～10.0為宜。

圖4 pH對(duì)膜通量的影響Fig.4 Effect of pH on the membrane flux注:a～c不同的小寫(xiě)字母代表膜通量 在不同pH下的顯著性差異(p<0.05)。

2.5 超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響

由圖5可以看出,隨著超濾時(shí)間的延長(zhǎng),芝麻蛋白提取液的膜通量呈下降趨勢(shì);在開(kāi)始階段,膜通量下降較快(p<0.05),隨后膜通量趨于穩(wěn)定(p>0.05)。這可能是隨著超濾時(shí)間的延長(zhǎng),由于膜表面截留或吸附的物質(zhì)越來(lái)越多,膜表面的濃差極化現(xiàn)象越來(lái)越大。因此,膜通量隨著超濾時(shí)間的延長(zhǎng)首先快速下降而后緩慢下降最后趨于穩(wěn)定。綜合考慮,應(yīng)以10～20min為宜。

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析表Table 3 Analysis of variance of orthogonal array design tests

圖5 超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響Fig.5 Effect of ultrafiltration time on membrane flux注:a～d不同的小寫(xiě)字母代表膜通量 在不同超濾時(shí)間下的顯著性差異(p<0.05)。

注:* 差異顯著,p<0.10;**差異極顯著,p<0.05。

2.6 芝麻蛋白提取液超濾濃縮最佳工藝參數(shù)的確定

在上述單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以膜通量為指標(biāo),在超濾膜截留相對(duì)分子質(zhì)量為20ku,溫度為40℃條件下,通過(guò)L9(34)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化芝麻蛋白提取液超濾濃縮工藝。正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2,方差分析結(jié)果見(jiàn)表3。

由表2極差R分析可知,A壓力是影響芝麻蛋白提取液膜通量的關(guān)鍵因素,其次是提取液的pH,而C超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響相對(duì)較小。由表3正交實(shí)驗(yàn)方差分析可知,超濾壓力和提取液pH對(duì)膜通量的影響分別達(dá)到極顯著和顯著水平,而超濾時(shí)間對(duì)膜通量的影響不顯著。通過(guò)F值和F臨界值的比較,可知各因素對(duì)膜通量影響程度依次為A>B>C,這與表2的極差分析相一致。通過(guò)對(duì)表2中K值的比較,可得到芝麻蛋白提取液超濾濃縮工藝的最佳組合為A2B3C2,即超濾壓力為0.25MPa,提取液pH為10.0,超濾時(shí)間為15min。在此條件下進(jìn)行3次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),膜通量平均值為28.61L/(m2·h),此時(shí),芝麻蛋白的得率為58.71%。這與Achouri等[10]報(bào)道的等電點(diǎn)沉淀芝麻蛋白(Ses-PI-H2O)得率12.5%及等電點(diǎn)-NaCl共沉淀芝麻蛋白(Ses-PI-1 M NaCl)得率54.6%相比,本研究中超濾法芝麻蛋白的得率較高。

表2 L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Results of L9(34)orthogonal array design tests

2.7 芝麻蛋白的主要營(yíng)養(yǎng)成分及其功能特性

在最佳工藝條件下超濾濃縮芝麻蛋白提取液,濃縮液進(jìn)行真空冷凍干燥,可獲得淡黃色的芝麻蛋白。芝麻蛋白主要營(yíng)養(yǎng)成分及其功能特性分別見(jiàn)表4和表5。超濾濃縮芝麻蛋白(UF-SP)和等電點(diǎn)沉淀法制備芝麻蛋白(IEP-SP)的溶解度隨pH變化的曲線如圖6所示。

表4 芝麻餅、脫脂芝麻餅和芝麻蛋白的主要營(yíng)養(yǎng)成分αTable 4 Proximate composition of sesame cake、defatted sesame cake and sesame proteinsα

注：α數(shù)據(jù)表示三次平行實(shí)驗(yàn)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差,即mean±SD,同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。“-”:未檢測(cè);SC:芝麻餅;DSC:脫脂芝麻餅;UF-SP:超濾濃縮芝麻蛋白。

表5 芝麻蛋白的功能特性*Table 5 Functional properties of sesame protein*

注：*測(cè)定時(shí)溶液pH為7.0。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差,即mean±SD表示。同列不同字母表示差異顯著(p<0.05)。UF-SP:超濾濃縮芝麻蛋白;IEP-SP:等電點(diǎn)沉淀法芝麻蛋白。

由表4可知,芝麻餅經(jīng)過(guò)脫脂處理,脂肪含量由14.13%±0.27%降低到5.32%±0.17%,水分含量由15.37%±0.17%降低到9.11%±0.23%,而碳水化合物含量由22.31%±0.14%提高到28.47%±0.14%,蛋白質(zhì)含量由42.76%±0.24%提高到53.82%±0.18%。與芝麻餅和脫脂芝麻餅相比,超濾濃縮芝麻蛋白中脂肪、水分和糖水化合物含量顯著降低,而蛋白質(zhì)含量大大提高,高達(dá)84.06%±0.21%。由此看出,超濾法是制備高蛋白質(zhì)含量產(chǎn)品的一種有效方法。

圖6 芝麻蛋白溶解性隨pH變化曲線Fig.6 Solubility of sesame proteins at different pH values注:a～e同一曲線上不同的小寫(xiě)字母代表 芝麻蛋白溶解性在不同pH下的顯著性差異(p<0.05); A、B不同的大寫(xiě)字母表示UF-SP和 IEP-SP在相同pH下溶解性的顯著性差異(p<0.05)。

由圖6看出,在pH2.0～10.0 范圍內(nèi),UF-SP和IEP-SP具有相似的溶解性變化曲線,當(dāng)pH5.0時(shí)兩者的溶解性均較低,在pH2.0～3.0和pH8.0～10.0時(shí)溶解性較高,在pH10.0時(shí)UF-SP和IEP-SP的溶解性達(dá)到最大值(分別為46.09%和40.25%),該變化趨勢(shì)與Achouri等[10]的報(bào)道一致。這是由于在等電點(diǎn)時(shí),蛋白質(zhì)分子間靜電斥力減小,蛋白質(zhì)相互聚集,形成高密度和大直徑的聚集體,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)沉淀[18]。在pH高于或低于等電點(diǎn)的溶液中,蛋白質(zhì)分子帶有靜電荷,由于靜電排斥和離子水化作用,蛋白質(zhì)分子之間不易聚集,因此溶解性較高。由圖6還可以看出,在相同pH條件下UF-SP的溶解性均高于IEP-SP的溶解性,在pH4.0～9.0時(shí),UF-SP和IEP-SP的溶解性在相同pH條件下的差異不顯著(p>0.05),可能是由于制備過(guò)程中酸堿條件的改變影響了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及分子間作用,導(dǎo)致其物理特性發(fā)生變化。較低的溶解性會(huì)降低蛋白質(zhì)在食品中的應(yīng)用,超濾法制備的芝麻蛋白具有較高的溶解性有利于其產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用。

由表5可知,超濾濃縮芝麻蛋白UF-SP與等電點(diǎn)沉淀法制備的芝麻蛋白IEP-SP相比,除了泡沫穩(wěn)定指數(shù)稍低于IEP-SP之外,UF-SP具有較好的吸油性和持水力,但兩者之間的差異不顯著(p>0.05)。Achouri等[10]研究發(fā)現(xiàn),芝麻分離蛋白的吸油性和持水性均低于大豆分離蛋白。這是由于不同來(lái)源或者同一來(lái)源不同處理方法所得的蛋白質(zhì),在吸油性和持水性方面存在差異,可能與蛋白質(zhì)側(cè)鏈,以及蛋白質(zhì)的疏水性、變性程度、分子量大小及靈活性等有關(guān)[19,20]。由表5還可以看出,UF-SP的乳化活性指數(shù)、乳化穩(wěn)定性指數(shù)和發(fā)泡性顯著高于IEP-SP(p<0.05)。López等[21]發(fā)現(xiàn)芝麻蛋白在pH7.0時(shí)乳化活性指數(shù)最大,最大值為84m2/g,明顯高于本研究中超濾法和等電點(diǎn)沉淀法制備的芝麻蛋白的EAI值(分別為(21.92±1.83)m2/g和(15.86±1.36)m2/g)。Deng等[15]研究發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)的溶解性與發(fā)泡性顯著相關(guān)(p<0.01),高蛋白溶解性是獲得良好發(fā)泡能力和泡沫穩(wěn)定性的先決條件。由圖6可知,UF-SP和IEP-SP在pH7.0時(shí)溶解度并不太高。此外,蛋白質(zhì)的乳化活性指數(shù)與蛋白質(zhì)的疏水作用有關(guān),而蛋白質(zhì)的來(lái)源、種類、加工和處理方法對(duì)蛋白質(zhì)的疏水作用產(chǎn)生重要影響[1],這可能是本研究中芝麻蛋白的功能特性與文獻(xiàn)報(bào)道不一致的原因。

3 結(jié)論

3.1 以脫脂芝麻餅為原料,采用堿液提取芝麻蛋白,研究了芝麻蛋白提取液的超濾濃縮工藝。首先通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)探討了不同截留相對(duì)分子質(zhì)量的超濾膜、溫度、壓力、超濾液pH和時(shí)間對(duì)芝麻蛋白提取液膜通量的影響;在此基礎(chǔ)上,采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化超濾濃縮工藝參數(shù)。結(jié)果表明,芝麻蛋白提取液的最佳超濾濃縮工藝條件為:超濾壓力為0.25MPa,提取液pH為10.0,超濾時(shí)間為15min。在此條件下,膜通量為28.61L/(m2·h),芝麻蛋白的得率為58.71%。

3.2 研究了芝麻蛋白的功能特性。結(jié)果表明,超濾法濃縮芝麻蛋白具有良好的功能特性,其中乳化性和乳化穩(wěn)定性及發(fā)泡性顯著高于等電點(diǎn)沉淀法制備的芝麻蛋白(p<0.05)。

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綠色塑料成食品包裝材料主流

在人們?cè)絹?lái)越關(guān)注食品安全和身體健康的今天，談“塑”色變已成為包裝行業(yè)逐漸出現(xiàn)的一種現(xiàn)象。其實(shí)，作為包裝行業(yè)的中堅(jiān)分子，塑料材料從誕生時(shí)起就深受各類企業(yè)的喜愛(ài)和“重用”，而且這個(gè)市場(chǎng)未來(lái)的發(fā)展前景也十分廣闊。但是，基于綠色環(huán)保理念日益成熟的必然趨勢(shì)，綠色包裝應(yīng)當(dāng)成為塑料包裝未來(lái)的主要發(fā)展方向。

眾所周知，塑料包裝一誕生就以突出的優(yōu)勢(shì)獲得了很多的市場(chǎng)份額。目前，除了廣泛應(yīng)用于食品包裝，塑料包裝已進(jìn)一步向工業(yè)包裝、醫(yī)藥包裝、建材包裝、化妝品包裝等領(lǐng)域發(fā)展，其使用范圍和前景越來(lái)越廣闊。相關(guān)預(yù)測(cè)顯示，全球軟包裝市場(chǎng)在接下去的時(shí)間內(nèi)，將會(huì)在一定幅度內(nèi)保持連續(xù)增長(zhǎng)。不過(guò)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，塑料也越來(lái)越成為很多產(chǎn)品包裝尤其是食品包裝所忌憚的包裝材料，這尤其需要食品從業(yè)者引起足夠的重視。

塑料食品包裝在確保食品安全方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，作為食品包裝的主流品種，人們自然也對(duì)包裝產(chǎn)品提出了更高的要求。

業(yè)內(nèi)人士指出，隨著環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)峻，綠色、低碳、環(huán)保的塑料包裝越來(lái)越受到關(guān)注和推崇。包裝材料今后發(fā)展的主流趨勢(shì)將會(huì)是多功能化、輕量化、環(huán)?；约爸悄芑?/p>

來(lái)源：慧聰食品工業(yè)網(wǎng)

Study on the ultrafiltration concentration of sesame protein extracting solution and its functional properties

ZHU Xiu-ling,DAI Qing-yuan,JIA Dong,LI Peng-cheng,XIA Nan,HU Chuang,HU Long-ping

(College of Biological and Chemical Engineering,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China)

In this study,ultrafiltration concentration conditions of sesame protein extracting solution and the functional properties of sesame protein were investigated. Membrane flux as evaluation index,ultrafiltration pressure,temperature,pH and ultrafiltration time were studied by single-factor experiments. And then ultrafiltration conditions were optimized by orthogonal array design based on single-factor experiments. The optimized ultrafiltration conditions were found to be 0.25MPa,pH 10.0 and 15min for pressure,pH and ultrafiltration time,respectively. Under these conditions,sesame protein obtained exhibited good functional properties. Emulsifying and foaming capacity and emulsion stability of sesame protein obtained by ultrafiltration were significantly higher than which obtained by isoelectric precipitation. The results of this study provide some useful information for further research and utilization of sesame protein from sesame cake or meal.

sesame protein;ultrafiltration;membrane flux;functional properties

2014-04-16

朱秀靈(1978-)，女，博士，副教授，研究方向：生物資源化學(xué)與功能性食品。

安徽高校省級(jí)自然科學(xué)研究項(xiàng)目(KJ2012Z019)；國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201210363111，201210363153)；安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(AH201310363323，AH201310363334)。

TS229

B

1002-0306(2015)01-0244-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.01.042