反胶束萃取技术及其在植物蛋白质提取中的应用研究进展_郭珍

活性。
２．１ 植 物 蛋 白 的 分 离
蛋白质在不同植物中的存在状态以及性质有着很大的 差 别 ，因 ［２０，２１］ 此 ，在 利 用 反 胶 束 萃 取 技 术 进 行 分 离 时 需 要 适
当调节体系参数（如 ｐＨ、温 度 等 ），探 索 最 优 工 艺，从 而 获 得 较 高 的 萃 取 率 。 ［２２］
Ｅ－ｍａｉｌ：ｇｚ１９８８１１１９＠１２６．ｃｏｍ 通 讯 作 者 ：陈 复 生 收 稿 日 期 ：２０１２－１０－０９
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面活性剂在非极性有机溶剂中自发形成的热力学稳定和光 学透明的纳米级聚集体。
反胶束中表面活性剂的非极性端 朝 外 指 向 有 机 溶 剂 ，极 性端朝内聚集增溶一部分水形成“水池”，该 “水 池”具 有 增 溶 蛋白质的能力，从而实现植物蛋 白 的 萃 取［７］。 表 面 活 性 剂 分 子层可以避 免 蛋 白 质 与 有 机 溶 剂 接 触 ，从 而 保 持 蛋 白 质 活 性。构成反胶束的表面活性剂最好是具有空间体积较大的 疏水基团和体积较小的亲水 基 团，例 如 最 常 用 的 顺－二－（２－乙 基 己 基）琥 珀 酸 酯 磺 酸 钠（ＡＯＴ）［８］。 １．２ 体 系 表 征 参 数
１ 反 胶 束 萃 取 的 基 本 概 念
１．１ 反 胶 束 萃 取 的 概 念 １９４３年 Ｈｏａｒ等［６］报道了反胶 束 的 存 在 ，反 胶 束 是 指 表
基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （编 号 ：２１１７６０５８） 作 者 简 介 ：郭 珍 （１９８８－ ），女 ，河 南 工 业 大 学 在 读 硕 士 研 究 生 。
对反胶束萃取 蛋 白 质 的 研 究 已 有 ３０～４０ 年，但 对 萃 取 过程中传质机理研究并不多。通常认为反胶束是通过表面 活性 剂 极 性 端 和 蛋 白 质 之 间 的 静 电 作 用 力 实 现 萃 取 的 ， ［１２］ 但 一 些 学 者 相 ［１３－１５］ 继 提 出 疏 水 相 互 作 用 、离 子 对 溶 解 机 理 、 离子交换机理等，蛋白质在反胶束中 实 现 萃 取 或 许 是 多 种 作 用力共同作用的结果。反胶束体系处于一种动力学平衡状 态，相 互 之 间 不 断 碰 撞 ，而 且 经 常 交 换 内 核 所 含 物 质 ，大 约 １ ０００次的碰撞就会导 致 反 胶 束 间 交 换 所 含 的 物 质 一 次，这 些 交 换 发 生 在１０－３ ｓ的 时 间 范 围 内 ，而 碰 撞 发 生 在１０－６ ｓ的
试验，获取了最佳条件：Ｗ０ 值为 ４０，ｐＨ 值７．０，温度２５ ℃， 时间９０ ｍｉｎ，Ｘｉｈｏｎｇ等 也 ［２６］ 利 用 反 胶 束 体 系 成 功 地 从 大 豆 中提取出蛋 白 质，最 终 确 定 了 最 佳 提 取 工 艺：ＡＯＴ 浓 度 为 １２０ ｍｍｏＬ／Ｌ，ｐＨ 值为５．５，ＫＣｌ浓度为０．８ ｍｏｌ／Ｌ。
（ ） Ｊ ＝ Ｋｆ
Ｃ０ ＣＷ － ｍ
（１）
式中：
Ｋｆ ——— 为萃取过程表观传质系数； ＣＷ ——— 水相中蛋白质浓度，ｍｏｌ／Ｌ； Ｃ０——— 有机相中蛋白质浓度，ｍｏｌ／Ｌ； ｍ——— 萃取的分配系数。 反胶束萃 取 植 物 蛋 白 的 多 少 主 要 取 决 于 水 相 条 件 ，如
ｐＨ，离子强度以及电解质种类，通 过 改 变 与 蛋 白 质 之 间 的 相 互作用来影响蛋白质在“水池”中的 溶 解 度，同 时 还 受 表 面 活
第 ２９ 卷 第 １ 期 ２ ０ １ ３ 年 １ 月
１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３－５７８８．２０１３．０１．０６２
ＯＯＤ ＆ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ 食品与机械
Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１ Ｊａｎ ．２ ０ １ ３
反胶束萃取技术及其在植物蛋白质 提取中的应用研究进展
Ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ ｐｌａｎｔ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ
研究进展
２０１３ 年 第 １ 期
时 间 范 围 内 ，反 胶 束 间 交 换 物 质 是 非 常 频 繁 的 。 ［１６］
植物蛋白质可通过注入法、固溶 法 和 相 转 移 法 进 入 反 胶
束溶液中，对于注 入 法 以 及 固 溶 法，普 遍 认 为 反 胶 束 是 通 过
直接与蛋白质分子在两相界面发生作用来完成质量转移的， 同 时 还 伴 随 有 水 和 离 子 的 增 溶 。 ［１７］ 而 对 于 相 转 移 法 ，大 多
综上所述，反胶束萃取不同的植物 蛋 白 （麦 胚 蛋 白，杏 仁
蛋白，大豆蛋白）所需的最优条件不 同，这 为 今 后 反 胶 束 萃 取
植物蛋白的大规模应用提供了可靠的数据信息。 ２．２ 植 物 油 脂 和 蛋 白 质 的 同 时 分 离
传统碱溶酸沉 法 提 取 蛋 白 质，不 仅 工 艺 复 杂，而 且 消 耗 大量酸碱引起环境污染，同时易引 起 蛋 白 质 变 性。 而 反 胶 束 技术一方面通过“水池”实现对蛋白 质 保 护，另 一 方 面 体 系 中 有 机 溶 剂 同 时 实 现 了 对 油 脂 的 分 离［９］。
性剂的种类以及浓度的影响。不同的反应条件使得提取出 的 蛋 白 质 的 功 能 性 质 也 有 所 不 同 。 ［１９］
２ 反胶 束 萃 取 技 术 在 植 物 蛋 白 质 提 取 中 的
应用研究
反胶束萃取技术将提纯与浓缩集 于 一 个 过 程，可 以 高 效
节能地从复杂的体系中分离纯化出目标蛋白并保持其生物
反胶束萃取技术是继双水相萃取之后的一种适合生物 大分子分离纯化 的 新 型 分 离 技 术，该 技 术 已 经 在 食 品 工 业、 医 药 行 业［１］，甚 至 纳 米 材 料 的 ［２，３］ 制 备 上 得 到 了 广 泛 的 研 究 。 尤其是在植物蛋 白 质 的 提 取 上，与 传 统 的 碱 溶 酸 沉 法 相 比， 不仅具有成本低，可连续性操作等 优 点，而 且 反 应 条 件 温 和， 形成的反胶束对活性物质具有一定 保 护 作 用，因 此 可 以 减 少 蛋 白 质 活 性 损 失 。 ［４，５］
根据文献［２３］，反 胶 束 法 萃 取 脱 脂 玉 米 胚 芽 时，在 胚 芽 粉加入量为０．７５ｇ、ＡＯＴ 浓 度 ０．０４４ｇ／ｍＬ、ｐＨ 值 ７．１７、温 度３８ ℃的条件下，萃取率 达 到 最 大 ５８．３６％；而 在 脱 皮 麦 胚 蛋白的后萃试验中［２４］，ｐＨ 为９．４７，ＫＣｌ浓度为０．６１１ｍｏｌ／Ｌ 时 达 到 最 高 萃 取 率 ８０％ ，与 传 统 方 法 （碱 溶 酸 沉 法 ）相 比 有 很 大 提 高 。同 时 ，郭 红 珍 对 ［２５］ 杏 仁 中 蛋 白 质 的 最 优 工 艺 进 行
表征反胶束体系的 参 数 有 Ｗ０（水 与 表 面 活 性 剂 的 摩 尔 比）、θ（增容水相对总体积的 浓 度）、Ｎ （组 成 反 胶 束 微 粒 的 表 面 活 性 剂 的 个 数 即 聚 集 数 ），其 中 Ｗ０ 最 为 常 用［９］。 高 亚 辉［１０］ 在 研 究 中 发 现 Ｗ０ 对 反 胶 束 体 系 的 黏 度 ，“水 池 ”直 径 ， 聚集数以及单个表面活性剂所占面积 都 有 很 大 的 影 响 ，从 而 进 一 步 影 响 蛋 白 质 的 提 取 率 。Ｌｉｃｈｕｎ等［１１］ 认 为 ，随 着 Ｗ０增 加，更多的水与表面 活 性 剂 形 成 结 合 水 从 而 增 加 萃 取 率，而 Ｗ０ 继续增加，增加的自由水则对萃取率没有贡献。 １．３ 反 胶 束 萃 取 植 物 蛋 白 的 机 理
郭 珍
陈复生
ห้องสมุดไป่ตู้
李彦磊 李润洁
ＧＵＯ Ｚｈｅｎ ＣＨＥＮ Ｆｕ－ｓｈｅｎｇ ＬＩ Ｙａｎ－ｌｅｉ ＬＩ ｒｕｎ－ｊｉｅ
（河南工业大学，河南 郑州 ４５０００１）
（Ｈｅｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ，Ｈｅｎａｎ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）
摘要：反胶束萃取是一种适合生物大 分 子 分 离 纯 化 的 新 型 技 术，在生物活性物质的萃取上有着 广 泛 的 应 用 前 景。 文 章 阐 述反胶束萃取的含 义、反 胶 束 萃 取 蛋 白 质 机 理，并 对 近 年 来 国内外有关反胶束萃取在植物蛋白质提取中的应用研究进 行 综 述 ，对 该 领 域 目 前 存 在 的 问 题 进 行 评 述 和 展 望 。 关 键 词 ：反 胶 束 ；植 物 蛋 白 ；萃 取 ；注 入 法 ；固 溶 法 ；相 转 移 法 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｎｅｗ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｈａｓ ｂｒｏａｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｔｈｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｃｔｉｖｅ ｓｕｂ－ ｓｔａｎｃｅｓ ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｍｅａｎｉｎｇ，ｒｅａｃｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｏ－ ｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｐ－ ｐｌｉｅｄ ｔｏ ｐｌａｎｔ ｐｒｏｔｅｉｎ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｐｒｏｂ－ ｌｅｍｓ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｅｖｅｒｓｅ ｍｉｃｅｌｌｅｓ；ｐｒｏｔｅｉｎ；ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ；ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ； ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ；ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｅｔｈｏｄ
Ｌｅｓｅｒ等 利 ［２７］ 用 ＡＯＴ／异 辛 烷 体 系 ，通 过 调 节 离 子 强 度，表面活性剂浓度，ｐＨ 值，成 功 的 从 大 豆 和 向 日 葵 中 提 取 出油和蛋白质，该研究证明了利用反 胶 束 萃 取 技 术 来 分 离 蛋 白和油是可行的 ，并且工艺简单 。赵俊廷等 实 ［２８］ 现了 ＡＯＴ／ 异辛烷反胶束体系同时萃取分离植 物 油 中 蛋 白 质 和 油 脂 ，同 时得到蛋 白 质 最 佳 萃 取 条 件：萃 取 时 间 ９０ ｍｉｎ、ＫＣｌ浓 度 ０．１０ ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ 值５．５、ＡＯＴ／异辛烷浓 度 ０．１６ｇ／ｍＬ；最 佳 后萃取条件：萃取时间９０ ｍｉｎ、ＫＣｌ浓 度 １．２０ ｍｏｌ／Ｌ、ｐＨ 值 ７．７。李飞等 采 ［２９］ 用 ＡＯＴ 反 胶 束 萃 取 体 系 实 现 了 玉 米 胚 芽 中的蛋白质和 油 脂 的 同 时 分 离。 在 萃 取 时 间 １．０ｈ，Ｗ０ 值 ２５，萃取温度 ４０ ℃，ｐＨ 值 ７，离 子 强 度 ０．１ ｍｏｌ／Ｌ，加 样 量 ０．５ｇ的最优条件下，油脂 的 提 取 率 达 ８５．４９％，蛋 白 质 的 提 取率达 ４５．６１％。陈 复 生 等 对 ［３０］ 反 胶 束 技 术 同 时 提 取 花 生 蛋白和油脂的技 术 研 究 进 行 了 报 道，获 取 了 最 佳 工 艺 条 件， 此 后 又 对 蛋 白 酶 对 萃 取 过 程 的 影 响 进 行 了 研 究 。 ［３１］ ２．３ 反 胶 束 萃 取 植 物 蛋 白 技 术 的 优 化 研 究
数人认为蛋白质是通过与游离的表面活性剂发生作用形成 蛋 白 质 － 双 亲 物 质 复 合 物 来 实 现 传 质 。 ［１７］ 蛋 白 质 在 两 相 （有机相和水相）间 的 传 递 过 程 可 分 为 三 步，① 蛋 白 质 从 水 溶液中扩散到两 相 界 面；② 蛋 白 质 在 界 面 处 形 成 包 容 蛋 白 质的 反 胶 束 ；③ 包 容 蛋 白 质 的 反 胶 束 扩 散 在 有 机 相 中［１８］，蛋 白 质 进 入 反 胶 束 有 机 相 的 传 递 通 量 可 以 用 式 （１）计 算 ：