玉米醇溶蛋白脱色条件的优化_赵华
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本研究以醇溶蛋白提取液 为原料, 以脱色率与 醇溶蛋白 回收率为指标, 采用正交试验方法对粉 末活性炭脱 色工艺条 件进行比较, 通过统计分析, 得 出最优工艺条件。
N 1 为提取液脱色前 的醇溶 蛋白 含量; N 2 为 提取 液脱色 后的醇溶蛋白 含量。
2 结果与讨论 2. 1 玉米黄色素最大吸收波长的测定
用紫外分 光光度 计测 定玉 米醇 溶 蛋白 提取 液 在 350 ~ 550 nm 下的吸光度, 确定玉米黄色素的最大吸收波长。
1 材料与方法 1. 1 材料
玉米、活性炭, 购于天津市 场。
1. 2 方法 1. 2. 1 玉米醇溶蛋白提 取方法
用 pH 值 7. 8 的 磷 酸 盐 缓 冲 液 在 40e 浸 泡 玉米 籽 粒 36 h, 沥干后分离胚与胚乳。用粉碎机将胚乳粉 碎, 称取 50 g 胚乳粉, 加入乙醇水 浴摇床 振荡 抽提, 待醇 溶蛋 白充分 溶解 后离心取上清液, 即得玉米醇溶蛋白提取液。 1. 2. 2 提取液脱色方法
因素
实验结果
编号 A 温度
B 吸附时间
C 活性炭用量
D
脱色率 醇溶蛋白 % 回收率 /% E Y
e
m in
%
空
Gຫໍສະໝຸດ Baidu
Y
1 1( 30) 21
1( 20) 2( 30)
1( 0. 5) 2( 1)
1 88. 56 2 92. 47
92. 58 181. 14 91. 65 184. 12
31 4 2( 40)
1
3 89. 37 92. 15 181. 52
93 K 1 547. 04 K 2 547. 24 K 3 546. 61
R 10. 53
3 546. 06 547. 49 547. 34 10. 87
表3
2
1 93. 52
544. 57
551. 15 K = 1 640. 92
545. 17
31. 18
24
2007, No. 2
粮食与饲料工业
CEREAL & FEED IN DU STRY
玉米醇溶蛋白脱色条件的优化
赵 华, 张英华
( 天津科技大学生物工程学院, 天津 300457)
摘 要: 采用正交试验法, 用粉末活性炭 对玉米醇溶蛋白提取液进行脱色处理, 比较粉 末活性炭用 量、脱 色温度和吸 附时间等 因素对脱色结果的影 响。结果 表明: 粉末活性炭用量 1% , 脱 色温度 40e , 吸附时间 30 m in, 醇溶 蛋白提 取液脱 色效果 明显, 脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为 91. 42% 。 关键词: 玉米; 醇溶蛋白; 粉末活性炭; 脱色 中图分类号: TS213. 4; TS201. 1 文献标识码: A 文章编号: 1003- 6202( 2007) 02- 0024- 02 O p tim ization of Cond ition s for D ecolorizat ion of Z e in AB STRACT: The effects o f active carbon powder, decolor ization tem pe rature and adsorption time on deco louriza tion of zein were studied by o rthogona l exper im ents. The results indicated that the optimum deco lo rization effectw as obta ined from the treatm ent conditions of 1% active ca rbon powder under conditions o f decolor ization tem perature 40e and adsorption tim e 30 m in. The deco lo rization rate reached 93. 25% and the recovery rate o f ze in was up to 91. 42% . K EYW ORDS: corn; zein; active carbon powder; deco loriza tion
正交试验方差分析结果
90. 08 183. 60 y = 182. 32
方差来源
离差
自由度
F值
显著性
A
10. 53
2
5. 27
B
10. 87
2
5. 44
*
C
31. 18
2
15. 59
**
误差
1. 48
2
1
从表 3可以看出, 活性炭用量对脱 色效果和蛋 白回收率
的影响均达到 极显著水平, 而脱色温度 和吸附时间 对两个指
玉米醇溶蛋白 ( ze in) 是玉米 中主要 的贮藏蛋 白, 约占玉 米总蛋白含量的 40% ~ 50% [ 1] 。玉米 醇溶蛋白可 溶于 60% ~ 95% 的乙醇水溶液中, 具有良好的耐 水、阻 氧和易成 膜性, 被广 泛用于食 品、造纸、印刷、纺织 以及医 药卫生 等方面, 尤 其是作为果蔬食 品的保 鲜膜、可 食性包 装、生物 可降解 塑料 和黏合剂 [ 2] 。可见, 醇溶蛋白有广阔的前景。
[参考文献 ] [ 1] Landry R. Protein D istribu tion in G lu ten Products Isolated D uring
and A fterW et-m il ling of M aize G ra ins [ J ]. C ereal C hem, 1997, 74: 188 ~ 189. [ 2] Shuk laR, Ch eryan M. Zein: the Industrial Protein from C orn [ J]. Industrial C rop s and Products, 2001, 13: 171~ 192. [ 3] Cook R B, M allee F M, Shu lm an M L. Pu rification of Zein from Corn G lu ten M eal[ P] . U S Patent 5 254 673, 1993. [ 4] Shuk la R, CheryanM , D eV or R E. S olvent Extraction of Zein from D ry-m illed Corn[ J] . Cereal Ch em, 2000, 77: 724~ 730. [ 5] Evangelis ta M P H, Johson L A. O pt im izing Extract ion of Zein and G lutelin-rich Fraction D uring S equen tia l E xtract ion Process ing of Corn[ J] . Cereal Ch em, 2003, 80: 481 ~ 484.
2. 4 粉末活性炭用量对脱色效果的影响
在 玉米醇 溶蛋白 提取液 中分别加 入不同 含量的 粉末活
性炭, 在 40e 温度下脱色 30 m in, 比较粉 末活性 炭用量 对酶
解液脱色效果的影响 , 见图 3。结果表明, 随着粉末活性炭用
量增大, 脱色 率提 高, 但 玉米 醇溶 蛋 白回 收率 也 相应 减 小。
图 2 不同脱色剂的脱色率比较 2. 3 粉末活性炭的选择
收稿日期: 2006 - 09- 10 作者简介: 赵 华 ( 1963- ) , 男, 博士, 教授, 硕士生导师, 主要从事微生物发酵和生物分离工程研究。
赵 华等: 玉米醇溶蛋白脱色条件的优化 /2007年第 2期
25
分别选用粉末活 性炭 X1、X 2、X 3、X 4 进行 脱色试验, 测定 其脱色率和醇溶蛋白 损失率, 其结果见表 1。
图 5 吸附时间对脱色 效果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 7 玉米醇溶蛋白脱色工艺条件的优化
3 结论 根据测定醇溶蛋白 提取液的吸光度值, 来确定 其脱色率
的方法简单可行, 对比明显。以脱色率 和蛋白回收 率为考察 指标, 采用正交试验方法研究确定醇溶 蛋白提取液 脱色的适 宜条件为: 活性炭用量 1% , 脱色温度 40e , 吸附时间 30 m in, 其脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为 91. 42% 。
表 1 活性炭的选择
活性炭类型
脱色率 /%
醇溶蛋白损失率 /%
X1
85. 32
12. 45
X2
93. 58
8. 64
X3
92. 15
11. 38
X4
80. 26
15. 48
由表 1可知, 活性炭 X 2、X3 的脱色效 果最好, 但 X 3 脱色
时, 醇溶蛋白损失大, 故选择活 性炭 X2 作为脱色剂。
3( 40) 1
3( 1. 5) 2
3 94. 13 3 92. 18
87. 85 181. 98 91. 25 183. 43
52
2
62
3
3
1 94. 35 87. 35 181. 70
1
2 89. 55 92. 36 181. 91
7 3( 50)
1
83
2
3
2 94. 15 87. 34 181. 49
下, 醇溶蛋白提取液脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为
91. 42% 。
图 4 温度对脱色效 果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 6 吸附时间对脱色效果的影响
在玉米醇 溶 蛋白 提 取 液 中加 入 1% 的 粉末 活 性 炭, 在 40e 温度下进行脱 色, 比较吸 附时 间对 脱色效 果的 影响, 见 图 5。结果表明, 随着 吸附时 间的增 长, 脱 色率相 应提高, 玉 米醇溶蛋白回收率也 相应减小。由图 5可见, 脱色 30 m in后 粉末活性炭已基本吸 附饱和, 故脱色时间为 30 m in。
标均影响不大 。通过表 3比较 3 个因素的极 差, 对脱 色率和
醇溶蛋白回收 率影响依 大至 小顺 序为: 活性 炭用 量、吸附时
间、脱色温 度, 最 佳 工 艺 条 件 为 A 2B 2C2, 即 活 性 炭 用 量 为 1% , 脱色 温度 为 40e , 吸 附时 间 30 m in。 在最 佳 脱 色 条件
玉米醇溶 蛋白提取液呈黄色, 实验 采用粉末活 性炭对其 进行脱色处理 。根据正 交试 验方 法, 对 活性 炭用量、脱 色温 度、吸附时间 3个因素 进行试 验 [ 5] 设计 , 每 个因 素选 3个水 平, 分别以脱色率与醇溶蛋白回收率 为考察指标, 进行 试验, 其结果见表 2。
表 2 玉米醇溶蛋白脱色正交试验与结果分析
用紫外分 光光度计在色素的 最大吸收波长 448 nm 处测 其吸光度值。脱色率的测定采用比色法 , 以体积分数 75% 乙 醇水 溶液为空 白, 在 448 nm 处 测定醇 溶蛋白 提取液脱 色前 后的吸光值 A i和 A e, 则 G= [ (A i - A e ) /A i] @ 100% 。 1. 2. 4 醇溶蛋白回收率 测定
取 50 m l玉米醇溶 蛋白提取液于 250 m l三角瓶中, 加入 1% 的粉末活性炭, 在一定温度下 处理一定时 间后, 离心分离 ( 3 500 r/m in, 15 m in) 取上 清液, 测 定滤 液及 起始 提取 液在 448 nm [ 3] 处的吸光度 A 448。 1. 2. 3 脱色率 ( G)测定方 法
综合考虑, 在允许的蛋白损失率范围 内, 1% 的粉末 活性炭用
量较为合适。
图 3 活性炭用量对脱色效果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 5 脱色温度对脱色效果的影响
在玉米醇溶蛋 白提 取液中 加入 1% 的粉 末活 性炭, 在 5 个 不同 温度 条件 下脱 色 30 m in, 比 较温 度对 脱色 效果 的影 响, 见图 4。结果表明, 随着温度的提高, 脱色 率相应提高, 玉 米醇溶蛋白回收 率也 相应 减小。由 于温度 对脱 色效果 的影 响程度相对较小, 而温度过高会对醇溶 蛋白品质产 生不利影 响, 故实际生产应用中宜采用 40e 脱色处理。
采用凯氏定氮 [ 4]法, 分别测定脱色前后提取液 中醇溶蛋 白含量 N 1、N 2, 则
醇溶蛋白回收率 : Y = N 2 /N 1 @ 100% 。
图 1 不同波长下的吸光度 由图 1可知, 当波长在 448 nm 处, 吸光度最大, 为 1. 083。 故玉米黄色素 的最大吸收波长为 448 nm。 2. 2 不同脱色剂对脱色效果的影响 本试验选 用颗粒活 性炭、粉末 活性 炭、硅 藻土 对玉 米醇 溶蛋白提取液 进行脱色处理, 见图 2。结果表明, 粉末活性炭 脱色效果明显 优于颗粒活性炭、硅藻 土。本试验选 取粉末活 性炭, 并对其脱色工艺进行优化。
N 1 为提取液脱色前 的醇溶 蛋白 含量; N 2 为 提取 液脱色 后的醇溶蛋白 含量。
2 结果与讨论 2. 1 玉米黄色素最大吸收波长的测定
用紫外分 光光度 计测 定玉 米醇 溶 蛋白 提取 液 在 350 ~ 550 nm 下的吸光度, 确定玉米黄色素的最大吸收波长。
1 材料与方法 1. 1 材料
玉米、活性炭, 购于天津市 场。
1. 2 方法 1. 2. 1 玉米醇溶蛋白提 取方法
用 pH 值 7. 8 的 磷 酸 盐 缓 冲 液 在 40e 浸 泡 玉米 籽 粒 36 h, 沥干后分离胚与胚乳。用粉碎机将胚乳粉 碎, 称取 50 g 胚乳粉, 加入乙醇水 浴摇床 振荡 抽提, 待醇 溶蛋 白充分 溶解 后离心取上清液, 即得玉米醇溶蛋白提取液。 1. 2. 2 提取液脱色方法
因素
实验结果
编号 A 温度
B 吸附时间
C 活性炭用量
D
脱色率 醇溶蛋白 % 回收率 /% E Y
e
m in
%
空
Gຫໍສະໝຸດ Baidu
Y
1 1( 30) 21
1( 20) 2( 30)
1( 0. 5) 2( 1)
1 88. 56 2 92. 47
92. 58 181. 14 91. 65 184. 12
31 4 2( 40)
1
3 89. 37 92. 15 181. 52
93 K 1 547. 04 K 2 547. 24 K 3 546. 61
R 10. 53
3 546. 06 547. 49 547. 34 10. 87
表3
2
1 93. 52
544. 57
551. 15 K = 1 640. 92
545. 17
31. 18
24
2007, No. 2
粮食与饲料工业
CEREAL & FEED IN DU STRY
玉米醇溶蛋白脱色条件的优化
赵 华, 张英华
( 天津科技大学生物工程学院, 天津 300457)
摘 要: 采用正交试验法, 用粉末活性炭 对玉米醇溶蛋白提取液进行脱色处理, 比较粉 末活性炭用 量、脱 色温度和吸 附时间等 因素对脱色结果的影 响。结果 表明: 粉末活性炭用量 1% , 脱 色温度 40e , 吸附时间 30 m in, 醇溶 蛋白提 取液脱 色效果 明显, 脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为 91. 42% 。 关键词: 玉米; 醇溶蛋白; 粉末活性炭; 脱色 中图分类号: TS213. 4; TS201. 1 文献标识码: A 文章编号: 1003- 6202( 2007) 02- 0024- 02 O p tim ization of Cond ition s for D ecolorizat ion of Z e in AB STRACT: The effects o f active carbon powder, decolor ization tem pe rature and adsorption time on deco louriza tion of zein were studied by o rthogona l exper im ents. The results indicated that the optimum deco lo rization effectw as obta ined from the treatm ent conditions of 1% active ca rbon powder under conditions o f decolor ization tem perature 40e and adsorption tim e 30 m in. The deco lo rization rate reached 93. 25% and the recovery rate o f ze in was up to 91. 42% . K EYW ORDS: corn; zein; active carbon powder; deco loriza tion
正交试验方差分析结果
90. 08 183. 60 y = 182. 32
方差来源
离差
自由度
F值
显著性
A
10. 53
2
5. 27
B
10. 87
2
5. 44
*
C
31. 18
2
15. 59
**
误差
1. 48
2
1
从表 3可以看出, 活性炭用量对脱 色效果和蛋 白回收率
的影响均达到 极显著水平, 而脱色温度 和吸附时间 对两个指
玉米醇溶蛋白 ( ze in) 是玉米 中主要 的贮藏蛋 白, 约占玉 米总蛋白含量的 40% ~ 50% [ 1] 。玉米 醇溶蛋白可 溶于 60% ~ 95% 的乙醇水溶液中, 具有良好的耐 水、阻 氧和易成 膜性, 被广 泛用于食 品、造纸、印刷、纺织 以及医 药卫生 等方面, 尤 其是作为果蔬食 品的保 鲜膜、可 食性包 装、生物 可降解 塑料 和黏合剂 [ 2] 。可见, 醇溶蛋白有广阔的前景。
[参考文献 ] [ 1] Landry R. Protein D istribu tion in G lu ten Products Isolated D uring
and A fterW et-m il ling of M aize G ra ins [ J ]. C ereal C hem, 1997, 74: 188 ~ 189. [ 2] Shuk laR, Ch eryan M. Zein: the Industrial Protein from C orn [ J]. Industrial C rop s and Products, 2001, 13: 171~ 192. [ 3] Cook R B, M allee F M, Shu lm an M L. Pu rification of Zein from Corn G lu ten M eal[ P] . U S Patent 5 254 673, 1993. [ 4] Shuk la R, CheryanM , D eV or R E. S olvent Extraction of Zein from D ry-m illed Corn[ J] . Cereal Ch em, 2000, 77: 724~ 730. [ 5] Evangelis ta M P H, Johson L A. O pt im izing Extract ion of Zein and G lutelin-rich Fraction D uring S equen tia l E xtract ion Process ing of Corn[ J] . Cereal Ch em, 2003, 80: 481 ~ 484.
2. 4 粉末活性炭用量对脱色效果的影响
在 玉米醇 溶蛋白 提取液 中分别加 入不同 含量的 粉末活
性炭, 在 40e 温度下脱色 30 m in, 比较粉 末活性 炭用量 对酶
解液脱色效果的影响 , 见图 3。结果表明, 随着粉末活性炭用
量增大, 脱色 率提 高, 但 玉米 醇溶 蛋 白回 收率 也 相应 减 小。
图 2 不同脱色剂的脱色率比较 2. 3 粉末活性炭的选择
收稿日期: 2006 - 09- 10 作者简介: 赵 华 ( 1963- ) , 男, 博士, 教授, 硕士生导师, 主要从事微生物发酵和生物分离工程研究。
赵 华等: 玉米醇溶蛋白脱色条件的优化 /2007年第 2期
25
分别选用粉末活 性炭 X1、X 2、X 3、X 4 进行 脱色试验, 测定 其脱色率和醇溶蛋白 损失率, 其结果见表 1。
图 5 吸附时间对脱色 效果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 7 玉米醇溶蛋白脱色工艺条件的优化
3 结论 根据测定醇溶蛋白 提取液的吸光度值, 来确定 其脱色率
的方法简单可行, 对比明显。以脱色率 和蛋白回收 率为考察 指标, 采用正交试验方法研究确定醇溶 蛋白提取液 脱色的适 宜条件为: 活性炭用量 1% , 脱色温度 40e , 吸附时间 30 m in, 其脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为 91. 42% 。
表 1 活性炭的选择
活性炭类型
脱色率 /%
醇溶蛋白损失率 /%
X1
85. 32
12. 45
X2
93. 58
8. 64
X3
92. 15
11. 38
X4
80. 26
15. 48
由表 1可知, 活性炭 X 2、X3 的脱色效 果最好, 但 X 3 脱色
时, 醇溶蛋白损失大, 故选择活 性炭 X2 作为脱色剂。
3( 40) 1
3( 1. 5) 2
3 94. 13 3 92. 18
87. 85 181. 98 91. 25 183. 43
52
2
62
3
3
1 94. 35 87. 35 181. 70
1
2 89. 55 92. 36 181. 91
7 3( 50)
1
83
2
3
2 94. 15 87. 34 181. 49
下, 醇溶蛋白提取液脱色率达到 93. 25% , 醇溶蛋白回收率为
91. 42% 。
图 4 温度对脱色效 果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 6 吸附时间对脱色效果的影响
在玉米醇 溶 蛋白 提 取 液 中加 入 1% 的 粉末 活 性 炭, 在 40e 温度下进行脱 色, 比较吸 附时 间对 脱色效 果的 影响, 见 图 5。结果表明, 随着 吸附时 间的增 长, 脱 色率相 应提高, 玉 米醇溶蛋白回收率也 相应减小。由图 5可见, 脱色 30 m in后 粉末活性炭已基本吸 附饱和, 故脱色时间为 30 m in。
标均影响不大 。通过表 3比较 3 个因素的极 差, 对脱 色率和
醇溶蛋白回收 率影响依 大至 小顺 序为: 活性 炭用 量、吸附时
间、脱色温 度, 最 佳 工 艺 条 件 为 A 2B 2C2, 即 活 性 炭 用 量 为 1% , 脱色 温度 为 40e , 吸 附时 间 30 m in。 在最 佳 脱 色 条件
玉米醇溶 蛋白提取液呈黄色, 实验 采用粉末活 性炭对其 进行脱色处理 。根据正 交试 验方 法, 对 活性 炭用量、脱 色温 度、吸附时间 3个因素 进行试 验 [ 5] 设计 , 每 个因 素选 3个水 平, 分别以脱色率与醇溶蛋白回收率 为考察指标, 进行 试验, 其结果见表 2。
表 2 玉米醇溶蛋白脱色正交试验与结果分析
用紫外分 光光度计在色素的 最大吸收波长 448 nm 处测 其吸光度值。脱色率的测定采用比色法 , 以体积分数 75% 乙 醇水 溶液为空 白, 在 448 nm 处 测定醇 溶蛋白 提取液脱 色前 后的吸光值 A i和 A e, 则 G= [ (A i - A e ) /A i] @ 100% 。 1. 2. 4 醇溶蛋白回收率 测定
取 50 m l玉米醇溶 蛋白提取液于 250 m l三角瓶中, 加入 1% 的粉末活性炭, 在一定温度下 处理一定时 间后, 离心分离 ( 3 500 r/m in, 15 m in) 取上 清液, 测 定滤 液及 起始 提取 液在 448 nm [ 3] 处的吸光度 A 448。 1. 2. 3 脱色率 ( G)测定方 法
综合考虑, 在允许的蛋白损失率范围 内, 1% 的粉末 活性炭用
量较为合适。
图 3 活性炭用量对脱色效果和醇溶蛋白回收率的影响 2. 5 脱色温度对脱色效果的影响
在玉米醇溶蛋 白提 取液中 加入 1% 的粉 末活 性炭, 在 5 个 不同 温度 条件 下脱 色 30 m in, 比 较温 度对 脱色 效果 的影 响, 见图 4。结果表明, 随着温度的提高, 脱色 率相应提高, 玉 米醇溶蛋白回收 率也 相应 减小。由 于温度 对脱 色效果 的影 响程度相对较小, 而温度过高会对醇溶 蛋白品质产 生不利影 响, 故实际生产应用中宜采用 40e 脱色处理。
采用凯氏定氮 [ 4]法, 分别测定脱色前后提取液 中醇溶蛋 白含量 N 1、N 2, 则
醇溶蛋白回收率 : Y = N 2 /N 1 @ 100% 。
图 1 不同波长下的吸光度 由图 1可知, 当波长在 448 nm 处, 吸光度最大, 为 1. 083。 故玉米黄色素 的最大吸收波长为 448 nm。 2. 2 不同脱色剂对脱色效果的影响 本试验选 用颗粒活 性炭、粉末 活性 炭、硅 藻土 对玉 米醇 溶蛋白提取液 进行脱色处理, 见图 2。结果表明, 粉末活性炭 脱色效果明显 优于颗粒活性炭、硅藻 土。本试验选 取粉末活 性炭, 并对其脱色工艺进行优化。