木豆葉蛋白提取工藝研究

木豆葉蛋白提取工藝研究

現(xiàn)在，蛋白質(zhì)危機是世界上最嚴(yán)重的危機之一，而葉片蛋白是地球上最豐富的蛋白質(zhì)。據(jù)報道，木本植物的綠樹面積所占生物量的5%左右，包括喬木單位面積內(nèi)的蛋白質(zhì)和其他有用物質(zhì)的產(chǎn)量通常是糧食產(chǎn)量的2.4倍。因此，綠葉被稱為世界上最大的蛋白質(zhì)來源。在中國，每年只有幾棵樹的樹枝和葉子產(chǎn)量約為5億t，灌木、草本植物和作物的葉子被廣泛使用。這不僅是綠色的充分利用，而且為綠色食品的可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。中國人口眾多，耕地少，蛋白質(zhì)供應(yīng)不足。只有1000萬噸石油。飼料和食品的需求大大受限。因此，積極開發(fā)的蛋白質(zhì)水源不僅可以緩解供求矛盾，還可以改變消費結(jié)構(gòu)，這對發(fā)展國民經(jīng)濟和提高人民的素質(zhì)具有重要意義。早在1773年P(guān)ouelle就開始了對葉蛋白的研究,至20世紀(jì)70年代初,由于人口猛增、環(huán)境污染等客觀條件,先后有70多個國家大規(guī)模的開展對葉蛋白的研究工作,并建立工業(yè)化生產(chǎn),特別是法國成果顯著,建成每小時可加工120t原料的葉蛋白生產(chǎn)工廠.我國對葉蛋白的研究起步較晚,自20世紀(jì)80年代中后期才開始研究,目前已有小規(guī)模的生產(chǎn).葉蛋白提取方法主要有加熱法、電解質(zhì)鹽析法、堿提膜過濾法、PRO-XAN法(改進(jìn)的加熱法)等.葉蛋白營養(yǎng)成分極為豐富,據(jù)測定其蛋白質(zhì)含量一般為45%～65%,且含有18種氨基酸,氨基酸組分配比合理,還含有胡蘿卜素,碳水化合物,礦物質(zhì),維生素E,維生素C,維生素B等,口感好,極易被消化,可與雞蛋、牛乳品媲美.葉蛋白不僅可食用、飼用,而且還可用于醫(yī)藥、化妝品、洗滌用品、飼料等行業(yè),因此葉蛋白的應(yīng)用前景十分廣闊.木豆[Cajanuscajan(L.)Millsp]又名三葉豆、鴿子豆,為蝶形花科、木豆屬的多年生常綠灌木.原產(chǎn)非洲、印度,在我國主要分布于云南、廣西、海南等南方9省區(qū),每年種植面積為3500～4000hm2,產(chǎn)量約為3000t,其中以云南為最多,14個地州,62個縣市均有種植.木豆具喜溫、喜光照、耐干旱、耐貧瘠、易繁殖、適應(yīng)性強、生長快、發(fā)育周期短、不占農(nóng)田等特點,是熱帶、亞熱帶地區(qū),尤其是干熱河谷地區(qū)荒山造林、退耕還林、改善生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良先鋒樹種.木豆除傳統(tǒng)的放養(yǎng)紫膠蟲、薪柴及少量飼用外,最近中國林科院資源昆蟲研究所已成功開發(fā)出木豆蛋白飼料、香酥木豆等新用途.據(jù)報道,木豆每公頃可產(chǎn)干物質(zhì)57.6t,其中可食部分達(dá)28.8t,但木豆葉大部分任其掉落腐爛而未被利用.木豆葉中蛋白質(zhì)含量一般為10%～17%,因此對木豆葉開發(fā)利用的研究,前景廣闊,不僅可緩解蛋白質(zhì)危機,還可增加山區(qū)農(nóng)民的經(jīng)濟收入,改善環(huán)境,具有明顯的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益.本研究采用酸、堿及加熱法,以木豆葉為原料,通過正交設(shè)計尋求較優(yōu)的提取工藝及工藝條件,為木豆葉蛋白的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ).1材料和方法1.1活性物質(zhì)的煙氣木豆葉采自云南省元江縣資源昆蟲研究所元江試驗站.氫氧化鈉、鹽酸等試劑均為分析純.ZK高速自控組織搗碎機、離心機、HHS21.4恒溫水浴鍋、101-3-S恒溫烘箱.1.2方法1.2.1飲料的配制及膜調(diào)ph值調(diào)節(jié)采用酸、堿及加熱法提取木豆葉蛋白,主要操作如下:木豆鮮葉經(jīng)粉碎后,適量水浸泡,打漿,用120目濾布壓汁,恒溫水浴加熱,冷卻、離心分離、干燥即得葉綠體葉蛋白①.將濾液用NaOH溶液調(diào)pH值,經(jīng)離心分離、干燥得細(xì)胞質(zhì)葉蛋白②.在調(diào)堿過濾后的汁液中加入HCl調(diào)pH值,再次沉降,離心分離,干燥得細(xì)胞質(zhì)葉蛋白③.木豆葉蛋白為①②③總和.其主要影響因子為打漿時間、絮凝溫度、pH值及料液比.打漿時間分別采用1,2,3min,絮凝溫度分別采用70℃,80℃及90℃,NaOH調(diào)節(jié)濾液pH值為8,9及10,料液比分別為1∶3,1∶4及1∶5的4因子3水平進(jìn)行正交試驗設(shè)計.水分測定采用常壓干燥法;蛋白質(zhì)測定采用比色法;葉蛋白得率及提取率計算采用以下計算式:葉蛋白得率(%)=提取葉蛋白干重/鮮葉重葉蛋白提取率(%)=提取葉蛋白干重×粗蛋白含量/(鮮葉重×干基含量×干基蛋白含量)1.2.2工藝2葉蛋白最佳提取工藝條件的確定木豆鮮葉水分測定為63.7%,粗蛋白質(zhì)含量為6.95%,尋求較優(yōu)的提取工藝,選用4因子3水平的正交試驗設(shè)計,即L9(34)正交表,其結(jié)果見表1,2及附圖.由表2直接得知,第2組實驗即參數(shù)為:打漿時間1min,料液比1∶4,pH值9,絮凝溫度80℃,所提取的葉蛋白質(zhì)含量最高.從平均值又知,較優(yōu)工藝條件為:打漿時間1min,料液比1∶3,pH值10,絮凝溫度80℃.但從極差值和附圖而言,極差值最大的是A因子(5.3),其次是D因子(4.91),C因子(3.38)和B因子(1.16);所以其參數(shù)主次因子為A>D>C>B;即打漿時間是主要影響因子,其次是絮凝溫度,然后是pH值及料液比;其因子最佳水平為:A1D2C3B1;即最佳工藝條件為:打漿時間1min,絮凝溫度80℃,料液比1∶3,pH值10.打漿越細(xì),其葉蛋白質(zhì)的提取率及得率越高,因此葉蛋白質(zhì)提取率的高低主要取決于打漿程度,也是該工藝最關(guān)鍵的一步.若絮凝溫度升高,能耗增大,生產(chǎn)成本增高;若溫度太低葉蛋白又不能較完全的提取,故應(yīng)配合酸法、堿法使之沉淀分離,因而最佳絮凝溫度為80℃.pH值為10,這可能是因為葉蛋白的氨基酸組分中含有相對較多的堿性氨基酸所致.料液比太低,葉蛋白不能完全提取,影響提取率;若太大,溶液太稀,增加生產(chǎn)成本,降低生產(chǎn)率,因此,料液比為1∶3.該工藝提取葉蛋白的得率為5.11%,其粗蛋白含量為33.37%;木豆葉蛋白的提取率為64.06%.葉蛋白質(zhì)中粗蛋白含量低,可能是由于設(shè)備、添加劑等原因所致;因為該工藝沒有榨汁機、真空干燥機等設(shè)備以及未添加其它助劑促使葉中蛋白質(zhì)溶出.這有待進(jìn)一步研究.3料液比及值綜上所述,采用酸、堿及加熱法提取木豆葉蛋白的較優(yōu)工藝及工藝參數(shù)為:打漿時間、絮凝溫度、pH值、料液比對木豆葉蛋白提取的影響順序為:打漿時間>絮凝溫度>pH值>料液比;其參數(shù)分別為:打漿時間1min,絮凝溫度80℃,pH值10,料液比1∶3.木豆葉蛋白得率5.11%,粗蛋白含量33.37%,葉蛋白提取率64.06%.由于葉蛋白中粗蛋白含量的高低及提取