木豆叶蛋白提取工艺研究

木豆叶蛋白提取工艺研究

现在，蛋白质危机是世界上最严重的危机之一，而叶片蛋白是地球上最丰富的蛋白质。据报道，木本植物的绿树面积所占生物量的5%左右，包括乔木单位面积内的蛋白质和其他有用物质的产量通常是粮食产量的2.4倍。因此，绿叶被称为世界上最大的蛋白质来源。在中国，每年只有几棵树的树枝和叶子产量约为5亿t，灌木、草本植物和作物的叶子被广泛使用。这不仅是绿色的充分利用，而且为绿色食品的可持续发展奠定了良好的基础。中国人口众多，耕地少，蛋白质供应不足。只有1000万吨石油。饲料和食品的需求大大受限。因此，积极开发的蛋白质水源不仅可以缓解供求矛盾，还可以改变消费结构，这对发展国民经济和提高人民的素质具有重要意义。早在1773年Pouelle就开始了对叶蛋白的研究,至20世纪70年代初,由于人口猛增、环境污染等客观条件,先后有70多个国家大规模的开展对叶蛋白的研究工作,并建立工业化生产,特别是法国成果显著,建成每小时可加工120t原料的叶蛋白生产工厂.我国对叶蛋白的研究起步较晚,自20世纪80年代中后期才开始研究,目前已有小规模的生产.叶蛋白提取方法主要有加热法、电解质盐析法、碱提膜过滤法、PRO-XAN法(改进的加热法)等.叶蛋白营养成分极为丰富,据测定其蛋白质含量一般为45%～65%,且含有18种氨基酸,氨基酸组分配比合理,还含有胡萝卜素,碳水化合物,矿物质,维生素E,维生素C,维生素B等,口感好,极易被消化,可与鸡蛋、牛乳品媲美.叶蛋白不仅可食用、饲用,而且还可用于医药、化妆品、洗涤用品、饲料等行业,因此叶蛋白的应用前景十分广阔.木豆[Cajanuscajan(L.)Millsp]又名三叶豆、鸽子豆,为蝶形花科、木豆属的多年生常绿灌木.原产非洲、印度,在我国主要分布于云南、广西、海南等南方9省区,每年种植面积为3500～4000hm2,产量约为3000t,其中以云南为最多,14个地州,62个县市均有种植.木豆具喜温、喜光照、耐干旱、耐贫瘠、易繁殖、适应性强、生长快、发育周期短、不占农田等特点,是热带、亚热带地区,尤其是干热河谷地区荒山造林、退耕还林、改善生态环境的优良先锋树种.木豆除传统的放养紫胶虫、薪柴及少量饲用外,最近中国林科院资源昆虫研究所已成功开发出木豆蛋白饲料、香酥木豆等新用途.据报道,木豆每公顷可产干物质57.6t,其中可食部分达28.8t,但木豆叶大部分任其掉落腐烂而未被利用.木豆叶中蛋白质含量一般为10%～17%,因此对木豆叶开发利用的研究,前景广阔,不仅可缓解蛋白质危机,还可增加山区农民的经济收入,改善环境,具有明显的社会、经济和生态效益.本研究采用酸、碱及加热法,以木豆叶为原料,通过正交设计寻求较优的提取工艺及工艺条件,为木豆叶蛋白的工业化生产奠定基础.1材料和方法1.1活性物质的烟气木豆叶采自云南省元江县资源昆虫研究所元江试验站.氢氧化钠、盐酸等试剂均为分析纯.ZK高速自控组织捣碎机、离心机、HHS21.4恒温水浴锅、101-3-S恒温烘箱.1.2方法1.2.1饮料的配制及膜调ph值调节采用酸、碱及加热法提取木豆叶蛋白,主要操作如下:木豆鲜叶经粉碎后,适量水浸泡,打浆,用120目滤布压汁,恒温水浴加热,冷却、离心分离、干燥即得叶绿体叶蛋白①.将滤液用NaOH溶液调pH值,经离心分离、干燥得细胞质叶蛋白②.在调碱过滤后的汁液中加入HCl调pH值,再次沉降,离心分离,干燥得细胞质叶蛋白③.木豆叶蛋白为①②③总和.其主要影响因子为打浆时间、絮凝温度、pH值及料液比.打浆时间分别采用1,2,3min,絮凝温度分别采用70℃,80℃及90℃,NaOH调节滤液pH值为8,9及10,料液比分别为1∶3,1∶4及1∶5的4因子3水平进行正交试验设计.水分测定采用常压干燥法;蛋白质测定采用比色法;叶蛋白得率及提取率计算采用以下计算式:叶蛋白得率(%)=提取叶蛋白干重/鲜叶重叶蛋白提取率(%)=提取叶蛋白干重×粗蛋白含量/(鲜叶重×干基含量×干基蛋白含量)1.2.2工艺2叶蛋白最佳提取工艺条件的确定木豆鲜叶水分测定为63.7%,粗蛋白质含量为6.95%,寻求较优的提取工艺,选用4因子3水平的正交试验设计,即L9(34)正交表,其结果见表1,2及附图.由表2直接得知,第2组实验即参数为:打浆时间1min,料液比1∶4,pH值9,絮凝温度80℃,所提取的叶蛋白质含量最高.从平均值又知,较优工艺条件为:打浆时间1min,料液比1∶3,pH值10,絮凝温度80℃.但从极差值和附图而言,极差值最大的是A因子(5.3),其次是D因子(4.91),C因子(3.38)和B因子(1.16);所以其参数主次因子为A>D>C>B;即打浆时间是主要影响因子,其次是絮凝温度,然后是pH值及料液比;其因子最佳水平为:A1D2C3B1;即最佳工艺条件为:打浆时间1min,絮凝温度80℃,料液比1∶3,pH值10.打浆越细,其叶蛋白质的提取率及得率越高,因此叶蛋白质提取率的高低主要取决于打浆程度,也是该工艺最关键的一步.若絮凝温度升高,能耗增大,生产成本增高;若温度太低叶蛋白又不能较完全的提取,故应配合酸法、碱法使之沉淀分离,因而最佳絮凝温度为80℃.pH值为10,这可能是因为叶蛋白的氨基酸组分中含有相对较多的碱性氨基酸所致.料液比太低,叶蛋白不能完全提取,影响提取率;若太大,溶液太稀,增加生产成本,降低生产率,因此,料液比为1∶3.该工艺提取叶蛋白的得率为5.11%,其粗蛋白含量为33.37%;木豆叶蛋白的提取率为64.06%.叶蛋白质中粗蛋白含量低,可能是由于设备、添加剂等原因所致;因为该工艺没有榨汁机、真空干燥机等设备以及未添加其它助剂促使叶中蛋白质溶出.这有待进一步研究.3料液比及值综上所述,采用酸、碱及加热法提取木豆叶蛋白的较优工艺及工艺参数为:打浆时间、絮凝温度、pH值、料液比对木豆叶蛋白提取的影响顺序为:打浆时间>絮凝温度>pH值>料液比;其参数分别为:打浆时间1min,絮凝温度80℃,pH值10,料液比1∶3.木豆叶蛋白得率5.11%,粗蛋白含量33.37%,叶蛋白提取率64.06%.由于叶蛋白中粗蛋白含量的高低及提取