一種超聲波輔助弱堿提取冷榨芝麻餅粕中蛋白的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于油料加工副產物綜合利用和植物蛋白提取技術領域，具體涉及一種采用超聲波輔助弱堿處理冷榨芝麻餅柏，并經酸沉、醇洗、膜分離獲得芝麻餅柏中蛋白的方法。
【背景技術】
[0002]我國是芝麻生產與消費大國，2013年我國芝麻產量為59萬噸，由于供不應求，每年需從國外進口芝麻40萬噸左右。目前，我國80%的芝麻用于榨油，每年產生50萬噸以上的芝麻餅柏。芝麻蛋白是芝麻餅柏中的主要成分之一，約占50%。芝麻蛋白營養價值較高，其必需氨基酸含量占總氨基酸總量的30%，必需氨基酸除賴氨酸與異亮氨酸含量低于FAO/WHO標準外，其它氨基酸均可以滿足人體需求。此外，大量研究證明:水解芝麻蛋白可以產生抗氧化肽、ACE抑制肽、螯合金屬肽等活性肽。因此，芝麻蛋白在食品、藥品、化妝品領域具有廣泛的應用前景，是具有加工利用價值的蛋白資源。
[0003]傳統芝麻蛋白的生產工藝是堿溶酸沉，即利用芝麻蛋白以堿溶蛋白為主的性質，采用堿性溶液(PH10以上)將芝麻蛋白從餅柏中提取出來，隨后離心取上清液，加入酸液將其PH降到芝麻蛋白等電點，獲得芝麻蛋白。該方法雖然具有工藝簡單、生產能力大的優點，但生產中使用強酸強堿既降低芝麻蛋白的品質，也增加了設備與治污投資。因此，有必要對上述工藝進行改進與革新。

【發明內容】

[0004]本發明目的在于克服現有技術缺陷，提供一種超聲波輔助弱堿提取冷榨芝麻餅柏中蛋白的方法，該方法具有生產效率高、綠色環保、產品純度高等優點。
[0005]為實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
一種超聲波輔助弱堿提取冷榨芝麻餅柏中蛋白的方法，其包括如下步驟:
I)冷榨芝麻餅柏亞臨界脫油預處理:
將冷榨芝麻餅柏粉碎、裝袋后，放入亞臨界萃取罐中，加入液化有機溶劑作為亞臨界流體進行萃取，萃取至餅柏中殘油低于1%，然后減壓蒸餾除去殘余的液化有機溶劑，除去液化有機溶劑的芝麻餅柏備用；
其中，冷榨芝麻餅柏粉碎至20— 60目。袋子可以為尼龍袋、棉袋、布袋，其目數在200目以上；減壓蒸餾的條件具體為:于-0.08——0.12 MPa、40— 70°C蒸餾20— 100 min。
[0006]2)芝麻蛋白提取:
a:將步驟I)所得芝麻餅柏粉碎至80—160目，加入鹽溶液中配成5 — 15% (w/v)的懸濁液并將pH值調至7.0—10.0，然后轉入循環式超聲波提取儀中，在200—800 rpm攪拌速度下于30—50°C第一次超聲提取20— 50 min，超聲提取結束，離心(優選3000—5000 rpm離心20一40 min)，取上清液，備用；
b:將步驟a中離心所得沉淀加入鹽溶液中配成固形物含量10—20%(w/v)的懸濁液，并將pH值調至7.0-10.0，然后再次轉入循環式超聲波提取儀中，在與第一次超聲提取條件相同的情況下進行第二次超聲提取，超聲提取結束，離心(優選3000— 5000 rpm離心20—40 min)，取上清液，備用；
c:合并步驟a和b所得上清液，加酸將體系pH調至4.0—5.0，靜置30— 60 min,離心(優選3000—5000 rpm離心30—50 min )，收集芝麻蛋白沉淀，備用；
其中，調節pH所用的堿可以為氫氧化鈉、氫氧化鉀等，所用的酸可以為鹽酸、硫酸、磷酸、乙酸等；酸堿的濃度在I一5 mol/L為宜。
[0007]3)芝麻蛋白純化
將步驟c所得芝麻蛋白沉淀加水配成2 — 6%(w/v)的懸濁液，并將pH調至6.8-7.2，超濾分離，超濾濃縮液經干燥后獲得芝麻蛋白產品。
[0008]具體的，步驟I)中，所述的液化有機溶劑為丁烷、丙烷、或丁烷與丙烷的混合物；亞臨界萃取罐中的萃取條件為:30—60°C萃取3—5次，每次萃取時間為20—40 min，每Ikg冷榨芝麻餅柏添加2 — 5L液化有機溶劑為宜。
[0009]步驟b和c中，所述鹽溶液為濃度0.2— 0.8 mol/L的氯化鈉水溶液。
[0010]步驟2)的a和b中，超聲波提取時的條件:采用的超聲波頻率為20 KHz,40 KHz、59 KHz、或20 KHz和40 KHz、或20 KHz和59 KHz，或40 KHz和59 KHz，超聲波工作方式為脈沖型，其工作時間與間歇時間比為3 — 1:1。超聲波強度為每升溶液作用80— 400 W。
[0011]步驟3)中，為提高超濾效果，采用兩次超濾，即將第一次超濾所得濃縮液重新加水稀釋至2 — 6%進行二次超濾；超濾過程中，采用截留分子量5000— 10000 Da的超濾膜，超濾操作壓力為0.2— 0.5 MPa，操作溫度為20— 40°C。
[0012]步驟3)中，干燥方式可以是真空干燥、真空冷凍干燥或噴霧干燥等；真空干燥的操作條件為:壓力-0.08——0.10 MPa，溫度45— 65°C ;真空冷凍干燥的操作條件為:溫度-40——60 0C ;噴霧干燥的操作條件為:4一 8 %固形物濃度，進口溫度160 — 200°C，出口溫度為 60 - 80°C，壓力 1.2 — 1.6 MPa。
[0013]步驟3)中，超濾分離獲得的透過液與步驟c離心所得上清液合并后，板框過濾除去懸浮物，再次加入鹽溶液配成10 — 20%的懸濁液并調整pH至7.0- 10.0重新用于芝麻蛋白提取。
[0014]超聲波輔助提取是一種新興的工業化提取方法，它利用超聲波的機械效應、空化效應與熱效應，通過增大介質分子的運動速度、增大介質的穿透力來提高目標物質的提取效率。本發明憑借超聲波輔助提取和膜分離聯用，在減少酸堿使用量與污水排放的條件下，生產高品質芝麻蛋白。與傳統的堿溶酸沉法相比，本發明工藝減少了化學試劑的使用量和污水排放，縮短了生產時間，提高了產品品質。本發明方法提高了芝麻加工副產物餅柏的利用率，在增加蛋白來源的同時，延長了加工鏈，增加了產品的附加值，具有積極的社會經濟價值。
[0015]與傳統堿溶酸沉相比，本發明方法的優點與有益效果如下:
1、超聲波輔助弱堿提取芝麻蛋白，由于提取條件溫和且使用化學試劑少，在提高芝麻蛋白品質的同時，也降低了設備防腐和治污成本。
[0016]2、本發明中采用膜分離對芝麻蛋白進行脫鹽，高效節能且無污染；同時，將膜分離的透過液與離心上清液處理后重新用于蛋白提取，提高了水資源的利用率。
[0017]3、本發明生產的芝麻蛋白變性少、純度高、品質好，可應用于藥品、食品、化妝品等領域。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明方法的工藝流程圖；
圖2為采用本發明方法得到的芝麻蛋白產品，圖中，(a)為離心獲得芝麻蛋白沉淀，(b)為真空冷凍干燥后的芝麻蛋白粉。
【具體實施方式】
[0019]以下結合實施例對本發明的技術方案作進一步地詳細介紹，但本發明的保護范圍并不局限于此。
[0020]實施例1:
一種超聲波輔助弱堿提取冷榨芝麻餅柏中蛋白的方法，其包括如下步驟:
1)冷榨芝麻餅柏亞臨界脫油預處理:
取冷榨芝麻餅柏10 kg，粉碎至40目，裝入尼龍袋中后，放入亞臨界萃取罐中，按照料液比為Ikg:4L加入液化丁烷作為亞臨界流體進行萃取，萃取至餅柏中殘油低于1%(在40°C萃取3次，每次萃取30 min)。然后在-0.10 MPa、50°C下減壓蒸餾60 min除去殘余的液化丁烷，除去液化丁烷的芝麻餅柏備用；
2)芝麻蛋白提取:
a:取I kg步驟I)所得芝麻餅柏粉碎至80目，然后加入9 L 0.3 mol/L的氯化鈉水溶液，并用I mol/L氫氧化鈉將pH調整為9.5，隨后轉入循環式超聲波提取儀中，在400 rpm攪拌速度、溫度35°C條件下，采用20 KHz與40KHz超聲波聯用的方式(20 KHz和40 KHz超聲波功率均為900 W，其中40 KHz超聲波單次工作時間和間歇時間為10 s和5 s)第一次超聲提取30 min。超聲結束后，4000 rpm離心30 min，收集第一次提取上清液，備用。
[0021]b:稱取步驟a中離心所得沉淀質量，加入0.3 mol/L氯化鈉水溶液配成15%(w/v)的懸濁液，并用I mol/L氫氧化鈉將pH調整至9.5，隨后轉入循環式超聲波提取儀中。在與第一次超聲提取條件相同的情況下進行第二次超聲提取，超聲提取結束，4000 rpm離心30min，收集第二次提取上清液，備用；
c:合并步驟a和b所得上清液，加酸(3 mol/L鹽酸)將體系pH調至4.3，靜置30min，5000 rpm離心30min，收集芝麻蛋白沉淀，備用；
3)芝麻蛋白純化
將步驟c所得芝麻蛋白沉淀加水配成3% (w/v)的懸濁液，并將pH調至7.0，室溫25°C下，超濾分離(用截留分子量為10000 Da的超濾膜以0.30 Mpa操作壓力進行超濾)，當濃縮到濃度為15 %時，加水重新稀釋到3%，相同條件進行第二次超濾。第二次超濾所得濃縮液于65°C、_0.10 Mpa進行真空干燥，最終得到398.56 g白色芝麻蛋白粉，蛋白純度為86.5%。
[0022]超濾分離獲得的透過液可以與步驟c離心所得上清液合并后，板框過濾除去懸浮物