一种超声波辅助弱碱提取冷榨芝麻饼粕中蛋白的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于油料加工副产物综合利用和植物蛋白提取技术领域，具体涉及一种采用超声波辅助弱碱处理冷榨芝麻饼柏，并经酸沉、醇洗、膜分离获得芝麻饼柏中蛋白的方法。
【背景技术】
[0002]我国是芝麻生产与消费大国，2013年我国芝麻产量为59万吨，由于供不应求，每年需从国外进口芝麻40万吨左右。目前，我国80%的芝麻用于榨油，每年产生50万吨以上的芝麻饼柏。芝麻蛋白是芝麻饼柏中的主要成分之一，约占50%。芝麻蛋白营养价值较高，其必需氨基酸含量占总氨基酸总量的30%，必需氨基酸除赖氨酸与异亮氨酸含量低于FAO/WHO标准外，其它氨基酸均可以满足人体需求。此外，大量研究证明:水解芝麻蛋白可以产生抗氧化肽、ACE抑制肽、螯合金属肽等活性肽。因此，芝麻蛋白在食品、药品、化妆品领域具有广泛的应用前景，是具有加工利用价值的蛋白资源。
[0003]传统芝麻蛋白的生产工艺是碱溶酸沉，即利用芝麻蛋白以碱溶蛋白为主的性质，采用碱性溶液(PH10以上)将芝麻蛋白从饼柏中提取出来，随后离心取上清液，加入酸液将其PH降到芝麻蛋白等电点，获得芝麻蛋白。该方法虽然具有工艺简单、生产能力大的优点，但生产中使用强酸强碱既降低芝麻蛋白的品质，也增加了设备与治污投资。因此，有必要对上述工艺进行改进与革新。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种超声波辅助弱碱提取冷榨芝麻饼柏中蛋白的方法，该方法具有生产效率高、绿色环保、产品纯度高等优点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种超声波辅助弱碱提取冷榨芝麻饼柏中蛋白的方法，其包括如下步骤:
I)冷榨芝麻饼柏亚临界脱油预处理:
将冷榨芝麻饼柏粉碎、装袋后，放入亚临界萃取罐中，加入液化有机溶剂作为亚临界流体进行萃取，萃取至饼柏中残油低于1%，然后减压蒸馏除去残余的液化有机溶剂，除去液化有机溶剂的芝麻饼柏备用；
其中，冷榨芝麻饼柏粉碎至20— 60目。袋子可以为尼龙袋、棉袋、布袋，其目数在200目以上；减压蒸馏的条件具体为:于-0.08——0.12 MPa、40— 70°C蒸馏20— 100 min。
[0006]2)芝麻蛋白提取:
a:将步骤I)所得芝麻饼柏粉碎至80—160目，加入盐溶液中配成5 — 15% (w/v)的悬浊液并将pH值调至7.0—10.0，然后转入循环式超声波提取仪中，在200—800 rpm搅拌速度下于30—50°C第一次超声提取20— 50 min，超声提取结束，离心(优选3000—5000 rpm离心20一40 min)，取上清液，备用；
b:将步骤a中离心所得沉淀加入盐溶液中配成固形物含量10—20%(w/v)的悬浊液，并将pH值调至7.0-10.0，然后再次转入循环式超声波提取仪中，在与第一次超声提取条件相同的情况下进行第二次超声提取，超声提取结束，离心(优选3000— 5000 rpm离心20—40 min)，取上清液，备用；
c:合并步骤a和b所得上清液，加酸将体系pH调至4.0—5.0，静置30— 60 min,离心(优选3000—5000 rpm离心30—50 min )，收集芝麻蛋白沉淀，备用；
其中，调节pH所用的碱可以为氢氧化钠、氢氧化钾等，所用的酸可以为盐酸、硫酸、磷酸、乙酸等；酸碱的浓度在I一5 mol/L为宜。
[0007]3)芝麻蛋白纯化
将步骤c所得芝麻蛋白沉淀加水配成2 — 6%(w/v)的悬浊液，并将pH调至6.8-7.2，超滤分离，超滤浓缩液经干燥后获得芝麻蛋白产品。
[0008]具体的，步骤I)中，所述的液化有机溶剂为丁烷、丙烷、或丁烷与丙烷的混合物；亚临界萃取罐中的萃取条件为:30—60°C萃取3—5次，每次萃取时间为20—40 min，每Ikg冷榨芝麻饼柏添加2 — 5L液化有机溶剂为宜。
[0009]步骤b和c中，所述盐溶液为浓度0.2— 0.8 mol/L的氯化钠水溶液。
[0010]步骤2)的a和b中，超声波提取时的条件:采用的超声波频率为20 KHz,40 KHz、59 KHz、或20 KHz和40 KHz、或20 KHz和59 KHz，或40 KHz和59 KHz，超声波工作方式为脉冲型，其工作时间与间歇时间比为3 — 1:1。超声波强度为每升溶液作用80— 400 W。
[0011]步骤3)中，为提高超滤效果，采用两次超滤，即将第一次超滤所得浓缩液重新加水稀释至2 — 6%进行二次超滤；超滤过程中，采用截留分子量5000— 10000 Da的超滤膜，超滤操作压力为0.2— 0.5 MPa，操作温度为20— 40°C。
[0012]步骤3)中，干燥方式可以是真空干燥、真空冷冻干燥或喷雾干燥等；真空干燥的操作条件为:压力-0.08——0.10 MPa，温度45— 65°C ;真空冷冻干燥的操作条件为:温度-40——60 0C ;喷雾干燥的操作条件为:4一 8 %固形物浓度，进口温度160 — 200°C，出口温度为 60 - 80°C，压力 1.2 — 1.6 MPa。
[0013]步骤3)中，超滤分离获得的透过液与步骤c离心所得上清液合并后，板框过滤除去悬浮物，再次加入盐溶液配成10 — 20%的悬浊液并调整pH至7.0- 10.0重新用于芝麻蛋白提取。
[0014]超声波辅助提取是一种新兴的工业化提取方法，它利用超声波的机械效应、空化效应与热效应，通过增大介质分子的运动速度、增大介质的穿透力来提高目标物质的提取效率。本发明凭借超声波辅助提取和膜分离联用，在减少酸碱使用量与污水排放的条件下，生产高品质芝麻蛋白。与传统的碱溶酸沉法相比，本发明工艺减少了化学试剂的使用量和污水排放，缩短了生产时间，提高了产品品质。本发明方法提高了芝麻加工副产物饼柏的利用率，在增加蛋白来源的同时，延长了加工链，增加了产品的附加值，具有积极的社会经济价值。
[0015]与传统碱溶酸沉相比，本发明方法的优点与有益效果如下:
1、超声波辅助弱碱提取芝麻蛋白，由于提取条件温和且使用化学试剂少，在提高芝麻蛋白品质的同时，也降低了设备防腐和治污成本。
[0016]2、本发明中采用膜分离对芝麻蛋白进行脱盐，高效节能且无污染；同时，将膜分离的透过液与离心上清液处理后重新用于蛋白提取，提高了水资源的利用率。
[0017]3、本发明生产的芝麻蛋白变性少、纯度高、品质好，可应用于药品、食品、化妆品等领域。
【附图说明】
[0018]图1为本发明方法的工艺流程图；
图2为采用本发明方法得到的芝麻蛋白产品，图中，(a)为离心获得芝麻蛋白沉淀，(b)为真空冷冻干燥后的芝麻蛋白粉。
【具体实施方式】
[0019]以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
[0020]实施例1:
一种超声波辅助弱碱提取冷榨芝麻饼柏中蛋白的方法，其包括如下步骤:
1)冷榨芝麻饼柏亚临界脱油预处理:
取冷榨芝麻饼柏10 kg，粉碎至40目，装入尼龙袋中后，放入亚临界萃取罐中，按照料液比为Ikg:4L加入液化丁烷作为亚临界流体进行萃取，萃取至饼柏中残油低于1%(在40°C萃取3次，每次萃取30 min)。然后在-0.10 MPa、50°C下减压蒸馏60 min除去残余的液化丁烷，除去液化丁烷的芝麻饼柏备用；
2)芝麻蛋白提取:
a:取I kg步骤I)所得芝麻饼柏粉碎至80目，然后加入9 L 0.3 mol/L的氯化钠水溶液，并用I mol/L氢氧化钠将pH调整为9.5，随后转入循环式超声波提取仪中，在400 rpm搅拌速度、温度35°C条件下，采用20 KHz与40KHz超声波联用的方式(20 KHz和40 KHz超声波功率均为900 W，其中40 KHz超声波单次工作时间和间歇时间为10 s和5 s)第一次超声提取30 min。超声结束后，4000 rpm离心30 min，收集第一次提取上清液，备用。
[0021]b:称取步骤a中离心所得沉淀质量，加入0.3 mol/L氯化钠水溶液配成15%(w/v)的悬浊液，并用I mol/L氢氧化钠将pH调整至9.5，随后转入循环式超声波提取仪中。在与第一次超声提取条件相同的情况下进行第二次超声提取，超声提取结束，4000 rpm离心30min，收集第二次提取上清液，备用；
c:合并步骤a和b所得上清液，加酸(3 mol/L盐酸)将体系pH调至4.3，静置30min，5000 rpm离心30min，收集芝麻蛋白沉淀，备用；
3)芝麻蛋白纯化
将步骤c所得芝麻蛋白沉淀加水配成3% (w/v)的悬浊液，并将pH调至7.0，室温25°C下，超滤分离(用截留分子量为10000 Da的超滤膜以0.30 Mpa操作压力进行超滤)，当浓缩到浓度为15 %时，加水重新稀释到3%，相同条件进行第二次超滤。第二次超滤所得浓缩液于65°C、_0.10 Mpa进行真空干燥，最终得到398.56 g白色芝麻蛋白粉，蛋白纯度为86.5%。
[0022]超滤分离获得的透过液可以与步骤c离心所得上清液合并后，板框过滤除去悬浮物