CN105541964A - 一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11s蛋白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于油脂深加工技术领域，具体涉及一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，具体为：以冷榨芝麻饼粕为原料，脱脂后，粉碎除杂，碱法提取芝麻蛋白，将蛋白提取液离心后，取上清液超滤后，调节pH，加入硫酸铵盐析，离心收集沉淀，将沉淀透析后，冷冻干燥后获得芝麻11S蛋白。较传统柱层析分离法，本发明具有产品纯度高、处理量大、操作简便、成本低等优点。本发明方法为芝麻11S蛋白的工业化制备提供了可能，这对于芝麻11S蛋白的后续研究与应用开发奠定了坚实的基础，具有积极的学术和经济价值。

Description

一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法

技术领域

本发明属于油料加工副产品深加工和植物蛋白提取分离技术领域，具体涉及一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，该方法通过碱提、膜分离、盐析、透析获得芝麻11S蛋白。

背景技术

我国是芝麻生产与消费大国，2015年芝麻产量约为69万吨，由于供不应求，每年需进口芝麻40万吨左右。由于国内芝麻主要用于榨油，年产生50万吨以上的芝麻饼粕。芝麻蛋白是芝麻饼粕的主要成分之一，约占40—50%。芝麻蛋白营养价值高且功能性较好，可以应用于食品、药品、化妆品等多个行业，具有开发利用价值。研究表明：芝麻蛋白由2S、7S、11S蛋白组成，其中11S是芝麻蛋白的主要组成部分，对芝麻蛋白性质有重要影响。为掌握芝麻蛋白性质变化规律以指导芝麻蛋白利用，有必要研究芝麻11S蛋白性质。

为获得芝麻11S蛋白，传统芝麻11S蛋白的制备方法为碱法提取后，盐析粗分离，随后利用柱层析纯化。该方法虽然具有芝麻11S蛋白纯度高的优点，但处理量小，产率低，且操作繁琐，设备成本高，不利于工业放大生产。因此，有必要对上述工艺进行改进与革新。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种具有工业转化潜力的从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，该方法具有生产效率高、操作简单、产品纯度高、污染小等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其包括如下步骤：

1）冷榨芝麻饼粕脱油预处理：

将冷榨芝麻饼粕粗粉碎后，采用亚临界萃取或索氏抽提脱油，脱油至饼粕中残油低于1%，然后取出饼粕减压蒸馏除去残留的溶剂，获得脱油后芝麻饼粕，备用；

其中，亚临界萃取条件为：30—60℃萃取3—5次，每次萃取时间为20—40min，每1kg冷榨芝麻饼粕添加2—5L液化丁烷或丙烷作溶剂；索氏抽提条件为：选用乙醚或石油醚作溶剂（沸程为30—60℃），50—70℃加热回流6—8h；

减压蒸馏的条件具体为：于-0.08—-0.12MPa、40—70℃蒸馏20—100min。此外，冷榨芝麻饼粕优选粉碎至60—100目。若采用亚临界萃取时，粉碎后的芝麻饼粕需装袋进行萃取，袋子可以使用尼龙袋、棉袋、布袋等，其目数在200目以上；若采用索氏抽提时，粉碎后的芝麻饼粕应用滤纸进行包装；

2）芝麻11S蛋白提取：

将步骤1）获得的脱油后芝麻饼粕粉碎至80—120目，加入0.5—1.5mol/L的氯化钠溶液配成5—15%悬浊液后，加碱将pH调至8.5—11.5，在300—600rpm搅拌速度下于30—50℃搅拌提取40—80min；第一次搅拌提取结束后，4000—5000rpm离心20—30min，收集上清液，备用；

将离心获得的沉淀重新加入到0.5—1.5mol/L的氯化钠溶液中配成固形物含量10—20%的悬浊液，并将pH调至8.5—11.5，在300—600rpm搅拌速度下于30—50℃再次搅拌提取40—80min；第二次搅拌提取结束后，4000—5000rpm离心20—30min，收集上清液，备用；

合并两次收集的上清液，采用超滤分离的方法浓缩溶液至原始溶液体积的20—40%，收集浓缩液，备用；

3）芝麻11S蛋白纯化：

将步骤2）所得的浓缩液加酸调pH至6.5—8.0，4000—5000rpm离心20—40min，收集上清液，加入硫酸铵盐析；然后5000—10000rpm离心15—30min，收集沉淀，进行透析除盐，随后将浆液在-40—-60℃下进行冷冻真空干燥，获得芝麻11S蛋白。

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；酸碱的浓度以在2—6mol/L为宜。

具体的，步骤2）中超滤分离所采用的超滤膜截留分子量为200000—400000Da，超滤方式可以为普通过滤或切向流过滤方式。当采用普通过滤时，超滤膜采用平膜；采用切向流过滤时，超滤膜采用卷式膜，操作压力为0.3—1.0MPa，操作温度20—40℃。

步骤3）中盐析时，硫酸铵加入量为硫酸铵在上清液中的饱和度的30—40%，盐析条件为：4℃静置10—12h。

步骤3）中透析时，透析袋截留分子量为3000—12000Da，透析条件为：10—20℃透析8—12h。

膜分离是一种应用广泛的分离技术，由于兼有分离、浓缩、纯化和精制的功能，又有高效、节能、环保、分子级过滤及过滤过程简单、易于控制和放大等特征，因此，目前已广泛应用于食品、医药、生物、化学等多个领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。超滤是膜分离的重要分支，其膜孔径为1—20nm，所施加的压力差为0.1—1.0MPa，常用于溶液中大分子的除去，大小分子间分离及大分子间的分级。本发明中应用超滤分离结合盐析技术替代传统的柱层析纯化，提高样品处理量和生产效率的同时，简化生产工艺，降低了生产成本，为工业化制备芝麻11S蛋白提供理论指导和实现可能性。

与传统碱溶-盐析-柱层析制备芝麻11S蛋白相比，本发明方法具有的优点与有益效果如下：

1）本发明中采用膜分离对芝麻蛋白进行分级，高效节能、处理量大且成本低；同时，透过液中的其它芝麻蛋白也可以回收利用，提高原料利用率；

2）本发明提取条件温和，使用的化学试剂毒腐性小且易于回收处理，减少了设备防腐和治污处理成本；

3）本发明制备的芝麻11S蛋白纯度高、品质好，不但可以应用于后续研究，也可以应用于食品、药品、化妆品等行业。

附图说明

图1为采用本发明得到的芝麻11S蛋白变性电泳图，图中泳道1为冷榨芝麻饼粕中蛋白，泳道2为标准蛋白，泳道3和4分别为实施例1和2制备所得的芝麻11S蛋白。如图所示，经过本发明方法制备的芝麻11S蛋白样品中基本无2S蛋白谱带，这表明本发明可以有效分离纯化芝麻11S蛋白；

图2为采用本发明方法得到的芝麻11S蛋白产品。由于本发明条件温和，芝麻蛋白没有发生变色现象，呈现白色粉状外观。

具体实施方式

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。

实施例1：

一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其包括如下步骤：

1）冷榨芝麻饼粕脱油预处理：

取冷榨芝麻饼粕1kg，粉碎至60目，装入尼龙袋中，放入亚临界萃取器中，按照料液比1kg：5L加入液化丁烷作为亚临界流体进行萃取，在40℃萃取5次，每次萃取30min。然后在-0.10MPa、50℃下减压蒸馏60min除去残余的液化丁烷，获得脱油后芝麻饼粕；

2）芝麻11S蛋白提取：

将步骤1）获得的脱油后芝麻饼粕粉碎至100目，加入0.9mol/L的氯化钠溶液配成10%悬浊液后，加入氢氧化钠将pH调至10.5，在500rpm搅拌速度下于40℃搅拌提取50min；第一次搅拌提取结束后，5000rpm离心20min，收集上清液，备用；

将离心获得的沉淀重新加入到0.9mol/L的氯化钠溶液中配成固形物含量10%的悬浊液，并将pH调至10.5，在500rpm搅拌速度下于40℃再次搅拌提取50min；第二次搅拌提取结束后，5000rpm离心20min，收集上清液，备用；

合并两次收集的上清液，采用截留分子量为250000Da的卷式膜切流型超滤机以进行超滤，超滤过程中温度控制在25℃，压力为0.6MPa，浓缩溶液至原始溶液体积的30%后，收集浓缩液备用；

3）芝麻11S蛋白纯化：

将步骤2）所得的浓缩液加盐酸调pH至7.0，5000rpm离心30min，收集上清液，在300rpm的搅拌速度下加入硫酸铵，使其质量达到硫酸铵在上清液中的饱和度的30%，4℃静置12h。随后8000rpm离心20min，收集沉淀，采用截留分子量为3000Da的透析袋，在10℃进行透析除盐8h。随后将浆液在-60℃下进行冷冻真空干燥，最终获得106.72g白色芝麻11S蛋白，蛋白纯度为93.25%。

实施例2：

一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其包括如下步骤：

1）冷榨芝麻饼粕脱油预处理：

取冷榨芝麻饼粕200g，粉碎至80目，装入滤纸筒中，放入索氏抽提器中，加入400-600mL乙醚进于50℃回流萃取8h。然后在-0.12MPa、40℃下减压蒸馏80min除去残余的乙醚，获得脱油后芝麻饼粕；

2）芝麻11S蛋白提取：

将步骤1）获得的芝麻饼粕粉碎至100目，加入1.0mol/L的氯化钠溶液配成5%悬浊液后，加入3mol/L氢氧化钾将pH调至10.0。在40℃下，以600rpm搅拌速度搅拌提取60min；第一次搅拌提取结束后，5000rpm离心30min，收集上清液，备用；

将离心获得的沉淀重新加入到1.0mol/L的氯化钠溶液中配成固形物含量10%的悬浊液，并将pH调至10.5，在600rpm搅拌速度下于40℃再次搅拌提取60min；第二次搅拌提取结束后，5000rpm离心30min，收集上清液，备用；

合并两次收集的上清液，采用截留分子量为300000Da的普通平膜超滤机以进行超滤，超滤过程中温度控制在25℃，压力为1.0MPa，浓缩溶液至原始溶液体积的20%后，收集浓缩液备用；

3）芝麻11S蛋白纯化：

将步骤2）所得的浓缩液加2mol/L硫酸调pH至7.5，5000rpm离心30min，收集上清液，在300rpm的搅拌速度下加入硫酸铵，使硫酸铵质量达到硫酸铵在上清液中的饱和度的35%，4℃静置10h。随后10000rpm离心15min，收集沉淀，采用截留分子量为5000Da的透析袋，在15℃进行透析除盐6h。随后将浆液在-60℃下进行冷冻真空干燥，最终获得21.72g白色芝麻11S蛋白，蛋白纯度为93.85%。

表1为采用本发明方法得到的芝麻11S蛋白与冷榨芝麻蛋白的氨基酸组成表。氨基酸组成检测方法采用GB/T5009.124-2003。不同的蛋白其氨基酸组成有差异，从表1可知：芝麻11S蛋白与冷榨芝麻蛋白的氨基酸组成有差异，这表明经过本发明方法处理，除去冷榨芝麻蛋白中的2S蛋白部分，获得芝麻11S蛋白。

表1采用本发明得到的芝麻11S蛋白与冷榨芝麻饼粕蛋白氨基酸组成表

综上可知：较传统柱层析分离法，本发明具有产品纯度高、处理量大、操作简便、成本低等优点。本发明方法为芝麻11S蛋白的工业化制备提供了可能，这对于芝麻11S蛋白的后续研究与应用开发奠定了坚实的基础，具有积极的学术和经济价值。

Claims (4)

1.一种从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）冷榨芝麻饼粕脱油预处理：

将冷榨芝麻饼粕粗粉碎后，采用亚临界萃取或索氏抽提脱油，脱油至饼粕中残油低于1%，然后取出饼粕减压蒸馏除去残留的溶剂，获得脱油后芝麻饼粕，备用；

其中，亚临界萃取条件为：30—60℃萃取3—5次，每次萃取时间为20—40min，每1kg冷榨芝麻饼粕添加2—5L液化丁烷或丙烷作溶剂；索氏抽提条件为：选用乙醚或石油醚作溶剂，50—70℃加热回流6—8h；

2）芝麻11S蛋白提取：

将步骤1）获得的脱油后芝麻饼粕粉碎至80—120目，加入0.5—1.5mol/L的氯化钠溶液配成5—15%悬浊液后，加碱将pH调至8.5—11.5，在300—600rpm搅拌速度下于30—50℃搅拌提取40—80min；第一次搅拌提取结束后，4000—5000rpm离心20—30min，收集上清液，备用；

将离心获得的沉淀重新加入到0.5—1.5mol/L的氯化钠溶液中配成固形物含量10—20%的悬浊液，并将pH调至8.5—11.5，在300—600rpm搅拌速度下于30—50℃再次搅拌提取40—80min；第二次搅拌提取结束后，离心，收集上清液，备用；

合并两次收集的上清液，采用超滤浓缩溶液至原始溶液体积的20—40%，收集浓缩液，备用；

3）芝麻11S蛋白纯化：

将步骤2）所得的浓缩液加酸调pH至6.5—8.0，4000—5000rpm离心20—40min，收集上清液，加入硫酸铵盐析；然后5000—10000rpm离心15—30min，收集沉淀，进行透析除盐，随后将浆液在-40—-60℃下进行冷冻真空干燥，获得芝麻11S蛋白。

2.如权利要求1所述从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其特征在于，步骤2）中超滤所采用的超滤膜截留分子量为200000—400000Da，超滤方式为普通过滤或切向流过滤方式；当采用普通过滤时，超滤膜采用平膜；采用切向流过滤时，超滤膜采用卷式膜，操作压力为0.3—1.0MPa，操作温度20—40℃。

3.如权利要求1所述从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其特征在于，步骤3）中盐析时，硫酸铵加入量为硫酸铵在上清液中的饱和度的30—40%，盐析条件为：4℃静置10—12h。

4.如权利要求1所述从冷榨芝麻饼粕中制备芝麻11S蛋白的方法，其特征在于，步骤3）中透析时，透析袋截留分子量为3000—12000Da，透析条件为：10—20℃透析8—12h。