CN113678939A - 综合利用火麻仁资源制备火麻仁油和火麻仁蛋白粉的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了综合利用火麻仁资源制备火麻仁油和火麻仁蛋白粉的方法。本发明火麻仁油和火麻仁蛋白粉的制备方法,包括如下步骤:S1、对火麻仁进行冷榨,得到火麻仁油和火麻仁粕;S2、将所述火麻仁粕粉碎,得到火麻仁粕粉;S3、在所述火麻仁粕粉中加入碱性水溶液进行提取,得到火麻仁蛋白提取液;S4、对所述火麻仁蛋白提取液进行离心,收集上清液;在所述上清液中加入酸性试剂,静置,收集沉淀,得到所述火麻仁蛋白粉。冷榨方式不破坏火麻仁粕中蛋白结构,能保证粗蛋白提取率和蛋白纯度,Na2CO3‑NaHCO3缓冲液能够保证蛋白提取体系稳定,不仅能够实现火麻仁资源的综合利用,还使蛋白提取体系更稳定、可控,大大减少了火麻仁资源浪费,提高蛋白质量的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于火麻仁资源开发利用技术领域,尤其涉及综合利用火麻仁资源制备火麻仁油和火麻仁蛋白粉的方法。
背景技术
火麻仁是桑科植物大麻Cannabis sativa L.的干燥成熟果实,始载于《神农本草经》,至今已有3000多年的使用历史;2002年原卫生部公布的《关于进一步规范保健食品原料管理的通知》将火麻仁作为药食同源物质收录其中。火麻仁中油脂含量为27.04%~37.67%,蛋白含量为20%~25%。火麻仁油不饱和脂肪酸占总脂肪酸含量的77.55%~81.21%,具有抗氧化、降脂、调节肠道功能等作用;火麻仁蛋白中有65%~75%的麻仁球蛋白和25%~37%的麻仁白蛋白,均属于容易消化的全价蛋白质。因此,火麻仁具有极高的经济价值和开发潜力。
近年来,火麻仁油和火麻仁蛋白在工业大麻产业的驱动下受到关注。火麻仁油常用的提取方法有溶剂浸出法、超临界萃取法、压榨法和水酶法等。榨油后的火麻仁残渣即为火麻仁粕,可作为经济价值较低的动物饲料添加,造成火麻仁资源的浪费。碱提酸沉法是通过碱水溶解、酸溶液析出的提取方法,是工业提取植物蛋白的常用方法。目前已有学者对火麻仁粕中的蛋白提取工艺进行考察,有碱提酸沉法,水酶法工艺。然而,上述研究均未从火麻仁出发,从火麻仁资源综合价值的角度开展,未能综合考量火麻仁油和火麻仁蛋白的品质与产量。
发明内容
本发明的目的是提供综合利用火麻仁资源制备火麻仁油和火麻仁蛋白粉的方法,该方法操作简单,能够综合考量火麻仁油和蛋白质的质量,火麻仁资源综合利用率高,达到最大经济效益。
本发明提供的一种火麻仁油和火麻仁蛋白粉的制备方法,包括如下步骤:
S1、对火麻仁进行冷榨,得到火麻仁油和火麻仁粕;
S2、将所述火麻仁粕粉碎,得到火麻仁粕粉;
S3、在所述火麻仁粕粉中加入碱性水溶液进行提取,得到火麻仁蛋白提取液;
S4、对所述火麻仁蛋白提取液进行离心,收集上清液;在所述上清液中加入酸性试剂,静置,收集沉淀;对所述沉淀进行洗涤和干燥,得到所述火麻仁蛋白粉。
上述的制备方法,步骤S1中所述冷榨的温度可小于60℃,具体可为50℃;
所述冷榨具体可为液压冷榨;
所述火麻仁粕具体可为带壳的火麻仁粕。
上述的制备方法,步骤S2中所述火麻仁粕粉可为粗粉,具体可全部通过2号筛。
上述的制备方法,步骤S3中所述碱性水溶液优选Na2CO3-NaHCO3缓冲液。
上述的制备方法,步骤S3中所述提取的条件可如下:
所述火麻仁粕粉与所述碱性水溶液的质量体积比为1g:(15~25)mL;
所述碱性水溶液的pH值为9.5~10.5;
所述提取的温度为45~55℃;
所述提取的时间为50~60min。
优选地,步骤S3中所述提取的条件如下:
所述火麻仁粕粉与所述碱性水溶液的质量体积比为1g:15mL;
所述碱性水溶液的pH值为10.5;
所述提取的温度为60℃;
所述提取的时间为50min。
上述的制备方法,步骤S4中所述离心的条件具体可如下:
转速为8000r/min;
时间为10min;
温度为4℃。
上述的制备方法,步骤S4中在所述上清液中加入酸性试剂调节pH值至火麻仁蛋白的等电点,具体可为4.6~4.8;
所述酸性试剂具体可为盐酸。
所述静置的温度为室温;所述静置的时间具体可为30min。
所述洗涤为用水洗涤至中性。
所述干燥具体可为冷冻干燥。
由上述任一项所述的方法制备得到的火麻仁油,也在本发明的保护范围内。
由上述任一项所述的方法制备得到的火麻仁蛋白粉,也在本发明的保护范围内。
本发明具有如下有益效果:
本发明以火麻仁为原料,通过液压冷榨方式得到火麻仁油,所制备得到的火麻仁油富含不饱和脂肪酸;将冷榨所得的火麻仁粕采用碱提酸沉法提取的粗蛋白,使火麻仁蛋白溶于Na2CO3-NaHCO3缓冲液中,得到火麻仁蛋白液。Na2CO3-NaHCO3缓冲液能够保证在提取过程中体系pH的稳定,能够使火麻仁蛋白充分溶解。然后将火麻仁蛋白液过滤、离心,滤液用HCl调整pH至等电点附近,使火麻仁蛋白沉淀。并采用离心的方式将火麻仁蛋白分离,用纯水洗涤沉淀得到火麻仁蛋白。本方法采用的液压压榨法是根据物理挤压使脂肪油细胞破裂从而使油脂流出的方法,在低温条件下制备火麻仁油,所得火麻仁油不饱和脂肪酸含量高,且不破坏火麻仁粕中蛋白结构;利用蛋白质具有两性、在等电点溶解度最低易沉淀的原理,将火麻仁蛋白从火麻仁粕中提取出来。本方法直接采用火麻仁进行液压压榨萃取,并以Na2CO3-NaHCO3缓冲液为蛋白提取溶剂,与现有方法相比,液压压榨方式保证火麻仁油质量,缓冲液能够保证蛋白提取体系稳定,不仅能够实现火麻仁资源的综合利用,还使蛋白提取体系更稳定、可控,大大减少了火麻仁资源浪费,提高蛋白质量的稳定性。
附图说明
图1是本发明对火麻仁等电点测定的示意图。
图2本发明的不同pH对火麻仁蛋白提取率的示意图。
图3本发明的不同时间对火麻仁蛋白提取率的示意图。
图4本发明的不同温度对火麻仁蛋白提取率的示意图。
图5本发明的不同液料比对火麻仁蛋白提取率的示意图。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
用BCA法测定火麻仁蛋白提取液的蛋白含量,该方法为:将BSA母液(10mg/ml)稀释成0,0.025mg/ml,0.125mg/ml,0.25mg/ml.0.5mg/ml,0.75mg/ml,1.0mg/ml,1.5mg/ml共8个梯度。称取火麻仁蛋白1.00mg,用dd H2O配制成1mg/ml的蛋白液。按照BCA说明书方法,A液:B液=50:1配制工作液;按照工作液:蛋白液=10:1的比例37℃孵育30min,于波长562nm处测吸光度。以标准蛋白溶液浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘图,得到标准蛋白曲线及回归方程y=0.2566x+0.0751(R2=0.9957),根据BSA标准曲线测火麻仁蛋白含量。该方法中,直接测定蛋白提取液的蛋白浓度和提取率,简化计算蛋白粉得率的步骤,减少工作量的产生。
不同pH值的Na2CO3-NaHCO3缓冲液的配制过程如下:
pH=9的Na2CO3-NaHCO3缓冲液:Na2CO3 0.003mol/L,NaHCO3 0.05mol/L,混匀;
pH=10的Na2CO3-NaHCO3缓冲液:Na2CO3 0.0885mol/L,NaHCO3 0.05mol/L,混匀;
pH=11的Na2CO3-NaHCO3缓冲液:Na2CO3 0.28mol/L,NaHCO3 0.05mol/L,混匀;
pH=12的Na2CO3-NaOH缓冲液:Na2CO3 2mol/L+1mol/L NaOH,调pH至12;
pH=13的Na2CO3-NaOH缓冲液:Na2CO3 2mol/L+1mol/L NaOH,调pH至13;
pH=14的Na2CO3-NaOH缓冲液:Na2CO3 2mol/L+1mol/L NaOH,调pH至14;
pH=10.5的pH=10.5的磷酸缓冲液的配制过程如下:Na2HPO4 0.5mol/L+1mol/LNaOH,调pH至10.5。
实施例1、榨油条件的考察
用液压榨油机(260型液压榨油机,河南瑞鸿昌机械设备有限公司)对火麻仁(购自安国药材市场,产地为陕西,未去壳)进行压榨,进料温度为常温,压榨机出油口温度为50℃。
本实验考察了冷榨和热榨方式对火麻仁油和蛋白得率和品质的影响。分别采用热榨和冷榨方法榨油。热榨采用的是螺旋式榨油法,榨油温度为255℃;冷榨为液压榨油法,榨油温度为50℃。称取3批不同产地火麻仁各1kg,分别用冷榨和热榨两种方式进行榨取,所得油为火麻仁毛油,油渣为火麻仁粕。
(1)不同榨油方式对火麻仁油及蛋白得率的影响
将冷榨和热榨得到的火麻仁粕分别用打粉机粉碎,得到冷榨火麻仁粕粗粉和热榨火麻仁粕粗粉,过2号筛,用凯氏定氮法测得,冷榨火麻仁粕粉末和热榨火麻仁粕粉末中的蛋白质含量均为30%。
分别称取上述冷榨和热榨得到的火麻仁粕粉5g,按照1:20料液比加入100ml超纯水,用NaOH调节pH=10.0,温度为50℃,水浴1h。4000r/min离心10min,在pH=5.0条件下酸沉1h。用纯水洗涤凝乳至pH=7.0左右,4000r/min离心20min,沉淀冷冻干燥,即为火麻仁粗蛋白。
按照如下公式计算粗蛋白得率和蛋白纯度:
不同榨油方式的火麻仁油的出油率、粗蛋白提取率和蛋白纯度见表1。
表1不同榨油方式对火麻仁油及蛋白得率影响
由表1可以看出,热榨法出油率略高于冷榨法,但未形成显著差异(P>0.1);冷榨火麻仁粕粗蛋白提取率为11.38%,显著高于热榨火麻仁粕(P<0.001),冷榨粕粗蛋白提取率为热榨粕粗蛋白提取率的5.1倍;冷榨粕蛋白纯度略高于热榨粕蛋白(P<0.01)。
(2)不同榨油方式对火麻仁油品质的影响
对上述冷榨得到的火麻仁油中的脂肪酸成分进行检测,火麻仁油脂肪酸含量测定利用水解-提取法原理,参照GB 5009.168-2016第三法。实验结果见表2。冷榨和热榨的脂肪酸种类和含量无显著差异。
表2火麻仁油脂肪酸成分
由表2可以看出,火麻仁油中不饱和脂肪酸含量达77.43±2.94,亚油酸和亚麻酸含量接近3:1,《中国居民膳食脂肪适宜摄入量》建议亚油酸和亚麻酸摄入比例为4~6:1,婴儿和老年人建议4:1,而常见植物油大豆油的比例为8:1,橄榄油为10:1,本发明火麻仁油中亚油酸和亚麻酸占比合理。
(3)不同榨油方式对火麻仁蛋白氨基酸组成的影响
分别称取上述冷榨和热榨得到的火麻仁粕粉5g,按照1:20料液比加入100ml超纯水,用NaOH调节pH=10.0,温度为50℃,水浴1h。4000r/min离心10min,在pH=5.0条件下酸沉1h。用纯水洗涤凝乳至pH=7.0左右,4000r/min离心20min,沉淀冷冻干燥,即为火麻仁粗蛋白。
火麻仁蛋白氨基酸含量测定:采用日立L 8900型全自动氨基酸分析仪进行测定,具体方法如下:称适量样品置于水解管,加2ml 6mol/L HCl,充氮,110℃水解22小时。冷却后取200μl蒸干,加0.02mol/L HCl溶解,稀释成与标样近似浓度,15000rpm/min离心15min,取上清上机测试。将氨基酸混合溶液标准物质取50μl,以0.02mol/L HCL稀释成500μl溶液,制备得氨基酸标准溶液,样品和标准品进样量均为20μl。日立专用离子交换树脂柱温57℃,流速为0.4ml/min;茚三酮反应柱反应温度为135℃,流速为0.35ml/min;检测波长570nm和440nm;样品分析时间为50min。用外标法测定样品氨基酸含量。实验结果见表3。
表3不同榨油方式对氨基酸组成影响
火麻仁蛋白的氨基酸营养评价方法,按照FAO/WHO提出的氨基酸营养模式进行评价,主要采用以下指标:
必需氨基酸比值(RAA)=待评价蛋白质中某种必需氨基酸的含量÷WHO/FAO模式中相应必需氨基酸的含量 (3)
氨基酸比值系数(RCAA)=必需氨基酸的比值÷必需氨基酸比值的均数 (4)
氨基酸比值系数分值(SRC)=100-CV×100 (5)
式(5)中:CV为RCAA的变异系数,CV=标准差/均值。
RCAA值越接近1,越符合FAO/WHO氨基酸模型;SRC越接近100,说明该蛋白质营养价值越高。
不同榨油方式对必需氨基酸比值和比值系数的影响见表4。由表4数据可得,除蛋氨酸和半胱氨酸外,冷榨蛋白和热榨蛋白的必需氨基酸均接近FAO/WHO标准氨基酸模式;根据RAA和RCAA数值由公式(5)计算可得:冷榨蛋白的SRC为72.73,热榨蛋白SRC为80.28,热榨蛋白的营养价值略高于冷榨蛋白;冷榨蛋白中苯丙氨酸和酪氨酸的必需氨基酸比值显著高于标准模式,为冷榨蛋白的优势氨基酸。虽然热榨蛋白评分高于冷榨蛋白,但冷榨蛋白得率和纯度均远高于热榨蛋白,因此认为冷榨是适合火麻仁的榨油方式,有利于获得火麻仁蛋白。
表4不同榨油方式对必需氨基酸比值和比值系数的影响
实施例2:火麻仁蛋白等电点的测定和提取条件的单因素考察
按照实施例1中的方法将火麻仁冷榨,取火麻仁粕进行粉碎,过2号筛,得到火麻仁粕粗粉,备用。
(1)火麻仁蛋白等电点测定
称取火麻仁粕粗粉50g,按照1:20的料液比加入pH=10的Na2CO3-NaHCO3缓冲溶液,60℃水浴1h,过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。取上清液各30ml,用HCl调pH分别至4.0~6.0,设置梯度为0.2。在8000r/min,4℃,10min离心,BCA法测定上清液中蛋白质含量,得到火麻仁蛋白等电点。本实施的火麻仁蛋白等电点为4.6~4.8,如图1所示。
(2)提取pH对蛋白得率的影响
称取火麻仁粕粗粉5g,分别加入pH为9,10,11,12,13,14的Na2CO3-NaHCO3缓冲液,按照1:20料液比,40℃,40min水浴。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液用100ml容量瓶定容,得到火麻仁蛋白提取液,用BCA法测蛋白含量,计算蛋白提取率。5个pH的蛋白提取率分别为8.63%、24.56%、5.06%、1.68%、1.03%和1.36%。如图2所示。在pH 9~14范围内,火麻仁蛋白提取率随pH的增高,先增加后降低,在pH=10时提取率达到最大。这是由于随着pH的增加,火麻仁蛋白溶解度增加,但pH继续增加会导致蛋白质达到饱和,并可能会破坏蛋白内部肽键,引起蛋白提取率降低。故选择pH为9.5,10,10.5作为正交试验的较优水平。
(3)提取时间对蛋白得率的影响
称取火麻仁粕粗粉5g,加入pH=10的Na2CO3-NaHCO3缓冲液,按照1:20料液比,40℃水浴,水浴时间分别为20min,30min,40min,50min,60min。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液用100ml容量瓶定容,得到火麻仁蛋白提取液,用BCA法测蛋白含量,计算蛋白提取率。如图3所示,5个提取时间的提取率分别为14.89%,16.07%,16.44%,17.35%和17.38%。这种现象出现的原因可能是蛋白随着提取时间增加,溶出率增加,但时间过长导致肽键断裂,提取率降低。故选择提取时间为50min,55min,60min作为正交试验的较优水平。
(4)提取温度对蛋白得率的影响
称取火麻仁粕粗粉5g,加入pH=10的Na2CO3-NaHCO3缓冲液,按照1:20料液比,水浴50min,水浴温度分别为30℃,40℃,50℃,60℃,70℃。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液用100ml容量瓶定容,得到火麻仁蛋白提取液,用BCA法测蛋白含量,计算蛋白提取率。如图4所示,在30℃~60℃范围内,火麻仁蛋白提取率随提取温度的增加而增高,50℃的提取率达到最高;温度高于50℃后提取率降低。故选择提取温度45℃,50℃,55℃作为正交试验的较优水平。
(5)液料比对蛋白得率的影响
称取火麻仁粕粗粉5g,按照10,15,20,25液料比,加入pH=10的Na2CO3-NaHCO3缓冲液,40℃,水浴50min。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液用100ml容量瓶定容,得到火麻仁蛋白提取液,用BCA法测蛋白含量,计算蛋白提取率。从图5可以看出,在10,15,20,25的液料比范围内,火麻仁蛋白提取率随液料比增加而增高,20的液料比提取率达到最高;液料比高于20后提取率降低。故选择提取料液比10,15,20作为正交试验的较优水平。
(6)不同提取体系对蛋白得率的影响
①称取火麻仁粕粗粉5g,按照15的液料比,加入pH=10.5的Na2HPO4-NaH2PO4缓冲液,60℃水浴50min。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液加HCl调至pH为4.6左右,室温放置30min,用蒸馏水洗涤凝乳至中性,8000r/min,10min,4℃离心。沉淀冷冻干燥,即为火麻仁蛋白。粗蛋白提取率为7.6%。
②称取火麻仁粕粗粉5g,按照15的液料比,加入pH=10.5的NaOH溶液,60℃水浴50min。过滤,取滤液,8000r/min,10min,4℃离心。上清液加HCl调至pH为4.6左右,室温放置30min,用蒸馏水洗涤凝乳至中性,8000r/min,10min,4℃离心。沉淀冷冻干燥,即为火麻仁蛋白。粗蛋白得率为8.38%。
结论:Na2HPO4-NaH2PO4和NaOH体系的蛋白得率均明显低于Na2CO3-NaHCO3体系。
实施例2:正交实验对火麻仁蛋白提取工艺的优化
在实施例1的单因素实验中,对影响火麻仁蛋白提取的时间、温度、pH、液料比确定提取率较高的3个水平,进行L9(34)正交试验。因素和水平设计见表5。本实施中,提取溶液与火麻仁粕粉的比例为液料比。
表5正交实验设计及结果
由表5可知,对火麻仁蛋白提取影响较大的因素为pH>时间>料液比>温度。最佳提取条件为温度60℃,pH为10.5,提取时间50min,料液比1:15。在此条件下蛋白提取率为20.87%。
Claims (8)
1.一种火麻仁油和火麻仁蛋白粉的制备方法,包括如下步骤:
S1、对火麻仁进行冷榨,得到火麻仁油和火麻仁粕;
S2、将所述火麻仁粕粉碎,得到火麻仁粕粉;
S3、在所述火麻仁粕粉中加入碱性水溶液进行提取,得到火麻仁蛋白提取液;
S4、对所述火麻仁蛋白提取液进行离心,收集上清液;在所述上清液中加入酸性试剂,静置,收集沉淀;对所述沉淀进行洗涤和干燥,得到所述火麻仁蛋白粉。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
步骤S1中所述冷榨的温度为50℃;所述冷榨为液压冷榨。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于:
步骤S3中所述碱性水溶液为Na2CO3-NaHCO3缓冲液。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法,其特征在于:
步骤S3中所述提取的条件如下:
所述火麻仁粕粉与所述碱性水溶液的质量体积比为1g:(15~25)mL;
所述碱性水溶液的pH值为9.5~10.5;
所述提取的温度为45~55℃;
所述提取的时间为50~60min。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法,其特征在于:
步骤S3中所述提取的条件如下:
所述火麻仁粕粉与所述碱性水溶液的质量体积比为1g:15mL;
所述碱性水溶液的pH值为10.5;
所述提取的温度为60℃;
所述提取的时间为50min。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的制备方法,其特征在于:
步骤S4中在所述上清液中加入酸性试剂调节pH值至4.6~4.8。
7.权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到的火麻仁油。
8.权利要求1-6中任一项所述的制备方法制备得到的火麻仁蛋白粉。
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