玉米醇溶蛋白的脱色技术研究

摘要

玉米醇溶蛋白因其成膜性、生物相容性、疏水性和较强的自组装性，在食品、医药等领域具有广泛的应用前景。然而现有的工业化玉米醇溶蛋白因含有色素类物质而呈黄色且伴有异味，限制了产品在制药、化妆品和食品加工等领域的推广及应用。为此，本文以黄色玉米醇溶蛋白为对象，进行玉米醇溶蛋白的活性炭脱色工艺，脱色过程的热力学、动力学，以及玉米醇溶蛋白的冷冻沉淀脱色工艺研究。论文主要研究内容与结果如下：
　　（1）以色素吸附率和蛋白损失率为综合指标，比较了活性炭P（ACP）和Draco活性炭（ACD）的吸附效果以及玉米醇溶蛋白萃取液和复溶液在脱色效果方面的差异。结果表明，ACP作为吸附剂脱色玉米醇溶蛋白时，色素吸附率和蛋白的损失率分别高于76％和低于25%，脱色效果优于ACD，两种活性炭均有良好的脱色效果。分别以玉米醇溶蛋白复溶液和萃取液作为吸附对象时，色素吸附率和蛋白的损失率无显著性差异。
　　（2）对ACP和ACD进行结构表征，揭示两者脱色效果存在差异的内在原因。结果显示，ACP的比表面积（>1400m2/g）和总孔容积（>1.3cm3/g）明显优于ACD的比表面积（779.809 m2/g）和总孔容积（0.626 cm3/g），但ACD表面有较多的羧酸和内酯类含氧官能团，导致ACD的脱色效果仅略逊于ACP。由此表明，活性炭脱色玉米醇溶蛋白的效果不仅孔隙结构和比表面积影响，还与活性炭表面的化学基团相关。ACP颗粒粒径分布150 nm和250 nm左右，而ACD颗粒粒径主要分布在300 nm左右，粒径分布集中，有利于脱色后的固液分离。因此， ACD是用于玉米醇溶蛋白的脱色的理想吸附剂。
　　（3）以ACD为吸附剂，进行吸附等温线、热力学参数和吸附动力学研究。Langmuir等温模模型和Freundlich等温模型能很好地描述活性炭对色素和蛋白质的吸附（R2>0.999），说明活性炭对色素和蛋白质的吸附既有单层吸附又有多层吸附。活性炭在吸附色素和蛋白过程中，吸附焓△Ha0>0，吸附熵变量△S0>0，吸附自由能△G0<0，表明活性炭对色素和蛋白质的吸附均是一个自发、吸热和熵增的过程，温度升高有利于吸附过程的进行。吸附动力学结果表明，Lagergren拟二级速率方程适合描述活性炭吸附色素和蛋白质的动力学过程，活性炭吸附色素和蛋白质的过程是物理和化学复合吸附过程。Weber and Morris颗粒内扩散方程拟合结果表明活性炭吸附色素和蛋白质过程的速率受液膜扩散和颗粒内扩散同时控制。
　　（4）通过单因素试验和响应面优化试验，研究玉米醇溶蛋白的冷冻沉淀脱色工艺。单因素试验结果表明，无水乙醇可作为理想的沉淀剂用于冷冻脱色研究，影响黄色玉米醇溶蛋白冷冻沉淀脱色效果的关键因素为沉淀剂—蛋白液的体积比（液—液体积比）、沉淀剂温度和溶液pH值。响应面试验优化后的最佳脱色工艺参数为：蛋白溶液浓度10%、沉淀剂乙醇浓度100%、沉淀剂—蛋白溶液的体积比2.4:1，温度-30℃、pH值为6.91，脱色次数1次。优化条件下，脱色后色素含量为6.55×10-2μg/mg，蛋白质回收率达到86.41%。