响应面优化盐析法提取构树叶蛋白提取工艺

[目的]为提高构树叶蛋白的提取率与蛋白含量,采用盐析法探索构树叶蛋白的提取工艺条件,为后续制备构树叶蛋白胶黏剂提供数据支撑。[方法]以野生构树叶为原料,采用盐析法提取叶蛋白,首先设计单因素实验研究料液比、pH值、反应时间及氯化钠浓度对蛋白提取率以及蛋白含量的影响,根据其结果采用Box-Benhnken试验设计进行三因素三水平响应面分析实验,优化并得到盐析法提取构树叶蛋白的最佳提取工艺。[结果]在单因素实验中,随着料液比由 1:2 降低至 1:4,叶蛋白提取率呈下降趋势,由于叶片含水率较低(31%～35%),当液料比高于 1:2 时无法完成打浆,因此选择 1:2 为后续优化反应料液比。随着pH值由 3 升高至 11,反应时间由 14 升高至 34,氯化钠浓度由 0%升高至 1%,叶蛋白提取率均呈现先升高后下降的趋势,三个因子对应的峰值分别为pH值 7,反应时间 24min,氯化钠浓度 0.2%。这是因为pH值会改变溶液的离子强度和电荷状态,从而影响蛋白质的结构和溶解性,;反应时间过短无法使得叶蛋白析出,反应时间过长则絮状蛋白质会再次分解;氯化钠的加入使得蛋白质表面电荷增加,从而使得蛋白质溶解度上升,随着电荷数量达到饱和状态,更高浓度的氯化钠则会打破蛋白分子和水分子之间的作用,使得蛋白溶解性下降。以pH值(A)、反应时间(B)及氯化钠浓度(C)为自变量,叶蛋白提取率(Y1)和蛋白含量(Y2)为响应值进行响应面分析实验,对响应面模型进行多元回归拟合分析。以叶蛋白提取率为响应值的回归方程Y1=14.627-0.932A+0.049B+0.078C-0.557AB+0.341AC-0.803BC-1.090A2-1.391B2-0.501C2,影响极显著性的因素有A、A2、B2,其中B与C的交互作用显著;以蛋白含量为响应值的回归方程Y2=43.421-2.503A+0.758B-0.271C-0.909AB+0.276AC+1.248BC-1.352A2-1.119B2-1.887C2,影响极显著性的因素有A、A2、C2,影响显著的因素为B,其中B与C的交互作用极显著,A与B的交互作用显著。两组模型的决定系数 R2分别为0.9197 与 0.9683,调整系数 R2(adj)为 0.8166 与 0.9274,拟合度和可信度较好。变量因子对实验结果的影响顺序依次为pH值>反应时间>氯化钠浓度。综合考虑叶蛋白提取率和蛋白含量,响应面优化的最佳提取工艺为pH值 6.2,提取时间 25min,氯化钠浓度 0.168%。经验证,在该条件下,使用叶蛋白含量为20.9%的构树叶进行实验,构树叶蛋白提取率和蛋白含量分别为 14.092%和 41.78%,略低于模拟的理论值14.787%和 44.83%。[结论]构树叶片中富含蛋白质,是一种具有开发潜力的原料。本实验使用盐析法在适当条件下可以使其蛋白质变为絮状物沉淀,经过离心烘干后检测其粗蛋白含量为 44.83%,可满足作为蛋白胶黏剂原料的使用条件,未来可用于开发绿色环保胶黏剂。