全 文 ：第 25 卷 第 2 期 农 业 工 程 学 报 Vol.25 No.2
2009 年 2 月 Transactions of the CSAE Feb. 2009 285
碱法制备蚕蛹蛋白浸提条件的优化
孙 雁，任发政
※
，范金波，吴丽萍
（中国农业大学食品科学与营养工程学院，教育部北京市功能乳品重点实验室，北京 100083）
摘 要：该文通过中心组合设计及相应面分析，研究了碱法制备蚕蛹蛋白的浸提条件对蚕蛹蛋白浸提率的影响，得到了蚕蛹蛋白提取率的数学
模型。优化了蚕蛹蛋白的浸提的条件，提高了碱法制备蚕蛹蛋白的蛋白提取率。结果表明NaOH浓度和液固比（V/m）对蚕蛹蛋白提取率影响显
著（P＜0.05）。蚕蛹蛋白浸提的最佳工艺条件为：NaOH浓度1.03%、液固比（V/m）70︰1、浸提温度50℃、NaCl浓度0.070 mol/L。在此最佳工
艺条件下蚕蛹蛋白的实际提取率达78.69%。利用优化工艺条件制备的桑蚕蛹蛋白，其蛋白含量为96.70%，必需氨基酸占总氨基酸含量的47.1%，
必需氨基酸与非必需氨基酸的比值为0.9，具有较好的应用价值。
关键词：蚕蛹蛋白，碱提，中心组合设计，响应面，提取率
中图分类号：TS201 文献标识码：B 文章编号：1002-6819(2009)-2-0285-05
孙 雁，任发政，范金波，等. 碱法制备蚕蛹蛋白浸提条件的优化[J]. 农业工程学报，2009，25(2)：285－289.
Sun Yan, Ren Fazheng, Fan Jinbo, et al. Optimization of the alkaline extraction of silkworm (Bombyx mori L.) pupae protein[J]. Transactions of the CSAE,
2009,25(2)：285－289.(in Chinese with English abstract)
0 引 言

中国是世界蚕桑产业大国，蚕丝产量约占世界的 4/5。蚕蛹
是丝厂缫丝后的主要副产品，每生产 1t 生丝可产出近 1 t 干蛹。
中国每年可产干蛹 20 万 t 左右[1]。蚕蛹中蛋白含量丰富，桑蚕
蛹中蛋白含量约为 48.7%～52.5%（干质量）[2]，柞蚕蛹中蛋白
含量约为 45.0%～55.1%（干质量）[3]。蚕蛹蛋白具有很高的营
养价值，其中的必需氨基酸含量占总氨基酸含量的 42.2%，必
需氨基酸与非必需氨基酸的比值为 0.7[4]，超过 WHO/FAO 提出
的参考蛋白模式。在中国，食用蚕蛹已有很长的历史，中医常
将蚕蛹应用于治疗小儿疳瘦、长肌。在亚洲的许多国家，民间
也常将蚕蛹作为一种传统食品食用。
缫丝后的蚕蛹副产品，由于其在加工过程中产生了不良气
味，通常不适用于食品加工，大多被加工成鱼、鸡等动物饲
料
[5-7]
，资源利用价值低，而且用蚕蛹饲养的禽畜、鱼等的肉质
常带有蛹臭气味。为了有效地利用蚕蛹资源，中国主要开展了
萃取蛹油、制备甲壳素，以及制备蚕蛹蛋白等方面的研究
[1,8-12]
。
制备蛋白的方法有碱法制备、酶法制备、以及有机溶剂法
制备。工业中应用较多的主要有碱法制备及酶法制备。相比于
酶法制备，碱法制备得到的蛋白具有良好的起泡性、持水性等
功能特性，更适合应用于食品加工中，因而在蛋白制备中使用
较多。
目前蚕蛹蛋白的制备多采用碱法制备，也有报道采用醇溶
法制备蚕蛹蛋白，但蛋白得率较低，仅为8.47%[9]。目前碱法制
备蚕蛹蛋白的报道中，均采用的是正交试验的方法，并未对各
因素对蚕蛹蛋白提取率的交互作用进行分析，并且，由于蚕蛹
蛋白为球蛋白，难溶于水，因此目前碱法制备蚕蛹蛋白多采用
高温长时间浸提法以获得较高的浸提率
[10,11]
。高温长时间的浸
提会使生成的蚕蛹蛋白蛹臭味浓，颜色较深，需要进一步采用
有机溶剂或者臭氧脱色脱臭。而且，高温长时间浸提还会造成
蛋白的过度降解，对其加工功能特性造成影响，如起泡性，水
收稿日期：2008-03-27 修订日期：2008-07-14
作者简介：孙 雁（1982－），女，博士生，研究方向为食源性功能肽。北
京 中国农业大学食品科学与营养工程学院，100083。
Email：sunyan@cau.edu.cn
※通讯作者：任发政（1962— ），男，教授，博士，研究方向为乳品及肉品
科学研究。北京 中国农业大学食品科学与营养工程学院，100083。
Email：renfazheng@263.net
合性等，因此其在食品加工中，作为食品添加剂改良食品加工
特性的应用将受到限制。
本研究以缫丝后的桑蚕蛹为原料，采用短时中温浸提，以
避免蛋白在浸提过程中产生不良的理化变化。通过中心组合设
计及响应面分析，研究了碱法制备蚕蛹蛋白各浸提条件对蚕蛹
蛋白提取率的影响及其交互作用，建立了蚕蛹蛋白提取率的数
学模型，优化了碱法制备蚕蛹蛋白的条件，为工业应用提供了
一定的理论依据。
1 材料与方法
1.1 原料与试剂
缫丝后的桑蚕蛹由上海荣鹏贸易有限公司提供。蚕蛹经冷
藏运输至实验室后，通过冷冻干燥、高速粉碎机粉碎、过40目
筛，得到蚕蛹粉。将蚕蛹粉置于3倍体积（m/V）的石油醚中，
于38℃恒温水浴搅拌30 min，室温3000 r/min 离心10 min去除溶
剂。重复4次，基本除去蚕蛹粉中的蛹油。脱脂后的蚕蛹粉于干
燥箱中40℃、2 h，除去残留的石油醚，过40目筛得到均一的脱
脂蛹粉，用聚乙烯袋密封后放置于干燥皿中，于-20℃保藏待用。
牛血清白蛋白由天根生物技术有限公司提供；氨基酸测定
所用试剂为色谱纯，其它所用试剂均为分析纯。
1.2 仪器
DK-8B型电热恒温水浴锅（上海精宏实验设备有限公司）；
DHG-9076A型电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公
司）；UV-2102 PC型紫外可见分光光度计（尤尼柯上海仪器有
限公司）；LGJ-25冷冻干燥机（解放军军事医学科学院）；
TGL-16C高速台式离心机（上海安亭科学仪器厂）；KDY-9830
凯氏定氮仪（北京思备得研究所）；pH211酸度计（意大利哈
纳科仪公司）；D971立式搅拌器（郑州长城科工贸有限公司）；
Hitachi L-8800氨基酸分析仪（日立，日本）。
1.3 试验方法
1.3.1 蚕蛹蛋白的碱法制备
蚕蛹蛋白为碱溶性蛋白，浸提率受溶液中 OH-离子浓度影
响。同时，蛋白的碱法制备还受到浸提的时间、温度、液固比、
盐浓度等多因素及其交互作用的影响
[13]
。在碱浸提过程中，蚕
蛹蛋白易在碱作用下降解，因此浸提时间在半小时内为宜。
将脱脂蚕蛹粉与一定浓度的浸提液按照一定液固比（V/m）
充分混合均匀，在恒温水浴中于一定温度下搅拌 20 min。浸提
后的混合液过 200 目筛除去蛹皮等不溶物，得到的滤液为蛋白
286 农业工程学报 2009 年
浸提液。以 10 mol/L 和 1 mol/L 的 HCl 调节蛋白浸提液 pH 值
为 4.5，于 4℃静置 2 h，得到蛋白沉淀。沉淀在室温以 4000 r/min
离心 15 min 分离。重新悬浮沉淀，并以 6 mol/L NaOH 调节 pH
值为 7.0，4℃透析 36 h 脱盐（每 4 h 更换透析液）。脱盐后的
蛋白溶液冷冻干燥后得蚕蛹蛋白。
1.3.2 蚕蛹蛋白浸提条件的优化
以浸提的液固比（V/m）（X1）、NaOH浓度（X2）、浸提
温度（X3）和NaCl浓度（X4）4因素为自变量，以蚕蛹蛋白提
取率为响应值，设计了四因素五水平的中心组合试验
[14]
。试验
各因素及其水平分别为：浸提液固比（V/m）（40︰1～80︰1），
NaOH浓度（0.6%～1.4%），温度（40～60℃），NaCl浓度（0.025～
0.125 mol/L）。将脱脂蚕蛹粉（5.00 g）与试验浓度的浸提液按
照试验体积比充分混合均匀，于试验温度的恒温水浴中搅拌
20 min。浸提后的混合液过200目筛除去蛹皮等不溶物，以考马
斯亮蓝法测定过滤液中可溶性蛋白的含量
[15]
，并计算蛋白提取
率。试验重复3次。使用以下的二阶模型计算蛋白提取率：



4
2
4
1
4
1
0
mn
mnnmn
n
nn
n
nn XXXXY  （1）
式中 Y——蛋白提取率，%（浸提的可溶性蛋白/100 g 脱脂蚕
蛹粉中的粗蛋白）；β0，βn, βnn及βnm——分别为方程的一次项，
二次项以及交互项系数。
1.3.3 蚕蛹蛋白各指标的检测
试验制备的蚕蛹蛋白以及原料（脱脂蛹粉）的各指标按照
如下方法测定：水份（常压干燥法，GB/T14769－1993）；蛋
白质（凯氏定氮法，GB/T 14771－1993，N×6.25）；脂肪（索
氏抽提法，GB/T14772－1993）；灰分（重量法，GB/T14770
－1993）。氨基酸组分采用Hitachi L-8800氨基酸分析仪进行测
定，测定前用6 mol/L HCl于充氮管中充分酸水解（110℃，22 h）。
色氨酸采用分光光度计法测定
[16]
。
2 结果与分析
2.1 蚕蛹蛋白浸提试验的方程拟合及方差分析
蚕蛹蛋白浸提的中心组合试验共有 31 个处理，其试验结果
列于表 1。由数据可知，碱提法所得的蚕蛹蛋白提取率在
57.66%～79.87%之间。采用 SAS V8.0 对数据进行分析，可得
到蚕蛹蛋白提取率的回归方程为：
Y=73.4886+4.1000X1+1.4946X2-0.1563X3-0.4613X4+0.5790X12
-0.7781X1X2-0.0331X1X3-0.3056X1X4-2.4410X22-0.7006X2X3
-0.4131X2X4-1.0872X32-0.6231X3X4-2.1297X42 （2）
试验所得的回归方程的复相关系数的平方 R2 为 0.83，方程
拟合程度较好。对回归方程进行显著性检验及方差分析，在
α=0.05 的显著水平上，各自变量对响应值（蛋白提取率，%）
影响的显著性不同，回归方程的显著一次项（P＜0.05）为：X1
（P=0.0001）和 X2（P=0.0347）；回归方程的显著二次项（P
＜0.05）为 X22（P=0.0008）和 X42（P=0.0025）；其它一次项、
二次项及交互项为不显著项（P＞0.05）。
表 1 蚕蛹蛋白浸提中心组合设计试验结果
Table 1 Results of central composite design for the alkaline extraction
for silkworm (Bombyx mori L.) pupae
水 平 提取率 Y/%
处
理
号
X1
液固比
X2
NaOH 浓度
/%
X3
浸提温度
/℃
X4
NaCl 浓度
/mol·L-1
实测值 预测值
1 50 0.8 45 0.050 60.21 63.78
2 50 0.8 45 0.100 64.27 62.86
3 50 0.8 55 0.050 66.24 63.78
4 50 0.8 55 0.100 62.89 62.86
5 50 1.2 45 0.050 68.84 66.77
6 50 1.2 45 0.100 68.17 65.85
7 50 1.2 55 0.050 67.78 66.77
8 50 1.2 55 0.100 67.37 65.85
9 70 0.8 45 0.050 72.53 71.98
10 70 0.8 45 0.100 72.92 71.06
11 70 0.8 55 0.050 74.77 71.98
12 70 0.8 55 0.100 74.16 71.06
13 70 1.2 45 0.050 76.23 74.97
14 70 1.2 45 0.100 74.62 74.05
15 70 1.2 55 0.050 76.53 74.97
16 70 1.2 55 0.100 73.10 74.05
17 40 1.0 50 0.075 65.22 65.29
18 80 1.0 50 0.075 79.87 81.69
19 60 0.6 50 0.075 57.66 60.74
20 60 1.4 50 0.075 63.27 66.71
21 60 1.0 40 0.075 68.08 73.49
22 60 1.0 55 0.075 63.68 73.49
23 60 1.0 50 0.025 63.07 65.89
24 60 1.0 50 0.125 60.35 64.05
25 60 1.0 50 0.075 72.10 73.49
26 60 1.0 50 0.075 71.49 73.49
27 60 1.0 50 0.075 74.21 73.49
28 60 1.0 50 0.075 74.73 73.49
29 60 1.0 50 0.075 73.34 73.49
30 60 1.0 50 0.075 75.08 73.49
31 60 1.0 50 0.075 73.47 73.49
2.2 蚕蛹蛋白浸提试验的响应面分析
由于温度（X3）对蛋白提取率无显著影响，固定温度为 50℃
（X3=0），可得到液固比、NaOH 浓度和 NaCl 浓度的变化对蛋
白提取率影响的响应面分析图（图 1～3）。
随着液固比（V/m）的增加，蛋白提取率也显著增加（图
1、2）。这是由于蚕蛹蛋白多数为球蛋白，其蛋白溶解性低，
因此增加溶剂的量能够增加蛋白的提取率。但是，当液固比
（V/m）达到 80︰1 时，蛋白提取率仍未达到最大值。随着 NaOH
浓度和 NaCl 浓度的增加，蚕蛹蛋白提取率先增后减，存在极值。
这是因为随着 NaOH 浓度增加，溶液中 OH-的数量增加，蚕蛹
图 1 NaOH 浓度和液固比(V/m)对桑蚕蛹蛋白提取率的影响
（T=50℃，NaCl 0.075 mol/L）
Fig.1 Effects of NaOH concentration and the ratio of liquid to solid (V/m)
on protein extraction rate of silkworm (Bombyx mori L.) pupae
by fixing temperature at 50℃ and NaCl concentration at 0.075 mol/L
第 2 期 孙 雁等：碱法制备蚕蛹蛋白浸提条件的优化 287
图 2 NaCl 浓度和液固比(V/m)对桑蚕蛹蛋白提取率的影响
( T=50℃，NaOH 1.0%)
Fig.2 Effects of NaCl concentration and the ratio of liquid to solid (V/m)
on protein extraction rate of silkworm (Bombyx mori L.) pupae
by fixing temperature at 50 and NaOH con℃ centration at 1.0%
图 3 NaCl 和 NaOH 浓度对桑蚕蛹蛋白提取率的影响
( T=50℃，液固比 60︰1)
Fig.3 Effects of NaCl and NaOH concentrations on protein
extraction rate of silkworm pupae (Bombyx mori L.) by fixing
temperature at 50℃ and the ratio of liquid to solid (V/m) at 60︰1
蛋白的溶解性也增加，但是当 NaOH 浓度过高时，部分蚕蛹蛋
白在浸提过程中可能发生降解，使得浸提液中可溶性蛋白含量
降低。浸提液中 NaCl 浓度的增加，增加了浸提液中盐的含量，
促进了蛋白质在溶液中的盐溶作用，但是当 NaCl 浓度过高时，
溶液中离子强度过高，蛋白质带电荷产生斥力，会降低蛋白质
在浸提液中的溶解度。
2.3 蚕蛹蛋白浸提试验最佳工艺的确定
由图 1、2 可知，蚕蛹蛋白提取率随着液固比（V/m）增
高而增高，但是一味地增加浸提液的体积，将会增加生产能耗。
并且，在蛋白含量一定的情况下，随着液固比（V/m）的增加，
蛋白提取率的的变化将逐渐趋于平缓。因此，分析了液固比
（V/m）对蚕蛹蛋白提取率的单因素影响，得到当液固比（V/m）
达到 70︰1 后，增加液固比（V/m）并不能显著增加蚕蛹蛋白
的提取率。因此，试验最终选择 X1 为+1 水平，即液固比（V/m）
为 70︰1。将 X1=+1 和 X3=0 代入公式（2）中，可得：
Y =73.4886+4.1000+1.4946X2-0.4613X4+0.5790-0.7781X2
-0.3056X4-2.4410X22-0.4131X2X4-2.1297X42 （3）
由图 3 可知，当固定温度及液固比（V/m）时，NaOH 浓度
和 NaCl 浓度对蚕蛹蛋白提取率的共同作用存在极值。为了得到
最佳工艺点，对回归方程（3）取一阶偏导并整理得：
0.7165-4.8820 X2-0.4131X4=0 （4）
-0.7669-0.4131X2-4.2594X4=0 （5）
由方程（4）和（5）解得 X2=0.1634，X4=-0.1959。由最优
工艺自变量 X1=+1、X2=0.1634、X3=0 和 X4=-0.1959，可得蚕蛹
蛋白浸提的最佳工艺条件为：浸提液固比（V/m）为 70︰1，NaOH
浓度为 1.03%，浸提温度为 50℃，NaCl 浓度为 0.070 mol/L。由
回归方程计算可得，在此工艺条件下蛋白提取率为 78.43%。
2.4 蚕蛹蛋白浸提的验证
根据拟合的回归方程，计算得各处理的试验预测值（表
1），可见方程所得的预测值略低于实测值。采用 1.3.1 的碱法
制备方法，在最佳工艺条件下（浸提液固比（V/m）70︰1，NaOH
浓度 1.03%，浸提温度 50℃，NaCl 浓度 0.070 mol/L），实测蛋
白提取率为 78.69%，略高于预测值（78.43%），与方程拟合较
好。
2.5 制备的蚕蛹蛋白的主要化学指标
制备的蚕蛹蛋白及原料（脱脂蚕蛹粉）的水分、灰分、粗
蛋白及粗脂肪的含量如表 2 所示。原料各指标与文献报道接
近
[17]
，利用优化工艺制备的蚕蛹蛋白的粗蛋白含量达 96.70%，
粗脂肪和灰分含量均很低，外观淡黄，无蛹臭味。
表 2 桑蚕蛹(Bombyx mori L.)蛋白及原料(脱脂蚕蛹粉)
的主要成分分析
a
Table 2 Proximate composition of defatted silkworm (Bombyx mori L.)
pupae and extracted protein concentrate mg/g
主要成分/% (平均值±S.D.)b
水份 粗蛋白 灰分 粗脂肪
蚕蛹蛋白 3.4±0.47 96.70±1.20 0.88±0.01 nd
脱脂蚕蛹粉 4.2±0.32 54.77±0.04 2.36±0.03 28.85±1.05
注：
a
各数值均为占干重的比重；
b S.D：标准偏差, n= 3；nd: 未检出。
制备的蚕蛹蛋白和脱脂蚕蛹粉的氨基酸含量，以及参考蛋
白鸡蛋的氨基酸含量
[18]
的比较见表 3。脱脂蚕蛹粉中的氨基酸
含量与文献报道的相似
[18]
，其必需氨基酸与非必须氨基酸的比
值以及必需氨基酸占总氨基酸含量和鸡蛋相比稍低。但制备的
桑蚕蛹蛋白中的总氨基酸含量、必需氨基酸含量、必需氨基酸
与非必须氨基酸的比值、必需氨基酸占总氨基酸的含量，与脱
脂蚕蛹粉和鸡蛋相比均高。这可能是由于蛋白质浸提过程中，
浸提出的可溶性蛋白中的必需氨基酸含量较高，因而提高了制
备的蚕蛹蛋白中的必需氨基酸含量。制备的蚕蛹蛋白和脱脂蚕
蛹粉均含有 8 种必须氨基酸，除色氨酸外的其它 7 种必须氨基
酸含量均符合 FAO/WHO 推荐标准[19]。非必须氨基酸中，天冬
氨酸和谷氨酸的含量最高。天冬氨酸是三羧酸循环中的重要成
分，对改进和维持脑功能必不可少。谷氨酰胺在剧烈运动、受
伤、感染等应激情况下，是一促进伤口愈合的条件性必需氨基
酸
[20]
。
表3 桑蚕蛹蛋白及脱脂蚕蛹粉中氨基酸组成
Table 3 Amino acid composition of the defatted silkworm
(Bombyx mori L.) pupae and extracted protein concentrate mg/g
氨基酸 蚕蛹蛋白 脱脂蚕蛹粉 鸡蛋
[18]
EAA His 19 24.3 20.9
Ile 41.2 34.8 48.8
Leu 76.5 54.2 81.1
Lys 87.1 70.2 65.9
Met 30.2 22.5 28.1
Phe 90.3 45.3 48.2
Thr 49.4 47.3 44.7
Trp 9.9 9.0 17.2
Val 67.5 49.9 54.2
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288 农业工程学报 2009 年
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氨基酸 蚕蛹蛋白 脱脂蚕蛹粉 鸡蛋
[18]
NEAA Asp 107.8 110.4 89.2
Ser 56.4 48.0 67.2
Tyr 70.4 56.2 38.1
Cys nd nd 19
Glu 118.2 101.6 121.3
Gly 37 47.0 30.2
Ala 63.1 58.0 50.3
Arg 46.3 98.4 57
Pro 30 42.0 33.8
TEAA 471.1 357.5 409.1
TNEAA 529.2 561.6 506.1
TAA 1000.3 919.1 915.2
TEAA/TNEAA 0.9 0.6 0.8
TEAA/TAA 47.1% 38.9% 44.7%
注：EAA：必需氨基酸；NEAA：非必需氨基酸；TEAA：必需氨基酸总量；
TNEAA:非必需氨基酸总量；TAA:氨基酸总量；nd：未检测出。
3 结 论
试验得到的碱法制备蚕蛹蛋白的数学模型，碱法制备蚕蛹
蛋白的浸提条件中，液固比（V/m）及 NaOH 浓度对蚕蛹蛋白
提取率影响显著。蚕蛹蛋白浸提的最佳工艺条件为：浸提液固
比（V/m）70︰1，NaOH 浓度 1.03%，浸提温度 50℃，NaCl
浓度 0.070 mol/L。在此工艺条件下浸提 20 min，蛋白提取率的
实测值为 78.69%。制备的蚕蛹蛋白中的氨基酸种类齐全，必须
氨基酸含量丰富，符合 FAO/WHO 推荐标准。同时非必须氨基
酸中天冬氨酸和谷氨酸含量较高，在青少年生长发育及老年人
提高免疫力等方面具有潜在的应用价值。
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（in Chinese）
第 2 期 孙 雁等：碱法制备蚕蛹蛋白浸提条件的优化 289
Optimization of the alkaline extraction of silkworm (Bombyx mori L.)
pupae protein
Sun Yan, Ren Fazheng※, Fan Jinbo, Wu Lipin
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, The Key Laboratory
of Functional Dairy of Ministry of Education and Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract: Optimization of the extraction of silkworm (Bombyx mori L.) pupae protein was investigated using response surface methodology
and central composite design. The influences of the variables of protein extraction processes were studied and the regression equation of
protein extraction rate was established. Protein extraction rate was primarily affected by alkali concentration and liquid/solid ratio(P＜0.05),
and was remarkably improved to 78.69% under the optimum conditions, when alkali concentration, liquid/solid ratio, temperature and NaCl
concentration were 1.03%, 70︰1, 50 , and 0.07℃ 0 mol/L, respectively. The protein content of silkworm (Bombyx mori L.) pupae protein
concentrate was 96.70%.The percentage of the total essential amino acids to the total amino acids and the ratio of the total essential amino
acids to the total non-essential amino acids of silkworm (Bombyx mori L.) pupae protein concentrate were 47.1% and 0.9, respectively. It
suggests a potential use of this silkworm pupae protein concentrate in the food industry.
Key words: silkworm pupae proteins, alkaline extraction, central composite design, response surface methodology, extraction rate