薏米蛋白提取方法比较研究

曹向宇，刘剑利*，芦秀丽，李其久，侯 潇

(辽宁大学生命科学院，辽宁 沈阳 110036)

薏米蛋白提取方法比较研究

曹向宇，刘剑利*，芦秀丽，李其久，侯 潇

(辽宁大学生命科学院，辽宁 沈阳 110036)

利用碱法和盐法提取薏米蛋白质，对薏米蛋白提取方法进行优选。以蛋白提取率为指标，碱法以提取液pH值、料液比、提取温度及提取时间进行单因素试验，盐法以盐质量分数、料液比、提取温度及提取时间进行单因素试验；通过L9(34)正交试验优化提取工艺条件，并对提取方法进行比较。结果表明：碱法优于盐法，碱法最佳提取条件为料液比1:12(g/mL)、提取温度35℃、提取时间5h、pH11，在此条件下，蛋白质的提取率可达43.56%。

薏米；蛋白质；提取

薏米又称薏苡仁、薏仁米、药玉米等，是禾本科植物薏苡(Coix lachry-majobi L.)的成熟种仁，是我国最古老作物之一。薏米在我国大部分地区都有种植，主要产于福建、辽宁、河北、广东、海南等地。薏米不仅营养成分全面，含蛋白质18%～21%，脂肪4%～6%、碳水化合物79.2%，还含有人体所需18种氨基酸，多种维生素和矿物质，并且营养价值非常高，在禾本科植物中位居第一，有着“世界禾本科植物之王”的美誉[1]。

目前，国内外对薏米资源的研究与开发极为重视，但研究主要集中于薏苡仁酯、多糖、薏苡仁油等成分的提取工艺和生物学功能研究上，对薏米蛋白提取的研究却相对较少[2-11]。辽宁薏米资源丰富，特别是辽宁台安、盘锦等地区盛产薏米，质量好、产量高，但目前尚未充分开发利用[12]。薏米蛋白具有很高的经济价值，可作为食品工业中的蛋白原料和蛋白质强化剂，也可经过酶解制备功能性多肽[13]。因此，薏米蛋白的研究开发非常有意义。并且研究薏米蛋白的提取工艺，提高薏米蛋白提取率，提升薏米的综合利用率，对于充分利用薏米资源具有重要的意义。本研究采用碱法和盐法两种方法，通过单因素及正交试验就薏米蛋白提取工艺进行比较，以期找到最佳的工艺参数，为薏米蛋白综合利用和工业化生产提供参考和实验依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

薏米(产自辽宁台安) 市售；考马斯亮蓝G250 上海蓝季科技发展有限公司；其他试剂为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

PB-10标准型pH计 德国Sartorius公司；SCR 20BC型高速冷冻离心机 日本日立公司；721型分光光度计上海第三分析仪器厂；HH-6型数显恒温水浴锅 金坛市城东科辉仪器厂；LNK-871型凯氏定氮仪 江苏省宜兴市科教仪器研究所。

1.3 方法

1.3.1 薏米主要成分分析

总蛋白含量测定：采用凯氏定氮法[14]；碳水化合物的测定：采用苯酚-硫酸法[15]；脂肪测定：按GB 5009.6—85《食品中脂肪的测定方法》进行；灰分测定：按GB 5009.4—85《食品中灰分的测定方法》进行[16]。

1.3.2 薏米蛋白提取工艺

薏米→粉碎→过筛(60目)→加碱液(或盐液)→浸提→3500r/min离心分离→上清液(碱法样品调pH值至7)→测蛋白质浓度

1.3.3 薏米蛋白提取率的测定

提取液中蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝法[14]，碱法测定蛋白之前，将其pH值调整到7.0，迅速测定蛋白含量。

薏米蛋白提取率/%=(提取液中蛋白质含量/薏米总蛋白含量)×100

1.3.4 碱法提取薏米蛋白

1.3.4.1 碱法提取单因素试验

以料液比(1:6、1:8、1:10、1:12、1:14)、温度(30、35、40、45、50℃)、时间(1～5h)、pH(8～12)为单因素，在其他条件一定的前提下，进行单因素试验，以确定正交试验的因素水平。

1.3.4.2 碱法提取正交试验

根据单因素试验测定最佳提取条件，进行L9(34)正交试验。

1.3.5 盐法提取薏米蛋白

1.3.5.1 盐法提取单因素试验

以料液比(1:6、1:8、1:10、1:12、1:14)、温度(30、35、40、45、50℃)、时间(1～5h)、盐质量分数(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%)为单因素进行单因素试验，确定正交试验的因素水平。

1.3.5.2 盐法提取正交试验

根据单因素试验测定最佳提取条件，进行L9(34)正交试验。

1.4 数据分析

所有单因素及正交试验设3次重复，结果均以x±s表示。

2 结果与分析

2.1 薏米主要成分分析

经分析薏米中蛋白质含量18.6%、碳水化合物71.3%、脂肪6.8%、总灰分含量1.5%。

2.2 碱法提取蛋白

2.2.1 单因素试验

2.2.1.1 料液比对薏米蛋白提取率的影响

图1 料液比对薏米蛋白提取率的影响Fig.1 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of Job, s Tears seed protein

由图1可得，随着碱液的不断增加，薏米蛋白提取率逐渐上升，当料液比达到1:12时，蛋白提取率最高，当料液比继续升高时，蛋白提取率基本稳定，略有下降。料液比l:6时，蛋白提取率最小，这是因为加水量太小，蛋白质不能充分溶解；料液比1:14时，蛋白提取率开始减小，可能是因为加水量过大，沉淀效果差，损失增大，同时料液比过大，设备容积增大，能耗加大，成本增加。因此设定碱法提取薏米的最适合料液比为1:12。

2.2.1.2 提取温度对薏米蛋白提取率的影响

图2 提取温度对薏米蛋白提取率的影响,Fig.2 Effects of temperature on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图2可得，在温度较低的30℃时，薏米蛋白的提取率较低，但随着温度的升高，提取率曲线总体走势呈先上升，后下降趋势，在35℃时蛋白提取率最高，为32.15%，温度继续升高后，薏米蛋白的提取率有所下降，其原因可能是温度过高，蛋白溶液的黏度变大，分子的运动速度减慢[17]。而且，在长时间加热的作用下蛋白质易产生变性，导致蛋白提取率下降，故选定温度为35℃。

2.2.1.3 提取时间对薏米蛋白提取率的影响

图3 提取时间对薏米蛋白提取率的影响Fig.3 Effects of extraction time on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图3可以看出，提取时间1～2h时，由于提取时间较短，薏米不能与碱性物质充分接触，导致薏米蛋白不易与其他组分分开；当提取时间为5h时，薏米蛋白提取率最高，但与4h相比没有较大变化，从规模化生产节约能源角度考虑故选取4h作为最佳提取时间。

2.2.1.4 pH值对薏米蛋白提取率的影响

图4 pH值对薏米蛋白提取率的影响Fig.4 Effects of pH on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图4可以看出，在pH8时薏米蛋白的提取率较低，随着pH值不断增加，薏米蛋白的提取率也随之增加，当pH11时，薏米蛋白的提取率最高，pH12时，薏米蛋白的提取率有所下降，可能是pH值过高蛋白质变性或降解[18]。

2.2.2 正交试验

由单因素试验结果可知，碱法提蛋白最佳提取条件为料液比1:12、提取温度35℃、提取时间4h、pH11，按表1进行L9(34)正交试验，结果见表2。

表1 碱法提取薏米蛋白正交试验因素水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing alkaline extraction of Job s Tears seed protein

表2 碱法提取薏米蛋白正交试验设计及结果Table 2 Scheme and experimental results of orthogonal array design for optimizing alkaline extraction of Job s Tears seed protein

由表2可得出，碱法提取薏米蛋白的影响因素为提取温度＞料液比＞pH值＞提取时间。通过正交试验得出碱法提取薏米蛋白最佳提取条件为料液比1:12、提取温度35℃、提取时间5h、pH11，在此条件下重复试验，测得蛋白提取率为43.56%。

2.3 盐法提取蛋白

2.3.1 单因素试验

2.3.1.1 料液比对薏米蛋白提取率的影响

图5 料液比对薏米蛋白提取率的影响Fig.5 Effect of material-to-liquid ratio on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图5分析可以看出在料液比1:6～1:12之间时，薏米蛋白提取率逐渐增加，但为1:12时薏米蛋白提取率最高，当为1:14之后蛋白质的提取率略有下降，其原因可能是当料液比为1:6时，加水量太小，蛋白质未充分溶解；料液比1:14时，蛋白提取率开始减小，这是因为加水量过大，沉淀效果差，损失增大。所以盐法提取薏米蛋白的料液比定为1:12。

2.3.1.2 提取温度对薏米蛋白提取率的影响

由图6可以看出，当温度低于40℃时，薏米蛋白提取率随提取温度的升高而增大，当温度到达40℃时，提取率最大，随后降低，可能由于疏水基团的暴露和展开，蛋白质分子聚集，使蛋白质溶解度下降，导致蛋白提取率下降[17]。因此，对于薏米蛋白的提取温度不宜过高，以40℃为最佳提取温度。

图6 提取温度对薏米蛋白提取率的影响Fig.6 Effects of temperature on extraction rate of Job s Tears seed protein

2.3.1.3 提取时间对薏米蛋白提取率的影响

图7 提取时间对薏米蛋白提取率的影响Fig.7 Effects of extraction time on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图7可以得出，提取时间1～2h时，由于时间太短，蛋白质不易与其他成分分离，从而蛋白质提取率小，但随着时间增大到3h时，蛋白提取率最大；随着提取时间进一步加长，薏米蛋白的提取率并没有显著增加，故提取时间选择为3h。

2.3.1.4 盐质量分数对薏米蛋白提取率的影响

图8 盐质量分数对薏米蛋白提取率的影响Fig.8 Effects of salt concentration on extraction rate of Job s Tears seed protein

由图8可知，在盐质量分数1%～2%之间时，蛋白提取率逐渐增加，但当盐质量分数为2%时蛋白提取率最高，当为2.5%后蛋白质的提取率逐渐下降。原因可能是较高的盐质量分数造成蛋白盐析沉淀，使提取率下降，所以提取薏米蛋白的盐质量分数为2%。

2.3.2 正交试验

由单因素试验结果可知，盐法提取蛋白的最佳提取条件为料液比1:12、温度40℃、时间3h、盐质量分数2.0%，在此基础上按表3进行L9(34)正交试验，结果见表4。

表3 盐法提取蛋白L9(34)正交试验表Table 3 Factors and levels in orthogonal array design for optimizing salt extraction of Job s Tears seed protein

表4 盐法提取蛋白正交试验设计及结果Table 4 Scheme and experimental results of orthogonal array design for optimizing salt extraction of Job s Tears seed protein

由表4可得出，盐法提取薏米蛋白的决定因素为提取时间＞盐质量分数＞提取温度＞料液比。通过正交试验得出盐法提取薏米蛋白最佳提取条件为料液比1:11、温度35℃、时间3h、盐质量分数2%，测得蛋白提取率为29.51%。

3 结 论

3.1 碱法提取薏米蛋白最佳提取条件为料液比1:12、温度35℃、时间5h、pH11，此提取条件下，薏米蛋白提取率可达43.56%。

3.2 盐法提取薏米蛋白最佳提取条件为料液比1:11、温度35℃、时间3h、盐质量分数2%，此提取条件下，薏米蛋白的提取率可达29.51%。

3.3 比较两种薏米蛋白提取方法可知，碱法提取薏米蛋白提取率较高，容易控制，操作简单，便于大规模工业化生产，此法有望成为薏米深加工和综合利用的一条主要途径之一。

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Comparative Study on Methods for Extracting Protein from Job’s Tears Seed

CAO Xiang-yu，LIU Jian-li*，LU Xiu-li，LI Qi-jiu，HOU Xiao
(School of Life Science, Liaoning University, Shenyang 110036, China)

Two extraction methods, namely alkaline method and salt method were used to extract protein from Job s Tears seeds,and their effects on the extraction rate of protein from Job, s Tears seed were compared. In the alkaline extraction method, the extraction parameters pH, material-to-liquid ratio, temperature and extrac,tion time were optimized by single factor and orthogonal array design methods based on the extraction rate of protein from Job s Tears seed. The extraction parameters optimized (also by single factor and orthogonal array design methods) in the salt extraction method were salt concentration, material-to-liquid ratio, temperature and extraction time. The results showed that the optimum material-to-liquid ratio, temperature, extraction time and pH for the alkaline extraction of Job, s Tears seed protein were 1:12, 35 ℃, 5 h and 11, respectively. Under these conditions, the extraction rate of protein was up to 43.56%. Overall, the alkaline extraction method was superior to the salt extraction method.

Job, s Tears seed；protein；extraction

TQ93

A

1002-6630(2011)08-0088-05

2010-07-15

辽宁省教育厅高等学校科学技术研究项目(2009A811；L20100154)；辽宁省科技厅农业攻关计划项目(2009209001)；辽宁大学“211工程”三期建设项目

曹向宇(1980—)，男，讲师，博士，研究方向为食品生物技术。E-mail：xiangyucao@yahoo.cn

*通信作者：刘剑利(1980—)，男，讲师，博士，研究方向为食品生物技术。E-mail：jianliliu@yahoo.com.cn