小麦胚芽清蛋白提取工艺及分子量测定

刁大鹏，黄继红，，* ，李 锦，惠 明，侯银臣

(1.河南工业大学，河南郑州450001;2.河南省食品工业科学研究所，河南郑州450000;3.河南郸城财鑫糖业有限公司，河南郸城477150)

小麦胚芽占小麦籽粒的2%～3%，是小麦的生命源泉，是整个麦粒营养价值最高的部分［1］，被营养学家誉为“人类天然的营养宝库”［2－3］。麦胚中的总蛋白含量高达30%左右，是一种完全蛋白，它含有人体必需的 8 种氨基酸［4－5］，占总氨基酸的 34.74%［6］，而且必需氨基酸的相互比值与FAO/WHO颁布的模式基本接近［7－8］。小麦胚芽各种蛋白质中，清蛋白评分最高，具有最高的蛋白质效率比(PER)、体外消化率(IVPD)和较好的氨基酸组成，是一种优质蛋白质［9－10］。小麦胚芽虽然具有高的营养价值，但因其高色泽和脂肪酶含量，混入面粉会降低面粉白度，不利于面粉贮藏，在制粉中被去除掉［11－12］，造成资源的严重浪费。为充分地开发利用小麦胚芽清蛋白资源，朱科学、纪莹优化了清蛋白提取pH、料水比、温度、时间［13］，周惠明研究了水溶性蛋白中的糖蛋白性质［14－15］。本文对小麦胚芽清蛋白提取时的粉碎粒度、料水比、温度、时间进行了研究，并在此基础上制得蛋白含量较高的清蛋白粗粉及精粉，通过 SDSPAGE凝胶电泳测定了组成清蛋白亚基分子量，为进一步开发清蛋白提供了参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜小麦胚芽 河南财鑫集团第二制糖厂;BM523蛋白电泳Marker 生工生物工程有限公司;硫酸铵、冰乙酸、氯化钠、Tris、Acr、Bis、SDS、TEMED、甘氨酸、过硫酸铵、蔗糖、巯基乙醇、溴酚蓝、考马斯亮蓝、甲醇 均为分析纯。

THZ－100B摇床 上海－恒科学仪器有限公司;L－55台式低速大容量离心机湖南湘仪实验仪器开发有限公司;XY－200型高速多功能粉碎机 浙江省永康市松青五金工具厂;反渗透膜系统 福建赛普特膜技术有限公司;DYY－III型电泳槽、DYY－III2稳压稳流电泳仪 北京市六一仪器厂;23－10箱式电阻炉 北京市永光明医疗仪器厂;LGJ－10台式冷冻干燥机 北京松源华兴科技发展有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水分含量测定 按GB 5009.3－2010。

1.2.2 灰分测定 按GB 5009.4－2010。

1.2.3 蛋白质含量测定及提取率计算 蛋白质含量测定:按 GB5009.5－2010。

蛋白质提取率(%)=提取液中蛋白质含量/小麦胚芽中蛋白含量×100

1.2.4 油脂含量测定 按GB/T10359－2008。

1.2.5 小麦胚芽灭酶 小麦胚芽放于80℃烘箱10min灭酶。

1.2.6 小麦胚芽脱脂 小麦胚芽粉碎粒度至0.42mm，放入玻璃容器中，按料液比1∶1加入正己烷，保鲜膜封口，浸提4h，每30min搅拌一次。浸提结束，进行抽滤。抽滤后液体部分蒸发溶剂提油，脱脂麦胚平铺白色瓷盘，放入通风厨内脱溶12h备用。

1.2.7 清蛋白提取实验 粉碎粒度对提取率影响:将脱脂麦胚粉(粉碎粒度0.42mm)继续粉碎至粒度0.178、0.125、0.096、0.074mm，按 1∶11 料液比分别装入500mL三角瓶，调pH7.0。每个三角瓶装胚芽干基40g，蒸馏水 280mL，于 20℃ 摇床 100r/min提取30min，迅速抽滤，测定滤液蛋白质含量，计算提取率。每个实验平行三次取平均值。

温度对提取率影响:取粒度为0.074mm小麦胚芽粉，按1∶11料液比分别装入500mL三角瓶，调pH7.0。每个三角瓶装胚芽干基 40g，加蒸馏水280mL，于 10、20、30、40、50℃ 摇床 100r/min 提取30min，迅速抽滤，测定滤液蛋白质含量，计算提取率。每个实验平行三次取平均值。

提取时间对提取率影响:取粒度为0.074mm小麦胚芽粉，按1∶11料液比分别装入500mL三角瓶，调pH7.0。每个三角瓶装胚芽干基40g，加蒸馏水280mL，提取温度30℃，摇床100r/min，分别提取10、20、30、40、50min，迅速抽滤，测定滤液蛋白质含量，计算提取率。每个实验平行三次取平均值。

提取料液比对提取率影响:取粒度为0.074mm小麦胚芽粉，按 1∶7、1∶9、1∶11、1∶13、1∶15 料液比分别装入500mL三角瓶，调pH7.0。每个三角瓶装胚芽干基40g，加蒸馏水 280mL，提取温度 30℃，摇床100r/min，提取30min，迅速抽滤，测定滤液蛋白质含量，计算提取率。每个实验平行三次取平均值。

1.2.8 正交实验 以粉碎粒度、提取温度、提取时间、提取料液比四因素，设计4因素3水平正交实验。因素与水平见表1。

表1 小麦胚芽清蛋白提取工艺正交实验因素与水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal experimental of wheat germ albumin extraction technology

1.2.9 清蛋白粉制作 将清蛋白提取液进一步加工可得两种蛋白含量不同的清蛋白粉:反渗透膜脱盐至5%以下，喷雾干燥，得到清蛋白粗粉;加入一定量硫酸铵，配成硫酸铵饱和溶液，沉淀出清蛋白，4000r/min离心10min后，取沉淀，将沉淀在水中溶解后，用反渗透膜脱盐至5%以下，得到清蛋白浓缩液，冷冻干燥得清蛋白精粉。

1.2.10 清蛋白电泳 对清蛋白提取液进行SDSPAGE凝胶电泳分析，确定其分子量。

2 结果与分析

2.1 新鲜小麦胚芽灭酶脱脂前后成分

小麦胚芽灭酶脱脂前后成分变化如表2所示，脱脂前油脂含量为10%，脱脂后为1.2%，脱脂效果明显。其它成分变化不明显。

表2 小麦胚芽成分Table 2 Composition of wheat germ

2.2 不同粒度对小麦胚芽蛋白提取率的影响

由图1可知，随麦胚粒度增大，清蛋白提取率减小。由于粉碎粒度越小，比表面积越大，清蛋白浸出越充分。粒度由0.125mm增大到0.42mm时，提取率下降明显，而由0.074mm增大到0.125mm时，提取率下降不明显。因为粉碎粒度越小，能耗越大，因此选取的粉碎粒度为0.125mm。

图1 粒度对提取率影响Fig.1 The effect of grain size on the extraction ratio

2.3 不同温度对小麦胚芽蛋白提取率影响

由图2知提取温度从10℃升至30℃过程中，提取率显著增加。温度由30℃继续升高，提取率急剧下降，是因为超过30℃，接近了清蛋白变性温度，部分清蛋白变性沉淀而留于滤渣中。因此宜选取提取温度为30℃。

图2 提取温度对提取率影响Fig.2 The effect of temperature on extraction ratio

2.4 提取时间对小麦胚芽蛋白提取率的影响

由图3可知，前30min内，延长提取时间，蛋白提取率明显增加，超过30min，提取时间继续延长，提取率几乎不变。为节约时间起见，宜选取提取时间为30min。

图3 提取时间对提取率影响Fig.3 The effect of time on extraction ratio

2.5 料液比对小麦胚芽蛋白提取率的影响

由图4可知，料液比由1∶7到1∶11过程中，清蛋白提取率增加明显。液体含量继续增加，提取率增加不明显，逐渐保持不变。为节水起见，宜选用料液比为 1∶11。

图4 提取料液比对提取率影响Fig.4 The effect of solid－liquid ratio on extraction ratio

2.6 正交实验设计

根据表1因素与水平设计L9(34)正交表及实验数据如表3所示。

表3 小麦胚芽清蛋白提取工艺正交实验结果Table 3 Orthogonal experimental results of wheat germ albumin extraction technology

由表3可知，对清蛋白提取影响由大到小各因素排序为温度＞时间＞料液比＞粒度。由于粉碎粒度对提取率影响与其它三项相比不明显，且增加粉碎粒度需增加能耗和时间，因此粉碎粒度选择0.125mm。综合以上结果得到清蛋白提取的最佳因素配比应为A3B3C3D3即麦胚粉碎粒度0.125mm，提取温度30℃，提取时间30min，提取料液比1∶11，在此条件下进行验证实验提取率可达29.2%。

2.7 清蛋白粗粉

1kg脱脂小麦胚芽制得清蛋白粗粉290g，其中蛋白含量37%。其它成分大多为可溶性糖。

2.8 清蛋白精粉

1kg脱脂小麦胚芽制得清蛋白精粉148.5g，其中蛋白含量高达72%。蛋白中包含30%糖蛋白，糖蛋白含糖基占糖蛋白总重的43%。

2.9 清蛋白SDS－PAGE电泳

由SDS－PAGE电泳图5可知，清蛋白共呈现7条谱带。由蛋白Marker分子量对数与相对迁移率(此处相对迁移率指电泳谱带到电泳前沿的距离，清蛋白谱带相对迁移率与之相同)作标准曲线，如图6所示，得分子量对数与相对迁移率关系式y=0.0179x+0.6441，R2=0.9846。将清蛋白条带相对迁移率带入公式，得到清蛋白分子量对数，进而得到清蛋白分子量见表4。清蛋白7条谱带分子量由小到大排列分别为10.47、14.45、20.89、26.92、38.02、52.48、85.11ku。

图5 清蛋白SDS－PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳图Fig.5 Albumin SDS－PAGE polyacrylamide gel electrophoresis figure

图6 清蛋白SDS－PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳分子量对数与相对迁移率曲线图Fig.6 SDS electrophoretic relative molecular mass of the logarithmic and relative migration rate curve fractions

表4 SDS－PAGE清蛋白分子量表Table 4 SDS－PAGE albumin molecular weight table

3 结论

通过单因素实验和正交实验优化了小麦胚芽清蛋白提取最佳工艺条件，即粉碎粒度0.125mm。提取温度30℃，提取时间30min，提取料液比1∶11。此条件下清蛋白提取率达29.2%。

将清蛋白提取液纯化喷雾干燥得清蛋白粗粉，清蛋白含量37%;对清蛋白提取液进一步提取纯化后真空冷冻干燥得清蛋白精粉，清蛋白含量72%。

通过对清蛋白提取液进行SDS－PAGE聚丙烯酰胺凝胶电泳得到7条谱带，分子量由小到大分别为10.47、14.45、20.89、26.92、38.02、52.48、85.11ku。

［1］Amado R，Arrigoni E.Nutritive and functional properties of wheat germ［J］.International Food Ingredients，1992(4):30－35.

［2］曲艺，王晓曦，雷宏.小麦胚芽及其脂类和蛋白质的研究现状［J］.粮食流通技术，2009(1):31－35.

［3］Carlo Giuseppe Rizzello，Luana Nionelli，Rossana Coda.Effect of sourdough fermentation on stabilization and chemical and nutritional characteristics of wheat germ［J］.Food Chemistry，2010，119(3):1079－1089.

［4］Chen Yun－ hui，Wang Zhang，Xu Shi－ ying.Antioxidant properties of wheat germ proteins hydrolysates evaluated in vitro［J］.Journal of Central South University of Technology，2006，13(2):141－148.

［5］樊永华.小麦胚芽蛋白制备及应用［J］.粮食与油脂，2008(11):11－13.

［6］Zhu Ke－xue，Zhou Hui－ming，Qian Hai－feng.Comparative study of the chemical composition and physiochemical properties of defatted wheat germ flour and its protein isolate［J］.Journal of Food Biochemistry，2006，30(3):329－341.

［7］Ge Y，Sun A，Ni Y，et al.Some nutritional and functional properties of defatted wheat germ protein［J］.Journalof Agricultural and Food Chemistry，2000，48(2):6215－6218.

［8］贾俊强，马海乐.脱脂小麦胚芽蛋白分类及其氨基酸组成分析［J］.中国粮油学报，2009，24(2):40－45.

［9］王学东，李庆龙，吴艳.小麦胚资源的开发利用及研究进展［J］.面粉通讯，2008(4):44－50.

［10］Jia Jun－qiang，Ma Hai－le，Zhao Wei－ rui，et al.Effect of ultrasound treatment on structure and functional properties of wheat germ albumin［J］.TheChinese JournalofProcess Engineering，2009，9(1):25－31.

［11］曲艺，王晓曦，雷宏.小麦胚含量对面粉品质的影响［J］.河南工业大学学报:自然科学版，2009，30(1):48－52.

［12］王晓曦，曲艺，雷宏，等.脱脂麦胚含量对面粉品质的影响［J］.食品科技，2009(11):25－31.

［13］朱科学，纪莹，周惠明.小麦胚芽水溶性蛋白提取工艺优化［J］.粮食与油脂，2004(5):24－26.

［14］朱科学，周惠明.小麦胚水溶性糖蛋白(WGWSGP)的化学组成及结构分析［J］.食品科学，2004，25(2):45－49.

［15］周惠明，钱海峰，朱科学.小麦胚水溶性提取物中蛋白质的化学特性分析［J］.无锡轻工大学学报，2003，22(5):30－33.