黑龙江春小麦麸皮抗冻蛋白的制备及性质研究

陈凤莲

(哈尔滨商业大学食品工程学院黑龙江省普通高等学校食品科学与工程重点实验室，哈尔滨150076)

麸皮是小麦提取面粉后的副产品，其中蛋白质含量较高约为12% ～18%[1].近些年已有关于小麦麸皮抗冻蛋白方面的研究.抗冻蛋白(Antifreeze Proteins，AFPs)在食品工业中主要应用于冷冻类食品，它可以有效地防止冷冻贮藏食品中冰晶的形成，提高冷冻食品的质量和低温贮存性能[2－3].针对以上情况对黑龙江地产的春麦的麸皮进行了相关的研究，为拓展小麦麸皮的应用奠定基础.

1 实验材料、仪器与方法

1.1 实验材料与仪器

小麦麸皮，黑龙江地产;凯氏定氮仪(KDY－9820)，北京凯宏伟业科技有限公司.

1.2 实验方法

1.2.1 小麦麸皮成分测定

小麦麸皮水分含量测定:直接干燥法，GB/T 5009.3 －2003.

小麦麸皮蛋白质含量测定:凯氏定氮法，GB/T 5009.5 －2003.

小麦麸皮脂肪含量的测定:索氏提取法，GB/T 5009.6 －2003.

小麦麸皮淀粉含量的测定:酶水解法.

1.2.2 小麦麸皮抗冻蛋白提取工艺流程

小麦麸皮抗冻蛋白提取工艺流程图如图1所示.

图1 小麦麸皮抗冻蛋白提取工艺流程图

1.2.3 小麦麸皮抗冻蛋白的提取

首先对小麦麸皮用乙醚和石油醚的混合液进行脱脂.接着将原料与10 mmol/L磷酸盐缓冲液(Phosphate buffer solution，PBS，pH=8.0)混合搅拌加热后离心，取上层清液用80%饱和度的硫酸铵沉淀静置，然后离心，弃去上层液，下层沉淀物放入真空干燥机内干燥去除水分，收集干燥物，即为小麦麸皮抗冻蛋白粗品.用电子天平称量其质量，并计算抗冻蛋白的提取率[3－6].

计算公式为:

1.2.4 小麦麸皮抗冻蛋白特性的研究

1)小麦麸皮抗冻蛋白乳化性(EA)和乳化稳定性(ES)的测定

将1.5 g小麦麸皮抗冻蛋白和20 mL蒸馏水混合，使之成为分散液，加入20 mL大豆色拉油，快速搅拌5 min，用量筒量取10 mL，离心5 min，读取乳化层高度，即为乳化性值.同时另取10 mL分散液于量筒中，在85℃水浴中恒温加热30 min，再以3 000 r/min离心5 min，冷却放置30 min后测定乳化层的高度，即为乳化稳定性值.计算公式为:

2)小麦麸皮抗冻蛋白吸油性的测定

称取小麦麸皮抗冻蛋白0.2 g，将5 mL大豆色拉油加入带刻度的锥形离心管中，混合1 min，使样品分散于油中，放置30 min，2 000 r/min离心25 min，读取游离油的体积.

3)小麦麸皮抗冻蛋白持水性的测定

称取小麦麸皮抗冻蛋白0.3 g，置于预先称重过的离心管中，逐步加水，每加一次水，就用玻璃棒将样品搅匀.加水至样品呈浆状，无水析出为止，于2 000 r/min离心10 min，倒去上清液，称重.持水性的计算公式为:

其中:M1为离心管与样品总质量(g);M2为离心管与沉淀物总质量(g);M0为样品质量(g).

4)小麦麸皮抗冻蛋白起泡性(FC)和泡沫稳定性(FS)

配制50 mL 1.0%蛋白质溶液，搅拌20 min，混合均匀，置于高组织捣碎机上搅打1 min.记录搅打前的液体体积V0(mL)，搅打停止时的泡沫体积V1(mL)和搅打停止30 min后的泡沫体积Vt，起泡性和泡沫稳定性计算公式如下:

2 结果与讨论

2.1 小麦麸皮成分分析结果

小麦麸皮中各成分测定结果如表1所示.

表1 小麦麸皮成分测定结果

从表1中可以看出，小麦麸皮中蛋白质含量较高，适宜作为进行蛋白的提取原料.

2.2 小麦麸皮抗冻蛋白提取工艺的单因素分析

2.2.1 小麦麸皮与磷酸盐缓冲溶液固液比对抗冻蛋白提取率的影响

固液比增大导致磷酸盐缓冲溶液量增大，促进抗冻蛋白进入液体体系，提高上层液中蛋白含量.但磷酸盐缓冲溶液量过度增加，导致单位液体中小麦麸皮蛋白含量相对减少，从而降低了抗冻蛋白含量.当固液比达到1∶9时，蛋白质提取量最大.见图2.

图2 小麦麸皮与磷酸盐缓冲溶液固液比对抗冻蛋白提取率的影响

2.2.2 反应温度对抗冻蛋白提取率的影响

提取温度增高，促进小麦麸皮与磷酸盐缓冲溶液的混合，增加了抗冻蛋白的提取率;反应温度在30～50℃区间内，提取率降低，成反比，可能原因是蛋白质在此温度区间部分变性，提取量少.见图3.

图3 提取温度对抗冻蛋白提取率的影响

2.2.3 反应时间对抗冻蛋白提取率的影响

小麦麸皮原料的提取时间在1～2 h区间时，蛋白含量与提取时间呈正比，提取率上升明显.抗冻蛋白在原料中与其他成分之间有较强的分子键结合力，故要使其彻底的水解，则需要较长的反应时间.但提取时间在2～5 h区间内时，提取率变化不明显.见图4.

图4 提取时间对抗冻蛋白的提取率的影响

2.2.4 离心转速对抗冻蛋白提取率的影响

从离心后离心管内上层液与下层沉淀物的分离情况可以看出离心转速为3 200 r/min时离心效果不好，上层液浑浊，离心转速在3 400～4 000 r/min区间内时，离心效果相差不多，上层液较为澄清.离心力最佳工艺条件3 400 r/min，蛋白质提取率最高.见图5.

图5 离心转速对抗冻蛋白提取率的影响

2.2.5 离心时间对抗冻蛋白提取率的影响

随离心时间增加，提取率变化不明显，提取率均在14%左右先增加而后变化不明显.见图6.

图6 离心时间对抗冻蛋白提取率的影响

2.2.6 硫酸铵沉淀后离心转速对抗冻蛋白提取率的影响

离心转速为3 400～3 800 r/min蛋白含量上升区间内，离心效果不断提高，抗冻蛋白粗品质量增多;在4 000～4 200 r/min区间内，离心效果基本不变.当离心转速达到4 000 r/min时，抗冻蛋白提取率最大.见图7.

图7 硫酸铵沉淀后离心力对抗冻蛋白提取率的影响

2.2.7 硫酸铵沉淀后离心时间对抗冻蛋白提取率的影响

离心时间增长，促进蛋白沉淀，提高抗冻蛋白粗品的质量.当离心时间达到20 min时，蛋白质提取量最大.见图8.

2.3 小麦麸皮抗冻蛋白提取工艺的多因素分析

由极差分析可知，小麦麸皮抗冻蛋白提取率的因素主次关系为:提取温度＞固液比＞提取时间＞离心力.提取小麦麸皮抗冻蛋白最佳水平的组合是A2B2C2D2，即:小麦麸皮与磷酸盐缓冲溶液的固液比为1∶9，固液分离的离心转速为3 400 r/min，提取时间为2 h，提取温度为30℃.见表2.

图8 硫酸铵沉淀后离心时间对抗冻蛋白提取率的影响

通过验证试验，最佳的提取工艺条件为A2B2C2D2时，蛋白质含量为0.028 g/mL.

2.4 小麦麸皮抗冻蛋白特性的分析测定结果如表3所示.

表2 L9(34)正交实验结果

表3 小麦麸皮抗冻蛋白的特性的测定结果

小麦麸皮抗冻蛋白的起泡稳定性比较差，而其他性能较好.

3 结论

提取抗冻蛋白的最佳工艺条件为:小麦麸皮与磷酸盐缓冲溶液的固液比为1∶9;提取温度为30℃;提取时间为2 h;固液分离的离心转速为3 400 r/min.小麦麸皮抗冻蛋白的提取率为16.59%.

最佳工艺条件下提取得到的抗冻蛋白的乳化性为79.87%;乳化稳定性为61.83%;吸油能力为自身质量的1.575倍;持水能力为自身质量的2.5倍左右;起泡性为 55.77%;起泡稳定性为 10.58%.

[1]陈凤莲，方桂珍，胡 波.黑龙江地区小麦麸皮化学组成分析[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版，2005，21(4):21－25.

[2]闫清华，杨 理，邵 强.抗冻蛋白及其在食品领域中的应用[J].山东农业科学，2010，11:89－92.

[3]ZHANG C，ZHANG H，WANG L，et al.Purification of antifreeze protein from wheat bran(Triticum aestivum L.)based on its hydrophilicity and ice － binding capacity[J].Journal of Agri2 cultural and Food Chemistry，2007，55:7654－7658.

[4]张 超，赵晓燕，马 越，等.冬小麦麸皮抗冻蛋白的筛选及其分离纯化[J].中国粮油学报，2009，24(5):76－85.

[5]张 超，赵晓燕，马 越，等.特异性亲和吸附法纯化东小麦麸皮抗冻蛋白[J].中国粮油学报，2009，24(8):69－86.

[6]陈凤莲，贾冰心.小麦麸皮膳食纤维饼干的多因素研究[J].哈尔滨商业大学学报:自然科学版，2012，28(2):147－149.