香椿籽蛋白质超声波辅助提取工艺及其功能性质比较

杨 慧，王赵改，陈丽娟，史冠莹

(河南省农业科学院 农副产品加工研究所，河南 郑州 450002)

香椿籽蛋白质超声波辅助提取工艺及其功能性质比较

杨 慧，王赵改*，陈丽娟，史冠莹

(河南省农业科学院 农副产品加工研究所，河南 郑州 450002)

采用超声波辅助水提、盐提2种方法对香椿籽蛋白质提取工艺进行优化，并对所提取香椿籽蛋白质的功能特性进行分析。结果表明，盐提法优于水提法，且最佳提取条件为：NaCl浓度1.53 mol/L、提取时间70 min、料液比1∶45、温度 20 ℃、功率240 W，此时蛋白质提取率为58.18%，较水提法提高了31.68个百分点。功能特性结果显示，盐提香椿籽蛋白质的起泡性、泡沫稳定性、持水性均极显著高于水提香椿籽蛋白质(P<0.01)，而乳化性(P<0.01)、持油性(P<0.01)、乳化稳定性(P<0.05)显著低于水提香椿籽蛋白质。

超声波； 香椿籽； 蛋白质； 功能性质

香椿[Toonasinensis(A.Juss.) Roem]，棟科椿属木本植物，分布于华北、华东、中南、西南及台湾、西藏等地，是我国重要的特产资源[1]。在食品安全与健康大背景下，香椿因具有绿色、营养、保健等优点深受国内外消费者的喜爱[2]。

目前，对香椿籽的开发研究主要集中在香椿籽油的萃取及品质分析、香椿芽苗菜两大方面。张京芳等[3-5]曾采用不同方法萃取香椿籽油并对其品质进行分析。程洪花[6]、赵瑞英[7]等对香椿芽苗菜高效栽培及生产进行了研究。但有关对香椿籽中蛋白质的研究甚少。香椿籽蛋白质含量极高(32.4%)，是新鲜香椿嫩芽的3.3倍[8]。香椿籽经榨油后饼粕往往被废弃，造成蛋白质资源严重浪费。因此,最大限度地综合利用香椿资源，变废为宝，是目前香椿产业健康持续发展的重要措施。

超声波技术是近年来发展的一种高效物理提取技术，具有效率高、时间短的优点，在食品加工业中应用广泛[9-15]。基于此，以香椿籽为研究对象，采用超声波辅助水提法和盐提法提取香椿籽中蛋白质，并对其功能特性进行初步探讨，为提升香椿综合利用价值以及香椿籽/饼粕中蛋白质的工业化生产和深层开发利用提供参考。

1 材料和方法

1.1 材料

供试品种为红油香椿。于 2014年11月在中牟县老田家香椿合作社采摘香椿籽并烘干。参照邓芝串等[16]的方法，将其粉碎过筛后，以正己烷按照料液比1∶4(m/V)浸提，进行3～4次脱脂处理，干燥后装于密封袋中备用。

1.2 方法

1.2.1 香椿籽蛋白质的提取 脱脂后香椿籽粉末按照1∶40(m/V)料液比加入去离子水/盐水，放入超声波设备中进行提取，5 000 r/min离心20 min得上清液，调pH值至9.0使蛋白质沉淀，7 000 r/min离心20 min得到蛋白质沉淀，用去离子水洗涤2～3次，冷冻干燥得到蛋白质。

1.2.2 香椿籽蛋白质提取工艺优化 水溶法和盐溶法均进行单因素和正交试验。采用水溶法分别考察提取时间、料液比、提取温度和提取功率对水溶性蛋白质提取率的影响。处理设置如下：①提取时间。温度40 ℃，料液比1∶40，功率240 W，提取时间分别为20、40、60、80、100 min；②料液比。温度40 ℃，时间40 min，功率240 W，料液比(g/mL)分别为1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60；③提取温度。时间40 min，料液比1∶40，功率240 W，提取温度分别为10、20、30、40、50 ℃；④提取功率。温度40 ℃，料液比1∶40，时间40 min，功率分别为60、120、180、240、300 W。蛋白质提取率计算公式如下：

香椿籽蛋白质提取率=

采用盐溶法分别考察NaCl浓度、提取时间、料液比、提取温度和提取功率对盐溶性蛋白质提取率的影响。处理设置如下：①NaCl浓度。温度30 ℃、料液比1∶40、时间60 min、功率240 W，NaCl浓度分别为0.68、1.02、1.36、1.70、2.04 mol/L；②提取时间。温度30 ℃、料液比1∶40、NaCl浓度1.36 mol/L、功率240 W，提取时间分别为20、40、60、80、100 min；③料液比。温度30 ℃、时间60 min、NaCl浓度1.36 mol/L、功率240 W，料液比分别为1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60；④提取温度：时间60 min、料液比1∶40、NaCl浓度1.36 mol/L、功率240 W，提取温度分别为10、20、30、40、50 ℃；⑤提取功率：温度30 ℃、料液比1∶40、NaCl浓度1.36 mol/L、时间60 min，功率分别为60、120、180、240、300 W。计算蛋白质提取率。

根据单因素试验结果分别进行L9(34)和L18(37)正交试验，确定提取最佳工艺。

1.2.3 香椿籽蛋白质性质

1.2.3.1 起泡性及起泡稳定性 参考张维农等[17]的方法，称取0.5 g蛋白质充分溶于50 mL去离子水中，12 000 r/min均质2 min，转入100 mL量筒内，分别测量0 min 泡沫体积V0和30 min后泡沫体积V30，起泡性和起泡稳定性分别按式(1)和式(2)计算。

(1)

(2)

1.2.3.2 乳化性及乳化稳定性 参考上官新晨等[18]方法，量取8 mL食用油加入到24 mL 0.1%蛋白质溶液中，12 000 r/min均质1 min，形成均匀的乳液。均质后0 min和10 min分别移取50 μL乳液，加入到含有5 mL 0.1% SDS(m/V)溶液的试管中，在500 nm处测定吸光值。乳化性及乳化稳定性分别按式(3)和式(4)计算。

(3)

(4)

其中，T=2.303；C为蛋白质溶液的浓度；Φ为油相的体积比；A0为0 min时在500 nm处的吸光值；A10为10 min时在500 nm处的吸光值。

1.2.3.3 持水性 参考郭兴峰等[19]的方法，称取3.0 g蛋白质，加入25 mL去离子水混合，每隔10 min搅拌1次，每次搅拌1 min，搅拌6次。静置30 min后于5 000 r/min离心20 min，称取离心管内沉淀质量。持水性按式(5)计算。

(5)

1.2.3.4 持油性 参考郭兴峰等[19]的方法，称取4.0 g蛋白质样品与24 mL大豆油混合均匀，静置30 min后于5 000 r/min离心20 min，称取离心管中沉淀质量。持油性按式(6)计算。

(6)

1.3 数据处理

数据采用Origin 8.6软件进行绘图，SPSS 11.5软件Ducan法进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水提法工艺参数优化

2.1.1 单因素试验 提取时间、料液比、提取温度和提取功率对蛋白质提取率的影响如图1所示。图1a中，提取0～40 min，蛋白质提取率逐渐升高，在40 min达21.02%，此时蛋白质溶出率最大，之后随

着提取时间的延长，提取率呈下降趋势，推测与长时间提取导致已溶出蛋白质部分变性有关[8]。图1b中，随料液比降低，蛋白质溶出率增大，当料液比为1∶40时，蛋白质提取率达到最大，之后随料液比的降低，蛋白质提取率出现下降趋势，显示料液比为1∶40较合适。图1c中，温度从10 ℃升高到40 ℃，蛋白质提取率明显增加，并在40 ℃达到最大值，而当温度高于40 ℃，蛋白质提取率下降，推测与长时间高温提取引起部分蛋白质变性有关，因此香椿籽蛋白质的提取温度宜低于50 ℃。图1d中，在功率为60～180 W时，蛋白质提取率随提取功率的增大而增大，随后趋于稳定，故选取180 W为最佳提取功率。

图1 提取时间(a)、料液比(b)、提取温度(c)、提取功率(d)对蛋白质提取率影响

2.1.2 正交试验 基于单因素试验建立L9(34)正交试验，结果见表1。香椿籽水溶蛋白质最佳提取条件为A3B1C1D2，即料液比1∶45、提取时间30 min、提取温度30 ℃、超声波功率180 W。在此最佳提取条件下进行了验证，香椿籽蛋白质提取率可达26.50%。影响香椿籽蛋白质提取率的因素由大到小依次是：A>C>B>D，即料液比>提取温度>提取时间>提取功率。

2.2 盐提法工艺参数优化

2.2.1 单因素试验 NaCl浓度、提取时间、料液比、提取温度和提取功率对蛋白质提取率的影响见图2。图2a中，适当浓度NaCl溶液可加快蛋白质的溶解浸提，当NaCl浓度增加到1.36 mol/L时，香椿籽蛋白质的提取率达到47.06%，之后随NaCl浓度的增大呈下降趋势。图2b中，随着提取时间的延长蛋白质提取率增大。当时间超过60 min后，提取率明显下降，推测长时间的浸提导致蛋白质凝聚沉淀，过滤离心后与残渣一起被清除，影响提取率。图2c中，随着料液比的降低，加速蛋白质的溶解，提取率增大，在1∶40达到最高值，之后随着料液比的降低提取率呈下降趋势。图2d中，随着温度的升高，提取率增加，但30 ℃之后蛋白质提取率略有下降。图2e中，当功率为240 W时蛋白质的提取率达到最大值，随后下降。

表1 香椿籽水溶性蛋白质提取正交试验结果

图2 NaCl浓度(a) 、提取时间(b)、料液比(c)、提取温度(d)和提取功率(e)对蛋白质提取率的影响

2.2.2 正交试验 基于单因素试验结果，建立L18(37)正交试验，结果见表2。香椿籽盐溶蛋白质最佳提取条件为A3B3C3D1E2，即提取NaCl浓度1.53 mol/L、提取时间 70 min、料液比1∶45、温度20 ℃、提取功率240 W，在此工艺条件下进行验证，蛋白质提取率可达58.18%。影响香椿籽蛋白提取率的因素由大到小依次是：C>D>A>B>E，即液料比>提取温度>NaCl浓度>提取时间>提取功率。

2.3 2种方法提取的香椿籽蛋白质功能性质

水提、盐提2种方法提取香椿籽蛋白质的起泡性、泡沫稳定性、乳化性、乳化稳定性、持水性与持油性如表3所示。盐提香椿籽蛋白质起泡性、泡沫稳定性、持水性分别为10%、20%和63.15%，均极显著高于水提香椿籽蛋白质(P<0.01)；水提香椿籽蛋白质乳化性和持油性分别为86.09 m2/g和165.74%，极显著高于盐提香椿籽蛋白质(P<0.01)；水提和盐提香椿籽蛋白乳化性稳定均为90 min以上，其中水提香椿籽蛋白质显著高于盐提香椿籽蛋白质(P<0.05)。

表2 香椿籽盐溶性蛋白质提取正交试验结果

表3 水提和盐提蛋白质的功能性质

注：同行标有不同大写和小写字母者分别表示差异极显著(P<0.01)和差异显著(P<0.05)。

3 结论与讨论

通过单因素和正交试验，确定水提、盐提香椿籽蛋白质最佳提取条件，水提法：时间 30 min，料液比1∶45，温度30 ℃，功率180 W；盐提法：NaCl浓度1.53 mol/L，时间 70 min，料液比1∶45，温度20 ℃，功率240 W。基于最佳提取工艺，盐提香椿籽蛋白质提取率可达58.18%，较水提法提高了31.68个百分点。从功能性质看，盐提香椿籽蛋白质起泡性、泡沫稳定性、持水性极显著高于水提香椿籽蛋白质(P<0.01)，而乳化性(P<0.01)、乳化稳定性(P<0.05)、持油性(P<0.01)显著低于水提香椿籽蛋白质。

香椿籽蛋白质含量丰富，是一种新型蛋白质资源，值得深入开发利用。试验初步采用水提法、盐提法提取香椿籽蛋白质，提取率最高只达到了58.18%，有待尝试新的提取技术，最大能力提取香椿籽中的蛋白质，为其工业化生产提供一定的理论基础。本研究对蛋白质功能性质初步分析研究，但若想最大限度地开发利用蛋白质，还需对蛋白质分子、结构及其对食品物性和营养指标的影响等系统研究，为其在食品加工领域中的应用奠定基础。

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Extraction Process and Functional Properties of Protein fromToonasinensisSeed by Ultrasonic-assisted Method

YANG Hui,WANG Zhaogai*,CHEN Lijuan，SHI Guanying

(Institute of Agricultural Products Processing,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

To optimize the extraction conditions of protein fromToonasinensisseed,water extraction and salt extraction were used,and the functional properties of protein were investigated.The result showed that the optimum salt extraction conditions were as followe,salt concentration of 1.53 mol/L,time of 70 min,solid to liquid ratio of 1∶45,temperature of 20 ℃,power of 240 W,and the extraction yield was 58.18%,which was 31.68 percentage points higher than that of water extraction.Functional properties results of protein extracted from two methods showed that formability,foam stability,water holding capacity of protein extracted by salt were significantly higher than that of water extraction(P<0.01),while emulsification(P<0.01),oil-holding capacity(P<0.01),emulsifying stability(P<0.05) were significantly lower than that of water extraction.

ultrasonic;Toonasinensisseed; protein; functional properties

2015-06-19

河南省财政预算项目(20148010)；河南省农业科学院示范与推广项目[豫农科推(2014)2号]

杨 慧(1986-)，女，河南周口人，助理研究员，硕士，主要从事农产品保鲜与加工研究。 E-mail：yanghui1222@163.com

*通讯作者：王赵改(1980-)，女，河南驻马店人，副研究员，博士，主要从事农产品保鲜与加工研究。 E-mail：zgwang1999@126.com

S644.4

A

1004-3268(2016)01-0147-05