几个油莎豆品种块茎中蛋白质含量的比较分析

杨鹭生，李国平

（武夷学院 生态与资源工程学院，福建 武夷山354300）

油莎豆（Cyperus esculentus）又名为油莎草，是莎草科一年生草本植物。由于其块茎埋于地下，而且形状、味道及油质与核桃相似，因此，国外又有地下扁挑和地下核桃的说法。油莎豆原产于非洲，我国的油莎豆于1952年由中国科学院植物研究所从前苏联引种，1960年又从保加利亚引入，并在北京植物园试种成功[1]。现在北京、甘肃、江西、四川、山东等20多个省市自治区已经开始引种种植[2]。油莎豆是一种综合利用价值很高的草本油料作物，它除了含有丰富的脂肪，还含有丰富的蛋白质和多糖，可用来榨油、制粉、作饲料、酿洒、制糖等[3]，因此大面积推广种植油莎豆具有明显的经济效益和社会效益。

本研究一方面利用考马斯亮蓝G-250法对不同栽培品种的油莎豆蛋白质含量进行比较分析，另一方面通过单因素实验和正交实验设计对油莎豆蛋白质的提取工艺进行优化，确定最佳蛋白质提取工艺参数，为今后合理开发利用油莎豆资源提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

“莆院3号”、“莆院4号”、“莆院5号”和“莆院7号”油莎豆块茎均采集自福建省莆田市新度镇，沙壤土上种植，其中部分“莆院3号”油莎豆为水稻土种植，均一般管理。将采回的块茎洗净、去杂，贮存于干燥处。选取完整、无破烂、无霉变、无虫蛀的油莎豆块茎为原料。

1.2 主要试剂

浓盐酸（泉州东海试剂有限公司）、硫酸（天津市化学试剂批发公司）、95%乙醇（天津市红岩化学试剂厂）、85%磷酸（泉州东海试剂有限公司）、考马斯亮蓝G250、牛血清蛋白等（以上试剂均为分析纯）。

1.3 主要仪器

751型紫外分光光度计，上海光谱仪器有限公司；AB204-N型电子天平，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；PK-S24型恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；pHS-25pH酸度计，上海伟业仪器厂；pHG-9031型干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；200型离子交换纯水器，上海南华医疗器械厂；TDL-4型离心机，上海安亭科学仪器厂制造。

1.4 油莎豆蛋白质含量的测定

采用考马斯亮蓝法对不同品种的油莎豆块茎蛋白质含量进行分析[4-6]。以吸光度（A）为纵坐标，蛋白质浓度为横坐标，得到线性回归方程A=0.007 2x+0.138 3，R2=0.997 2，相关系数r=0.998 6。根据所测样品提取液的吸光度计算样品蛋白质含量。试验重复3次，结果取平均值。

1.5 油莎豆蛋白质提取工艺的研究

1.5.1 油莎豆蛋白质提取工艺流程

油莎豆→清洗除杂→烘干→磨碎→在一定温度下搅拌浸提→4 000 r/min离心15 min→收集上清夜→加HCl调节pH至等电点(PI=3.5)→4 000 r/min离心分离15 min→弃上清液，收集沉淀→烘干→油莎豆蛋白质[7,8]。

1.5.2 影响油莎豆蛋白质提取率的单因素实验

用分析天平精确称取1.0 g莆院3号油莎豆粉（沙壤土种植）置于锥形瓶中。进行如下不同工艺条件操作[9]：

1.5.2.1 料液比对油莎豆提取率的影响

以蒸馏水为浸提液，选择料液比分别为1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40。充分摇匀，室温下调节各瓶中溶液pH值至9.5，在温度35℃的条件下浸提90 min。

1.5.2.2 浸提液pH值对油莎豆提取率的影响

利用盐酸和氢氧化钠溶液结合酸度计调节锥形瓶中浸提液的 pH 值分别为 2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5。调节料液比 1∶25，在温度 35 ℃的条件下浸提90 min。

1.5.2.3 浸提时间对油莎豆提取率的影响

选择浸提时间分别为 30、60、90、120、150、180 min。调节料液比1∶25，pH值至9.5，在温度35℃的条件下浸提以上规定的时间。

1.5.2.4 温度对油莎豆提取率的影响

选择浸提温度分别为 25、30、35、40、45、50、55 ℃。调节料液比1∶25，pH值至9.5，在上述不同的温度条件下浸提90 min。

1.5.3 油莎豆蛋白质提取率的计算

各处理的蛋白质提取率按以下公式计算[7]：

1.5.4 正交设计实验

在上述单因素实验的基础上，以莆院3号油莎豆粉（沙壤土种植）为材料，以蛋白质提取率为评价指标，通过正交试验设计方法考察温度、pH、时间以及料液比4个因素对蛋白质提取率的影响，以确定蛋白质提取的最优工艺条件。因素水平如下表1。

表1 因素水平表Table 1 Factor lever

2 结果与分析

2.1 不同品种油莎豆蛋白质含量测定结果

5个不同样品蛋白质含量测定结果列于表2。由表2可以看出，不同品种油莎豆蛋白质含量存在差异，其中莆院4号油莎豆蛋白质含量最高，达7.11%，莆院5号油莎豆与莆院7号油莎豆的蛋白质含量差别不明显，莆院3号油莎豆的蛋白质含量较低。莆院4号油莎豆的块茎为圆粒型，莆院5号油莎豆与莆院7号油莎豆的块茎为小粒型，莆院3号油莎豆的块茎为大粒型，本实验结果说明在相同栽培环境和管理水平下蛋白质含量在品种间存在差异，圆粒型油莎豆（莆院4号）开发价值较高。

由表2还可以看出，在沙壤土上栽培的莆院3号油莎豆蛋白质含量显著大于在水稻土上栽培的（t检验，p＜0.05）。油莎豆喜土质疏松的沙质土壤，本实验测定结果与油莎豆种质特性相吻合。不同产地的油莎豆蛋白质含量存在显著差异，这说明油莎豆蛋白质含量存在品种差异外，还受环境条件的影响。

表2 不同品种油莎豆蛋白质含量分析比较Table 2 Comparison of protein content of different varietiesof oil salsa bean

2.2 油莎豆蛋白质提取工艺的研究

2.2.1 单因素实验与分析

按1.5.2进行各单因素实验，料液比、浸提液pH、浸提时间和浸提温度对油莎豆蛋白质提取率的影响分别见图1～图4。

由图1可见，料液比从1∶10到1∶25范围内，蛋白质提取率逐渐增大，且在1∶25的时候达到最大值，随着料液比的升高，提取率缓慢下降。

从图 2可看出，油莎豆蛋白质在酸性溶液中的提取率较低，随浸提液pH提高，蛋白质提取率不断上升，当pH为9.5时，蛋白质提取率达到最大值。

从图 3可以看出，随着提取时间的延长，蛋白质提取率逐渐上升，提取时间在60～120 min时，变化缓慢，之后随着时间的延续，提取率开始下降。本实验选择提取时间为120 min。

从图 4可以看出，随着温度的升高蛋白质提取率逐渐提高，当温度高于40℃时，提取率逐渐下降，可能是由于温度上升导致蛋白质变性，因此宜选择30～40℃范围的温度来提取。

图1 料液比对油莎豆蛋白质提取率的影响Figure 1 Effect of the ratio of feed liquid on the extraction rate of protein from salmon oil

图2 pH对油莎豆蛋白质提取率的影响Figure 2 Effect of pH on protein extraction rate of salmon

图3 浸提时间对油莎豆蛋白质提取率的影响Figure3 Effect of extraction timeon protein extraction rateof salmon

图4 浸提温度对油莎豆蛋白质提取率的影响Figure 4 Effect of extraction temperature on protein extraction rate of salmon

2.2.2 正交试验结果与分析

根据单因素实验的结果，按1.5.4进行L9（34）四因素三水平正交试验，每个试验重复三次，以蛋白质提取率为指标，优化油莎豆蛋白质最佳的工艺参数，结果如表3。

表3 L9(34)正交试验设计及结果Table 3 Design and results of orthogonal test

从表3可以看出，影响油莎豆蛋白质提取率的主次顺序为：温度＞pH＞料液比＞时间，其中温度对蛋白质提取的影响最大，时间对蛋白质的影响最小。通过对k1、k2、k3的分析可以得到油莎豆蛋白质提取的最佳工艺组合为：A3B1C2D2。即油莎豆蛋白质的最佳提取条件是温度为40℃，提取pH 8.5，提取时间90 min，料液比 1∶25。

由于A3B1C2D2这个正交组合并不在表3中，为了实验的准确性，本实验对于A3B1C2D2组合进行连续三次的实验，结果发现，油莎豆蛋白质提取率高达85.79%，在所有正交组合中提取率最高。

3 结论

应用考马斯亮蓝法测定了几个油莎豆品种块茎的蛋白质含量，油莎豆块茎蛋白质含量在3.83%～7.11%之间，不同品种间的蛋白质含量存在显著差异，其中园粒型的莆院4号油莎豆蛋白质含量最高，达7.11%。油莎豆蛋白质含量还受环境条件的影响，在沙质土种植的优于水稻土的。本实验还通过单因素及正交试验设计确定蛋白质提取的最优工艺条件为浸提温度40℃，浸提液pH 8.5，提取时间90 min，料液比1：25，在该条件下蛋白质的提取率最高达85.79%。