用Na HSO3浸泡與α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白工藝的研究

呂 鵬，王常青，*，王海鳳，劉佳璐，許 潔，趙陳勇

（1.山西大學生命科學學院，山西太原 030006；2.山西大學化學化工學院，山西太原 030006）

用Na HSO3浸泡與α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白工藝的研究

呂 鵬1，王常青1，*，王海鳳1，劉佳璐2，許 潔1，趙陳勇1

（1.山西大學生命科學學院，山西太原 030006；2.山西大學化學化工學院，山西太原 030006）

研究了用NaHSO3浸泡與α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白的工藝，實驗結果表明，在45℃下，用pH5.0濃度為0.4%的NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉15h時，薏苡仁蛋白的溶出效果最好。在此基礎上，通過正交實驗發(fā)現(xiàn)，用高溫淀粉酶水解淀粉提取薏苡仁蛋白的最佳條件為:每克淀粉加200U α-淀粉酶，在80℃下水解4h。在此條件下所得樣品蛋白含量可達60.8%，淀粉殘留為14.1%。

薏苡仁蛋白，高溫淀粉酶，提取，亞硫酸鹽浸泡

薏苡仁，又名薏米、珍珠米等，為禾本科植物薏苡的干燥成熟種仁，我國各地均有種植，其蛋白含量為17%～18.7%，是稻米的2倍多，它包含人體必需的8種氨基酸，并且其比例接近人體需要[1]，是理想的蛋白食品。薏苡仁中約含淀粉65%，還富含多種維生素、微量元素、多糖和薏苡仁酯等生物活性成分，是很好的藥食兩用功能性食品原料。過去對薏苡仁的研究側重于薏苡仁油和薏苡仁多糖等活性成分的提取、分析及保健功能的研究[2]，對薏苡仁蛋白提取及分析[3]的文獻很少見到。本文研究了NaHSO3處理薏苡仁粉對蛋白溶出量的影響；研究了高溫α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的工藝條件，為薏苡仁蛋白的進一步開發(fā)利用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

脫脂薏苡仁粉 由山西琪爾康生物制品有限公司提供；耐高溫細菌α-淀粉酶 為地衣芽孢桿菌（Basillus licheniformis）酶，山東隆大生物科技有限公司；所用其它試劑 均為分析純。

YLE 2000型電熱恒溫水浴鍋 青島海爾醫(yī)用低溫科技有限公司；LD5-10型低速離心機 北京醫(yī)用離心機廠；DS-1型高速勻漿機 上海標本模型廠；DHG9240A型電熱恒溫干燥箱 上海精宏設備有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 測定方法 水分采用100～105℃烘干恒質量法測定；灰分按照GB/T 5505-2008中的灼燒恒質量法測定；淀粉含量按照GB/T 5514-2008中的方法測定；蛋白質含量按照GB/T 5511-1985中的方法測定；粗纖維含量按照GB/T 5009.10-2003中的方法測定；脂肪含量按照GB/T 14772-2008中的方法測定。

1.2.2 NaHSO3預處理薏苡仁粉的單因素實驗 用NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉的目的在于破壞薏苡仁中蛋白與淀粉的結合[4]，使蛋白溶出，為α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白做準備。

1.2.2.1 浸泡溫度對薏苡仁蛋白提取的影響 脫脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入濃度0.4%的NaHSO3溶液，調pH到4.0，分別在25、35、45、55℃下浸泡20h，浸泡結束后用高速勻漿機勻漿，并調漿液pH到8.0，之后以3500r/min離心分離上清，測定不同浸泡溫度下的上清中總蛋白質量。另取4份脫脂薏苡仁粉，以0.6%濃度的NaHSO3溶液浸泡，其余操作條件與0.4%濃度的NaHSO3溶液條件下相同。

1.2.2.2 浸泡時間對薏苡仁蛋白提取的影響 脫脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入濃度0.4%的NaHSO3溶液，調pH到4.0，在45℃下分別浸泡10、15、20、25h；之后的操作與1.2.2.1相同，測定不同浸泡時間下的上清中蛋白總量。另取4份脫脂薏苡仁粉，以0.6%濃度的NaHSO3溶液浸泡，其它條件同上。

1.2.2.3 浸泡pH對薏苡仁蛋白提取的影響 脫脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入濃度0.4%的NaHSO3溶液，分別調pH到3.0、4.0、5.0、6.0，在45℃下浸泡20h，之后的操作與1.2.2.1相同，測定不同pH下的上清中蛋白總量。另取4份脫脂薏苡仁粉，以0.6%濃度的NaHSO3溶液浸泡，其它條件與0.4%的NaHSO3相同。

1.2.3 高溫α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的正交實驗設計

表1 高溫α-淀粉酶法提取薏苡仁蛋白正交實驗設計

取適量在前述最佳預處理條件下得到的脫脂薏苡仁粉漿料，調pH至6.0。隨后按表1所列的正交實驗方案加入高溫α-淀粉酶水解淀粉，隨后調節(jié)薏苡仁液化液pH至薏苡仁蛋白等電點4.0，靜置，3500r/min離心，取沉淀，在105℃下干燥至恒重后，測定所得沉淀的蛋白含量及淀粉殘留量。

2 結果與討論

2.1 NaHSO3浸泡薏苡仁粉預處理實驗結果

圖1 不同溫度對蛋白溶出量的影響

2.1.1 浸泡溫度對薏苡仁蛋白溶出效果的影響 從圖1可以看出，0.4%和0.6%兩種濃度的NaHSO3溶液在45℃下浸泡20h，溶出蛋白效果最好。溫度過高和過低都不利于蛋白溶出。當溫度過低時，薏苡仁粉吸水膨脹速度慢，不利于蛋白質與亞硫酸鹽發(fā)生作用，所以在45℃以下隨著溫度的升高，蛋白溶出量呈上升趨勢。當溫度高于45℃時，隨著溫度升高，亞硫酸鹽分解，也不利于薏苡仁粉與亞硫酸鹽充分發(fā)生作用。實驗還發(fā)現(xiàn)，0.6%的NaHSO3溶液浸泡效果不如0.4%，同一溫度下的蛋白溶出量比0.4%時低，可能是因為NaHSO3溶液濃度過大導致部分蛋白分解而被淀粉吸附所致[5]。

2.1.2 浸泡時間對薏苡仁蛋白溶出效果的影響 實驗表明，濃度為0.4%的NaHSO3溶液在15h時提取效果最好。從圖2可以看出，當浸泡時間少于15h時，亞硫酸鹽與薏苡仁蛋白不能充分發(fā)生作用，蛋白質分散不完全[5]，不利于蛋白溶出；但是當浸泡時間超過15h，隨著浸泡時間增加，NaHSO3分解成氣體SO2溢出增多，已經分散的蛋白質重新聚合，溶出蛋白量逐漸減少。實驗還發(fā)現(xiàn)，0.6%的NaHSO3溶液浸泡效果不如0.4%，蛋白溶出量隨時間變化很小，具體原因尚不明確。

圖2 不同時間對蛋白溶出量的影響

2.1.3 浸泡溶液的pH對薏苡仁蛋白溶出效果的影響從圖3可知，不論是0.4%還是0.6%的NaHSO3溶液浸泡脫脂薏苡仁粉，都是pH5.0時蛋白溶出量最多。當溶液中酸濃度大時，接近薏苡仁水溶性蛋白等電點pH，蛋白溶出量會減少。但是當pH大于5.0時，酸濃度低，浸泡過程中無法在胚乳細胞壁上形成較多的洞和坑[6]，亞硫酸鹽溶液不能充分地進入顆粒內部與蛋白質發(fā)生作用，從而阻礙蛋白的溶出。

圖3 不同pH對蛋白溶出量的影響

實驗發(fā)現(xiàn)，0.6%的NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉，蛋白溶出效果不如0.4%的溶液，可能是因為高濃度的NaHSO3導致部分淀粉分解而被淀粉吸附所致。

以上單因素實驗表明，有利于蛋白溶出的NaHSO3溶液浸泡條件是：在45℃，pH5.0下，以濃度為0.4%的NaHSO3溶液浸泡15h。

2.2 高溫α-淀粉酶水解薏苡仁正交實驗結果

通過表2的極差分析可以看出，影響水解提取物中蛋白含量和淀粉殘留的因素大小均為加酶量>時間>溫度；對于提高提取物中蛋白含量和降低淀粉殘留量兩指標，正交實驗最佳組合均為A3B3C1，即每克淀粉加200U α-淀粉酶，反應時間4h，反應溫度80℃。

表2 高溫α-淀粉酶法制備薏苡仁蛋白正交實驗設計結果

表3 蛋白指標方差分析表

表4 淀粉指標方差分析表

表3和表4的方差分析表明：加酶量對蛋白含量有顯著影響（p<0.05），對淀粉殘留量有一定影響（p<0.10）。以上方差分析和極差分析都說明，在α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的工藝中，加酶量是影響淀粉殘留和蛋白含量兩指標的主要因素。但是進一步的實驗表明（圖表略），在加酶量提高到250U/g和300U/g時，提取物中蛋白含量僅增加了1.03%和0.81%，增加幅度很小。因此，綜合加工成本和性價比，最終確定本工藝加酶量為200U淀粉酶/g淀粉。

2.3 脫脂薏苡仁粉與最佳條件下所得蛋白樣品營養(yǎng)成分分析

按照正交最佳組合A3B3C1進行實驗，得到的水解提取物中蛋白含量高達60.8%，淀粉殘留僅為14.1%，蛋白含量為原料中蛋白含量的4倍略多；同時淀粉含量降低到僅為原料中淀粉含量的1/5，脂肪和粗纖維含量分別比原來提高4倍多和近3倍。由此可見，本研究的去淀粉工藝可有效提高薏苡仁提取物的蛋白含量。本工藝不足之處是未能降解提取物中纖維素，限制了蛋白含量的進一步提高。

表5 脫脂薏苡仁粉及樣品理化指標

3 結論

以0.4%的NaHSO3溶液在溫度45℃，pH5.0下預處理薏苡仁粉15h，有利于蛋白的溶出。之后在80℃下，加入200U高溫α-淀粉酶/g淀粉，液化4h，所得薏苡仁蛋白提取物中蛋白含量達到60.8%，淀粉殘留量為14.1%，可以作為食品蛋白原料進一步開發(fā)。

[1]胡軍，金國梁.薏苡仁的營養(yǎng)與藥用價值[J].中國食物與營養(yǎng)，2007（6）:57-58.

[2]莊瑋婧.薏米多糖結構與理化性質的研究[D].福建：福建農林大學碩士學位論文，2008.

[3]Laura M M，Ottoboni，Adilson Leite.Characterization of the Storage Protein in Seed of Coix lacryma-jobi var.Adlay[J].J Agri and Food Chem，1990，38：631-635.

[4]X J Xie，P A Seib.Laboratory Procedure to Wet-Mill 100g Grain Sorghum into six[J].Cereal Chemistry，2000，77（3）:392-395.

[5]賈玉濤，董海洲，侯漢學.玉米淀粉實驗室提取方法研究[J].糧食與油脂，2006（7）：29-30.

[6]劉亞偉.玉米淀粉生產及轉化技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2003：32.

Study on extraction technology of protein from coix by soak in NaHSO3solution and α-amylase hydrolysis

LV Peng1，WANG Chang-qing1，*，WANG Hai-feng1,LIU Jia-lu2,XU Jie1,ZHAO Chen-yong1

（1.School of Life Science,Shanxi University，Taiyuan 030006,China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Shanxi University，Taiyuan 030006,China）

The extraction technology of protein from coix by soak in NaHSO3solution and α-amylase hydrolysis was studied，the results showed that it was best for solution of protein from coix to soak coix flour in 0.4%NaHSO3solution for 15h at 45℃and pH5.0.Then the optimum conditions about extraction of protein from coix by α -amylase were determined through the orthogonal experiment on this basis，which were α -amylase amount 200U/g starch，time 4h and temperature 80℃.In the conditions，the final product contained protein 60.8%，and starch 14.1%.

coix seed protein；high-temperature α-amylase；extract；soak in NaHSO3solution

TS210.1

B

1002-0306（2011）10-0381-03

2010－11－15 * 通訊聯(lián)系人

呂鵬（1985-），男，碩士研究生，研究方向：食品技術與功能食品開發(fā)。