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(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原 030006；2.山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)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(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原 030006；2.山西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)，薏苡仁蛋白的溶出效果最好。在此基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)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(dá)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(guó)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(duì)薏苡仁的研究側(cè)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(duì)薏苡仁蛋白提取及分析[3]的文獻(xiàn)很少見到。本文研究了NaHSO3處理薏苡仁粉對(duì)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(jìn)一步開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

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(xì)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(jī) 北京醫(yī)用離心機(jī)廠；DS-1型高速勻漿機(jī) 上海標(biāo)本模型廠；DHG9240A型電熱恒溫干燥箱 上海精宏設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

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

1.2.2 NaHSO3預(yù)處理薏苡仁粉的單因素實(shí)驗(yàn) 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(jié)合[4]，使蛋白溶出，為α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白做準(zhǔn)備。

1.2.2.1 浸泡溫度對(duì)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(diào)pH到4.0，分別在25、35、45、55℃下浸泡20h，浸泡結(jié)束后用高速勻漿機(jī)勻漿，并調(diào)漿液pH到8.0，之后以3500r/min離心分離上清，測(cè)定不同浸泡溫度下的上清中總蛋白質(zhì)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(shí)間對(duì)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(diào)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(cè)定不同浸泡時(shí)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(duì)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(diào)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(cè)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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1 高溫α-淀粉酶法提取薏苡仁蛋白正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

2 結(jié)果與討論

2.1 NaHSO3浸泡薏苡仁粉預(yù)處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1 不同溫度對(duì)蛋白溶出量的影響

2.1.1 浸泡溫度對(duì)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(dāng)溫度過低時(shí)，薏苡仁粉吸水膨脹速度慢，不利于蛋白質(zhì)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(shì)。當(dāng)溫度高于45℃時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)低，可能是因?yàn)镹aHSO3溶液濃度過大導(dǎo)致部分蛋白分解而被淀粉吸附所致[5]。

2.1.2 浸泡時(shí)間對(duì)薏苡仁蛋白溶出效果的影響 實(shí)驗(yàn)表明，濃度為0.4%的NaHSO3溶液在15h時(shí)提取效果最好。從圖2可以看出，當(dāng)浸泡時(shí)間少于15h時(shí)，亞硫酸鹽與薏苡仁蛋白不能充分發(fā)生作用，蛋白質(zhì)分散不完全[5]，不利于蛋白溶出；但是當(dāng)浸泡時(shí)間超過15h，隨著浸泡時(shí)間增加，NaHSO3分解成氣體SO2溢出增多，已經(jīng)分散的蛋白質(zhì)重新聚合，溶出蛋白量逐漸減少。實(shí)驗(yàn)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(shí)間變化很小，具體原因尚不明確。

圖2 不同時(shí)間對(duì)蛋白溶出量的影響

2.1.3 浸泡溶液的pH對(duì)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(shí)蛋白溶出量最多。當(dāng)溶液中酸濃度大時(shí)，接近薏苡仁水溶性蛋白等電點(diǎn)pH，蛋白溶出量會(huì)減少。但是當(dāng)pH大于5.0時(shí)，酸濃度低，浸泡過程中無法在胚乳細(xì)胞壁上形成較多的洞和坑[6]，亞硫酸鹽溶液不能充分地進(jìn)入顆粒內(nèi)部與蛋白質(zhì)發(fā)生作用，從而阻礙蛋白的溶出。

圖3 不同pH對(duì)蛋白溶出量的影響

實(shí)驗(yàn)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?yàn)楦邼舛鹊腘aHSO3導(dǎo)致部分淀粉分解而被淀粉吸附所致。

以上單因素實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)間>溫度；對(duì)于提高提取物中蛋白含量和降低淀粉殘留量?jī)芍笜?biāo)，正交實(shí)驗(yàn)最佳組合均為A3B3C1，即每克淀粉加200U α-淀粉酶，反應(yīng)時(shí)間4h，反應(yīng)溫度80℃。

表2 高溫α-淀粉酶法制備薏苡仁蛋白正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

表3 蛋白指標(biāo)方差分析表

表4 淀粉指標(biāo)方差分析表

表3和表4的方差分析表明：加酶量對(duì)蛋白含量有顯著影響（p<0.05），對(duì)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?jī)芍笜?biāo)的主要因素。但是進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明（圖表略），在加酶量提高到250U/g和300U/g時(shí)，提取物中蛋白含量?jī)H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(jià)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(yíng)養(yǎng)成分分析

按照正交最佳組合A3B3C1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的水解提取物中蛋白含量高達(dá)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(shí)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(jìn)一步提高。

表5 脫脂薏苡仁粉及樣品理化指標(biāo)

3 結(jié)論

以0.4%的NaHSO3溶液在溫度45℃，pH5.0下預(yù)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(dá)到60.8%，淀粉殘留量為14.1%，可以作為食品蛋白原料進(jìn)一步開發(fā)。

[1]胡軍，金國(guó)梁.薏苡仁的營(yíng)養(yǎng)與藥用價(jià)值[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2007（6）:57-58.

[2]莊瑋婧.薏米多糖結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)的研究[D].福建：福建農(nóng)林大學(xué)碩士學(xué)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(xué).玉米淀粉實(shí)驗(yàn)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(chǎn)及轉(zhuǎn)化技術(shù)[M].北京：化學(xué)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(shù)與功能食品開發(fā)。