香椿芽水溶性蛋白質提取工藝的優化

摘要：以香椿（Toona sinensis）芽為原料提取水溶性蛋白質，在單因素提取試驗的基礎上通過正交試驗優化香椿芽中水溶性蛋白質的提取工藝條件。結果表明，優化的香椿芽水溶性蛋白質提取條件為提取溫度40 ℃、pΗ 9.0、料水質量比1∶45、提取時間70 min。此條件下香椿芽水溶性蛋白質的提取率為81.000%。

關鍵詞：香椿（Toona sinensis）芽；正交試驗；水溶性蛋白質；提取

中圖分類號：S644.4；R284.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）17-4186-03

Optimization of Extraction Craft for Water Soluble Protein from Chinese Toon Sprout

DONG Wei-guang1，CUI Ying-zi2

（1. College of Chemistry and Chemical Engineering，Mudanjiang Normal College，Mudanjiang 157011，Heilongjiang，China；

2.Suihua University， Suihua 152061，Heilongjiang， China）

Abstract： Water-soluble protein was extracted from Chinese toon（Toona sinensis） sprout. The extraction craft was optimized by orthogonal design based on single factor tests. The results showed that the optimized extraction craft for water soluble protein from Chinese toon sprout was extracting at 40 ℃ and pH 9.0 with mass ratio of material to water at 1∶45 for 70 min. Yield of water soluble protein could be 81.000% under these conditions.

Key words： Chinese toon（Toona sinensis） sprout； orthogonal design； water soluble protein； extraction

收稿日期：2012-10-22

基金項目：牡丹江師范學院教改科研項目（QY201106）

作者簡介：董維廣（1956-），男，黑龍江寧安人，高級實驗師，主要從事天然產物提取與分析研究工作，（電話）13836305179（電子信箱）

dongweiguang0453@163.com。

香椿（Toona sinensis）為楝科椿屬多年生木本植物，原產中國，喜厚土層的沙質土壤，抗風寒、耐干旱，適應庭院、田埂及大面積栽培。每年清明前后香椿抽出嫩芽，稱香椿芽，是老百姓喜食的傳統木本蔬菜，也是外貿出口的土特產品[1]。香椿芽營養全面均衡，不但含有蛋白質、脂肪、維生素等多種營養元素，還含有豐富的鐵、磷、鈣等多種人體必需的礦物質微量元素，有助于增強機體免疫功能，并有潤滑肌膚的作用，是保健美容的良好食品[2]。傳統中醫認為，香椿味苦、性平、無毒，有開胃爽神、祛風除濕、止血利氣的作用[3]，用鮮椿芽、蒜瓣、鹽搗爛外敷，對痔瘡腫毒有較好療效；民間用香椿煮水服用治療高燒頭暈等病[4]。現代醫學及臨床經驗證明，香椿芽中含有的黃酮類化合物和揮發油等成分有消炎解毒、殺蟲的功效，如香椿煎劑對肺炎球菌、傷寒桿菌、痢疾桿菌等有抑制作用[5]。對香椿而言，除了特殊的藥效成分外，蛋白質對其營養、食用質量和加工性能也有較大影響[6]，因此，本研究以東北地區生長的香椿芽為原料，采用加熱浸提法提取其中的水溶性蛋白質，為香椿芽的綜合開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香椿芽來源于黑龍江省寧安市東京城林業局樺樹林場，取當地采集的香椿芽在室內避光通風處放置30 d自然晾干，粉碎過40目篩待用。分別采用凱氏定氮法、索式提取法和直接干燥法測定香椿芽中的蛋白質、粗脂肪和水分含量[7，8]，結果顯示香椿芽干粉中蛋白質含量為17.51%，粗脂肪含量為11.42%，水分含量為4.10%。

主要試劑有石油醚（沸程30～60 ℃），鹽酸、氫氧化鈉、硫酸銅、乙醇、酚酞等均為分析純。

主要儀器有R502B型旋轉蒸發儀（西安太康生物科技公司），HY-2型調速多用振蕩器（江蘇省金壇市宏華儀器廠），FA1604型電子天平（上海天平儀器廠），PHS-P2型酸度計（上海大普儀器廠），LD4-2型離心機（北京醫用儀器廠），ATN-100型凱氏定氮儀、SXT-02型索式提取器（上海洪紀儀器設備有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 香椿芽水溶性蛋白質的提取 稱取香椿芽干粉10.0 g，加入一定量的蒸餾水作提取溶劑，在一定溫度和pH條件下攪拌浸提70 min，3 000 r/min離心20 min后過濾，得到水溶性蛋白質提取液，旋轉蒸發濃縮提取液，采用凱氏定氮法測定濃縮后水溶性蛋白質含量[9，10]，計算香椿芽水溶性蛋白質的提取率。

香椿芽水溶性蛋白質提取率=

■×100%

1.2.2 單因素試驗 設計單因素分別考察料水質量比、提取溫度、pH、提取時間對水溶性蛋白質提取率的影響。①料水質量比。pH 9.0、提取溫度40 ℃、提取時間70 min，料水質量比分別為1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50、1∶55。②pH。料水質量比1∶45、提取溫度40 ℃、提取時間70 min，用1%的HCl或1%的NaOH溶液調節浸提液的pH分別為7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0。③提取溫度。pH 9.0、料水質量比1∶45、提取時間70 min，提取溫度分別為25、30、35、40、45、50 ℃。④提取時間。料水質量比1∶45、pH 9.0、提取溫度40 ℃，提取時間分別為25、40、55、70、85、100 min。

1.2.3 正交試驗 根據單因素試驗結果，選擇提取溫度、pH、料水質量比3個因素，每個因素設置3個水平進行正交試驗，優化香椿芽水溶性蛋白質的提取工藝。提取時間固定為70 min，正交試驗因素與水平見表1。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 料水質量比對香椿芽水溶性蛋白質提取率的影響 料水質量比分別為1∶30、1∶35、1∶40、1∶45、1∶50、1∶55，香椿芽水溶性蛋白質的提取率見圖1。由圖1可知，料水質量比由1∶30下降到1∶45，香椿芽水溶性蛋白質的提取率呈升高趨勢，之后再增加蒸餾水的用量，水溶性蛋白質的提取率略有下降，可能是蒸餾水用量過多造成酸沉時乳清中溶解的球蛋白增加，蛋白質的損失較大，提取率反而降低。

2.1.2 pH對香椿芽水溶性蛋白質提取率的影響 用1%的HCl或1%的NaOH溶液調節浸提液的pH分別為7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0，所得香椿芽水溶性蛋白質的提取率見圖2。由圖2可知，在pH 7.5～9.0范圍內，水溶性蛋白質的提取率隨pH的升高而升高，pH高于9.0之后水溶性蛋白質的提取率略有下降。可能是pH呈弱堿性時可以增強蛋白質分子的表面電荷，從而提高蛋白質對水的親和性，并將一部分非水溶性蛋白質轉為水溶性蛋白質。而pH過高，堿性條件易引起蛋白質的脫氧、脫酸、肽鍵斷裂等反應，生成有毒化合物，且對環境造成一定污染。

2.1.3 提取溫度對香椿芽水溶性蛋白質提取率的影響 提取溫度分別為25、30、35、40、45、50 ℃時香椿芽水溶性蛋白質的提取率見圖3。由圖3可知，隨著提取溫度的升高，香椿芽水溶性蛋白質的提取率呈先升高后下降的變化趨勢，提取溫度為40 ℃時水溶性蛋白質的提取率最高。溫度升高可以增大蛋白質的溶解度，從而提高提取率，但溫度過高會造成蛋白質變性，反而使提取率下降。

2.1.4 提取時間對香椿芽水溶性蛋白質提取率的影響 提取時間分別為25、40、55、70、85、100 min時香椿芽水溶性蛋白質的提取率見圖4。由圖4可以看出，在25～70 min時間范圍內，香椿芽水溶性蛋白質的提取率隨提取時間的延長而升高，之后再延長提取時間，提取率略有下降。在一定范圍內延長提取時間有利于水溶性蛋白質的充分溶出，但提取時間過長會導致已溶出的蛋白質變性，增加雜質的溶出，加大生產成本。

2.2 正交試驗結果

正交試驗結果見表2。由表2可知，3個因素中對香椿芽水溶性蛋白質提取率影響最大的因素是料水質量比，其次為pH，提取溫度的影響最小，最佳工藝條件組合為A2B3C3，即提取溫度45 ℃、pH 9.0、料水質量比1∶45，由于提取溫度對香椿芽水溶性蛋白質提取率的影響較小，從節約生產成本的角度考慮選擇提取溫度為40 ℃，此條件下香椿芽水溶性蛋白質的提取率為81.000%，高于正交試驗其他組合的結果，表明優化的方案可靠。

3 小結與討論

東北香椿芽的來源豐富，蛋白質含量高，可用作天然食品添加劑，以增加食品的營養價值和風味。試驗測定結果表明香椿芽干粉中的蛋白質含量高達17.51%，可見以香椿芽為原料提取水溶性蛋白質具有可行性，是值得進一步開發利用的新型蛋白質資源。在單因素試驗的基礎上進行正交試驗，得到優化的香椿芽水溶性蛋白質的提取條件為提取溫度40 ℃、pH 9.0、料水質量比1∶45、提取時間70 min，該條件下的水溶性蛋白質的提取率為81.000%。

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