正交設(shè)計優(yōu)化富硒甘薯中硒蛋白提取方法

李華為 朱盛琦 郭博涵 宋怡紅 鐵梅

摘要 將浸提劑種類、浸提劑濃度、料液比、浸提時間、浸提溫度單因素實驗結(jié)合四因素三水平正交試驗優(yōu)化富硒甘薯中可溶性蛋白提取工藝。結(jié)果發(fā)現(xiàn)富硒甘薯中可溶性蛋白最佳浸提條件為：濃度為0.15 mol/L的NaOH溶液作為浸提劑，料液比1∶30，40℃恒溫水浴浸提90 min。此條件下0.5 g富硒甘薯凍干粉可溶性蛋白得率為4.6%;蛋白中硒含量為1.27 μg/L，硒得率為34.4%。優(yōu)化后的實驗工藝操作簡單、蛋白得率高，可用于推廣富硒薯類農(nóng)作物功能性產(chǎn)業(yè)開發(fā)。

關(guān)鍵詞 正交設(shè)計;富硒甘薯;可溶性蛋白;提取工藝

中圖分類號：S531 文獻標識碼：A 文章編號：2095–3305（2020）08–0–02

Abstract The type of extractant， extractant concentration， material-to-liquid ratio， extraction time， and extraction temperature were combined with a four-factor three-level orthogonal test to optimize the extraction process of soluble protein in selenium-enriched sweet potato. The results showed that the optimal extraction conditions for soluble protein in selenium-enriched sweet potato were as follows： NaOH solution with a concentration of 0.15 mol/L was used as the extractant， the ratio of material to liquid was 1：30， and the extraction was performed in a constant temperature water bath at 40 ℃ for 90 min. Under these conditions， the soluble protein yield of 0.5 g selenium-enriched sweet potato freeze-dried powder was 4.6%. The selenium content in the protein was 1.27 μg/L， and the selenium yield was 34.4%. The optimized experimental technology has simple operation and high protein yield， and can be used to promote the development of functional industries of selenium-rich potato crops.

Key words Orthogonal design; Selenium-enriched sweet potato; Soluble protein; Extraction process

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.006

硒元素是維持動植物生命活動的必需微量元素。1988年，中國正式將硒列入居民每日生命活動必需元素，但盲目及過度補硒會造成硒中毒[1-2]。富硒農(nóng)作物的培育與商業(yè)化種植獲得富硒食品具有廣闊的發(fā)展前景。堿提酸沉法浸提富硒農(nóng)作物中可溶性蛋白的方法由于操作簡單、環(huán)境條件溫和、蛋白提取率高已被廣泛應(yīng)用。梁潘霞等[3-4]研究分析了富硒大米、平菇中硒蛋白的最優(yōu)工藝條件。國內(nèi)已有關(guān)于富硒谷物、富硒菌類等硒蛋白提取條件研究，鮮有對富硒薯類作物中硒蛋白提取條件優(yōu)化的研究報道。基于對富硒甘薯中可溶性蛋白浸提條件的研究，通過正交設(shè)計法，結(jié)合單因素試驗結(jié)果，優(yōu)化富硒甘薯中可溶性蛋白浸提工藝。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

主要試劑：富硒甘薯、考馬斯亮藍、tris、牛血清蛋白（BSA）等。儀器設(shè)備：Cary50型紫外——可見分光光度計、AFS-9800雙道氫化物發(fā)生原子熒光光度計等。

1.2 實驗方法

1.2.1 單因素試驗 富硒甘薯中可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250試劑比色法。由于蛋白質(zhì)在不同浸提液中溶解度的不同，對浸提劑進行選擇。取富硒甘薯凍干粉0.5 g，分別取水、0.9% NaCl、NaOH（0.l mol/L）、Tris-HCl（pH=7.4）4種溶液各15 ml，在20℃下水浴振蕩浸提60 min，測定處理后粗蛋白濃度及硒含量，選擇最佳浸提劑為基礎(chǔ)進行單因素試驗（表1）。

1.2.2 正交實驗 參照上述試驗結(jié)果，選擇最優(yōu)浸提效果及兩側(cè)水平，利用L9（34）正交試驗設(shè)計優(yōu)化硒蛋白的提取工藝。

2 結(jié)果與討論

2.1 可溶性蛋白標準曲線

采用牛血清蛋白標準品配置蛋白標液，牛血清蛋白標液濃度線性回歸方程為A=0.0007C+1.25（R2=0.9997）。

2.2 單因素試驗數(shù)據(jù)處理

分析幾種浸提劑對可溶性蛋白提取效果（圖1），依據(jù)2.3實驗方法，選擇NaOH（0.1 mol/L）溶液時可溶性蛋白提取率最高，最高值為62.13 mg/L。

根據(jù)上述實驗結(jié)果，選擇NaOH溶液作為浸提劑，根據(jù)表1條件實驗。結(jié)果如圖2（a）所示，可溶性蛋白濃度呈先升高后降低的趨勢，并在浸提劑濃度為0.15 mol/L時達到最大值80.24 mg/L。在使用濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液作為浸提劑的情況下，如圖2（b）所示，可溶性蛋白濃度快速上升后緩慢下降，可溶性蛋白在料液比為1∶30時提取率達到最高，可溶性蛋白濃度達到峰值78.93 mg/L。使樣品在不同溫度下水浴振蕩浸提，結(jié)果如圖2（c）所示，可溶性蛋白濃度快速上升后略有降低，在40℃時達到峰值79.60 mg/L。依據(jù)表1條件控制浸提時間，實驗結(jié)果如圖2（d）所示。可溶性蛋白濃度快速升高后趨于平緩，浸提時間90 min時浸提效果最佳，濃度達到峰值76.55 mg/L。

2.3 正交實驗結(jié)果

結(jié)合實驗結(jié)果取各因素最佳效果數(shù)據(jù)位點，通過極差大小分析影響可溶性蛋白浸提效率影響因素主次順序。最優(yōu)條件下0.5 g富硒甘薯粉選擇濃度為0.15 mol/L NaOH水溶液進行浸提，控制料液比為1∶30，40℃恒溫水浴浸提90 min，3次平行試驗后所測得可溶性蛋白含量濃度均值為79.62 mg/L，換算后得本批次富硒甘薯中可溶性蛋白含量為4.60 mg/g，可溶性蛋白得率為4.6%，可溶性蛋白中硒含量為1.27 μg/L，硒得率為34.4%（表2）。

3 結(jié)論

本研究綜合優(yōu)化了浸提富硒甘薯中可溶性蛋白的最佳工藝為：NaOH溶液作浸提劑，濃度0.15 mol/L，在料液比為1∶30的條件下，恒溫水浴40℃振蕩90 min。優(yōu)化后的富硒甘薯可溶性蛋白提取工藝有效提高了蛋白浸提效率，優(yōu)化后的工藝參數(shù)可用于工業(yè)生產(chǎn)以提高富硒甘薯的潛在經(jīng)濟價值、開發(fā)新型農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。

參考文獻

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[2] 屈蘭竺，楊松杰，禚蘇，等.微量必需元素硒的作用探析[J].中國農(nóng)學通報，2010，26（7）：94–97.

[3] 梁潘霞，蘭秀，劉永賢，等.富硒大米硒蛋白提取方法研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2017，30（11）：2474–2478.

責任編輯：黃艷飛