超声波辅助酶法提取燕麦麸皮蛋白质的工艺研究

萨如拉 文静 于田田 鲁爽 田恬 王思宇 刘敏

摘 要：为了有效提取燕麦麸皮中的蛋白质，以燕麦麸皮为原料，测定蛋白含量、脱脂，以超声时间、加水量、加酶量为单因素，使用超声辅助酶法进行提取试验，使用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量，计算蛋白质提取率，确定各单因素的最佳提取条件。根据单因素试验结果设计正交试验，得燕麦麸皮蛋白的最佳提取工艺：超声时间60min，加水量60mL，加酶量0.06mg，燕麦麸皮蛋白质提取率为最高的31.40%。

关键词：燕麦麸皮;蛋白质;提取率;正交试验;单因素试验

中图分类号：TQ461  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2021）01-0017-04

燕麦是一种低糖、高蛋白质食品，优质蛋白的含量为11.3%～19.9%，在粮食作物中居首位[1]。燕麦蛋白是优质的蛋白质资源，主要由谷蛋白、醇溶蛋白、球蛋白和清蛋白组成[2]，而燕麦蛋白主要集中在燕麦麸皮中，更重要的是燕麦蛋白中必需氨基酸组成与每日摄取量的标准基本相同，是所有谷物中氨基酸最平衡的食品，可有效地促进人体生长发育，其中赖氨酸和精氨酸含量较高[3]。同时，燕麦蛋白的功效比、化学评分、生物价也是植物蛋白中的佼佼者[2]。燕麦麸皮是燕麦加工过程中的副产物，除了一些麸皮作为动物饲料以外大部分未被有效利用，会被焚烧或填埋处理，浪费蛋白质资源的同时污染环境。因此，为了提高燕麦麸皮的附加价值及优质蛋白资源的有效利用率，如何从燕麦麸皮中更高效、更合理地提取燕麦蛋白成为研究的首要问题。

目前，国内外研究的燕麦麸皮提取蛋白的方法主要有碱提酸沉法、酶法、超声波法及复合法[4-6]。碱提酸沉法利用蛋白质在碱性条件易溶，而在酸性条件达到其等电点而生成沉淀的性质，用碱提酸沉达到分离或提纯的目的，是目前植物蛋白生产中常用的方法，但其缺点是使用了大量的酸和碱[7]。酶法具有设备简单，反应条件温和，水解速度快、提取时间短、提取率高、不产生污染等优点，适合工业化生产，但是却大大增加了工业成本并且控制条件也较严格[8]。为了提高提取率，在碱提酸沉和酶解基础上再加超声波处理，也有以上这些方法以不同形式复合的复合提取方法。

超声波辅助酶法可以减少酶加量、缩短酶提取时间，并可以提高蛋白质提取率及纯度。本研究以提高燕麦麸皮的蛋白质提取率、缩短提取时间、降低提取成本、改善蛋白質的营养价值为目的，选用了超声辅助酶解法来提取燕麦麸皮蛋白质，为提取优质蛋白质提供理论依据和技术支撑。

1 材料、试剂及仪器设备

燕麦麸皮、牛血清白蛋白、中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、正己烷、氢氧化钠、乙醇、磷酸、考马斯亮蓝G-250、超声波清洗器、恒温水浴锅、分光光度计、离心机。

2 实验方法

2.1 燕麦麸皮中蛋白质含量的测定

燕麦麸皮中蛋白质含量的测定按照GB 5009.5—2010进行测定[9]。

2.2 蛋白质标准曲线的制备

称取10mg牛血清蛋白，溶于100mL蒸馏水中，配成100μg/mL溶液。再称取100g考马斯亮蓝G-250溶于50mL 90%的乙醇中，加入85%（W/V）磷酸100mL，蒸馏水定容至1000mL。取6支试管，按表1配制牛血清白蛋白液各1mL。从各试管中吸取0.1mL溶液，分别放入10mL具塞试管中，加入5mL考马斯亮蓝G-250试剂，混匀，放置2min，在595nm下比色测吸光值。

2.3 燕麦麸皮的脱脂

称取一定量的燕麦麸皮加入锥形瓶中，以料液比1：6（g/mL）加入正己烷，室温下震荡脱脂3h，过滤，并用冷却的正己烷冲洗3次，将脱脂的燕麦麸晾干，备用。

2.4 酶的筛选

取3g脱脂燕麦麸皮加入60mL水，所加酶的最适温度下超声60min，使用1%的氢氧化钠调节pH，加入0.06g酶，酶解60min，90℃灭酶10min，3500转/min离心10min，取上清液，测定蛋白质含量。每种酶进行3次重复试验并且取其平均值。

2.5 单因素实验

测定不同超声时间，不同加液量和不同加酶量下燕麦麸皮蛋白质的提取率，每种因素进行3次重复试验并且取其平均值。

2.5.1 超声时间对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

取3g脱脂燕麦麸皮加入60mL蒸馏水，在45℃下分别超声30、40、50、60、70min，使用1%的氢氧化钠调节pH至10.5，加入0.06g碱性蛋白酶，酶解60min，90℃灭酶10min，3500转/min离心10min，取上清液，测定蛋白质含量，计算提取率。

2.5.2 加水量对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

取3g脱脂燕麦麸皮，分别加入40、50、60、70、80mL蒸馏水，在45℃下超声60min，使用1%的氢氧化钠调节pH至10.5，加入0.06g碱性蛋白酶，酶解60min，90℃灭酶10min，3500转/min离心10min，取上清液，测定蛋白质含量，计算提取率。

2.5.3 加酶量对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

取3g脱脂燕麦麸皮加入60mL蒸馏水，在45℃下，超声60min，使用1%的氢氧化钠调节pH至10.5，分别加入0.02、0.04、0.06、0.08、0.10g碱性蛋白酶，酶解60min，90℃灭酶10min，3500转/min离心10min，取上清液，测定蛋白质含量，计算提取率。

2.5.4 提取燕麦麸皮蛋白质的正交试验设计

在单因素试验的基础上，在每个单因素中选取三个具有最高提取率的梯度进行正交试验，并使用 L9（33）正交设计（见表3）。

2.5.5 验证试验

单因素试验的最佳组合与正交试验最优组合进行比较选取提取率高的一组作为最终的提取条件。

3 结果与分析

3.1 燕麦麸皮中蛋白质含量测定

燕麦麸皮中蛋白质含量为15.2%。

3.2 蛋白质的标准曲线

以A595nm吸光值为纵坐标，蛋白质质量浓度为横坐标，绘制蛋白质标准曲线。

根据标准曲线得到的回归方程为

y=0.9971x+0.0025，R2=0.9901。

燕麦麸皮蛋白提取率（%）

=×100

3.3 酶的筛选

以燕麦麸皮蛋白提取率为指标，分别计算了中性蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶及其混合酶在最佳条件下燕麦麸皮蛋白的提取率，试验结果如表4所示，燕麦蛋白的最佳用酶为碱性蛋白酶，在单因素试验及正交试验中采用碱性蛋白酶为燕麦麸皮蛋白的降解酶。

3.4 单因素实验

3.4.1 不同超声时间对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

如图2所示，超声提取时间在60min之前，燕麦麸皮蛋白质的提取率随着超声时间的增加而增加，到60min的时候达到最大提取率，再延长超声时间时提取率变化不大，且略有下降的趋势。超声时间较短的时候燕麦麸皮中的蛋白质还没完全提取，超声时间过长时被提取的蛋白质可能被破坏而降低提取率。因此，本试验中60min的超声时间为最适合的提取时间。

3.4.2 不同加酶量对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

如图3所示，加酶量较少的时候燕麦麸皮蛋白质的提取率较低，因为酶未能满足底物需要的酶量，加酶量增加至0.06mg的时候提取率最大，说明0.06mg酶正好能满足底物所需酶量，但酶量继续增加的时候提取率开始下降，可能因为酶量过度而进一步把提取的蛋白质降解成氨基酸或短肽而使提取率下降。

3.4.3 不同加水量对燕麦麸皮蛋白提取率的影响

如图4所示，燕麦麸皮蛋白质的提取率随着加水量的增加而增加，当加水量达到50mL时，提取率最高可达30.14%，当加水量超过50mL后，提取率有下降的趋势。这是由于加水量较小时，体系黏度较大，不利于传质。但加水量过大时，酶与底物的接触概率下降，使蛋白质的提取率降低。

3.4.4 正交试验

在燕麦麸皮蛋白质提取单因素试验的基础上，对超声时间、加水量、加酶量等三个因素进行正交试验。进一步优化超声辅助酶解法提取燕麦麸皮蛋白质的工艺条件，结果见表5，从表5中的极差R可知，影响蛋白质提取率的因素的主次顺序是：超声时间>加酶量>加水量，优化后的提取工艺条件为A2B3C1，即超声时间为60min，加水量为60mL，加酶量为0.06mg，提取率为31.40%。

3.4.5 验证实验

从燕麦麸皮中提取蛋白质的单因素试验确定的最佳条件下进行蛋白质的提取，即超声时间60min，加水量为50mL，加酶量为0.06mg，提取率为30.14%。蛋白质提取正交试验中提取率最高的组合为A2B3C1，即超声时间为60min，加水量60mL，加酶量为0.06mg，提取率能为31.40%。因此最佳提取条件为超声时间60min，加水量60mL，加酶量0.06mg。

4 结论

本研究使用超声辅助酶解法提取燕麦麸皮蛋白质，通过单因素试验及正交试验确定了提取蛋白质的最佳工艺，即超声时间60min，加水量60mL，加酶量0.06mg，蛋白质提取率为31.40%。超声波辅助酶法可以减少酶加量、缩短酶提取时间，降低提取成本、改善蛋白质的营养价值。本研究为提取优质蛋白质提供理论依据和技术支撑。

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参考文献：

〔1〕吴素萍.超声辅助酶法提取燕麦蛋白的研究[J].粮食与饲料工业，2009，38（09）：22-25.

〔2〕趙素斌，张晓平，任清.3种方法提取燕麦麸皮蛋白及其产物的比较[J].食品科学，2010，31（14）：71-79.

〔3〕何帼英，张丽萍.燕麦麸皮中分离蛋白的功能特性研究[J].黑龙江八一农垦大学学报，2016，28（04）：49-54.

〔4〕张民，王婵，毕华，张丽丽.裸燕麦麸皮蛋白的提取工艺及理化性质研究[J].2012，28（11）：1495-1499.

〔5〕许英一，王宇，林魏.酶法提取燕麦蛋白理化性质研究[J].食品工业，2018，37（07）：72-75.

〔6〕刘健垒，李英杰，郝李平.燕麦蛋白提取分离的研究进展[J].食品研究与发展，2014，35（01）：132-136.

〔7〕许英一，徐艳霞，王宇.不同方式提取的燕麦蛋白功能特性比较[J].食品与机械，2018，34（03）：166-169.

〔8〕刘健垒，李英杰，郝李平.均匀试验设计优化酶法提取燕麦全粉蛋白质研究[J].中国粮油学报，2013，28（08）：78-82.

〔9〕GB 5009.5-2010 食品中蛋白质的测定.