蕨麻蛋白的提取與功能特性的研究

劉雨薇，夏琳婧，胡錦蓉，沈 群

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點實驗室，教育部果蔬加工工程中心，北京100083)

蕨麻蛋白的提取與功能特性的研究

劉雨薇，夏琳婧，胡錦蓉，沈 群*

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，農(nóng)業(yè)部果蔬加工重點實驗室，教育部果蔬加工工程中心，北京100083)

利用堿溶酸沉法和鹽析法提取蕨麻蛋白，分析了蕨麻蛋白的氨基酸種類、含量以及保水性、吸油性、起泡性、乳化性、凝膠形成性等功能特性。結(jié)果表明，鹽析法提取蕨麻蛋白得率高于堿溶酸沉法;蕨麻蛋白中精氨酸的含量顯著高于其蛋白中其他種類氨基酸的含量，占氨基酸總量的21.4%;在不同pH的環(huán)境中，蕨麻蛋白的保水性差異較大;蕨麻蛋白的吸油性隨著溫度的降低而略有升高;隨著蛋白濃度的增大，蕨麻蛋白的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性均明顯升高;濃度高的蛋白質(zhì)溶液具有較高的乳化能力。

蕨麻蛋白，提取，功能特性

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蕨麻 甘肅隴翠堂提供;鹽酸、硼酸、氫氧化鈉、EDTA、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉 分析純，北京化工廠;PVP(聚乙烯比咯烷酮［k-30］) 分析純，廣東汕頭市西隴化工廠;大豆油 元寶牌。

精密電子天平 AR5120，奧豪斯儀器(上海)有限公司;自然對流烘箱(ED) 德國binder公司;馬弗爐 SX2.5-10，上海實驗儀器總廠;數(shù)字酸度計pHS-25，上海精科雷磁儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋 HW-SY11-K，北京長風(fēng)儀器公司;高速冷凍離心機(jī) GL-20G-Ⅱ，上海安亭科學(xué)儀器廠;高速分散器 XHF-D，寧波新芝生物科技股份有限公司;電熱恒溫培養(yǎng)箱 DHP-9052，上海一恒科技有限公司;半自動凱氏定氮儀 KDY-9820，北京通潤源機(jī)電技術(shù)有限責(zé)任公司;多頭磁力加熱攪拌器 HJ-6，常州國華電器有限公司;真空冷凍干燥機(jī) G2S-0.3，沈陽北冰洋食品工程有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蕨麻蛋白的提取

1.2.1.1 堿溶酸沉法［3-4］蕨麻→去離子水洗3遍→粉碎機(jī)粉碎蕨麻→加入去離子水(蕨麻與去離子水比例為1∶5)→加入3%的PVP→用1mol/L NaOH調(diào)至不同pH(pH1)→靜置1h→漿液單層紗布過濾→取上清液→離心(4000r/min，20min)→收集上清液→沉淀加去離子水(1∶5)用1mol/L NaOH調(diào)至不同pH(pH1)→離心(4000r/min，20min)→合并兩次上清液→用1mol/L HCl調(diào)上清液至不同pH(pH2)→離心(4000r/min，20min)→收集沉淀，去離子水洗沉淀比例(1∶5)，用1mol/L NaOH調(diào)pH7.0→真空冷凍干燥(38℃，16h)→蛋白粉

1.2.1.2 鹽析法 蕨麻→去離子水洗3遍→粉碎機(jī)粉碎蕨麻→加入去離子水(蕨麻與去離子水比例為1∶5)→加3%聚乙烯吡咯烷酮(K-30)→用1mol/L NaOH調(diào)pH至8.0→靜置1h→漿液單層紗布過濾→取上清液→離心(4000r/min，20min)→收集上清液→沉淀加去離子水(1∶5)用1mol/L NaOH調(diào)pH至8.0→離心(4000r/min，20min)→合并兩次上清液→加濃度100%硫酸銨(根據(jù)對照表)4℃靜置14h→離心(4000r/min，20min)→收集沉淀，去離子水洗沉淀比例(1∶5)

1.2.2 蕨麻蛋白的純化與干燥 將經(jīng)粗提獲得的蕨麻蛋白在4℃磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉標(biāo)準(zhǔn)混合緩沖溶液(pH7.41)中透析24h(每6h更換1次標(biāo)準(zhǔn)混合緩沖溶液)。

將用堿溶酸沉法和鹽析法獲得的蕨麻蛋白采用真空冷凍干燥(38℃，16h)法獲得蛋白粉。

1.2.3 蕨麻蛋白含量及氨基酸種類 采用GB/ T5009.5-1985《凱氏定氮法》測定提取蛋白中的蛋白質(zhì)含量［5］;采用GB/T18246-2000《飼料中氨基酸的測定》分析蕨麻蛋白氨基酸種類及含量［6］。

1.2.4 蛋白特性 蕨麻蛋白的保水性、吸油性、乳化性、凝膠形成性參照郭興鳳和Beuchat的方法［7-8］;起泡性與泡沫穩(wěn)定性參照Waniska等人的方法［9］。

2 結(jié)果與討論

2.1 蕨麻蛋白的提取

堿溶酸沉提取法是依據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)中有游離的酸羥基，顯弱酸性，遇堿成鹽溶解，加酸又游離析出的原理設(shè)計的。該種工藝主要是基于調(diào)節(jié)溶液的pH，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的溶解度，在pH調(diào)至一定值時，蛋白質(zhì)處于等電點狀態(tài)而凝集沉淀下來，經(jīng)分離后得到蛋白沉淀物，再經(jīng)洗滌、中和、滅菌、干燥即得分離蛋白產(chǎn)品。作為一種重要的研究手段，鹽析法在實驗室中常被用來分離蛋白質(zhì)。而硫酸銨是鹽析最常用的無機(jī)鹽，它具有溶解度大，隨溫度變化小，對蛋白質(zhì)有保護(hù)作用，高濃度時可抵制微生物和蛋白酶的活性等優(yōu)點。通過堿溶酸沉法和鹽析法獲得的蕨麻蛋白含量見表1。

由表1可知，在堿溶的pH一定時(pH8.5)，酸沉的pH為4.0時，蛋白的含量最高。當(dāng)酸沉的pH一定時(pH4.0)，堿溶的pH為8.0時，蛋白的含量最高。鹽析法所提取蕨麻蛋白的含量明顯高于堿溶酸沉法。

表1 堿溶酸沉法、鹽析法提取蛋白的含量

堿溶酸沉法提取蛋白的過程，受水料比、提取液pH、提取溫度、提取時間等諸多因素的影響。實驗條件設(shè)定及控制的難度較大。實驗過程中，存在蛋白變性現(xiàn)象。而采用鹽析與透析相結(jié)合的方法提取蛋白，蛋白不易變性。同時，采用先粗提后純化的設(shè)計，可獲得較高的提取率及蛋白純度。

2.2 蕨麻蛋白的氨基酸種類及含量

蕨麻蛋白中的氨基酸種類及含量見表2。

表2 蕨麻蛋白氨基酸種類及含量(%)

從表2可以看出，蕨麻蛋白中含量相對較多的氨基酸依次為:精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、脯氨酸、賴氨酸，占氨基酸總量的63.3%;其中精氨酸的含量顯著高于其他種類的氨基酸，占氨基酸總量的21.4%。

賴氨酸含量是谷物氨基酸研究的重點之一。賴氨酸為堿性必需氨基酸。谷物中的賴氨酸含量較低，張林生等［10］報道，人們的主要糧食中，小麥、大米、小米、玉米的賴氨酸含量分別為0.37%、0.25%、0.10%、0.41%。另外，在加工過程中賴氨酸易被破壞。根據(jù)賈健斌等［11］的調(diào)查，以谷物膳食為主人群的第一限制性氨基酸是賴氨酸。而蕨麻中的賴氨酸含量為0.40%，略高于小麥、大米、小米，與玉米基本持平。

2.3 蕨麻蛋白的保水性和吸油性

蛋白特性決定了蛋白的應(yīng)用范圍和產(chǎn)品的品質(zhì)，蕨麻蛋白的保水性和吸油性見表3。

表3 蕨麻蛋白的保水性

將干燥蛋白質(zhì)與液態(tài)水直接作用，所吸收的水分稱為保水性。蛋白質(zhì)的保水性與食品的粘度相關(guān)，受pH、溫度、離子強(qiáng)度的影響。從表3可以看出，在不同pH的環(huán)境中，蕨麻蛋白的保水性差異較大。pH的改變會影響到蛋白質(zhì)分子的凈電荷數(shù)值，從而改變了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-水之間的相互作用力，導(dǎo)致了保水性的改變。當(dāng)pH4時，蛋白的保水性最小，為2.18g/g，這是因為蕨麻蛋白的等電點在4.0左右，當(dāng)pH愈接近等電點時，蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)的相互作用愈強(qiáng)，整個蛋白質(zhì)分子呈電中性，其水化程度較低。

吸油性是指蛋白中產(chǎn)品吸附油的能力。蛋白質(zhì)可與甘油三酸酯形成脂-蛋白絡(luò)合物，因而具有吸油性。影響吸油性的主要因素為蛋白質(zhì)產(chǎn)品的種類和來源、粒度大小、溫度和加工方法。不同溫度下蕨麻的吸油性見表4。本實驗所用油脂為大豆油，由表4可以看出，蕨麻蛋白的吸油性隨著溫度的降低而略有升高，此趨勢對于蕨麻蛋白體現(xiàn)不明顯。其原因可能是，溫度升高，油的黏度降低，流動性增強(qiáng)，減弱了油脂與蛋白質(zhì)分子的結(jié)合，蕨麻蛋白的吸油性下降。

表4 蕨麻蛋白的吸油性

2.4 蕨麻蛋白的起泡性、泡沫穩(wěn)定性與乳化性

蕨麻蛋白質(zhì)分子由于具有典型的兩親結(jié)構(gòu)，因而在分散液中表現(xiàn)出較強(qiáng)的界面活性，具有一定程度降低界面張力的作用。蕨麻蛋白質(zhì)溶膠受到急速機(jī)械攪拌時，會有大量的氣體混入，形成水-空氣界面，溶液中蕨麻蛋白質(zhì)分子吸附到這些界面上來，降低界面張力，促進(jìn)界面形成。由于蛋白質(zhì)部分肽鏈在界面上伸展開來，并通過肽鏈間包括分子內(nèi)和分子間相互作用，形成一個二維保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，使界面膜得以加強(qiáng)，這樣就促進(jìn)泡沫的形成與穩(wěn)定。蛋白質(zhì)溶液濃度是影響蛋白質(zhì)起泡性能的主要外在因素。雖然蛋白質(zhì)起泡能力主要取決于其可溶部分，蛋白質(zhì)溶解度是作為良好的起泡能力和穩(wěn)定性先決條件，但不溶解的蛋白質(zhì)粒子在穩(wěn)定泡沫中也能起著有益作用，這是由于它們提高了溶液的表面粘度［12-14］。不同濃度蕨麻蛋白的泡沫體積與泡沫穩(wěn)定性隨時間的變化分別如圖1、圖2所示。表5顯示了不同濃度蕨麻蛋白的起泡性、泡沫穩(wěn)定性與乳化性。

圖1 不同濃度蕨麻蛋白的泡沫體積

由表5可知，提高蛋白質(zhì)濃度，蕨麻蛋白的起泡性顯著增強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性明顯增大。隨著蛋白濃度的增加，蛋白擴(kuò)散并吸附在空氣-水界面的能力就大，降低界面張力，促進(jìn)泡沫的形成。與此同時，蛋白肽鏈形成的二維保護(hù)網(wǎng)絡(luò)逐漸增強(qiáng)，泡沫穩(wěn)定性得以提高。

圖2 不同濃度蕨麻蛋白的泡沫穩(wěn)定性

表5 不同濃度蕨麻蛋白的起泡性、泡沫穩(wěn)定性和乳化性

乳化是指將兩種以上不相溶的物質(zhì)，其中一種液體以微粒的形式分散到另一種液體里形成均勻分散體系的性能［14］。蛋白質(zhì)的乳化能力與蛋白質(zhì)溶液的濃度和分子結(jié)構(gòu)有很大關(guān)系，本實驗研究了蛋白乳化性與蛋白溶液濃度的關(guān)系。由表5可知，濃度高的蛋白質(zhì)溶液具有較高的乳化能力。這可能由于隨著蛋白濃度的增大，蛋白在油-水界面上降低界面張力的能力增大，同時，蛋白的成膜能力增強(qiáng);但隨著蛋白濃度的升高，變化不明顯。

2.5 蕨麻蛋白的凝膠形成性

當(dāng)適度變性的蛋白質(zhì)分子聚集，形成一個有規(guī)則的蛋白質(zhì)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，此過程即為凝膠作用。其形成受固形物濃度、溫度和加熱時間、制冷情況、有無鹽類、巰基化合物、亞硫酸鹽或脂類的影響，蛋白含量越高，越易制成結(jié)實強(qiáng)韌性的、有彈性的硬質(zhì)凝膠［15］。經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)蕨麻蛋白濃度大于20%，溫度在70～90℃的范圍內(nèi)，仍不能形成凝膠。

3 結(jié)論

采用在pH8.0環(huán)境中用鹽析法提取蛋白的方法，得到蛋白的含量比堿溶酸沉法高。若采用堿溶酸沉法，采用pH8.0的堿溶條件與pH4.0的酸沉環(huán)境將獲得相對較高的蛋白含量。蕨麻蛋白中含量相對較多的氨基酸依次為:精氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、組氨酸、脯氨酸，其中精氨酸的含量顯著高于其蛋白中其他種類的氨基酸，占氨基酸總量的21.4%。在不同pH的環(huán)境中，蕨麻蛋白的保水性差異較大。當(dāng)pH4時，蛋白的保水性最小，為2.18g/g。蕨麻蛋白的吸油性隨著溫度的降低而略有升高，25℃時，其吸油性為2.43g/g。隨著蛋白濃度的增大，蕨麻蛋白的起泡性能和泡沫穩(wěn)定性均明顯升高。濃度高的蛋白質(zhì)溶液具有較高的乳化能力。初步實驗得出凝膠在一般條件下無法形成。

蕨麻是我國特有的野生植物，其營養(yǎng)成分豐富，具有較優(yōu)的功能特性，屬于食之佳品。本實驗通過研究蕨麻蛋白的功能特性，了解其加工適用性，為蕨麻的進(jìn)一步深加工提供了理論依據(jù)。

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Extraction and functional properties of Potentilla anserina protein

LIU Yu-wei，XIA Lin-jing，HU Jin-rong，SHEN Qun*
(College of Food Science and Nutritional Engineering，Key Laboratory of Fruits and Vegetables Processing，Ministry of Agriculture，Beijing Engineering Research Centre for Fruits and Vegetables Processing，Ministry of Education，China Agricultural University，Beijing 100083，China)

The protein of Potentilla anserine was obtained by salting-out as well as alkaline and acid precipitation in this test.Amino acids contents of Potentilla anserina protein and functional properties such as water-holding capacity，oil absorbency，foam ability，emulsion and the quality of gel were studied.The results indicated that the yield rate of protein extracted by salt-outing was higher than which extracted by alkaline and acid precipitation. Arginine in Potentilla anserina protein was 21.4%of the total amino acid，which was much higher than the others. The water-holding capacity varied with different pH value.The oil absorbency of the protein increased lightly with the decrease of the temperature.The foam ability and emulsion stability were significantly enhanced with the concentration increased.Also，the emulsifying capacity was relatively better in the protein solution with higher concentration.

Potentilla anserine protein;extraction;functional properties

TS201.2+1

A

1002-0306(2011)03-0131-04

蕨麻為鵝絨委陵菜的根，屬薔薇科，委陵菜屬，又名委陵菜、曲尖委陵菜、人參果、延壽草等。其味道鮮美，營養(yǎng)價值高。據(jù)記載，蕨麻有補(bǔ)氣益血、健脾利濕、生津止渴等功效［1］。蕨麻中含有較多的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪以及鉀、鈣、鐵、硒等多種無機(jī)鹽、礦物質(zhì)。尚含有鞍質(zhì)、亞油酸，富含人類所必需的18種氨基酸，有滋補(bǔ)作用，無毒副作用［2］。蛋白質(zhì)是蕨麻的主要成分之一，其特性直接影響蕨麻產(chǎn)品的加工特性。從目前收集到的資料來看，有關(guān)蕨麻蛋白質(zhì)性質(zhì)的研究國內(nèi)外均很少。本實驗以蕨麻蛋白質(zhì)為研究對象，比較堿溶酸沉法與鹽析法兩種提取蕨麻蛋白的方法，分析蕨麻蛋白的物理、化學(xué)特性，為蕨麻食品的深加工提供數(shù)據(jù)參考。

2010-02-01 *通訊聯(lián)系人

劉雨薇(1988-)，女，本科生，研究方向:谷物科學(xué)。

北京市大學(xué)生科學(xué)研究與創(chuàng)業(yè)行動計劃。