人參果可溶性蛋白制備及其功能性質(zhì)研究

張喜峰，王銀芳，李彩霞，楊銳，張芬琴

(河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖734000)

人參果可溶性蛋白制備及其功能性質(zhì)研究

張喜峰，王銀芳，李彩霞，楊銳，張芬琴*

(河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅張掖734000)

采用檸檬酸－磷酸氫二鈉緩沖液對人參果中可溶性蛋白進(jìn)行提取，以單因素實驗考察料液比、溫度、浸提時間、pH等因素對人參果可溶性蛋白提取率的影響。在此基礎(chǔ)上通過四因素三水平正交實驗設(shè)計，并對其提取蛋白功能性質(zhì)進(jìn)行了初步研究。結(jié)果確定了緩沖液浸提最佳工藝條件為:料液比4∶1，溫度25℃，浸提時間120min，pH=6;在此最佳工藝下，人參果可溶蛋白提取率可達(dá)24.64%。其中料液比對提取率的影響達(dá)到了顯著水平(p＜0.05)。人參果可溶性蛋白等電點在pH=10左右，在此條件下，蛋白的溶解性、起泡能力、乳化性最小。蛋白的吸水性在3.5～5.0mL/g左右，吸油性在0.6～1.8g/g之間，最小膠凝度為7.5mg/mL。

人參果，可溶性蛋白，正交設(shè)計，功能性質(zhì)

人參果(Solanun muicatum)又稱“茄瓜”，是多年生草本植物，既可作一年栽培又可作多年栽培;果形有橢圓形、卵圓形、心形、陀螺形等，成熟時果皮呈金黃色并帶紫色條紋［1］;它具有高蛋白、低糖、低脂等優(yōu)點，還富含維生素C及17種氨基酸，并且氨基酸比例與人體需要的氨基酸比例基本相符［2－5］。因此，人參果被認(rèn)為有抗癌、抗衰老、降血壓、降血糖、提高智力及免疫力、消炎、補(bǔ)鈣、美容等功能［6］。高蛋白質(zhì)、低糖是“茄瓜－人參果”的主要特點［7－8］。人參果在甘肅省河西走廊荒漠綠洲區(qū)被廣泛種植，且是當(dāng)?shù)氐闹еa(chǎn)業(yè)。目前人們對人參果的研究主要集中在多糖提?。?－10］、人參果酒、酸奶及飲料的制作［11－16］方面，沒有在提高其附加值方面進(jìn)行研究。本文通過對人參果可溶性蛋白提取及其功能性質(zhì)的研究，為可食用蛋白的深加工產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供新的路徑和理論依據(jù)，帶動食品工業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而最大限度開發(fā)這些寶貴蛋白資源的經(jīng)濟(jì)價值。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

人參果甘肅省河西走廊武威市涼州區(qū)張義鎮(zhèn)，于2010年9月中旬購自市場;小牛血清蛋白、無水乙醇、磷酸、考馬斯亮藍(lán)G－250、檸檬酸、磷酸氫二鈉均為分析純。

榨汁機(jī)，電子天平，恒溫水浴鍋，離心機(jī)，722型分光光度計，冷凍干燥機(jī)，凱氏定氮儀等。

1.2 實驗方法

1.2.1 人參果可溶性蛋白的提取配制不同pH的檸檬酸－磷酸氫二鈉緩沖溶液，按一定體積加入到定量經(jīng)去皮后榨得的人參果汁中，在一定溫度下浸提一段時間后，定容到一定的體積，1300 r/min離心5min，得到上清液，即為人參果可溶性蛋白提取液。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量測定人參果鮮果中蛋白質(zhì)含量測定采用凱氏定氮法［17］。提取液中蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍(lán)法［18］，以小牛血清蛋白作標(biāo)準(zhǔn)蛋白，用如圖1所示的回歸方程Y=0.0074x+0.0068計算蛋白質(zhì)含量。

圖1 考馬斯亮藍(lán)法測蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of protein determined by Coomassie Bluemethod

1.2.3 蛋白質(zhì)提取率計算蛋白質(zhì)提取率(%)=提取液中蛋白含量/人參果中蛋白含量×100%。

1.2.4 單因素實驗設(shè)計在其他條件一致前提下，分別研究料液比、溫度、時間、pH等因素對人參果水溶性蛋白提取率的影響。

1.2.5 正交實驗設(shè)計在單因素實驗基礎(chǔ)上，設(shè)計L9(34)正交實驗，因素及水平見表1。

表1 正交實驗因素與水平表Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.2.6 人參果蛋白質(zhì)功能性質(zhì)測定對分離得到的人參果蛋白分別進(jìn)行溶解性、吸水性、持油性［19］、乳化性［20］、起泡性［19］、膠凝度的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實驗結(jié)果

2.1.1 pH對人參果可溶蛋白質(zhì)提取率的影響圖2為溫度18℃、浸提時間1h、料液比4∶1時不同pH對蛋白質(zhì)提取率的影響。由圖2可以看出，蛋白質(zhì)提取率隨著pH增大先逐漸增大后漸減小，在pH 6時達(dá)到最大值，隨后提取率逐漸下降。說明pH=6的緩沖液是人參果可溶性蛋白提取的最佳pH。

圖2 pH對蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.2 Effect of pH value on protein yield

2.1.2 溫度對蛋白質(zhì)提取率的影響圖3為pH=6、浸提時間為1h、料液比為4∶1時不同的溫度對蛋白質(zhì)提取率的影響。從圖3可以看出，溫度對蛋白質(zhì)提取率有明顯的影響，蛋白質(zhì)提取率隨溫度升高而增加，當(dāng)溫度達(dá)到25℃時蛋白質(zhì)提取率最高，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，蛋白質(zhì)提取率卻相應(yīng)的減小，可能與蛋白質(zhì)變性有關(guān)。故溫度選25℃為最佳。

圖3 溫度對蛋白質(zhì)得率的影響Fig.3 Effect of extraction temperature on protein yield

2.1.3 浸提時間對蛋白質(zhì)提取率的影響圖4為pH =6、溫度25℃、料液比4∶1時不同浸提時間對蛋白質(zhì)提取率的影響。從圖4可以看出，隨著浸提時間的延長蛋白質(zhì)提取率逐漸增大。當(dāng)浸提時間為120m in時蛋白質(zhì)提取率相對較高，此后蛋白質(zhì)含量又降低，所以根據(jù)條件選擇120min為宜。

圖4 浸提時間對蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.4 Effect of extraction time on protein extraction rate

2.1.4 料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響圖5為pH= 6、溫度25℃、時間120min時不同料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響。從圖5可以看出，料液比對蛋白質(zhì)提取率有較大的影響，當(dāng)料液比為4∶1時蛋白質(zhì)提取率最高。故選擇料液比為4∶1作為提取人參果可溶性蛋白的料液比的最佳條件。

圖5 料液比對蛋白質(zhì)提取率的影響Fig.5 Effect of solid/liquid ratio on protein yield

2.2 提取工藝優(yōu)化

在單因素實驗結(jié)果基礎(chǔ)上設(shè)計L9(34)正交實驗，對最佳提取工藝條件進(jìn)行研究。對正交實驗進(jìn)行方差分析結(jié)果如表2、表3所示。

由表2、表3可知，各因素對緩沖液浸提人參果可溶性蛋白影響次序為料液比＞溫度＞pH＞時間，其中料液比對提取率有極顯著的影響(p=0.0079)，其他因素影響較小，最佳工藝條件為A3B1C3D2，即:料液比為4∶1，溫度為25℃，時間120min，pH=6時，人參果可溶性蛋白質(zhì)提取率可達(dá)24.64%。

表2 正交實驗結(jié)果Table 2 Results of orthogonal array design test

表3 方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance for protein yield with various extraction conditions

2.3 人參果可溶性蛋白的功能特性

2.3.1 溶解性由圖6可見，人參果可溶性蛋白溶解性隨著pH逐漸升高，蛋白質(zhì)的溶解度經(jīng)歷了先減小后增大的過程，當(dāng)人參果蛋白在pH=10時，溶解性最小，由此可推測，人參果可溶性蛋白等電點在10附近。

圖6 pH對人參果蛋白溶解度的影響Fig.6 Effect of pH on the solubility of the protein isolates

2.3.2 吸水性由圖7可見，蛋白質(zhì)的吸水性隨著溫度逐漸升高呈現(xiàn)先升后降的趨勢。當(dāng)溫度高于30℃時，蛋白吸水性逐漸下降，這可能與蛋白質(zhì)極性基團(tuán)有關(guān)，溫度高，則疏水基團(tuán)外露，疏水基團(tuán)相互作用使吸水性減少。

圖7 溫度對蛋白吸水性的影響Fig.7 Effect of temperature on the water－binding capacity of the protein isolates

2.3.3 吸油性如圖8所示，與其他功能特性不同，人參果可溶性蛋白的吸油性隨著溫度的升高而升高。溫度升高之后，蛋白多肽鏈成為伸展?fàn)顟B(tài)，疏水基團(tuán)暴露，吸油性能提高。

圖8 溫度對蛋白吸油性的影響Fig.8 Effect of temperature on the oil－binding capacity of the protein isolates

2.3.4 起泡性由圖9可見，隨著pH的增大，人參果可溶性蛋白起泡性和泡沫穩(wěn)定性逐漸下降。在等電點10左右，起泡性和穩(wěn)定性最差。說明蛋白質(zhì)起泡性與溶解性密切相關(guān)。

2.3.5 乳化性如圖10所示，人參果可溶性蛋白的乳化性隨著pH的逐漸升高逐漸減小，到等電點左右最小，原因可能是等電點附近，蛋白靜電荷為零，溶解度最小，導(dǎo)致乳化性最低，但是在等電點其乳化穩(wěn)定性最好，這可能與人參果蛋白分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。

圖9 pH對提取蛋白起泡性的影響Fig.9 Effect of pH on the foaming capacity of the protein isolates

圖10 pH對提取蛋白乳化性影響Fig.10 Effect of pH on emulsifying property of protein isolates

2.3.6 凝膠性如表4所示，溫度和蛋白質(zhì)濃度影響蛋白質(zhì)的膠凝度，隨著溫度和蛋白濃度逐漸升高，人參果可溶性蛋白膠凝度逐漸增大，說明溫度變化對蛋白與水相互作用有一定的影響，溫度達(dá)到60℃，蛋白質(zhì)可能發(fā)生了變性，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變?yōu)樯煺範(fàn)顟B(tài)，疏水基團(tuán)暴露，增加了聚集和沉淀作用，蛋白質(zhì)有最小膠凝度為7.5mg/m L。

表4 溫度和蛋白濃度對人參果可溶性蛋白膠凝度的影響Table 4 Effects of temperature and protein concentration on gel strength

3 結(jié)論

本實驗采用緩沖液浸提法對人參果中可溶性蛋白質(zhì)進(jìn)行了提取。研究表明，pH、溫度、料液比、浸提時間對人參果可溶性蛋白提取率有較大的影響。通過正交實驗確定了人參果可溶性蛋白質(zhì)最佳提取工藝條件為:pH=6、溫度25℃、浸提時間120m in、料液比4∶1，在此條件下，人參果可溶性蛋白質(zhì)提取率可達(dá)24.64%。

研究結(jié)果還表明，人參果可溶性蛋白的等電點為pH 10左右。在等電點處，蛋白的溶解性、起泡能力、乳化性均最小，其吸水性強(qiáng)于吸油性，最小膠凝度為7.5mg/m L。這些結(jié)果可為人參果可溶性蛋白質(zhì)的開發(fā)、可食用植物蛋白質(zhì)的資源開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)，為開辟人參果附加值的新途徑提供參考資料。

［1］梁智.武威市大力發(fā)展香瓜茄(人參果)［J］.中國蔬菜，2007(12):43.

［2］Yalcin H.Effect of ripening period on composition of pepino (Solanum muricatum)fruit grown in Turkey［J］.African Journal of Biotechnology，2010，25(9):3901－3903.

［3］趙鶴云，殷國健，張瓊芬，等.云南人參果中微量營養(yǎng)成份的研究［J］.食品科技，2001(2):68－69.

［4］趙鶴云，殷國健，張瓊芬，等.云南人參果中微量元素的研究［J］.廣東微量元素科學(xué)，2000，7(10):47－49.

［5］Redgwell RJ，Turner N A.Pepino(Solanum muricatum): Chemical composition of ripe fruit［J］.Journal of the Science of Food and Agriculture，1986，37(12):1217－1222.

［6］張林瑞.人參果的營養(yǎng)價值與溫室栽培技術(shù)要點［J］.甘肅科技，2008，24:176－177.

［7］趙桂紅，王世平，黃香文.黑龍江省人參果不同部位營養(yǎng)成分分析［J］.食品科技，2002(11):70－71.

［8］趙聲蘭，魏大巧，李濤，等.人參果的營養(yǎng)成分分析研究［J］.食品科學(xué)，2000，21(12):137－138.

［9］任雪峰，吳冬青，王永生，等.人參果多糖超聲提取工藝的研究［J］.食品研究與開發(fā)，2010，31(1):9－11.

［10］任雪峰，楊自嶸，王克眾，等.苯酚—硫酸法測定人參果中多糖含量［J］.河西學(xué)院學(xué)報，2010，26(2):42－46.

［11］蘇鳳賢，曹旭峰，汪峰，等.人參果酒釀造中釀酒酵母的選擇［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2010，36(4):130－135.

［12］劉鍇棟，黃君紅，曾鳳仙.凝固型人參果酸奶的研制與營養(yǎng)成分的測定［J］.河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009，30(6):33－36.

［13］王曉琴，曹禮，孫曉麗.人參果酸奶制作工藝的研究［J］.中國釀造，2009(11):167－169.

［14］文連奎，張健，馮永巍，等.人參果白蘭地的研制［J］.食品科學(xué)，2005，26(S1):215－216.

［15］劉學(xué)軍，殷涌光，于曉霞，等.人參果、山楂復(fù)合飲料的研制［J］.食品科學(xué)，2005，26(9):655－659.

［16］張彧，朱蓓薇，董秀萍.低糖人參果果脯、果醬的研制［J］.食品工業(yè)科技，2001，22(6):54－56.

［17］中華人民共和部衛(wèi)生部.GB5009.5－2010食品中蛋白質(zhì)的測定方法［S］.2010:1－3.

［18］林加涵，魏文玲，彭宣憲，等.現(xiàn)代生物學(xué)實驗［M］.北京:高等教育出版社，2001:34－35.

［19］朱科學(xué)，周惠明.醇洗對小麥胚分離蛋白理化性質(zhì)、功能性質(zhì)及結(jié)構(gòu)的影響［J］.食品科學(xué)，2008，29(2):48－53.

［20］Ramírez－Suárez Juan C，Xiong Youling L.Rheological properties ofmixed muscle/nonmuscle protein emulsions treated with transglutaminase at two ionic strengths［J］.International Journal of Food Science and Technology，2003，38(7):777－785.

Study on extraction and functional properties of soluble protein from Solanum muricatum

ZHANG Xi－feng，WANG Yin－fang，LICai－xia，YANG Rui，ZHANG Fen－qin*
(The College of Agriculture and Biotechnology(CAB)，Hexi University，Zhangye 734000，China)

Solanum muricatum solub le p rotein was extracted by citric acid－disodium hyd rogen phosphate buffer solution.The effec ts of solid/liquid ratio，pH，tim e，tem perature on the extrac ting rate of Solanum muricatum solub le p rotein were investigated.The orthogonal test of four factors and three levels were investigated.Functional p roperties of the p rotein isolates were studied.Results indicated that the extraction for120m in and 25℃atpH 6 and a m aterial/liquid ratio of4∶1 gave a maximum p rotein yield of24.64%.The effec tof solid/liquid ratio was significant. The isoelec tric point of the solub le p rotein was around 10.Protein solubility，the foam ing capacity and emulsifying capacity was m inim al at pH 10.The water－bind ing capacity ranged from 3.5 to 5.0m L/g，and 0.6 to 1.8g/g.The lowest gel strength was 7.5mg/m L.

Solanum m uricatum;solub le p rotein;orthogonal test;func tional p roperties

book=330,ebook=1

TS255.1

B

1002－0306(2012)02－0330－04

2011－01－17*通訊聯(lián)系人

張喜峰(1982－)，男，講師，碩士，研究方向:生物分離工程。

河西學(xué)院青年教師基金項目(qn201022)。