小麥麩皮蛋白質的提取及其氨基酸組分分析

郭 娜， 姜紹通， 李興江， 潘麗軍

（1.合肥工業(yè)大學 生物與食品工程學院，安徽合肥 230009；2.合肥工業(yè)大學安徽省農(nóng)產(chǎn)品精深加工省級實驗室，安徽合肥 230009）

我國每年生產(chǎn)小麥1億多噸，制粉過程中產(chǎn)生約1700×104t小麥麩皮，其開發(fā)利用深度直接關系到面粉全行業(yè)的經(jīng)濟效益與技術進步問題［1－5］。小麥麩皮中含有12%～18%的蛋白質，目前主要還停留在飼用層面，其深度開發(fā)利用至今未有重大突破［6－9］，高效利用麩皮中的蛋白質則能夠有效提高麩皮的經(jīng)濟效益與社會效益。小麥麩皮蛋白質中含有人體必需的多種氨基酸成分，是一種物美價廉的植物蛋白質資源［10－16］。

堿提酸沉法在果實、種子等作物的蛋白質提取中應用廣泛。本文以小麥麩皮為原料，通過堿浸提方法提取小麥麩皮蛋白質，同時對小麥麩皮蛋白質進行氨基酸組分分析，尋求蛋白質營養(yǎng)功能，從而實現(xiàn)其分層利用，提高其附加值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥麩皮采購于合肥豐大油脂有限公司。

氫氧化鈉、鹽酸，杭州化學試劑有限公司；硫酸、硼酸、硫酸銅、硫酸鉀、無水乙醇、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鉀、甲醇、甲基紅、溴甲酚綠，國藥集團化學試劑有限公司；茚三酮、鉀鈉緩沖液，北京捷盛依科科技發(fā)展有限公司。

1.2 儀器與設備

粉碎機，山東精誠醫(yī)藥裝備制造有限公司；全自動脂肪測定儀，意大利VELP公司；水分析天平，上海恒準儀器公司；水浴搖床，常州市偉嘉儀器制造有限公司；UDK152全自動定氮儀，意大利VELP公司；S－310D型氨基酸分析儀，SYKAM（賽卡姆）公司；冷凍離心機，日本東京日立公司。

1.3 測定方法

根據(jù)文獻［17］測定小麥麩皮中蛋白質質量分數(shù)；根據(jù)文獻［18］測定小麥麩皮中脂肪質量分數(shù)；根據(jù)文獻［19］測定粗纖維質量分數(shù)；文獻［20］測定水分質量分數(shù)；根據(jù)文獻［21］測定小麥麩皮中灰分質量分數(shù)。

浸提后蛋白質質量分數(shù)測定采用凱氏定氮法，換算系數(shù)為6.25。

1.4 實驗方法

1.4.1 小麥麩皮預處理

小麥麩皮粉碎后過40目篩，常溫保存。

1.4.2 小麥麩皮中蛋白質提取試驗方法

分別選取堿浸提時間、pH值、料液比和溫度為考察因素，以浸提后小麥麩皮中蛋白質殘留率為考察指標進行分析，選擇提取最佳效果。具體方法如下：

（1）稱取一定質量小麥麩皮用pH值為12的NaOH溶液，在50℃下浸提一定時間后取出，將浸提后的小麥麩皮離心干燥后準備消化進行蛋白質測定，從而研究堿浸提時間對小麥麩皮蛋白提取的影響。

（2）稱取一定質量小麥麩皮用pH值為12的NaOH溶液，分別采取不同的料液比，在50℃下浸提一定時間后取出，將浸提后小麥麩皮離心干燥后準備消化進行蛋白質測定，測定提取后小麥麩皮中蛋白質殘留量，研究料液比對小麥麩皮蛋白質提取的影響。

（3）稱取一定質量小麥麩皮用pH值為12的NaOH溶液，在一定溫度下浸提3h后取出，將浸提后小麥麩皮離心干燥后準備消化測定溫度對小麥麩皮蛋白提取的影響。

（4）稱取一定質量小麥麩皮不同pH值的NaOH溶液，在50℃下浸提3h后取出，將浸提后小麥麩皮離心干燥后準備消化進行蛋白質測定，研究pH值對小麥麩皮蛋白提取的影響。

1.4.3 蛋白質最佳沉淀點的確定

在最優(yōu)條件下堿液浸提小麥麩皮中蛋白質，離心后，采用1mol／L的HCL溶液調節(jié)至不同pH值下沉淀蛋白質，沉淀離心后烘干，測定沉淀質量和蛋白質質量分數(shù)。

1.4.4 小麥麩皮蛋白質氨基酸分析

小麥麩皮蛋白質提取物200mg經(jīng)6mol／L HCl 100℃水解24h后，用氨基酸自動分析儀測定其中氨基酸組成及其質量分數(shù)。

2 結果與分析

2.1 小麥麩皮成分分析

小麥麩皮組成成分見表1所列，由表1可看出，小麥麩皮中蛋白質的質量分數(shù)為18.5%，有提取價值。

表1 小麥麩皮組成成分 %

2.2 堿浸提小麥麩皮中蛋白質實驗研究

2.2.1 堿浸提時間對小麥麩皮蛋白提取影響

堿浸提時間對小麥麩皮蛋白質提取的影響如圖1所示。

圖1 堿浸提時間對小麥麩皮浸提后蛋白質殘留率的影響

從圖1可看出，時間增加到3h時，小麥麩皮浸提后蛋白質殘留率迅速降低，達到4.4%；當時間延長至7h時，蛋白質的殘留率變化不明顯，可能是浸提液中蛋白質質量濃度增加達到飽和，蛋白質的殘留率不會隨著時間的增加而降低，因此選用3h為最佳堿浸提時間。

2.2.2 溫度對小麥麩皮蛋白質提取的影響

溫度是影響堿浸提小麥麩皮中蛋白質的主要因素之一。小麥麩皮蛋白質殘留率隨著溫度改變的趨勢如圖2所示。

對不同溫度條件下，堿浸提小麥麩皮后蛋白質殘留率進行檢測，溫度提高時，麩皮中蛋白質殘留量降低，當溫度到達50℃時，小麥麩皮蛋白質的殘留率最低，為4.3%，而溫度繼續(xù)上升，蛋白質的殘留率反而有部分提高，可能由于小麥麩皮中含有的淀粉在高溫時產(chǎn)生的還原糖與蛋白質產(chǎn)生了美拉德反應，從而降低了蛋白質溶解率。

圖2 溫度對小麥麩皮浸提后蛋白質殘留率的影響

2.2.3 料液比對小麥麩皮提取的影響

采用不同料液比浸提小麥麩皮后，測定其蛋白質殘留率如圖3所示。由圖3可以看出，蛋白質殘留率在1∶10時最大，可能由于液體量較小，麩皮蛋白質不能完全接觸堿溶液，提取效果不佳；增加固液比，蛋白質殘留率明顯降低，在1∶15時，蛋白質殘留量最低為5.2%，但是隨著料液比提高，蛋白質殘留率沒有明顯變化，可能由于麩皮與堿溶液充分接觸，浸提的效果較好，后期增大液體量，蛋白質的浸提效果變化不大。

圖3 料液比對小麥麩皮浸提后蛋白質殘留率的影響

2.2.4 pH值對小麥麩皮提取的影響

pH值對小麥麩皮堿浸提后其蛋白質殘留率的影響如圖4所示，pH值對小麥麩皮堿浸提后蛋白質殘留率影響顯著。隨著pH值的提高，蛋白質殘留率明顯降低，在pH值為11.0時殘留率為4.7%，并且殘留率在繼續(xù)提高后緩慢增加，但考慮到堿濃度提高后，殘留率變化不是很大，而堿濃度提高必然增加處理成本，因此選擇pH值為12左右的堿溶液提取。

圖4 pH值對小麥麩皮浸提后蛋白質殘留率的影響

綜合上述單因素試驗，在pH值為12，料液比1∶15，溫度50℃，時間3h時，小麥麩皮中蛋白質殘留率為2.65%，即小麥麩皮中蛋白質提取率可達到15.85%。

2.3 小麥麩皮蛋白質最佳沉淀點的確定

測得蛋白質沉淀量后發(fā)現(xiàn)，pH值對小麥麩皮蛋白質沉淀影響較大，如圖5所示。由圖5可看出，pH值增加到3.8時，蛋白質沉淀量增加，當繼續(xù)提高pH值時，蛋白質沉淀量降低，由此可知小麥麩皮蛋白質的最佳沉淀點在3.8左右。

圖5 pH值對小麥麩皮蛋白質沉淀量的影響

2.4 小麥麩皮蛋白質氨基酸分析

小麥麩皮中提取的蛋白質氨基酸分析結果表明，其蛋白質中主要含有13種氨基酸成分，根據(jù)所測定的數(shù)據(jù)計算得到的氨基酸質量分數(shù)見表2所列，8種必需氨基酸的質量占提取蛋白質的質量分數(shù)為20.4%，與聯(lián)合國FAO／WHO推薦的兒童攝入必需氨基酸差別較大，但所含有的6種必需氨基酸均高于成人推薦攝入量，并且非必需氨基酸質量分數(shù)豐富，是一種很好的成人食用植物蛋白質資源。

表2 小麥麩皮蛋白質氨基酸組成分析%

3 結 論

堿浸提方法適用于小麥麩皮蛋白質的提取，在pH值為12，料液比為1∶15，溫度為50℃，堿浸提時間為3h的條件下提取的小麥麩皮蛋白質，提取率達到15.85%，pH值為3.8達到最大沉淀量；產(chǎn)品氨基酸組分分析表明，小麥麩皮蛋白質的氨基酸組成較為豐富，8種必需氨基酸的質量占提取蛋白質的質量分數(shù)為20.4%，能滿足絕大多數(shù)成人需求，是一種良好的食用植物蛋白質資源。

小麥麩皮中還含有豐富的淀粉和纖維類物質，堿浸提出蛋白質后的小麥麩皮可作為后期淀粉以及利用纖維類物質糖化的預處理材料；采用堿浸提方法提取的蛋白質顏色較深，后期作為資源利用還需要進一步處理。

［1］Jiamyangyuen S，Harper W J，et al.Study of extraction and functional properties of rice bran protein concentrate［J］.Milchwissenschaft－Milk Science International，2005，60（2）：192－195.

［2］陳鳳蓮，方桂珍.生物技術在小麥麩皮深加工方面的應用［J］.糧食加工，2005，30（6）：43－46.

［3］魏 旭，肖志剛.玉米胚芽分離蛋白提取率及氨基酸組分分析［J］.東北農(nóng)業(yè)大學學報，2011，42（11）：51－56.

［4］王菁莎，劉景彬.小麥麩皮在食品中的開發(fā)應用［J］.纖維素科學與技術，2005，13（3）：61－66.

［5］王 金.小麥麩皮的綜合利用［D］.江蘇鎮(zhèn)江：江蘇大學，2008.

［6］寧正祥.食品分析手冊［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：223－224.

［7］陸 晨，張士康，朱科學，等.堿提酸沉法提取茶葉蛋白質的研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2011，27（6）：673－677.

［8］Ju Z Y，Hettiarachchy N S，Rath N.Extraction，denaturation and hydrophobic properties of rice flour proteins［J］.Food Sci，2001，66（2）：229－232.

［9］Mohamed T K，Zhu K X，Issoufou A，et al.Functionality in vitro digestibility and physicochemical properties of two varieties of defatted foxtail millet protein concentrates［J］.International Journal of Molecular Sciences，2009，10（12）：5224－5238.

［10］Ahmenda M，Prinyawiwatkul W，Rao R.Solubilized wheat protein isolate：functional properties and potential food applications ［J］.J Agric Food Chem，1999，47（4）：1340－1345.

［11］Chandi G K，Sogi D S.Functional properties of rice bran protein concentrates［J］.Food Eng，2007，7（2）：592－597.

［12］Olayide S L.Functionality of africa locus beans（parkia biglobossa）protein isolate：effect of pH，ionic strength and various protein concentration［J］.Food Chem，2003，86：345－355.

［13］趙謀明，饒國華，林偉峰，等.低次煙葉中蛋白質提取工藝優(yōu)化及氨基酸分析研究［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2006，22（1）：142－146.

［14］王曉強，李桂菊，謝曉燕，等.大豆蛋白質提取工藝中堿溶液值的簡單效應分析［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2010，22（1）：349－351.

［15］李紅兵，康振生.適于小麥葉片蛋白質分析的樣品提取方法研究［J］.西北植物學報，2011，31（3）：632－638.

［16］陳鳳蓮.堿液浸提法分離小麥麩皮中蛋白質的研究［J］.哈爾濱商業(yè)大學學報：自然科學版，2010，26（3）：274－276.

［17］GB 50095－2010，食品中蛋白質的測定［S］.

［18］GB／T 5009.6－2003，食品中脂肪的測定［S］.

［19］GB 6193－86，谷物籽粒粗纖維測定［S］.

［20］GB 5009.3－2010，食品中水分的測定［S］.

［21］GB 5009.4－2010，食品中灰分的測定［S］.