超聲波輔助提取香菇柄蛋白工藝優(yōu)化研究

弓志青+王延圣+張璐+王文亮

摘要：為更好利用香菇柄蛋白資源，提高提取效率，本試驗以香菇菇柄為原料，采用正交試驗研究其超聲輔助堿提法的最佳條件。超聲輔助提取香菇柄蛋白的最佳工藝為：料液比為1∶35，pH值為12，超聲功率為400 W，超聲時間為20 min，在此條件下香菇柄蛋白的提取率為25.97%。超聲輔助提取可作為提取香菇柄蛋白的有效方式。

關(guān)鍵詞：香菇；蛋白；超聲輔助提取

中圖分類號：S646.1+2文獻標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2017）11-0138-04

Process Optimization of Ultrasonic-Assisted Extraction of

Proteins from Roots of Lentinus edodes

Gong Zhiqing1，2， Wang Yansheng1，2， Zhang Lu1， Wang Wenliang1，2

（1.Key Laboratory of Agro-Products Processing Technology of Shandong Province/Institute of

Agro-Products Processing Science and Technology， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100，China；

2.Key Laboratory of Novel Food Resources Processing， Ministry of Agriculture， Jinan 250100，China）

AbstractIn order to better utilize the protein resource from roots of L. edodes， and improve the extraction efficiency， the optimum conditions of ultrasonic-assisted alkali extraction were studied by orthogonal test. The optimum technology of ultrasonic-assisted extraction of proteins was the ratio of material to liquid of 1∶35， pH value of 12， ultrasonic power of 400 W， and ultrasonic time of 20 min. Under these conditions， the extraction efficiency of proteins from roots of L. edodes was 25.97%. The ultrasonic-assisted extraction was an useful method.

KeywordsLentinus edodes； Protein； Ultrasonic-assisted extraction

香菇（Lentinus edodes）柄是干制香菇加工的副產(chǎn)物，約占香菇干重的15%～30%，由于菇柄含粗纖維較多，口感較差，絕大部分都被廢棄，少量用作飼料，全國每年廢棄的香菇柄有數(shù)萬噸，造成了資源的極大浪費。干香菇柄含有約19.2%的蛋白質(zhì)，與蛋白含量較高的牛肉17.5%、雞肉19.0%、雞蛋12.7%相比，香菇柄是一種很好的蛋白質(zhì)來源。

目前，傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)提取方法主要是堿溶酸沉法，提取率低、提取時間長，且容易造成活性物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等發(fā)生改變，超聲波輔助法是利用超聲波產(chǎn)生的高頻機械振動波在溶液體系中產(chǎn)生的空化作用，從而增大介質(zhì)分子運動速度與介質(zhì)穿透力，以便與溶劑充分接觸而被分離，以提高生物有效成分的提取效率[1， 2]。目前超聲輔助提取蛋白和多糖方面研究較多，在食用菌蛋白提取方面，張樂等[3]研究了超聲輔助提取方法對金針菇菌根蛋白特性的影響。黃忠等[4]采用超聲波提取灰樹花菌絲體蛋白，優(yōu)化后菌絲體蛋白的提取率為5.4%。本研究以香菇柄為原料，采用超聲輔助堿法提取蛋白，并進行工藝優(yōu)化，得到最佳提取工藝條件。

1材料與方法

1.1試驗材料

香菇柄粉：將干制香菇菇柄取下，清洗，于60℃恒溫干燥箱中烘干至恒重，然后用粉碎機打粉，過40目篩，備用。

1.2實驗儀器及試劑

UV-6100紫外可見分光光度計：上海元析儀器有限公司；XO-SM100超聲微波組合反應(yīng)系統(tǒng)：南京先歐儀器制造有限公司；CR22DIII高速冷凍離心機：日立公司。

試劑均為分析純。

1.3試驗方法

1.3.1超聲波輔助提取蛋白工藝流程在燒杯中按一定比例加入香菇柄粉和蒸餾水，攪拌均勻后用1 mol/L NaOH調(diào)pH值，超聲，然后6 000 r/min離心15 min，用1 mol/L HCl將溶液pH值分別調(diào)至3.8，靜置30 min，8 000 r/min離心15 min，取沉淀，反復(fù)水洗和離心，得香菇柄蛋白。

1.3.2蛋白質(zhì)含量測定采用考馬斯亮藍染色法。以牛血清白蛋白為標(biāo)準(zhǔn)品，于595 nm處測定吸光值，得標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=7.5665x+0.1571（R2=0.9986），計算香菇柄蛋白的提取率。

蛋白提取率（%）=

提取液中蛋白含量（mg/mL）×提取液體積（mL）樣品蛋白含量（%）×樣品質(zhì)量（mg）×100。

提取液中蛋白含量根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算，樣品蛋白含量19.4%。

1.3.3超聲法提取香菇柄蛋白的單因素試驗以香菇柄蛋白提取率為評價指標(biāo)，研究不同料液比、pH值、超聲功率、超聲時間對香菇柄蛋白提取率的影響。

1.3.4超聲法提取香菇柄蛋白的正交試驗設(shè)計在單因素試驗基礎(chǔ)上，分別確定料液比、pH值、超聲功率以及超聲時間對香菇柄蛋白提取率影響較大的三個水平，然后進行四因素三水平的正交試驗，以確定提取香菇柄蛋白的最優(yōu)工藝，正交試驗因子水平如表1所示。

表1正交試驗因子水平表 水平料液比pH值超聲功率（W）超聲時間（min）11∶30113001021∶35123501531∶401340020

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

應(yīng)用SPSS Statistics 17.0、Microsoft Excel軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1料液比對香菇柄蛋白提取率的影響

在溶液pH值為12、超聲功率為300 W、超聲時間為10 min的情況下，料液比對香菇柄蛋白提取率的影響如圖1所示。在料液比為1∶25～1∶35時，隨著料液比的增加，香菇柄蛋白提取率逐漸升高，在料液比為1∶35時蛋白提取率達到最高，為20.99%。繼續(xù)增加料液比至1∶50，蛋白提取率逐漸降低直至趨于穩(wěn)定，這可能是由于料液比達到一定程度時，水溶性蛋白基本被提取出來。同時過大的料液比也會增大用水量和后續(xù)濃縮難度，增大實際生產(chǎn)成本[5， 6]。因此，確定最適料液比為1∶35。

2.2pH值對香菇柄蛋白提取率的影響

在料液比為1∶30、超聲功率為300 W、超聲時間為10 min的情況下，pH值對香菇柄蛋白提取率的影響如圖2所示。隨著pH值不斷增大，香菇柄蛋白提取率也逐漸增大，這可能是由于堿液容易使蛋白發(fā)生酸式水解，蛋白分子因帶負電荷而相互排斥，造成香菇柄中緊密的結(jié)構(gòu)變得疏松[7]，對蛋白分子具有增溶作用，從而提高提取率。當(dāng)pH值為12時，蛋白提取率達到最大，為24.34%。隨著pH值繼續(xù)升高，提取率反而下降，并且濃度過高的堿液會導(dǎo)致蛋白分子間發(fā)生一系列的縮合反應(yīng)，使蛋白變性，同時可能會產(chǎn)生一些有毒有害物質(zhì)。因此，為了保證蛋白品質(zhì)，選擇最適pH值為12。

2.3超聲功率對香菇柄蛋白提取率的影響

在料液比為1∶30、溶液pH值為12、超聲時間為10 min的情況下，超聲功率對香菇柄蛋白提取率的影響如圖3所示。隨著超聲功率不斷增大，香菇柄蛋白提取率先升高后降低，在功率為350 W時，蛋白提取率達到最大，為21.92%，之后逐漸降低，這可能是由于功率過大，導(dǎo)致超聲時熱效應(yīng)瞬間增大，使蛋白變性，淀粉部分糊化，造成蛋白難以溶出，蛋白提取率下降。因此綜合考慮得出，超聲功率以350 W為適宜。

2.4超聲時間對香菇柄蛋白提取率的影響

在料液比為1∶30、溶液pH值為12、超聲功率為300 W的情況下，超聲時間對香菇柄蛋白提取率的影響如圖4所示。超聲時間在2～15 min時，香菇柄蛋白提取率隨時間的延長而不斷增大，這是由于開始提取時，超聲作用在一定時間內(nèi)對細胞壁的破壞作用較大，蛋白溶出較多，因此提取率不斷升高。當(dāng)時間達到15 min時，蛋白提取率達到最大，為23.92%。此后蛋白提取率明顯降低，這可能是由于當(dāng)溶解度達到飽和時，有效成分不再溶解，并且時間過長，超聲空化作用易導(dǎo)致蛋白變性[8]，使提取率降低。

2.5超聲輔助法提取香菇柄蛋白的正交試驗結(jié)果

根據(jù)單因素分析結(jié)果，對影響香菇柄蛋白提取率的四個因素進行L9（34）正交試驗，試驗結(jié)果的直觀分析和方差分析情況見表2、表3。

3討論與結(jié)論

超聲輔助提取香菇柄蛋白的單因素試驗結(jié)果表明，蛋白提取率隨著料液比、pH值、超聲功率和時間的增大都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。在單因素試驗基礎(chǔ)上進行正交試驗，各因素對香菇柄蛋白提取率影響的大小依次為：pH值>料液比>超聲時間>超聲功率。超聲輔助提取香菇柄蛋白的最佳工藝組合：料液比為1∶35，pH值為12，超聲功率為400 W，超聲時間為20 min，在此條件下香菇柄蛋白的提取率為25.97%。

超聲波是一種方便廉價的能量，應(yīng)用在植物樣品提取中的超聲波一般有磁性材料經(jīng)轉(zhuǎn)化器產(chǎn)生，有效頻率范圍一般在20～50 kHz，可以加速樣品提取的速率。但目前研究僅局限于實驗室階段，而且提取多采用超聲波清洗器，其工業(yè)化應(yīng)用的瓶頸是缺乏消費者需求的設(shè)備裝置和相應(yīng)的性能[9]。

超聲輔助提取可改善蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)，如溶解性、起泡性、乳化性等，而且提取率高、節(jié)省時間[10]，并影響蛋白的α-螺旋和β-結(jié)構(gòu)[11， 12]，關(guān)于超聲波對香菇柄蛋白功能性質(zhì)的影響將在以后進行研究。

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收稿日期：2017-07-21

基金項目：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程項目（CXGC2017B06）

作者簡介：于珂（1992—），男，在讀碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工。E-mail：154672597@qq.com

通訊作者：李文香（1963—），女，博士，教授，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工。E-mail：xiang7332@126.com