用Na HSO3浸泡与α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白工艺的研究

吕 鹏，王常青，*，王海凤，刘佳璐，许 洁，赵陈勇

（1.山西大学生命科学学院，山西太原 030006；2.山西大学化学化工学院，山西太原 030006）

用Na HSO3浸泡与α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白工艺的研究

吕 鹏1，王常青1，*，王海凤1，刘佳璐2，许 洁1，赵陈勇1

（1.山西大学生命科学学院，山西太原 030006；2.山西大学化学化工学院，山西太原 030006）

研究了用NaHSO3浸泡与α-淀粉酶水解提取薏苡仁蛋白的工艺，实验结果表明，在45℃下，用pH5.0浓度为0.4%的NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉15h时，薏苡仁蛋白的溶出效果最好。在此基础上，通过正交实验发现，用高温淀粉酶水解淀粉提取薏苡仁蛋白的最佳条件为:每克淀粉加200U α-淀粉酶，在80℃下水解4h。在此条件下所得样品蛋白含量可达60.8%，淀粉残留为14.1%。

薏苡仁蛋白，高温淀粉酶，提取，亚硫酸盐浸泡

薏苡仁，又名薏米、珍珠米等，为禾本科植物薏苡的干燥成熟种仁，我国各地均有种植，其蛋白含量为17%～18.7%，是稻米的2倍多，它包含人体必需的8种氨基酸，并且其比例接近人体需要[1]，是理想的蛋白食品。薏苡仁中约含淀粉65%，还富含多种维生素、微量元素、多糖和薏苡仁酯等生物活性成分，是很好的药食两用功能性食品原料。过去对薏苡仁的研究侧重于薏苡仁油和薏苡仁多糖等活性成分的提取、分析及保健功能的研究[2]，对薏苡仁蛋白提取及分析[3]的文献很少见到。本文研究了NaHSO3处理薏苡仁粉对蛋白溶出量的影响；研究了高温α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的工艺条件，为薏苡仁蛋白的进一步开发利用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

脱脂薏苡仁粉 由山西琪尔康生物制品有限公司提供；耐高温细菌α-淀粉酶 为地衣芽孢杆菌（Basillus licheniformis）酶，山东隆大生物科技有限公司；所用其它试剂 均为分析纯。

YLE 2000型电热恒温水浴锅 青岛海尔医用低温科技有限公司；LD5-10型低速离心机 北京医用离心机厂；DS-1型高速匀浆机 上海标本模型厂；DHG9240A型电热恒温干燥箱 上海精宏设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 测定方法 水分采用100～105℃烘干恒质量法测定；灰分按照GB/T 5505-2008中的灼烧恒质量法测定；淀粉含量按照GB/T 5514-2008中的方法测定；蛋白质含量按照GB/T 5511-1985中的方法测定；粗纤维含量按照GB/T 5009.10-2003中的方法测定；脂肪含量按照GB/T 14772-2008中的方法测定。

1.2.2 NaHSO3预处理薏苡仁粉的单因素实验 用NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉的目的在于破坏薏苡仁中蛋白与淀粉的结合[4]，使蛋白溶出，为α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白做准备。

1.2.2.1 浸泡温度对薏苡仁蛋白提取的影响 脱脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入浓度0.4%的NaHSO3溶液，调pH到4.0，分别在25、35、45、55℃下浸泡20h，浸泡结束后用高速匀浆机匀浆，并调浆液pH到8.0，之后以3500r/min离心分离上清，测定不同浸泡温度下的上清中总蛋白质量。另取4份脱脂薏苡仁粉，以0.6%浓度的NaHSO3溶液浸泡，其余操作条件与0.4%浓度的NaHSO3溶液条件下相同。

1.2.2.2 浸泡时间对薏苡仁蛋白提取的影响 脱脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入浓度0.4%的NaHSO3溶液，调pH到4.0，在45℃下分别浸泡10、15、20、25h；之后的操作与1.2.2.1相同，测定不同浸泡时间下的上清中蛋白总量。另取4份脱脂薏苡仁粉，以0.6%浓度的NaHSO3溶液浸泡，其它条件同上。

1.2.2.3 浸泡pH对薏苡仁蛋白提取的影响 脱脂薏苡仁粉以1∶7的比例加入浓度0.4%的NaHSO3溶液，分别调pH到3.0、4.0、5.0、6.0，在45℃下浸泡20h，之后的操作与1.2.2.1相同，测定不同pH下的上清中蛋白总量。另取4份脱脂薏苡仁粉，以0.6%浓度的NaHSO3溶液浸泡，其它条件与0.4%的NaHSO3相同。

1.2.3 高温α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的正交实验设计

表1 高温α-淀粉酶法提取薏苡仁蛋白正交实验设计

取适量在前述最佳预处理条件下得到的脱脂薏苡仁粉浆料，调pH至6.0。随后按表1所列的正交实验方案加入高温α-淀粉酶水解淀粉，随后调节薏苡仁液化液pH至薏苡仁蛋白等电点4.0，静置，3500r/min离心，取沉淀，在105℃下干燥至恒重后，测定所得沉淀的蛋白含量及淀粉残留量。

2 结果与讨论

2.1 NaHSO3浸泡薏苡仁粉预处理实验结果

图1 不同温度对蛋白溶出量的影响

2.1.1 浸泡温度对薏苡仁蛋白溶出效果的影响 从图1可以看出，0.4%和0.6%两种浓度的NaHSO3溶液在45℃下浸泡20h，溶出蛋白效果最好。温度过高和过低都不利于蛋白溶出。当温度过低时，薏苡仁粉吸水膨胀速度慢，不利于蛋白质与亚硫酸盐发生作用，所以在45℃以下随着温度的升高，蛋白溶出量呈上升趋势。当温度高于45℃时，随着温度升高，亚硫酸盐分解，也不利于薏苡仁粉与亚硫酸盐充分发生作用。实验还发现，0.6%的NaHSO3溶液浸泡效果不如0.4%，同一温度下的蛋白溶出量比0.4%时低，可能是因为NaHSO3溶液浓度过大导致部分蛋白分解而被淀粉吸附所致[5]。

2.1.2 浸泡时间对薏苡仁蛋白溶出效果的影响 实验表明，浓度为0.4%的NaHSO3溶液在15h时提取效果最好。从图2可以看出，当浸泡时间少于15h时，亚硫酸盐与薏苡仁蛋白不能充分发生作用，蛋白质分散不完全[5]，不利于蛋白溶出；但是当浸泡时间超过15h，随着浸泡时间增加，NaHSO3分解成气体SO2溢出增多，已经分散的蛋白质重新聚合，溶出蛋白量逐渐减少。实验还发现，0.6%的NaHSO3溶液浸泡效果不如0.4%，蛋白溶出量随时间变化很小，具体原因尚不明确。

图2 不同时间对蛋白溶出量的影响

2.1.3 浸泡溶液的pH对薏苡仁蛋白溶出效果的影响从图3可知，不论是0.4%还是0.6%的NaHSO3溶液浸泡脱脂薏苡仁粉，都是pH5.0时蛋白溶出量最多。当溶液中酸浓度大时，接近薏苡仁水溶性蛋白等电点pH，蛋白溶出量会减少。但是当pH大于5.0时，酸浓度低，浸泡过程中无法在胚乳细胞壁上形成较多的洞和坑[6]，亚硫酸盐溶液不能充分地进入颗粒内部与蛋白质发生作用，从而阻碍蛋白的溶出。

图3 不同pH对蛋白溶出量的影响

实验发现，0.6%的NaHSO3溶液浸泡薏苡仁粉，蛋白溶出效果不如0.4%的溶液，可能是因为高浓度的NaHSO3导致部分淀粉分解而被淀粉吸附所致。

以上单因素实验表明，有利于蛋白溶出的NaHSO3溶液浸泡条件是：在45℃，pH5.0下，以浓度为0.4%的NaHSO3溶液浸泡15h。

2.2 高温α-淀粉酶水解薏苡仁正交实验结果

通过表2的极差分析可以看出，影响水解提取物中蛋白含量和淀粉残留的因素大小均为加酶量>时间>温度；对于提高提取物中蛋白含量和降低淀粉残留量两指标，正交实验最佳组合均为A3B3C1，即每克淀粉加200U α-淀粉酶，反应时间4h，反应温度80℃。

表2 高温α-淀粉酶法制备薏苡仁蛋白正交实验设计结果

表3 蛋白指标方差分析表

表4 淀粉指标方差分析表

表3和表4的方差分析表明：加酶量对蛋白含量有显著影响（p<0.05），对淀粉残留量有一定影响（p<0.10）。以上方差分析和极差分析都说明，在α-淀粉酶提取薏苡仁蛋白的工艺中，加酶量是影响淀粉残留和蛋白含量两指标的主要因素。但是进一步的实验表明（图表略），在加酶量提高到250U/g和300U/g时，提取物中蛋白含量仅增加了1.03%和0.81%，增加幅度很小。因此，综合加工成本和性价比，最终确定本工艺加酶量为200U淀粉酶/g淀粉。

2.3 脱脂薏苡仁粉与最佳条件下所得蛋白样品营养成分分析

按照正交最佳组合A3B3C1进行实验，得到的水解提取物中蛋白含量高达60.8%，淀粉残留仅为14.1%，蛋白含量为原料中蛋白含量的4倍略多；同时淀粉含量降低到仅为原料中淀粉含量的1/5，脂肪和粗纤维含量分别比原来提高4倍多和近3倍。由此可见，本研究的去淀粉工艺可有效提高薏苡仁提取物的蛋白含量。本工艺不足之处是未能降解提取物中纤维素，限制了蛋白含量的进一步提高。

表5 脱脂薏苡仁粉及样品理化指标

3 结论

以0.4%的NaHSO3溶液在温度45℃，pH5.0下预处理薏苡仁粉15h，有利于蛋白的溶出。之后在80℃下，加入200U高温α-淀粉酶/g淀粉，液化4h，所得薏苡仁蛋白提取物中蛋白含量达到60.8%，淀粉残留量为14.1%，可以作为食品蛋白原料进一步开发。

[1]胡军，金国梁.薏苡仁的营养与药用价值[J].中国食物与营养，2007（6）:57-58.

[2]庄玮婧.薏米多糖结构与理化性质的研究[D].福建：福建农林大学硕士学位论文，2008.

[3]Laura M M，Ottoboni，Adilson Leite.Characterization of the Storage Protein in Seed of Coix lacryma-jobi var.Adlay[J].J Agri and Food Chem，1990，38：631-635.

[4]X J Xie，P A Seib.Laboratory Procedure to Wet-Mill 100g Grain Sorghum into six[J].Cereal Chemistry，2000，77（3）:392-395.

[5]贾玉涛，董海洲，侯汉学.玉米淀粉实验室提取方法研究[J].粮食与油脂，2006（7）：29-30.

[6]刘亚伟.玉米淀粉生产及转化技术[M].北京：化学工业出版社，2003：32.

Study on extraction technology of protein from coix by soak in NaHSO3solution and α-amylase hydrolysis

LV Peng1，WANG Chang-qing1，*，WANG Hai-feng1,LIU Jia-lu2,XU Jie1,ZHAO Chen-yong1

（1.School of Life Science,Shanxi University，Taiyuan 030006,China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering,Shanxi University，Taiyuan 030006,China）

The extraction technology of protein from coix by soak in NaHSO3solution and α-amylase hydrolysis was studied，the results showed that it was best for solution of protein from coix to soak coix flour in 0.4%NaHSO3solution for 15h at 45℃and pH5.0.Then the optimum conditions about extraction of protein from coix by α -amylase were determined through the orthogonal experiment on this basis，which were α -amylase amount 200U/g starch，time 4h and temperature 80℃.In the conditions，the final product contained protein 60.8%，and starch 14.1%.

coix seed protein；high-temperature α-amylase；extract；soak in NaHSO3solution

TS210.1

B

1002-0306（2011）10-0381-03

2010－11－15 * 通讯联系人

吕鹏（1985-），男，硕士研究生，研究方向：食品技术与功能食品开发。