超声波辅助提取香菇柄蛋白工艺优化研究

弓志青+王延圣+张璐+王文亮

摘要：为更好利用香菇柄蛋白资源，提高提取效率，本试验以香菇菇柄为原料，采用正交试验研究其超声辅助碱提法的最佳条件。超声辅助提取香菇柄蛋白的最佳工艺为：料液比为1∶35，pH值为12，超声功率为400 W，超声时间为20 min，在此条件下香菇柄蛋白的提取率为25.97%。超声辅助提取可作为提取香菇柄蛋白的有效方式。

关键词：香菇；蛋白；超声辅助提取

中图分类号：S646.1+2文献标识号：A文章编号：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物，约占香菇干重的15%～30%，由于菇柄含粗纤维较多，口感较差，绝大部分都被废弃，少量用作饲料，全国每年废弃的香菇柄有数万吨，造成了资源的极大浪费。干香菇柄含有约19.2%的蛋白质，与蛋白含量较高的牛肉17.5%、鸡肉19.0%、鸡蛋12.7%相比，香菇柄是一种很好的蛋白质来源。

目前，传统的蛋白质提取方法主要是碱溶酸沉法，提取率低、提取时间长，且容易造成活性物质结构和性质等发生改变，超声波辅助法是利用超声波产生的高频机械振动波在溶液体系中产生的空化作用，从而增大介质分子运动速度与介质穿透力，以便与溶剂充分接触而被分离，以提高生物有效成分的提取效率[1， 2]。目前超声辅助提取蛋白和多糖方面研究较多，在食用菌蛋白提取方面，张乐等[3]研究了超声辅助提取方法对金针菇菌根蛋白特性的影响。黄忠等[4]采用超声波提取灰树花菌丝体蛋白，优化后菌丝体蛋白的提取率为5.4%。本研究以香菇柄为原料，采用超声辅助碱法提取蛋白，并进行工艺优化，得到最佳提取工艺条件。

1材料与方法

1.1试验材料

香菇柄粉：将干制香菇菇柄取下，清洗，于60℃恒温干燥箱中烘干至恒重，然后用粉碎机打粉，过40目筛，备用。

1.2实验仪器及试剂

UV-6100紫外可见分光光度计：上海元析仪器有限公司；XO-SM100超声微波组合反应系统：南京先欧仪器制造有限公司；CR22DIII高速冷冻离心机：日立公司。

试剂均为分析纯。

1.3试验方法

1.3.1超声波辅助提取蛋白工艺流程在烧杯中按一定比例加入香菇柄粉和蒸馏水，搅拌均匀后用1 mol/L NaOH调pH值，超声，然后6 000 r/min离心15 min，用1 mol/L HCl将溶液pH值分别调至3.8，静置30 min，8 000 r/min离心15 min，取沉淀，反复水洗和离心，得香菇柄蛋白。

1.3.2蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝染色法。以牛血清白蛋白为标准品，于595 nm处测定吸光值，得标准曲线为y=7.5665x+0.1571（R2=0.9986），计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）×提取液体积（mL）样品蛋白含量（%）×样品质量（mg）×100。

提取液中蛋白含量根据标准曲线计算，样品蛋白含量19.4%。

1.3.3超声法提取香菇柄蛋白的单因素试验以香菇柄蛋白提取率为评价指标，研究不同料液比、pH值、超声功率、超声时间对香菇柄蛋白提取率的影响。

1.3.4超声法提取香菇柄蛋白的正交试验设计在单因素试验基础上，分别确定料液比、pH值、超声功率以及超声时间对香菇柄蛋白提取率影响较大的三个水平，然后进行四因素三水平的正交试验，以确定提取香菇柄蛋白的最优工艺，正交试验因子水平如表1所示。

表1正交试验因子水平表 水平料液比pH值超声功率（W）超声时间（min）11∶30113001021∶35123501531∶401340020

1.4数据统计分析

应用SPSS Statistics 17.0、Microsoft Excel软件对数据进行统计分析。

2结果与分析

2.1料液比对香菇柄蛋白提取率的影响

在溶液pH值为12、超声功率为300 W、超声时间为10 min的情况下，料液比对香菇柄蛋白提取率的影响如图1所示。在料液比为1∶25～1∶35时，随着料液比的增加，香菇柄蛋白提取率逐渐升高，在料液比为1∶35时蛋白提取率达到最高，为20.99%。继续增加料液比至1∶50，蛋白提取率逐渐降低直至趋于稳定，这可能是由于料液比达到一定程度时，水溶性蛋白基本被提取出来。同时过大的料液比也会增大用水量和后续浓缩难度，增大实际生产成本[5， 6]。因此，确定最适料液比为1∶35。

2.2pH值对香菇柄蛋白提取率的影响

在料液比为1∶30、超声功率为300 W、超声时间为10 min的情况下，pH值对香菇柄蛋白提取率的影响如图2所示。随着pH值不断增大，香菇柄蛋白提取率也逐渐增大，这可能是由于碱液容易使蛋白发生酸式水解，蛋白分子因带负电荷而相互排斥，造成香菇柄中紧密的结构变得疏松[7]，对蛋白分子具有增溶作用，从而提高提取率。当pH值为12时，蛋白提取率达到最大，为24.34%。随着pH值继续升高，提取率反而下降，并且浓度过高的碱液会导致蛋白分子间发生一系列的缩合反应，使蛋白变性，同时可能会产生一些有毒有害物质。因此，为了保证蛋白品质，选择最适pH值为12。

2.3超声功率对香菇柄蛋白提取率的影响

在料液比为1∶30、溶液pH值为12、超声时间为10 min的情况下，超声功率对香菇柄蛋白提取率的影响如图3所示。随着超声功率不断增大，香菇柄蛋白提取率先升高后降低，在功率为350 W时，蛋白提取率达到最大，为21.92%，之后逐渐降低，这可能是由于功率过大，导致超声时热效应瞬间增大，使蛋白变性，淀粉部分糊化，造成蛋白难以溶出，蛋白提取率下降。因此综合考虑得出，超声功率以350 W为适宜。

2.4超声时间对香菇柄蛋白提取率的影响

在料液比为1∶30、溶液pH值为12、超声功率为300 W的情况下，超声时间对香菇柄蛋白提取率的影响如图4所示。超声时间在2～15 min时，香菇柄蛋白提取率随时间的延长而不断增大，这是由于开始提取时，超声作用在一定时间内对细胞壁的破坏作用较大，蛋白溶出较多，因此提取率不断升高。当时间达到15 min时，蛋白提取率达到最大，为23.92%。此后蛋白提取率明显降低，这可能是由于当溶解度达到饱和时，有效成分不再溶解，并且时间过长，超声空化作用易导致蛋白变性[8]，使提取率降低。

2.5超声辅助法提取香菇柄蛋白的正交试验结果

根据单因素分析结果，对影响香菇柄蛋白提取率的四个因素进行L9（34）正交试验，试验结果的直观分析和方差分析情况见表2、表3。

3讨论与结论

超声辅助提取香菇柄蛋白的单因素试验结果表明，蛋白提取率随着料液比、pH值、超声功率和时间的增大都呈现先上升后下降的趋势。在单因素试验基础上进行正交试验，各因素对香菇柄蛋白提取率影响的大小依次为：pH值>料液比>超声时间>超声功率。超声辅助提取香菇柄蛋白的最佳工艺组合：料液比为1∶35，pH值为12，超声功率为400 W，超声时间为20 min，在此条件下香菇柄蛋白的提取率为25.97%。

超声波是一种方便廉价的能量，应用在植物样品提取中的超声波一般有磁性材料经转化器产生，有效频率范围一般在20～50 kHz，可以加速样品提取的速率。但目前研究仅局限于实验室阶段，而且提取多采用超声波清洗器，其工业化应用的瓶颈是缺乏消费者需求的设备装置和相应的性能[9]。

超声辅助提取可改善蛋白质的功能性质，如溶解性、起泡性、乳化性等，而且提取率高、节省时间[10]，并影响蛋白的α-螺旋和β-结构[11， 12]，关于超声波对香菇柄蛋白功能性质的影响将在以后进行研究。

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收稿日期：2017-07-21

基金项目：山东省农业科学院农业科技创新工程项目（CXGC2017B06）

作者简介：于珂（1992—），男，在读硕士研究生，研究方向：农产品贮藏加工。E-mail：154672597@qq.com

通讯作者：李文香（1963—），女，博士，教授，研究方向：农产品贮藏加工。E-mail：xiang7332@126.com