正交设计优化富硒甘薯中硒蛋白提取方法

李华为 朱盛琦 郭博涵 宋怡红 铁梅

摘要 将浸提剂种类、浸提剂浓度、料液比、浸提时间、浸提温度单因素实验结合四因素三水平正交试验优化富硒甘薯中可溶性蛋白提取工艺。结果发现富硒甘薯中可溶性蛋白最佳浸提条件为：浓度为0.15 mol/L的NaOH溶液作为浸提剂，料液比1∶30，40℃恒温水浴浸提90 min。此条件下0.5 g富硒甘薯冻干粉可溶性蛋白得率为4.6%;蛋白中硒含量为1.27 μg/L，硒得率为34.4%。优化后的实验工艺操作简单、蛋白得率高，可用于推广富硒薯类农作物功能性产业开发。

关键词 正交设计;富硒甘薯;可溶性蛋白;提取工艺

中图分类号：S531 文献标识码：A 文章编号：2095–3305（2020）08–0–02

Abstract The type of extractant， extractant concentration， material-to-liquid ratio， extraction time， and extraction temperature were combined with a four-factor three-level orthogonal test to optimize the extraction process of soluble protein in selenium-enriched sweet potato. The results showed that the optimal extraction conditions for soluble protein in selenium-enriched sweet potato were as follows： NaOH solution with a concentration of 0.15 mol/L was used as the extractant， the ratio of material to liquid was 1：30， and the extraction was performed in a constant temperature water bath at 40 ℃ for 90 min. Under these conditions， the soluble protein yield of 0.5 g selenium-enriched sweet potato freeze-dried powder was 4.6%. The selenium content in the protein was 1.27 μg/L， and the selenium yield was 34.4%. The optimized experimental technology has simple operation and high protein yield， and can be used to promote the development of functional industries of selenium-rich potato crops.

Key words Orthogonal design; Selenium-enriched sweet potato; Soluble protein; Extraction process

DOI：10.19383/j.cnki.nyzhyj.2020.08.006

硒元素是维持动植物生命活动的必需微量元素。1988年，中国正式将硒列入居民每日生命活动必需元素，但盲目及过度补硒会造成硒中毒[1-2]。富硒农作物的培育与商业化种植获得富硒食品具有广阔的发展前景。碱提酸沉法浸提富硒农作物中可溶性蛋白的方法由于操作简单、环境条件温和、蛋白提取率高已被广泛应用。梁潘霞等[3-4]研究分析了富硒大米、平菇中硒蛋白的最优工艺条件。国内已有关于富硒谷物、富硒菌類等硒蛋白提取条件研究，鲜有对富硒薯类作物中硒蛋白提取条件优化的研究报道。基于对富硒甘薯中可溶性蛋白浸提条件的研究，通过正交设计法，结合单因素试验结果，优化富硒甘薯中可溶性蛋白浸提工艺。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

主要试剂：富硒甘薯、考马斯亮蓝、tris、牛血清蛋白（BSA）等。仪器设备：Cary50型紫外——可见分光光度计、AFS-9800双道氢化物发生原子荧光光度计等。

1.2 实验方法

1.2.1 单因素试验 富硒甘薯中可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250试剂比色法。由于蛋白质在不同浸提液中溶解度的不同，对浸提剂进行选择。取富硒甘薯冻干粉0.5 g，分别取水、0.9% NaCl、NaOH（0.l mol/L）、Tris-HCl（pH=7.4）4种溶液各15 ml，在20℃下水浴振荡浸提60 min，测定处理后粗蛋白浓度及硒含量，选择最佳浸提剂为基础进行单因素试验（表1）。

1.2.2 正交实验 参照上述试验结果，选择最优浸提效果及两侧水平，利用L9（34）正交试验设计优化硒蛋白的提取工艺。

2 结果与讨论

2.1 可溶性蛋白标准曲线

采用牛血清蛋白标准品配置蛋白标液，牛血清蛋白标液浓度线性回归方程为A=0.0007C+1.25（R2=0.9997）。

2.2 单因素试验数据处理

分析几种浸提剂对可溶性蛋白提取效果（图1），依据2.3实验方法，选择NaOH（0.1 mol/L）溶液时可溶性蛋白提取率最高，最高值为62.13 mg/L。

根据上述实验结果，选择NaOH溶液作为浸提剂，根据表1条件实验。结果如图2（a）所示，可溶性蛋白浓度呈先升高后降低的趋势，并在浸提剂浓度为0.15 mol/L时达到最大值80.24 mg/L。在使用浓度为0.1 mol/L的NaOH溶液作为浸提剂的情况下，如图2（b）所示，可溶性蛋白浓度快速上升后缓慢下降，可溶性蛋白在料液比为1∶30时提取率达到最高，可溶性蛋白浓度达到峰值78.93 mg/L。使样品在不同温度下水浴振荡浸提，结果如图2（c）所示，可溶性蛋白浓度快速上升后略有降低，在40℃时达到峰值79.60 mg/L。依据表1条件控制浸提时间，实验结果如图2（d）所示。可溶性蛋白浓度快速升高后趋于平缓，浸提时间90 min时浸提效果最佳，浓度达到峰值76.55 mg/L。

2.3 正交实验结果

结合实验结果取各因素最佳效果数据位点，通过极差大小分析影响可溶性蛋白浸提效率影响因素主次顺序。最优条件下0.5 g富硒甘薯粉选择浓度为0.15 mol/L NaOH水溶液进行浸提，控制料液比为1∶30，40℃恒温水浴浸提90 min，3次平行试验后所测得可溶性蛋白含量浓度均值为79.62 mg/L，换算后得本批次富硒甘薯中可溶性蛋白含量为4.60 mg/g，可溶性蛋白得率为4.6%，可溶性蛋白中硒含量为1.27 μg/L，硒得率为34.4%（表2）。

3 结论

本研究综合优化了浸提富硒甘薯中可溶性蛋白的最佳工艺为：NaOH溶液作浸提剂，浓度0.15 mol/L，在料液比为1∶30的条件下，恒温水浴40℃振荡90 min。优化后的富硒甘薯可溶性蛋白提取工艺有效提高了蛋白浸提效率，优化后的工艺参数可用于工业生产以提高富硒甘薯的潜在经济价值、开发新型农业产业。

参考文献

[1] Fairweather-Tait SJ，Bao Y，Broadley MR，et al.Selenium in human healthand disease[J].Antioxid Redox Signal，2011，14（7）： 1337–1383.

[2] 屈兰竺，杨松杰，禚苏，等.微量必需元素硒的作用探析[J].中国农学通报，2010，26（7）：94–97.

[3] 梁潘霞，兰秀，刘永贤，等.富硒大米硒蛋白提取方法研究[J].西南农业学报，2017，30（11）：2474–2478.

责任编辑：黄艳飞