紫苏籽蛋白提取工艺优化及抗疲劳活性研究

孙凯 曹甜甜

摘要：紫苏籽富含蛋白质和氨基酸，具有较高的开发价值，该研究利用单因素试验和正交试验对紫苏籽蛋白的提取工艺进行研究和优化，研究结果表明，紫苏籽蛋白的最佳提取工艺为料液比例1∶20、碱提pH 10、碱提时间20 min和碱提温度50 ℃，此时紫苏籽蛋白提取率最高，为54.25%。通过Design-Expert 12软件对正交试验数据进行多元回归拟合分析，获得紫苏籽蛋白提取工艺参数的回归模型为Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2，此回归模型的P值<0.001，说明试验值与真实值之间的误差极小。此外，还对紫苏籽蛋白的抗疲劳生物活性进行了研究，结果表明适量的紫苏籽蛋白具有较好的抗疲劳活性。

关键词：紫苏籽；蛋白；提取；正交试验

中图分类号：TS201.21      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2024）04-0144-04

Optimization of Extraction Process and Anti-Fatigue Activity

of Perilla Seed Protein

SUN Kai， CAO Tian-tian

（Zhengzhou Sias University， Zhengzhou 451150， China）

Abstract： Perilla seed is rich in protein and amino acids， and has high development value. In this study， single factor test and orthogonal test are used to study and optimize the extraction process of perilla seed protein. The research results show that the optimal extraction process of perilla seed protein is solid-liquid ratio of 1∶20， alkaline extraction pH of 10， alkaline extraction time of 20 min and alkaline extraction temperature of 50 ℃. At this time， the extraction rate of perilla seed protein is the highest of 54.25%. Through the multiple regression fitting analysis of orthogonal test data by Design-Expert 12 software， the regression model of perilla seed protein extraction process parameters is obtained as Y=53.12+0.45A+1.19B+1.39C－0.051AB+1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2， the P value of this model is <0.001， and the error between the test value and the true value is very small. In addition， the anti-fatigue biological activity of perilla seed protein is also studied， and the results show that the appropriate amount of perilla seed protein has good anti-fatigue activity.

Key words： perilla seed; protein; extraction; orthogonal test

收稿日期：2023-09-10

基金項目：2021年河南省哲学社会科学规划办项目（2021B018）

作者简介：孙凯（1989—），男，讲师，硕士，研究方向：运动营养学。

紫苏籽是紫苏植物的种子，原产于东亚地区，包括中国、日本、朝鲜、韩国等国家[1]。我国的紫苏籽主要产自浙江、江苏、安徽、福建等省份，也有部分产自华北、东北等地区[2-3]。我国的紫苏籽品种丰富，不同产区的紫苏籽在品质、口感和用途上也有所差异[4-5]。比如，浙江产的紫苏籽通常较大且味道香甜，适合用于制作腌渍食品；江苏产的紫苏籽较小且味道较浓烈，适合用于制作调味料[6]。

紫苏籽由于其独特的香味在日式料理、韩式料理和中国南方菜肴等多种菜系中被广泛使用[7]。在中国南方地区，紫苏籽被广泛用于腌制食品[8]。将紫苏籽与盐、糖、料酒等调料一起放入腌制食品中，可以增加食品的香味和口感，同时能够消除食品的异味[9-10]。日本的紫苏籽品种主要有大叶紫苏和小叶紫苏两种，被用于制作紫苏味噌、紫苏酱等[11]。韩国的紫苏籽也是一种常用的调味料[12-13]，将紫苏籽切碎或用碾磨机打成粉末，与其他调味料混合后用于蒸菜调味，以增加菜肴的香气。

随着生活水平的提高，人们对健康和营养食品的需求日益增加，紫苏籽蛋白作为一种营养丰富、具有多种生物活性的食材，其应用研究也越来越受到关注[14-15]。然而关于紫苏籽中蛋白质提取工艺研究和优化的相关报道较少，本研究采用单因素试验和正交试验对紫苏籽蛋白碱提取法进行研究，旨在为紫苏籽蛋白的开发和应用奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

紫苏籽、盐酸、氢氧化钠、肌糖原石油醚、肝糖原石油醚、牛血清蛋白。

1.2 试验仪器

冷冻干燥箱、pH计、紫外分光光度计、粉碎机、分析天平、低速离心机。

1.3 试验方法

1.3.1 单因素试验

以紫苏籽蛋白提取率为指标，控制料液比例为1∶20，碱提pH为10，碱提时间为20 min和碱提温度为50 ℃，分别研究不同的料液比例1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30；不同的碱提pH 8，9，10，11，12；不同的碱提时间15，20，25，30，35 min；不同的碱提温度30，40，50，60，70 ℃对紫苏籽蛋白提取率的影响。

1.3.2 正交试验

在单因素试验的基础上，以料液比例、碱提pH和碱提时间为变量因素，以紫苏籽蛋白提取率为指标进行三因素三水平正交试验。紫苏籽蛋白提取正交试验见表1。

1.3.3 紫苏籽蛋白提取率计算

采用考马斯亮蓝法[16]对紫苏籽蛋白提取率进行计算，公式如下：

X=C×N×Vm×w×100%。

式中：X为紫苏籽蛋白提取率（%）；C为蛋白浓度（mg/mL）；N为稀释倍数；V为分离的溶劑体积（mL）；m为样品质量（mg）；w为蛋白质的质量分数。

1.3.4 小鼠分组及饲喂剂量

将小鼠进行适应性饲喂10 d后随机分成5个小组，每个小组10只并记录初始体重。5个小组分别为空白对照组、阳性对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组。空白对照组每天灌胃等体积的蒸馏水，阳性对照组每天灌胃0.8 g乳清蛋白；低剂量组、中剂量组和高剂量组每天分别灌胃0.5，1.0，1.5 g紫苏籽蛋白。

2 结果和讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 碱提时间对紫苏籽蛋白提取率的影响

由图1可知，随着碱提时间的增加，紫苏籽蛋白提取率先升高后降低。当碱提时间小于20 min时，随着碱提时间的增加，紫苏籽蛋白提取率逐渐升高，这是由于随着碱提时间的增加，紫苏籽中的蛋白不断溶解出来[17]。当碱提时间大于20 min时，紫苏籽蛋白提取率开始逐渐降低，这是由于随着碱提时间的不断增加，蛋白质结构发生变化，使其提取率降低[18]。

2.1.2 碱提pH对紫苏籽蛋白提取率的影响

由图2可知，随着碱提pH的不断增加，紫苏籽蛋白提取率先升高后降低。当pH小于10时，紫苏籽蛋白提取率随着碱提pH的升高而升高，这是由于分离蛋白的主要成分是碱性蛋白，随着提取溶液碱性的不断增强，紫苏籽蛋白提取率也不断升高。当pH大于10时，紫苏籽蛋白提取率开始不断降低，这是由于过强的碱性使得紫苏籽蛋白发生变性，从而使紫苏籽蛋白提取率降低[19]。

2.1.3 碱提温度对紫苏籽蛋白提取率的影响

由图3可知，随着碱提温度的不断升高，紫苏籽蛋白提取率先升高后降低。当碱提温度低于50 ℃时，紫苏籽蛋白提取率不断升高，这是由于随着碱提温度的升高，物料中的分子运动速度增加，分子扩散速度加快，使得紫苏籽蛋白更容易溶解。随着碱提温度的持续升高，紫苏籽蛋白提取率开始不断降低，这是由于当碱提温度过高时，紫苏籽蛋白结构受温度的影响而发生变化，使紫苏籽蛋白提取率逐渐降低。

2.1.4 料液比例对紫苏籽蛋白提取率的影响

由图4可知，当料液比例小于1∶20时，紫苏籽蛋白提取率和料液比例呈现正相关，这是由于当料液比例在一定范围内时，适当增加料液比例能够增大溶剂与紫苏籽的接触面积，提高紫苏籽蛋白的溶出率；随着料液比例的持续增大，紫苏籽蛋白提取率开始不断降低，这是由于紫苏籽蛋白的溶解已经较充分，随着料液比例的不断增大，一些非蛋白组分开始不断溶解出来，对紫苏籽蛋白提取率产生影响，使提取率开始不断降低。

2.2 正交试验优化紫苏籽蛋白提取工艺

根据单因素试验结果，对紫苏籽蛋白提取工艺进行研究和优化，以料液比例、碱提pH和碱提时间为变量因素，以紫苏籽蛋白提取率为指标，进行正交试验。正交试验方案及结果分析见表2。

由表2可知，紫苏籽蛋白最佳提取工艺为料液比例1∶20、碱提pH 10、碱提时间20 min和碱提温度50 ℃，此时紫苏籽蛋白提取率最高，为54.25%。通过软件Design-Expert 12对表2中数据进行多元回归拟合分析，得到紫苏籽蛋白提取工艺参数的回归模型：Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2。

由表3可知，模型的P值<0.001，差异极显著，说明回归方程的拟合效果好，真实值与试验值之间的误差较小。R2=0.978 9，RAdj2=0.982 1，说明采用该模型拟合的值和真实值较接近。

2.3 紫苏籽蛋白抗疲劳活性研究

2.3.1 紫苏籽蛋白中主要成分分析

通过对最佳紫苏籽蛋白提取工艺获得的提取物进行测定分析后，发现紫苏籽蛋白提取物中蛋白质含量为86.47%，肽含量为76.13%，灰分含量为6.17%，游离氨基酸含量为5.76%，水分含量为2.32%。

2.3.2 紫苏籽蛋白对小鼠体重的影响

紫苏籽蛋白对小鼠体重的影响见表4。试验组与空白对照组和阳性对照组相互比对后，发现饲喂紫苏籽蛋白对小鼠体重的影响并不明显。

2.3.3 紫苏籽蛋白对小鼠肌糖原和肝糖原含量的影响

肌糖原和肝糖原是两种主要的糖原贮存形式，它们在机体中扮演着重要的能量储备角色。肌肉中的糖原主要用于支持肌肉活动，而肝脏中的糖原主要用于维持血糖水平。在长时间的运动或高强度运动中，机体需要更多的能量，这时肌糖原和肝糖原就开始发挥作用。然而，随着运动时间的延长和运动强度的增加，肌糖原和肝糖原的储备也会逐渐减少。当肌肉和肝脏中的糖原储备下降到一定程度时，机体会感到疲劳。糖原储备不足会直接影响运动能力和运动持续时间，所以通过检测机体中肌糖原和肝糖原含量能够直接测定小鼠的疲劳程度。

由图5和图6可知，对连续饲喂28 d的小鼠肌糖原和肝糖原含量进行测定，发现饲喂高剂量紫苏籽蛋白的小鼠肌糖原含量和肝糖原含量分别为1.6 mg/g和13.5 mg/g，明显高于空白对照组、低剂量组和中剂量组，说明一定量的紫苏籽蛋白能够为小鼠机体提供能量，减少机体中肌糖原和肝糖原的消耗。

3 小结

本试验通过单因素试验和正交试验对紫苏籽蛋白提取工艺进行研究和优化，研究结果表明，紫苏籽蛋白最佳提取工艺为料液比例1∶20、碱提pH 10、碱提时间20 min和碱提温度50 ℃，此时紫苏籽蛋白提取率最高，为54.25%。利用Design-Expert 12软件对正交试验数据进行多元回归拟合分析，获得紫苏籽蛋白提取工艺参数的回归模型：Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2，该模型的实际值与试验值之间的误差小，具有较好的拟合效果。此外，还研究了饲喂不同浓度紫苏籽蛋白提取物的小鼠运动后肌糖原和肝糖原含量的变化情况，发现一定量的紫苏籽蛋白能够减缓机体消耗肌糖原和肝糖原，展现出一定的抗疲劳活性。

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