楊鷺生，李國平

（武夷學(xué)院 生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山354300）

油莎豆（Cyperus esculentus）又名為油莎草，是莎草科一年生草本植物。由于其塊莖埋于地下，而且形狀、味道及油質(zhì)與核桃相似，因此，國外又有地下扁挑和地下核桃的說法。油莎豆原產(chǎn)于非洲，我國的油莎豆于1952年由中國科學(xué)院植物研究所從前蘇聯(lián)引種，1960年又從保加利亞引入，并在北京植物園試種成功[1]?，F(xiàn)在北京、甘肅、江西、四川、山東等20多個(gè)省市自治區(qū)已經(jīng)開始引種種植[2]。油莎豆是一種綜合利用價(jià)值很高的草本油料作物，它除了含有豐富的脂肪，還含有豐富的蛋白質(zhì)和多糖，可用來榨油、制粉、作飼料、釀灑、制糖等[3]，因此大面積推廣種植油莎豆具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

本研究一方面利用考馬斯亮藍(lán)G-250法對不同栽培品種的油莎豆蛋白質(zhì)含量進(jìn)行比較分析，另一方面通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對油莎豆蛋白質(zhì)的提取工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定最佳蛋白質(zhì)提取工藝參數(shù)，為今后合理開發(fā)利用油莎豆資源提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

“莆院3號(hào)”、“莆院4號(hào)”、“莆院5號(hào)”和“莆院7號(hào)”油莎豆塊莖均采集自福建省莆田市新度鎮(zhèn)，沙壤土上種植，其中部分“莆院3號(hào)”油莎豆為水稻土種植，均一般管理。將采回的塊莖洗凈、去雜，貯存于干燥處。選取完整、無破爛、無霉變、無蟲蛀的油莎豆塊莖為原料。

1.2 主要試劑

濃鹽酸（泉州東海試劑有限公司）、硫酸（天津市化學(xué)試劑批發(fā)公司）、95%乙醇（天津市紅巖化學(xué)試劑廠）、85%磷酸（泉州東海試劑有限公司）、考馬斯亮藍(lán)G250、牛血清蛋白等（以上試劑均為分析純）。

1.3 主要儀器

751型紫外分光光度計(jì)，上海光譜儀器有限公司；AB204-N型電子天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；PK-S24型恒溫水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；pHS-25pH酸度計(jì)，上海偉業(yè)儀器廠；pHG-9031型干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；200型離子交換純水器，上海南華醫(yī)療器械廠；TDL-4型離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠制造。

1.4 油莎豆蛋白質(zhì)含量的測定

采用考馬斯亮藍(lán)法對不同品種的油莎豆塊莖蛋白質(zhì)含量進(jìn)行分析[4-6]。以吸光度（A）為縱坐標(biāo)，蛋白質(zhì)濃度為橫坐標(biāo)，得到線性回歸方程A=0.007 2x+0.138 3，R2=0.997 2，相關(guān)系數(shù)r=0.998 6。根據(jù)所測樣品提取液的吸光度計(jì)算樣品蛋白質(zhì)含量。試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果取平均值。

1.5 油莎豆蛋白質(zhì)提取工藝的研究

1.5.1 油莎豆蛋白質(zhì)提取工藝流程

油莎豆→清洗除雜→烘干→磨碎→在一定溫度下攪拌浸提→4 000 r/min離心15 min→收集上清夜→加HCl調(diào)節(jié)pH至等電點(diǎn)(PI=3.5)→4 000 r/min離心分離15 min→棄上清液，收集沉淀→烘干→油莎豆蛋白質(zhì)[7,8]。

1.5.2 影響油莎豆蛋白質(zhì)提取率的單因素實(shí)驗(yàn)

用分析天平精確稱取1.0 g莆院3號(hào)油莎豆粉（沙壤土種植）置于錐形瓶中。進(jìn)行如下不同工藝條件操作[9]：

1.5.2.1 料液比對油莎豆提取率的影響

以蒸餾水為浸提液，選擇料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40。充分搖勻，室溫下調(diào)節(jié)各瓶中溶液pH值至9.5，在溫度35℃的條件下浸提90 min。

1.5.2.2 浸提液pH值對油莎豆提取率的影響

利用鹽酸和氫氧化鈉溶液結(jié)合酸度計(jì)調(diào)節(jié)錐形瓶中浸提液的 pH 值分別為 2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5。調(diào)節(jié)料液比 1∶25，在溫度 35 ℃的條件下浸提90 min。

1.5.2.3 浸提時(shí)間對油莎豆提取率的影響

選擇浸提時(shí)間分別為 30、60、90、120、150、180 min。調(diào)節(jié)料液比1∶25，pH值至9.5，在溫度35℃的條件下浸提以上規(guī)定的時(shí)間。

1.5.2.4 溫度對油莎豆提取率的影響

選擇浸提溫度分別為 25、30、35、40、45、50、55 ℃。調(diào)節(jié)料液比1∶25，pH值至9.5，在上述不同的溫度條件下浸提90 min。

1.5.3 油莎豆蛋白質(zhì)提取率的計(jì)算

各處理的蛋白質(zhì)提取率按以下公式計(jì)算[7]：

1.5.4 正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

在上述單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以莆院3號(hào)油莎豆粉（沙壤土種植）為材料，以蛋白質(zhì)提取率為評價(jià)指標(biāo)，通過正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法考察溫度、pH、時(shí)間以及料液比4個(gè)因素對蛋白質(zhì)提取率的影響，以確定蛋白質(zhì)提取的最優(yōu)工藝條件。因素水平如下表1。

表1 因素水平表Table 1 Factor lever

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種油莎豆蛋白質(zhì)含量測定結(jié)果

5個(gè)不同樣品蛋白質(zhì)含量測定結(jié)果列于表2。由表2可以看出，不同品種油莎豆蛋白質(zhì)含量存在差異，其中莆院4號(hào)油莎豆蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)7.11%，莆院5號(hào)油莎豆與莆院7號(hào)油莎豆的蛋白質(zhì)含量差別不明顯，莆院3號(hào)油莎豆的蛋白質(zhì)含量較低。莆院4號(hào)油莎豆的塊莖為圓粒型，莆院5號(hào)油莎豆與莆院7號(hào)油莎豆的塊莖為小粒型，莆院3號(hào)油莎豆的塊莖為大粒型，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明在相同栽培環(huán)境和管理水平下蛋白質(zhì)含量在品種間存在差異，圓粒型油莎豆（莆院4號(hào)）開發(fā)價(jià)值較高。

由表2還可以看出，在沙壤土上栽培的莆院3號(hào)油莎豆蛋白質(zhì)含量顯著大于在水稻土上栽培的（t檢驗(yàn)，p＜0.05）。油莎豆喜土質(zhì)疏松的沙質(zhì)土壤，本實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果與油莎豆種質(zhì)特性相吻合。不同產(chǎn)地的油莎豆蛋白質(zhì)含量存在顯著差異，這說明油莎豆蛋白質(zhì)含量存在品種差異外，還受環(huán)境條件的影響。

表2 不同品種油莎豆蛋白質(zhì)含量分析比較Table 2 Comparison of protein content of different varietiesof oil salsa bean

2.2 油莎豆蛋白質(zhì)提取工藝的研究

2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn)與分析

按1.5.2進(jìn)行各單因素實(shí)驗(yàn)，料液比、浸提液pH、浸提時(shí)間和浸提溫度對油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響分別見圖1～圖4。

由圖1可見，料液比從1∶10到1∶25范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)提取率逐漸增大，且在1∶25的時(shí)候達(dá)到最大值，隨著料液比的升高，提取率緩慢下降。

從圖 2可看出，油莎豆蛋白質(zhì)在酸性溶液中的提取率較低，隨浸提液pH提高，蛋白質(zhì)提取率不斷上升，當(dāng)pH為9.5時(shí)，蛋白質(zhì)提取率達(dá)到最大值。

從圖 3可以看出，隨著提取時(shí)間的延長，蛋白質(zhì)提取率逐漸上升，提取時(shí)間在60～120 min時(shí)，變化緩慢，之后隨著時(shí)間的延續(xù)，提取率開始下降。本實(shí)驗(yàn)選擇提取時(shí)間為120 min。

從圖 4可以看出，隨著溫度的升高蛋白質(zhì)提取率逐漸提高，當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，提取率逐漸下降，可能是由于溫度上升導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，因此宜選擇30～40℃范圍的溫度來提取。

圖1 料液比對油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響Figure 1 Effect of the ratio of feed liquid on the extraction rate of protein from salmon oil

圖2 pH對油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響Figure 2 Effect of pH on protein extraction rate of salmon

圖3 浸提時(shí)間對油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響Figure3 Effect of extraction timeon protein extraction rateof salmon

圖4 浸提溫度對油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響Figure 4 Effect of extraction temperature on protein extraction rate of salmon

2.2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，按1.5.4進(jìn)行L9（34）四因素三水平正交試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)三次，以蛋白質(zhì)提取率為指標(biāo)，優(yōu)化油莎豆蛋白質(zhì)最佳的工藝參數(shù)，結(jié)果如表3。

表3 L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 3 Design and results of orthogonal test

從表3可以看出，影響油莎豆蛋白質(zhì)提取率的主次順序?yàn)椋簻囟龋緋H＞料液比＞時(shí)間，其中溫度對蛋白質(zhì)提取的影響最大，時(shí)間對蛋白質(zhì)的影響最小。通過對k1、k2、k3的分析可以得到油莎豆蛋白質(zhì)提取的最佳工藝組合為：A3B1C2D2。即油莎豆蛋白質(zhì)的最佳提取條件是溫度為40℃，提取pH 8.5，提取時(shí)間90 min，料液比 1∶25。

由于A3B1C2D2這個(gè)正交組合并不在表3中，為了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)對于A3B1C2D2組合進(jìn)行連續(xù)三次的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油莎豆蛋白質(zhì)提取率高達(dá)85.79%，在所有正交組合中提取率最高。

3 結(jié)論

應(yīng)用考馬斯亮藍(lán)法測定了幾個(gè)油莎豆品種塊莖的蛋白質(zhì)含量，油莎豆塊莖蛋白質(zhì)含量在3.83%～7.11%之間，不同品種間的蛋白質(zhì)含量存在顯著差異，其中園粒型的莆院4號(hào)油莎豆蛋白質(zhì)含量最高，達(dá)7.11%。油莎豆蛋白質(zhì)含量還受環(huán)境條件的影響，在沙質(zhì)土種植的優(yōu)于水稻土的。本實(shí)驗(yàn)還通過單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定蛋白質(zhì)提取的最優(yōu)工藝條件為浸提溫度40℃，浸提液pH 8.5，提取時(shí)間90 min，料液比1：25，在該條件下蛋白質(zhì)的提取率最高達(dá)85.79%。