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      幾個(gè)油莎豆品種塊莖中蛋白質(zhì)含量的比較分析

      2018-09-26 08:09:26楊鷺生李國(guó)平
      武夷學(xué)院學(xué)報(bào) 2018年6期
      關(guān)鍵詞:莎豆油莎塊莖

      楊鷺生,李國(guó)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(guó)外又有地下扁挑和地下核桃的說(shuō)法。油莎豆原產(chǎn)于非洲,我國(guó)的油莎豆于1952年由中國(guó)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(kāi)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(lái)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(duì)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(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)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(kāi)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(wú)破爛、無(wú)霉變、無(wú)蟲(chóng)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(cè)定

      采用考馬斯亮藍(lán)法對(duì)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(cè)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(chēng)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(píng)價(jià)指標(biāo),通過(guò)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(duì)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(cè)定結(jié)果

      5個(gè)不同樣品蛋白質(zhì)含量測(cè)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(shuō)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(kāi)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(cè)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(shuō)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(duì)油莎豆蛋白質(zhì)提取率的影響分別見(jiàn)圖1~圖4。

      由圖1可見(jiàn),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(zhǎng),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(kāi)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(lái)提取。

      圖1 料液比對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)蛋白質(zhì)提取的影響最大,時(shí)間對(duì)蛋白質(zhì)的影響最小。通過(guò)對(duì)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(duì)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(cè)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(guò)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%。

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