鬼針草葉蛋白提取工藝條件的優化試驗

摘要：采用水浴加熱、酸化和鹽析相結合的方法對鬼針草（Bidens bipinnata）中葉蛋白質進行提取。單因子和多因子正交試驗分析了料液比、氯化鈉加入量、pH、水浴溫度4個因素對葉蛋白的粗蛋白質提取率的影響。結果表明，影響葉蛋白的粗蛋白質提取率的因素依次為料液比>氯化鈉加入量>水浴溫度>pH，最佳工藝條件為料液比1∶20（g∶mL），氯化鈉加入量4%，pH 4，水浴溫度70 ℃。

關鍵詞：鬼針草（Bidens bipinnata）；粗蛋白質；氯化鈉；提取工藝

中圖分類號：S567.21+9；R284.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4250-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.045

鬼針草（Bidens bipinnata）又名婆婆針，為菊科鬼針草屬一年生草本植物。鬼針草營養豐富，蛋白質、微量元素和維生素的含量高，其中粗蛋白質含量高達18.9%，富含17種人體必需的氨基酸；同時鬼針草對生長環境要求低，水濕地均可生長，在西南各省資源量極為可觀，因而是一種極具開發價值的葉蛋白資源[1-3]。近年來，隨著獸牧業的迅速發展及人均耕地面積的減少，蛋白質資源緊缺現象日益嚴重，因此國外學者都非常重視葉蛋白（又稱植物濃縮蛋白）飼料的生產利用和開發研究，并取得了較大進展。當前用于生產濃縮葉蛋白的主要原料有苜蓿、甘薯、紫云英等[4-9]，而對鬼針草葉蛋白的提取應用的研究還未見報道。本試驗利用貴州省黔西南地區豐富的鬼針草資源，采用水浴加熱、堿化和鹽析相結合的方法[10-13]對葉蛋白的提取工藝進行研究，旨在為鬼針草葉蛋白飼料的開發生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇營養生長期鬼針草，于2014年7月23日刈割于貴州省黔西南民族職業技術學院校園附近草地，為自然形成的單一鬼針草叢，收獲地上莖葉。刈割的鬼針草風干粉碎后過60目篩，備用。測定鬼針草草粉原料中粗蛋白質含量為17.6%。

1.2 試劑與儀器

試驗試劑有氯化鈉、鹽酸、氫氧化鈉；試驗儀器有CP64電子分析天平（上海洪紀儀器設備有限公司）、恒溫水浴鍋、組織搗碎機（上海汗諾儀器有限公司）、Starter 3C酸度計（上海洪紀儀器設備有限公司）、低速離心機、烘箱、K12全自動定氮儀（上海晟聲自動化分析儀器有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 單因素試驗 稱取鬼針草草粉10 g于錐形瓶中，按設定比例加入氯化鈉，預浸過夜，抽濾，得到綠色汁液，調節到設定pH，按設定溫度水浴加熱5 min，靜置1 h，抽濾得葉蛋白膏，65 ℃烘箱中烘干，得葉蛋白成品。稱質量，并測定葉蛋白中粗蛋白質的含量。①設定料液比分別為1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30（g∶mL，下同），加入氯化鈉2%，pH為2.0，水浴溫度70 ℃。②氯化鈉加入量設定為2%、4%、6%、8%、10%。料液比1∶15，調節pH為2.0，水浴溫度70 ℃。③pH設定為2.0、3.0、4.0、5.0、6.0。料液比1∶15，加入氯化鈉2%，水浴溫度70 ℃。④水浴溫度設定為60、70、80、90、100 ℃。料液比1∶15，加入氯化鈉2%，pH為2.0。

1.3.2 正交試驗 在單因素試驗的基礎上，為簡化試驗，以鬼針草蛋白質提取率為標準，對料液比、氯化鈉、pH、水浴溫度進行四因素三水平正交試驗，因素與水平見表1。

鬼針草草粉和葉蛋白取物中的粗蛋白質含量使用凱氏定氮法測定。3次重復試驗，結果取平均值。

蛋白質提取率=

■×100%

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

由圖1可見，料液比對葉蛋白的粗蛋白質提取率的影響變化幅度較大。料液比大于1∶20時，葉蛋白的粗蛋白質提取率隨著料液比的減小而增加。料液比小于1∶20時，葉蛋白的粗蛋白質提取率基本上是隨著料液比的減少而減少。料液比1∶15、1∶25時葉蛋白的粗蛋白質提取率與料液比1∶20時葉蛋白的粗蛋白質提取率差異顯著。當料液比為1∶20時，蛋白提取率最高，達28.72%。

由圖2可見，氯化鈉加入量小于4%時葉蛋白的粗蛋白質提取率隨著氯化鈉加入量加大而增加。氯化鈉加入量大于4%，葉蛋白的粗蛋白質提取率隨著氯化鈉加入量加大而減少。氯化鈉加入量為2%、6%時葉蛋白的粗蛋白質提取率與4%葉蛋白的粗蛋白質提取率差異顯著。氯化鈉加入量為4%時，葉蛋白的粗蛋白質提取率最高，達26.12%。

由圖3可見，pH為2～4時葉蛋白的粗蛋白質提取率差異不明顯。pH為5時，葉蛋白的粗蛋白質提取率顯著下降，pH為6時葉蛋白的粗蛋白質提取率回升。當pH為3時，葉蛋白的粗蛋白質提取率較高，為25.14%。

由圖4可見，水浴溫度小于70 ℃時，葉蛋白的的粗蛋白質提取率隨著水浴溫度的加大而增加。水浴溫度大于70 ℃，葉蛋白的粗蛋白質提取率趨于穩定，70～90 ℃時葉蛋白的粗蛋白質提取率差異不明顯。水浴溫度為80 ℃時葉蛋白的粗蛋白質提取率最高，為25.31%。

2.2 正交試驗

料液比、氯化鈉加入量、pH、水浴溫度按L9（34）進行正交試驗，結果見表3。由表3可知，按照極差R的大小可知影響蛋白質提取率主次順序為A>B>D>C，即料液比>氯化鈉加入量>水浴溫度>pH。在最優條件A2B2C1D3即料液比1∶20，氯化鈉加入量4%，pH 2，水浴溫度為90 ℃時，蛋白質提取率為29.61%。但在正交試驗表中A2B2C3D1組合的蛋白質提取率為30.06%，即料液比1∶20，氯化鈉加入量4%，pH 4.0，水浴溫度為70 ℃。

3 小結與討論

植物葉蛋白質的提取方法很多，如直接加熱、酸化、堿化、鹽析、乙醇、聚乙二醇和丙酮有機沉淀、重金屬變性、等電法等。有資料顯示[14]植物葉蛋白質提取酸化加熱法比堿化加熱法蛋白質提取率更高。本試驗采用了水浴加熱、堿化和鹽析相結合的方法對鬼針草葉蛋白進行提取，試驗采用的試劑無毒無害、食用安全，提取方法簡單可行，且提取效果較好。而用其他方法提取，如乙醇、丙酮使用比例較大，只適合小劑量提取；重金屬鹽、聚乙二醇有毒性；而等電法則不易操作。

不同料液比、氯化鈉加入量、pH、水浴溫度對鬼針草蛋白質提取率均有不同程度的影響。料液比太小，蛋白質不能充分溶解；而料液比過大，影響沉淀效果，且使設備體積增大，降低生產效率。鹽在預浸時可增加鬼針草草粉中蛋白質的溶解，在水浴加熱中則降低蛋白質的溶解度，使蛋白質凝聚而從溶液中析出。而酸化、水浴加熱可使蛋白質變性沉淀從而增加蛋白質的提取率。

鬼針草葉蛋白質提取最佳工藝條件為料液比1∶20，氯化鈉加入量4%，pH 4，水浴溫度70 ℃。資料表明[14]鬼針草草粉的粉碎程度、預浸時間及水浴加熱時間也是影響鬼針草葉蛋白提取率的主要因素，本試驗未予考慮，有待在以后的試驗中進一步探討。

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