幾個油莎豆品種塊莖中蛋白質含量的比較分析

楊鷺生，李國平

（武夷學院 生態與資源工程學院，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。油莎豆原產于非洲，我國的油莎豆于1952年由中國科學院植物研究所從前蘇聯引種，1960年又從保加利亞引入，并在北京植物園試種成功[1]。現在北京、甘肅、江西、四川、山東等20多個省市自治區已經開始引種種植[2]。油莎豆是一種綜合利用價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濟效益和社會效益。

本研究一方面利用考馬斯亮藍G-250法對不同栽培品種的油莎豆蛋白質含量進行比較分析，另一方面通過單因素實驗和正交實驗設計對油莎豆蛋白質的提取工藝進行優化，確定最佳蛋白質提取工藝參數，為今后合理開發利用油莎豆資源提供一定的科學依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

“莆院3號”、“莆院4號”、“莆院5號”和“莆院7號”油莎豆塊莖均采集自福建省莆田市新度鎮，沙壤土上種植，其中部分“莆院3號”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（天津市化學試劑批發公司）、95%乙醇（天津市紅巖化學試劑廠）、85%磷酸（泉州東海試劑有限公司）、考馬斯亮藍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，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，上海精宏實驗設備有限公司；pHS-25pH酸度計，上海偉業儀器廠；pHG-9031型干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；200型離子交換純水器，上海南華醫療器械廠；TDL-4型離心機，上海安亭科學儀器廠制造。

1.4 油莎豆蛋白質含量的測定

采用考馬斯亮藍法對不同品種的油莎豆塊莖蛋白質含量進行分析[4-6]。以吸光度（A）為縱坐標，蛋白質濃度為橫坐標，得到線性回歸方程A=0.007 2x+0.138 3，R2=0.997 2，相關系數r=0.998 6。根據所測樣品提取液的吸光度計算樣品蛋白質含量。試驗重復3次，結果取平均值。

1.5 油莎豆蛋白質提取工藝的研究

1.5.1 油莎豆蛋白質提取工藝流程

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調節pH至等電點(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[7,8]。

1.5.2 影響油莎豆蛋白質提取率的單因素實驗

用分析天平精確稱取1.0 g莆院3號油莎豆粉（沙壤土種植）置于錐形瓶中。進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，室溫下調節各瓶中溶液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合酸度計調節錐形瓶中浸提液的 pH 值分別為 2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5。調節料液比 1∶25，在溫度 35 ℃的條件下浸提90 min。

1.5.2.3 浸提時間對油莎豆提取率的影響

選擇浸提時間分別為 30、60、90、120、150、180 min。調節料液比1∶25，pH值至9.5，在溫度35℃的條件下浸提以上規定的時間。

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 ℃。調節料液比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 油莎豆蛋白質提取率的計算

各處理的蛋白質提取率按以下公式計算[7]：

1.5.4 正交設計實驗

在上述單因素實驗的基礎上，以莆院3號油莎豆粉（沙壤土種植）為材料，以蛋白質提取率為評價指標，通過正交試驗設計方法考察溫度、pH、時間以及料液比4個因素對蛋白質提取率的影響，以確定蛋白質提取的最優工藝條件。因素水平如下表1。

表1 因素水平表Table 1 Factor lever

2 結果與分析

2.1 不同品種油莎豆蛋白質含量測定結果

5個不同樣品蛋白質含量測定結果列于表2。由表2可以看出，不同品種油莎豆蛋白質含量存在差異，其中莆院4號油莎豆蛋白質含量最高，達7.11%，莆院5號油莎豆與莆院7號油莎豆的蛋白質含量差別不明顯，莆院3號油莎豆的蛋白質含量較低。莆院4號油莎豆的塊莖為圓粒型，莆院5號油莎豆與莆院7號油莎豆的塊莖為小粒型，莆院3號油莎豆的塊莖為大粒型，本實驗結果說明在相同栽培環境和管理水平下蛋白質含量在品種間存在差異，圓粒型油莎豆（莆院4號）開發價值較高。

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

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

2.2 油莎豆蛋白質提取工藝的研究

2.2.1 單因素實驗與分析

按1.5.2進行各單因素實驗，料液比、浸提液pH、浸提時間和浸提溫度對油莎豆蛋白質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，蛋白質提取率逐漸增大，且在1∶25的時候達到最大值，隨著料液比的升高，提取率緩慢下降。

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

從圖 3可以看出，隨著提取時間的延長，蛋白質提取率逐漸上升，提取時間在60～120 min時，變化緩慢，之后隨著時間的延續，提取率開始下降。本實驗選擇提取時間為120 min。

從圖 4可以看出，隨著溫度的升高蛋白質提取率逐漸提高，當溫度高于40℃時，提取率逐漸下降，可能是由于溫度上升導致蛋白質變性，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對油莎豆蛋白質提取率的影響Figure 2 Effect of pH on protein extraction rate of salmon

圖3 浸提時間對油莎豆蛋白質提取率的影響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 正交試驗結果與分析

根據單因素實驗的結果，按1.5.4進行L9（34）四因素三水平正交試驗，每個試驗重復三次，以蛋白質提取率為指標，優化油莎豆蛋白質最佳的工藝參數，結果如表3。

表3 L9(34)正交試驗設計及結果Table 3 Design and results of orthogonal test

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

由于A3B1C2D2這個正交組合并不在表3中，為了實驗的準確性，本實驗對于A3B1C2D2組合進行連續三次的實驗，結果發現，油莎豆蛋白質提取率高達85.79%，在所有正交組合中提取率最高。

3 結論

應用考馬斯亮藍法測定了幾個油莎豆品種塊莖的蛋白質含量，油莎豆塊莖蛋白質含量在3.83%～7.11%之間，不同品種間的蛋白質含量存在顯著差異，其中園粒型的莆院4號油莎豆蛋白質含量最高，達7.11%。油莎豆蛋白質含量還受環境條件的影響，在沙質土種植的優于水稻土的。本實驗還通過單因素及正交試驗設計確定蛋白質提取的最優工藝條件為浸提溫度40℃，浸提液pH 8.5，提取時間90 min，料液比1：25，在該條件下蛋白質的提取率最高達85.79%。