沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取工藝優(yōu)化及抗疲勞活性研究

黨琳燕

(河南財(cái)政金融學(xué)院，鄭州 450046)

沙棘屬于沙棘屬胡頹子科，枝條上常有刺，葉子多為單葉互生或者三葉互生，果子顏色包括有紅色、橘色、黃色或者橘黃色；地下根系發(fā)達(dá)且長有根瘤[1]。

沙棘主要分布于寒帶、熱帶和亞熱帶，我國是沙棘資源最為豐富的國家之一，根據(jù)我國沙棘資源普查可知，我國沙棘屬植物面積超過了100萬公頃，包括天然林和人工林，主要分布于我國的山西、四川、青海和甘肅一帶[2-3]。

沙棘中富含有豐富的多糖、維生素、脂肪酸、黃酮、有機(jī)酸、多酚、甾醇、三萜、蛋白質(zhì)和超氧化物歧化酶等多種天然的成分和營養(yǎng)物質(zhì)，食藥兼用[4]。我國藥典中明確記錄沙棘具有止咳祛痰和活血散瘀等生物活性功能，在民間也被稱為“長壽果”，并伴隨有很多神奇?zhèn)髡f[5]。

蛋白質(zhì)是人體組織和細(xì)胞的重要組成部分，在人體的生理機(jī)能調(diào)節(jié)、免疫系統(tǒng)、遺傳物質(zhì)和生命活動都具有重要的作用[6-7]。沙棘作為一種高蛋白油料作物，蛋白質(zhì)含量大約為15%～25%，富含18種氨基酸，包括人類必需的8種氨基酸，與花生和大豆蛋白質(zhì)相比較，氨基酸種類齊全[8]。

本試驗(yàn)主要針對沙棘籽提煉油料后的廢棄物沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，同時(shí)對沙棘籽粕中提取的蛋白質(zhì)進(jìn)行抗疲勞活性研究，為沙棘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)[9]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試劑

沙棘籽粕、大豆分蛋白酶、無水乙醇、40，60，80，100，120目的篩子。

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

電子天平、恒溫水浴鍋、離心機(jī)、攪拌器、干燥箱、恒溫箱。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 蛋白質(zhì)測定

采用凱式定氮法，參照GB/T 5009.5-2003。

1.3.2 粉碎度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

選取乙醇濃度為60%、料液比例為1∶8、提取溫度為35 ℃、提取時(shí)間為1.5 h，研究粉碎度40，60，80，100，120目對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響[10]。

1.3.3 乙醇濃度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

選取粉碎度為80目、料液比例為1∶8、提取溫度為35 ℃、提取時(shí)間為1.5 h，研究乙醇濃度40%、50%、60%、70%、80%對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響[11]。

1.3.4 料液比例對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

選取乙醇濃度為60%、粉碎度為80目、提取溫度為35 ℃、提取時(shí)間為1.5 h，研究料液比例1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響。

1.3.5 提取溫度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

選取乙醇濃度為60%、料液比例為1∶8、粉碎度為80目、提取時(shí)間為1.5 h，研究提取溫度35，40，45，50，55 ℃對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響。

1.3.6 提取時(shí)間對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

選取乙醇濃度為60%、料液比例為1∶8、提取溫度為35 ℃、粉碎度為80目，研究不同提取時(shí)間0.5，1.0，1.5，2.0，2.5 h對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響。

1.3.7 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，選取乙醇濃度、料液比例、提取時(shí)間和提取溫度4個因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，以沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取量作為參考指標(biāo)[12-13]，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，選取最佳的沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取工藝。

表1 四因素三水平正交試驗(yàn)表Table 1 Four factors and three levels of orthogonal test

1.3.8 沙棘籽粕蛋白質(zhì)抗疲勞活性研究

設(shè)置空白對照、飼喂小鼠西洋參和沙棘籽蛋白質(zhì)，對比小鼠負(fù)重游泳時(shí)間的長短，從而研究沙棘籽粕蛋白質(zhì)的抗疲勞活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取工藝單因素試驗(yàn)

2.1.1 粉碎度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

圖1 粉碎度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響Fig.1 Effect of crushing degree on protein extraction from sea buckthorn seed meal

粉碎破壞沙棘籽的細(xì)胞壁，使得細(xì)胞中的成分能夠充分被溶劑提取。由圖1可知，隨著沙棘籽粉碎度的增加，溶劑中的蛋白質(zhì)的含量都有明顯的增加。當(dāng)粉碎度大于80目時(shí)，溶劑中的蛋白質(zhì)增長速度緩慢。由于粉碎度的增加會增加成本，且沙棘中的蛋白質(zhì)提取并沒有明顯的效果。所以，本試驗(yàn)選取粉碎度80目為試驗(yàn)最佳條件。

2.1.2 乙醇濃度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

圖2 乙醇濃度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響Fig.2 Effect of ethanol concentration on protein extraction from sea buckthorn seed meal

由圖2可知，隨著乙醇濃度的增加，蛋白質(zhì)的含量先增加后降低，當(dāng)乙醇的濃度小于60%時(shí)，蛋白質(zhì)的含量隨著乙醇的濃度增加而增加；當(dāng)乙醇的濃度大于60%時(shí)，蛋白質(zhì)的含量隨著乙醇濃度的增加而降低。過高的乙醇濃度會導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，從而影響沙棘籽粕蛋白質(zhì)的提取效果。因此，選擇乙醇濃度60%作為單因素試驗(yàn)的最佳提取條件。

2.1.3 料液比例對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

由圖3可知，當(dāng)料液比例為1∶2～1∶6時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)含量隨著料液比例的增加而增加；當(dāng)料液比例為1∶6～1∶10時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)含量隨著料液比例的增加而減少。當(dāng)料液比例小于1∶6時(shí)，沙棘籽中的蛋白質(zhì)迅速融入乙醇中，蛋白質(zhì)的含量增加；當(dāng)料液比例大于1∶6時(shí)，沙棘籽在溶劑中的濃度下降，反而不利于沙棘籽中蛋白質(zhì)的溶出，本試驗(yàn)選取1∶6為單因素最佳料液比例。

圖3 料液比例對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響Fig.3 Effect of solid-to-liquid ratio on protein extraction from sea buckthorn seed meal

2.1.4 提取溫度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

圖4 提取溫度對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響Fig.4 Effect of extraction temperature on protein extraction from sea buckthorn seed meal

由圖4可知，沙棘籽的蛋白質(zhì)含量隨著提取溫度的改變而改變，當(dāng)溫度小于45 ℃時(shí)，隨著溫度的升高，溶液蛋白質(zhì)的溶解度逐漸增加，且到45 ℃時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)溶解度達(dá)到最高，為50%，當(dāng)溫度超過45 ℃時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)含量逐漸降低，由于溫度的升高，導(dǎo)致溶液中蛋白質(zhì)變性，從而導(dǎo)致了溶液中蛋白質(zhì)含量的降低。

2.1.5 提取時(shí)間對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響

圖5 提取時(shí)間對沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取效果的影響Fig.5 Effect of extraction time on protein extraction from sea buckthorn seed meal

由圖5可知，隨著沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取時(shí)間的增加，沙棘籽溶液中提取的蛋白質(zhì)先增加后降低，當(dāng)提取時(shí)間小于1.5 h時(shí)，溶液中的蛋白質(zhì)隨著時(shí)間的增加而增加；當(dāng)提取時(shí)間超過1.5 h時(shí)，溶液中蛋白質(zhì)的含量逐漸降低。主要是因?yàn)殡S著提取時(shí)間的增加，沙棘籽中更多的物質(zhì)溶解于溶劑中，從而導(dǎo)致了溶劑中蛋白質(zhì)的含量降低，所以本試驗(yàn)選取1.5 h為單因素試驗(yàn)中最佳的沙棘籽粕蛋白質(zhì)提取時(shí)間。

2.2 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)，該試驗(yàn)選取料液比例、乙醇濃度、提取溫度和提取時(shí)間4個因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，以蛋白質(zhì)含量作為指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，以獲取最佳的沙棘籽蛋白質(zhì)提取工藝條件。

表2 沙棘籽蛋白質(zhì)正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2 The orthogonal experiment scheme and results of sea buckthorn seed protein

由表2可知，各個因素對沙棘籽蛋白質(zhì)提取效果的影響順序?yàn)橐掖紳舛?料液比例>提取時(shí)間>提取溫度，最佳的組合為A2B1C1D1，即乙醇濃度為70%、料液比例為1∶6、提取溫度為45 ℃和提取時(shí)間為1.5 h。

2.3 沙棘籽粕蛋白質(zhì)抗疲勞活性研究

疲勞的表現(xiàn)為運(yùn)動能力下降，本試驗(yàn)采用小鼠負(fù)重游泳試驗(yàn)來檢測沙棘籽蛋白質(zhì)抗疲勞活性，通過比較空白對照組、飼喂沙棘籽蛋白質(zhì)和西洋參，比較小鼠游泳時(shí)間，從而反映不同的物質(zhì)抗疲勞程度。

表3 沙棘籽蛋白質(zhì)抗疲勞活性研究對比Table 3 Comparison of research on anti-fatigue activity of sea buckthorn seed protein

由表3可知，空白對照組小鼠游泳時(shí)間為12.6 min，飼喂沙棘籽蛋白質(zhì)，小鼠的游泳時(shí)間為18.9 min，飼喂小鼠西洋參，小鼠的游泳時(shí)間為25.8 min。不同的飼喂物小鼠的抗疲勞活性不一致，試驗(yàn)結(jié)果表明沙棘籽粕蛋白質(zhì)具有一定的抗疲勞特性，但其效果明顯小于西洋參。

3 小結(jié)

我國沙棘資源豐富，但目前國內(nèi)沙棘加工企業(yè)規(guī)模小、產(chǎn)品單一、技術(shù)落后，嚴(yán)重制約了沙棘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[14]。本研究基于此，對沙棘籽榨油后的沙棘籽粕蛋白質(zhì)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，單因素試驗(yàn)研究結(jié)果表明，最佳提取工藝為沙棘籽粕粉碎度80目、乙醇濃度60%、料液比例1∶6、提取溫度45 ℃、提取時(shí)間1.5 h; 正交試驗(yàn)結(jié)果表明，最佳沙棘籽蛋白質(zhì)提取工藝為乙醇濃度70%、料液比例1∶6、提取溫度45 ℃和提取時(shí)間1.5 h。沙棘籽粕蛋白質(zhì)抗疲勞結(jié)果表明，沙棘籽粕蛋白質(zhì)具有一定的抗疲勞活性，但其效果明顯小于西洋參。