孫凱 曹甜甜

摘要：紫蘇籽富含蛋白質(zhì)和氨基酸，具有較高的開發(fā)價(jià)值，該研究利用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)紫蘇籽蛋白的提取工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，研究結(jié)果表明，紫蘇籽蛋白的最佳提取工藝為料液比例1∶20、堿提pH 10、堿提時(shí)間20 min和堿提溫度50 ℃，此時(shí)紫蘇籽蛋白提取率最高，為54.25%。通過Design-Expert 12軟件對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，獲得紫蘇籽蛋白提取工藝參數(shù)的回歸模型為Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2，此回歸模型的P值<0.001，說明試驗(yàn)值與真實(shí)值之間的誤差極小。此外，還對(duì)紫蘇籽蛋白的抗疲勞生物活性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明適量的紫蘇籽蛋白具有較好的抗疲勞活性。

關(guān)鍵詞：紫蘇籽；蛋白；提取；正交試驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TS201.21 ?????文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ????文章編號(hào)：1000-9973（2024）04-0144-04

Optimization of Extraction Process and Anti-Fatigue Activity

of Perilla Seed Protein

SUN Kai， CAO Tian-tian

（Zhengzhou Sias University， Zhengzhou 451150， China）

Abstract： Perilla seed is rich in protein and amino acids， and has high development value. In this study， single factor test and orthogonal test are used to study and optimize the extraction process of perilla seed protein. The research results show that the optimal extraction process of perilla seed protein is solid-liquid ratio of 1∶20， alkaline extraction pH of 10， alkaline extraction time of 20 min and alkaline extraction temperature of 50 ℃. At this time， the extraction rate of perilla seed protein is the highest of 54.25%. Through the multiple regression fitting analysis of orthogonal test data by Design-Expert 12 software， the regression model of perilla seed protein extraction process parameters is obtained as Y=53.12+0.45A+1.19B+1.39C－0.051AB+1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2， the P value of this model is <0.001， and the error between the test value and the true value is very small. In addition， the anti-fatigue biological activity of perilla seed protein is also studied， and the results show that the appropriate amount of perilla seed protein has good anti-fatigue activity.

Key words： perilla seed; protein; extraction; orthogonal test

收稿日期：2023-09-10

基金項(xiàng)目：2021年河南省哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃辦項(xiàng)目（2021B018）

作者簡(jiǎn)介：孫凱（1989—），男，講師，碩士，研究方向：運(yùn)動(dòng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)。

紫蘇籽是紫蘇植物的種子，原產(chǎn)于東亞地區(qū)，包括中國(guó)、日本、朝鮮、韓國(guó)等國(guó)家[1]。我國(guó)的紫蘇籽主要產(chǎn)自浙江、江蘇、安徽、福建等省份，也有部分產(chǎn)自華北、東北等地區(qū)[2-3]。我國(guó)的紫蘇籽品種豐富，不同產(chǎn)區(qū)的紫蘇籽在品質(zhì)、口感和用途上也有所差異[4-5]。比如，浙江產(chǎn)的紫蘇籽通常較大且味道香甜，適合用于制作腌漬食品；江蘇產(chǎn)的紫蘇籽較小且味道較濃烈，適合用于制作調(diào)味料[6]。

紫蘇籽由于其獨(dú)特的香味在日式料理、韓式料理和中國(guó)南方菜肴等多種菜系中被廣泛使用[7]。在中國(guó)南方地區(qū)，紫蘇籽被廣泛用于腌制食品[8]。將紫蘇籽與鹽、糖、料酒等調(diào)料一起放入腌制食品中，可以增加食品的香味和口感，同時(shí)能夠消除食品的異味[9-10]。日本的紫蘇籽品種主要有大葉紫蘇和小葉紫蘇兩種，被用于制作紫蘇味噌、紫蘇醬等[11]。韓國(guó)的紫蘇籽也是一種常用的調(diào)味料[12-13]，將紫蘇籽切碎或用碾磨機(jī)打成粉末，與其他調(diào)味料混合后用于蒸菜調(diào)味，以增加菜肴的香氣。

隨著生活水平的提高，人們對(duì)健康和營(yíng)養(yǎng)食品的需求日益增加，紫蘇籽蛋白作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富、具有多種生物活性的食材，其應(yīng)用研究也越來越受到關(guān)注[14-15]。然而關(guān)于紫蘇籽中蛋白質(zhì)提取工藝研究和優(yōu)化的相關(guān)報(bào)道較少，本研究采用單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)紫蘇籽蛋白堿提取法進(jìn)行研究，旨在為紫蘇籽蛋白的開發(fā)和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

紫蘇籽、鹽酸、氫氧化鈉、肌糖原石油醚、肝糖原石油醚、牛血清蛋白。

1.2 試驗(yàn)儀器

冷凍干燥箱、pH計(jì)、紫外分光光度計(jì)、粉碎機(jī)、分析天平、低速離心機(jī)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 單因素試驗(yàn)

以紫蘇籽蛋白提取率為指標(biāo)，控制料液比例為1∶20，堿提pH為10，堿提時(shí)間為20 min和堿提溫度為50 ℃，分別研究不同的料液比例1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30；不同的堿提pH 8，9，10，11，12；不同的堿提時(shí)間15，20，25，30，35 min；不同的堿提溫度30，40，50，60，70 ℃對(duì)紫蘇籽蛋白提取率的影響。

1.3.2 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以料液比例、堿提pH和堿提時(shí)間為變量因素，以紫蘇籽蛋白提取率為指標(biāo)進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)。紫蘇籽蛋白提取正交試驗(yàn)見表1。

1.3.3 紫蘇籽蛋白提取率計(jì)算

采用考馬斯亮藍(lán)法[16]對(duì)紫蘇籽蛋白提取率進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

X=C×N×Vm×w×100%。

式中：X為紫蘇籽蛋白提取率（%）；C為蛋白濃度（mg/mL）；N為稀釋倍數(shù)；V為分離的溶劑體積（mL）；m為樣品質(zhì)量（mg）；w為蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.4 小鼠分組及飼喂劑量

將小鼠進(jìn)行適應(yīng)性飼喂10 d后隨機(jī)分成5個(gè)小組，每個(gè)小組10只并記錄初始體重。5個(gè)小組分別為空白對(duì)照組、陽性對(duì)照組、低劑量組、中劑量組和高劑量組?？瞻讓?duì)照組每天灌胃等體積的蒸餾水，陽性對(duì)照組每天灌胃0.8 g乳清蛋白；低劑量組、中劑量組和高劑量組每天分別灌胃0.5，1.0，1.5 g紫蘇籽蛋白。

2 結(jié)果和討論

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 堿提時(shí)間對(duì)紫蘇籽蛋白提取率的影響

由圖1可知，隨著堿提時(shí)間的增加，紫蘇籽蛋白提取率先升高后降低。當(dāng)堿提時(shí)間小于20 min時(shí)，隨著堿提時(shí)間的增加，紫蘇籽蛋白提取率逐漸升高，這是由于隨著堿提時(shí)間的增加，紫蘇籽中的蛋白不斷溶解出來[17]。當(dāng)堿提時(shí)間大于20 min時(shí)，紫蘇籽蛋白提取率開始逐漸降低，這是由于隨著堿提時(shí)間的不斷增加，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其提取率降低[18]。

2.1.2 堿提pH對(duì)紫蘇籽蛋白提取率的影響

由圖2可知，隨著堿提pH的不斷增加，紫蘇籽蛋白提取率先升高后降低。當(dāng)pH小于10時(shí)，紫蘇籽蛋白提取率隨著堿提pH的升高而升高，這是由于分離蛋白的主要成分是堿性蛋白，隨著提取溶液堿性的不斷增強(qiáng)，紫蘇籽蛋白提取率也不斷升高。當(dāng)pH大于10時(shí)，紫蘇籽蛋白提取率開始不斷降低，這是由于過強(qiáng)的堿性使得紫蘇籽蛋白發(fā)生變性，從而使紫蘇籽蛋白提取率降低[19]。

2.1.3 堿提溫度對(duì)紫蘇籽蛋白提取率的影響

由圖3可知，隨著堿提溫度的不斷升高，紫蘇籽蛋白提取率先升高后降低。當(dāng)堿提溫度低于50 ℃時(shí)，紫蘇籽蛋白提取率不斷升高，這是由于隨著堿提溫度的升高，物料中的分子運(yùn)動(dòng)速度增加，分子擴(kuò)散速度加快，使得紫蘇籽蛋白更容易溶解。隨著堿提溫度的持續(xù)升高，紫蘇籽蛋白提取率開始不斷降低，這是由于當(dāng)堿提溫度過高時(shí)，紫蘇籽蛋白結(jié)構(gòu)受溫度的影響而發(fā)生變化，使紫蘇籽蛋白提取率逐漸降低。

2.1.4 料液比例對(duì)紫蘇籽蛋白提取率的影響

由圖4可知，當(dāng)料液比例小于1∶20時(shí)，紫蘇籽蛋白提取率和料液比例呈現(xiàn)正相關(guān)，這是由于當(dāng)料液比例在一定范圍內(nèi)時(shí)，適當(dāng)增加料液比例能夠增大溶劑與紫蘇籽的接觸面積，提高紫蘇籽蛋白的溶出率；隨著料液比例的持續(xù)增大，紫蘇籽蛋白提取率開始不斷降低，這是由于紫蘇籽蛋白的溶解已經(jīng)較充分，隨著料液比例的不斷增大，一些非蛋白組分開始不斷溶解出來，對(duì)紫蘇籽蛋白提取率產(chǎn)生影響，使提取率開始不斷降低。

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化紫蘇籽蛋白提取工藝

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)紫蘇籽蛋白提取工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，以料液比例、堿提pH和堿提時(shí)間為變量因素，以紫蘇籽蛋白提取率為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)方案及結(jié)果分析見表2。

由表2可知，紫蘇籽蛋白最佳提取工藝為料液比例1∶20、堿提pH 10、堿提時(shí)間20 min和堿提溫度50 ℃，此時(shí)紫蘇籽蛋白提取率最高，為54.25%。通過軟件Design-Expert 12對(duì)表2中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，得到紫蘇籽蛋白提取工藝參數(shù)的回歸模型：Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2。

由表3可知，模型的P值<0.001，差異極顯著，說明回歸方程的擬合效果好，真實(shí)值與試驗(yàn)值之間的誤差較小。R2=0.978 9，RAdj2=0.982 1，說明采用該模型擬合的值和真實(shí)值較接近。

2.3 紫蘇籽蛋白抗疲勞活性研究

2.3.1 紫蘇籽蛋白中主要成分分析

通過對(duì)最佳紫蘇籽蛋白提取工藝獲得的提取物進(jìn)行測(cè)定分析后，發(fā)現(xiàn)紫蘇籽蛋白提取物中蛋白質(zhì)含量為86.47%，肽含量為76.13%，灰分含量為6.17%，游離氨基酸含量為5.76%，水分含量為2.32%。

2.3.2 紫蘇籽蛋白對(duì)小鼠體重的影響

紫蘇籽蛋白對(duì)小鼠體重的影響見表4。試驗(yàn)組與空白對(duì)照組和陽性對(duì)照組相互比對(duì)后，發(fā)現(xiàn)飼喂紫蘇籽蛋白對(duì)小鼠體重的影響并不明顯。

2.3.3 紫蘇籽蛋白對(duì)小鼠肌糖原和肝糖原含量的影響

肌糖原和肝糖原是兩種主要的糖原貯存形式，它們?cè)跈C(jī)體中扮演著重要的能量?jī)?chǔ)備角色。肌肉中的糖原主要用于支持肌肉活動(dòng)，而肝臟中的糖原主要用于維持血糖水平。在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)動(dòng)或高強(qiáng)度運(yùn)動(dòng)中，機(jī)體需要更多的能量，這時(shí)肌糖原和肝糖原就開始發(fā)揮作用。然而，隨著運(yùn)動(dòng)時(shí)間的延長(zhǎng)和運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的增加，肌糖原和肝糖原的儲(chǔ)備也會(huì)逐漸減少。當(dāng)肌肉和肝臟中的糖原儲(chǔ)備下降到一定程度時(shí)，機(jī)體會(huì)感到疲勞。糖原儲(chǔ)備不足會(huì)直接影響運(yùn)動(dòng)能力和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間，所以通過檢測(cè)機(jī)體中肌糖原和肝糖原含量能夠直接測(cè)定小鼠的疲勞程度。

由圖5和圖6可知，對(duì)連續(xù)飼喂28 d的小鼠肌糖原和肝糖原含量進(jìn)行測(cè)定，發(fā)現(xiàn)飼喂高劑量紫蘇籽蛋白的小鼠肌糖原含量和肝糖原含量分別為1.6 mg/g和13.5 mg/g，明顯高于空白對(duì)照組、低劑量組和中劑量組，說明一定量的紫蘇籽蛋白能夠?yàn)樾∈髾C(jī)體提供能量，減少機(jī)體中肌糖原和肝糖原的消耗。

3 小結(jié)

本試驗(yàn)通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)紫蘇籽蛋白提取工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，研究結(jié)果表明，紫蘇籽蛋白最佳提取工藝為料液比例1∶20、堿提pH 10、堿提時(shí)間20 min和堿提溫度50 ℃，此時(shí)紫蘇籽蛋白提取率最高，為54.25%。利用Design-Expert 12軟件對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合分析，獲得紫蘇籽蛋白提取工藝參數(shù)的回歸模型：Y=53.12＋0.45A＋1.19B＋1.39C－0.051AB＋1.61AC－1.37BC－2.41A2－0.81B2－2.21C2，該模型的實(shí)際值與試驗(yàn)值之間的誤差小，具有較好的擬合效果。此外，還研究了飼喂不同濃度紫蘇籽蛋白提取物的小鼠運(yùn)動(dòng)后肌糖原和肝糖原含量的變化情況，發(fā)現(xiàn)一定量的紫蘇籽蛋白能夠減緩機(jī)體消耗肌糖原和肝糖原，展現(xiàn)出一定的抗疲勞活性。

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