全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 2012年 第37卷 第5期提取物与应用
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羽扇豆(Lupinus polyphyllus)又名鲁冰花，
为豆科羽扇豆属的多年生草本植物。羽扇豆中
含有5.5%~10%油脂、11%~14%的膳食纤维、
32%~36%的粗蛋白(食用羽扇豆的蛋白质高达50%)
以及少量的淀粉和大量的多聚半乳糖。与其他植
物性蛋白质相比，羽扇豆主要优点在于其蛋白质
含量很高，在豆科植物中仅低于大豆，但羽扇豆
的酶抑制因子含量通常低于大豆[1]。目前关于羽扇
收稿日期：2011-09-13 *通讯作者
作者简介：王姝(1986—)，女，山东平阴人，硕士，研究方向为食品化学。
豆的相关研究比较少，国内尚无关于羽扇豆蛋白
的报道。本文以羽扇豆籽粒为研究对象，通过对
羽扇豆蛋白提取及基本性质的研究，为羽扇豆开
发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
1.1.1 材料 羽扇豆：北京中特联农牧发展有限公
王 姝1，王昌涛2，于国萍1*
(1.东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030；
2.北京工商大学北京市植物资源研究开发重点实验室，北京 100048)
摘要：采用碱溶酸沉法对羽扇豆蛋白进行提取，利用响应面法对羽扇豆蛋白的提取工艺进行优
化，得到最佳提取工艺是：pH为9.9，液料比15.7，温度为55.5 ℃，提取时间为30.4 min，蛋
白最佳得率为13.2%。按照Osborne蛋白分级提取方法对羽扇豆蛋白进行了精细分类，分别得到
了羽扇豆清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，其中球蛋白含量最高。羽扇豆蛋白的功能性
质，包括溶解性、持水持油性、乳化性质，也进行了测定。
关键词：羽扇豆蛋白；提取；Osborne分级；功能性质
中图分类号： TS 201.2+1 文献标志码： A 文章编号：1005-9989(2012)05-0230-06
Extraction and functional propeties of lupin protein
WANG Shu1, WANG Chang-tao2, YU Guo-ping1*
(1.Food College, Northeast Agricultural University, Harbin 150030; 2.Beijing Technology and
Business University, Beijing 100048)
Abstract: The protein from liupin was extracted by alkali-solution and acid-isolation and the optimal
conditions are established as follows: pH 9.9, the ratio of solvent to meal 15.7, temperature 55.5 ℃
and 30.4 min. Under these conditions, the extraction yield was 13.13%. Four fractions of lupin proteins
were separated by Osborne method, among which the protein content of albumin was the highest.
Some functional properties of the protein, including the solubility, water-and oil-holding capacities, and
emulsifying activity, were deter-mined.
Key words: lupin protein; extraction; Osborne fraction; functional properties
羽扇豆蛋白的提取及性质研究
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2012.05.065
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司；大豆色拉油：市售。
1.1.2 药品试剂 考马斯亮蓝G-250、十二烷基
磺酸钠(SDS)、氢氧化钠、盐酸，所用试剂均为
分析纯。
1.2 仪器和设备
pHS-3D型pH计：上海三信仪表厂；T6新世
纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限
公司；RJ-TDL-5A低速大容量离心机：无锡市瑞
江分析仪器有限公司；DSHZ-300多用途水浴恒温
振荡器：江苏太仓市实验设备厂；JY5002型电子
天平：上海良平仪器仪表有限公司；ALPHA2-4/
LSC冷冻干燥器：德国Christ公司。
1.3 测定方法
1.3.1 蛋白含量测定方法 原料中粗蛋白含量的测
定用凯氏定氮法，参见GB/T5009.5—1985。原料
中水溶性蛋白含量的测定用考马斯亮蓝法，参见
GB/T5511—1985。
1.3.2 羽扇豆蛋白的碱溶酸沉提取制备 将羽扇豆
粉与去离子水按一定比例混合，用1 mol/L的NaOH
调至设定pH，按照设定的温度搅拌适当时间，
在4800 r/min离心10 min，考马斯亮蓝G-250测定
上清液中蛋白质含量。用稀盐酸调至等电点，离
心，冷冻干燥得羽扇豆粗蛋白[4-6]。蛋白羽扇豆得
率如下：
上清液中蛋白质残留率最低的pH即为等电点。
1.3.5 羽扇豆蛋白Osborne分级提取[5] 参照Osborne
蛋白分级法，将羽扇豆蛋白分级提取制备清蛋
白、球蛋白、醇溶蛋白及谷蛋白，采用凯氏定氮
法测定各类分提蛋白的含量，计算分提蛋白的相
对百分含量。
1.3.6 溶解性的测定[6] 样品的溶解性用氮溶解指
数(NSI)来评价。配制1%(w/v)样品溶液各25 mL，
用0.5 mol/L HCl或0.5 mol/L NaOH溶液分别调pH至
2.0、4.0、6.0、8.0，磁力搅拌1 h后，4000×g离心
20 min，采用考马斯亮蓝法测定上清液中的蛋白质
含量。
NSI(%)=上清液中氮含量/样品中氮含量×100
1.3.7 持水、持油能力测定[7] 称取0.5 g样品，加
5 mL去离子水于10 mL离心管中，震荡充分混匀，
室温下静置30 min后， 2000×g离心30 min，测定
上清液体积，体积前后差值即为样品吸水量。持
水性以每克样品吸附水的毫升数表示。
称取0.5 g样品，加5 mL大豆油于10 mL离心
管中，震荡充分混匀后，室温下静置30 min后，
2000×g离心30 min，测定上清液体积，体积前后
差值即为样品吸油量。持油性以每克样品吸附油
的毫升数表示。
1.3.8 乳化性质测定[8] 24 mL 0.1%(w/v)的样品溶液
用0.1 mol/L HCl或0.1 mol/L NaOH分别调pH至2.0、
4.0、6.0、8.0后，加入8 mL大豆色拉油，剪切乳
化仪11000 r/min搅打1 min，立即于容器底部取样
50 μL，用0.1%的SDS溶液稀释适当倍数，混匀后
500 nm处测定吸光值，以SDS溶液作为空白。室温
放置15 min后再次取样测定，记为EA15。乳化活性
(EA)按下式计算：
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ॗ䛻↵⋬ऺ̶⌱⋞͙㯷⮩䉔̹स̶⌱⋞㯷⮩䉔₷⪅⢳
Q)
Οࡂ≧ᕓ
fff/ HN& $ee-f
1.3.3 响应面设计实验 首先对碱提溶液料液比、
pH值、温度和时间进行单因素试验，确定其对羽
扇豆蛋白质的影响关系，然后采用Box-Behnken设
计法(表1)，设计响应面试验对提取工艺进行优化
试验。
表1 响应面设计因素水平及编码
因素
水平
-1 0 1
料液比 X1 1:12 1:14 1:16
pH X2 7 9 11
温度/℃ X3 35 55 75
时间/min X4 15 45 75
1.3.4 羽扇豆蛋白的等电点测定 取12 g羽扇豆
粉按液料比为15.7混合，用1 mol/L NaOH调pH至
9.9，室温搅拌30.4 min后4800 r/min离心10 min，
取等量上清液，用1 mol/L HCl调至不同pH沉淀离
心，分别测定沉淀前后上清液中蛋白质的含量，
式中：C为样品浓度，g/mL；
Φ为乳化液中油相的比例，0.25；
L为比色杯光径，1 cm；
N为稀释倍数。
2 结果与讨论
2.1 单因素实验及其分析
2.1.1 液固比对羽扇豆蛋白质得率的影响 在pH
9.0，温度60 ℃，时间60 min条件下，按液料比
12:1、14:1、16:1、20:1分别提取羽扇豆蛋白，测
定蛋白质得率。实验结果如图1。
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由图1可以看出，当液料比为12:1~14:1时，
得率增加速度较快，当料液比为14:1~20:1时，得
率变化不大。因此适宜的液料比为14:1。
2.1.2 pH 值对羽扇豆蛋白质得率的影响 在液固
比为14，温度60 ℃，时间60 min条件下，以NaOH
溶液调整碱提液pH值分别为7.0、8.0、9.0、10.0、
11.0，分别测定羽扇豆蛋白的得率。试验结果如
图2。
实验结果见图4。
图2 pH值对蛋白质提取率的影响
图3 碱提温度对蛋白质得率的影响
图4 碱提时间对蛋白质得率的影响
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ᬢ䬠NJO图1 液固比对蛋白质得率的影响
由图2可以看出，在pH为7.0~9.0时，随着pH
值的升高，蛋白质得率提高，但当pH值大于10，
随着pH值的升高得率下降，因而pH值控制在9。
2.1.3 温度对羽扇豆蛋白质得率的影响 在液固比
为14:1，pH值为9，时间为60 min条件下，分别于
35、45、55、65、75 ℃温度下提取羽扇豆蛋白，
测定蛋白质得率。实验结果如图3。
由图3可以看出，温度的高低对蛋白质的得率
影响较大。当温度高于55 ℃达到最大值，碱提温
度控制在55 ℃。
2.1.4 时间对羽扇豆蛋白质提取率的影响 在液固
比为14:1，pH值为9.0，温度为55 ℃的条件下分别
提取15、30、45、60、75 min，测定蛋白质得率。
由图4可以看出，随着碱提时间的延长蛋白
质得率增加。但当碱提时间达到45 min时，蛋白
质溶出率达到了动态平衡，蛋白质的得率变化不
大，因而浸提时间为45 min。
2.2 羽扇豆蛋白提取工艺优化
根据表1因素编码表做响应面实验，结果见
表2。
表2 实验设计及结果
实验号
因素
X1 X2 X3 X4
1 1 1 2 2 10.106
2 1 3 2 2 10.775
3 3 1 2 2 10.617
4 3 3 2 2 12.571
5 2 2 1 1 12.141
6 2 2 1 3 12.599
7 2 2 3 1 11.119
8 2 2 3 3 10.546
9 1 2 2 3 11.558
10 1 2 2 3 12.743
11 3 2 2 1 12.072
12 3 2 2 3 13.23
13 2 1 1 2 11.232
14 2 1 3 2 7.319
15 2 3 1 2 11.649
16 2 11 3 2 10.471
17 1 2 1 2 11.046
18 1 2 3 2 10.271
19 3 2 1 2 12.582
20 3 2 3 2 11.807
21 2 1 2 1 10.693
22 2 1 2 3 11.13
23 2 3 2 1 11.772
24 2 3 2 3 12.849
25 2 2 2 2 12.980
26 2 2 2 2 12.971
27 2 2 2 2 12.975
Y(得率/%)
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利用sas8.1软件对响应面进行分析，方差分析
表见表3。
表3 方差分析表
方差来源 自由度 平方和 F值 Pr>F 显著性
一次项 4 20.151417 17.51 <0.0001 **
二次项 4 17.452354 15.43 0.0001 **
交互项 6 2.561000 1.48 0.2638
总回归 14 40.468908 10.04 0.0001 **
总误差 12 3.453358
注：R2=92.14%，**为极显著(P<0.01)，*为显著(P<0.05)。
回归方程为：Y1=165.1645+12.29316X 1+
15.86282X2-16.03318X3-9.361202X1
2-31.23576X2
2-
28.43925X3
2
从表3方差分析可以得出羽扇豆蛋白提取了
方程的一次项和二次项极其显著，说明各具体实
验因素对响应值的影响不是简单的一次线性关
系。交互作用不显著，因此各因素之间的交互作
用很小，因素相互之间的作用在实验中基本没有
影响。所以在以后实验汇中可以不考虑各个因素
之间的交互作用。另外，总回归P=0.0004<0.05，
说明该模型拟合效果很好，回归模型是高度显著
的，说明实验具有很高的可信性和准确性。
响应面图形是响应值对各个实验因子所构成
的三维空间曲面图，可以直观看出最佳参数及各
个因素之间的相互作用。如果1个响应曲面坡度相
对平缓，表明其可以忍受处理条件的改变，而对
响应值影响不大，相反，如果1个响应曲面坡度非
常陡峭，表明处理条件对响应值影响较大[9]，结果
见图5~图10。
采用sas8.1软件对实验进行典型分析得到的最
优组合为料液比15.7，处理时间30.4 min，提取pH
值9.9，提取温度55.5 ℃，最大得率为13.1%。上
述优化条件制备羽扇豆蛋白质，再次测定蛋白得
:
9
9
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9
9
9
9
:
9
9
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9
9
:
9
9
JYFEMFWFMT喝9 9
图5 F(X1，X2)的响应曲面-等高线图
图6 F(X1，X3)的响应曲面-等高线图
图7 F(X1，X4)的响应曲面-等高线图
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率为13.2%，与理论预测值相差不显著。因此，利
用响应面法优化羽扇豆蛋白提取工艺得到的工艺
参数准确可靠。
2.3 等电点测定
向碱提取液中加入酸，调酸沉pH值分别为
2.8、3.3、3.8、4.3、4.8、5.3，酸沉温度为4 ℃，
时间为2 h进行实验，测定不同pH值下蛋白质残留
率，见图11。
白残留率，此时蛋白质的提取率最高，因此等电
点为4.3，这与H.Lqari分析结果一致[3]。
2.4 采用Osborn法分级提取蛋白质
采用Osborne分级提取羽扇豆蛋白，清蛋白、
球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，各组分含量如表4。
表4 羽扇豆蛋白中各类蛋白的相对百分含量 %
蛋白种类 清蛋白 球蛋白 醇溶蛋白 谷蛋白
含量 31.59 54.55 0.47 13.38
通过以上分析可得羽扇豆蛋白中球蛋白的含
:
9
9
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9
9
:
9
9
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9
9
:
9
9
JYFEMFWFMT喝9 9
9
9
图11 pH值对蛋白质残留率的影响
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₷⪅
⢳
Q)
㯷⮩
⏢㼏
Ꮢ
图12 羽扇豆蛋白在不同pH下的溶解度曲线由图11可见，在pH 4.3时上清液具有最小蛋
图8 F(X2，X3)的响应曲面-等高线图
图9 F(X2，X4)的响应曲面-等高线图
图10 F(X3，X4)的响应曲面-等高线图
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量最高，达54.6%，醇溶蛋白和谷蛋白含量较低，
球蛋白是主要蛋白质[10]。
2.5 功能性质测定
2.5.1 溶解性 pH对蛋白质溶解度的影响见图
12，pH为2和8时溶解度最大，在4~6之间溶解
度最小。
2.5.2 持水、持油性
表5 羽扇豆分离蛋白的持水/油能力
项目 持水能力/(mL/g) 持油能力/(mL/g)
羽扇豆分离蛋白 2.02 3.7
表5所示为羽扇豆分离蛋白的持水/油能力，
分别为2.02 mL/g和3.7 mL/g。持油性和持水性代表
了蛋白质相对立的两个方面的性质。一般而言，
蛋白质的溶解性越好，其持水能力越差。利用羽
扇豆蛋白较好的持水、持油的功能特点，可以减
少制品在加工过程中水分的流失和脂肪的溢出，
提高产品的品质和口味。
2.5.3 乳化性质
Q)
&&
&
N
H
图13 羽扇豆蛋白在不同pH值下的乳化性曲线
温度为55.4 ℃，提取时间为30.4 min。
(2)Osborne分级提取羽扇豆蛋白，分离得到
的羽扇豆清蛋白、球蛋白、谷蛋白和醇溶蛋白为
31.59%、54.55%、0.47%、13.38%，球蛋白为主
要蛋白质。
(3)羽扇豆蛋白持水、持油性分别为2.02 mL/g
和3.7 mL/g。羽扇豆蛋白pH值为4~6时的溶解度最
小，而在碱性和酸性条件下，溶解度较高，乳化
活性好。
参考文献：
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从图13可知，乳化曲线类似于溶解度曲线，
等电点附近乳化活性差，偏离等电点乳化活性增
强。当pH值在2.0~4.0时乳性逐渐下降，但pH为
4.3即等电点为最小，之后又随着pH值得增加而升
高。在pH为2和8时，乳化性高达44.95 m2/g和43.20
m2/g，并且在碱性条件下具有很强的稳定性，故
可作食品工业中良好的乳化剂。
3 结论
(1)实验结果表明，羽扇豆蛋白的等电点为
4.3，最佳提取工艺为pH值为9.9，料液比为15.7，
《食品科技》2012年每册25元，全年300元
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