全 文 ：食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
188 2010 Vol. 36 No. 7 (Total 271)
裸燕麦球蛋白提取条件及其功能特性研究*
蔺瑞1，张美莉1，刘全旺2
1(内蒙古农业大学食品科学与工程学院，内蒙古 呼和浩特，010018)
2(内蒙古伊利实业集团股份有限公司，内蒙古 呼和浩特，010080)
摘 要 以裸燕麦为原料，采用 Osborne 蛋白分级方法分离提取裸燕麦球蛋白，并对其溶解性、乳化性、起泡性、
黏度等功能特性进行测定。结果表明:裸燕麦球蛋白提取的最佳条件为，NaCl质量分数 10%，料液比 1∶ 10(g∶
mL)，提取时间 35 min，提取 5 次，提取率可达 90%以上。在碱性条件下(pH值 9. 0)裸燕麦球蛋白呈现出较好的
溶解性(溶解度达 85. 1%)，乳化性(53. 6 m2 /g)和起泡性(86. 9%)，并有较好的乳化稳定性和气泡稳定性，其黏
度也随浓度的增加而增加。
关键词 裸燕麦，球蛋白，溶解性，功能特性
第一作者:硕士研究生(张美莉教授为通讯作者，E-mail:zhang-
meili22@ sina． com)。
* 农业部现代燕麦产业技术体系项目;教育部留学回国基金项目
收稿日期:2010 － 04 － 07，改回日期:2010 － 05 － 26
内蒙古是我国历年种植燕麦面积最大的省份，约
占全国种植面积的 35 %以上［1］。在这一地区发展
燕麦生产具有得天独厚的绿色生态条件。
燕麦具有抗血脂成分、高水溶性胶体、营养平衡
的蛋白质等，它对提高人类健康水平有着非常重要
的价值。因而被营养学家誉为“全价营养食品”［2］。
国内外大量研究表明，燕麦籽粒中的粗蛋白高达
12% ～18%，居其他禾谷类作物之首。燕麦中蛋白质
是任何谷物中氨基酸最平衡的谷物之一，这些蛋白质
中含有 18 种氨基酸，其中 8 种是人体必需氨基酸，且
配比合理、人体利用率高，其蛋白质营养价值可与鸡
蛋媲美［3 ～ 5］。近些年来，西方国家由于过量食用动物
蛋白，从而导致肥胖症、肝损伤、血糖、血脂异常等
“富贵病”，于是，将目光转向大豆、燕麦等高营养植
物蛋白。对于缺乏动物蛋白的第三世界国家和贫困
地区，燕麦食品无疑是一种很好的植物蛋白来源［6］。
本试验采用 Osborne分级法提取裸燕麦球蛋白，
寻找最佳提取工艺条件提高蛋白提取率，并对裸燕麦
球蛋白的溶解性、乳化性、起泡性、黏度等功能特性进
行研究，为裸燕麦蛋白的开发利用提供理论依据。
1 材料与方法
1． 1 材料及主要仪器
材料:裸燕麦，取自内蒙古武川县，贮藏于 0 ～
4℃;大豆色拉油，市售。
药品试剂:牛血清白蛋白(BSA)、VC(Sigma 化学
药品公司) ;考马斯亮蓝 G － 250、十二烷基硫酸钠
(SDS)、邻二氮菲、硫酸亚铁、双氧水等为分析纯
(AR)。
主要仪器:K9850 全自动凯氏定氮仪(济南海能
仪器有限公司) ，紫外可见分光光度计(北京普析通
用仪器有限责任公司) ，H2500R-2 高速冷冻离心机
(湖南湘仪实验室仪器开发有限公司) ，RE-52AA 旋
转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂) ，FD-2 冷冻干燥机
(北京博医康实验仪器公司)。
1． 2 实验方法
1. 2． 1 Osborne法提取裸燕麦球蛋白
裸燕麦去壳、脱毛、磨粉，并在低温下用乙醚或石
油醚浸泡 80 目裸燕麦粉去除脂肪，得到裸燕麦脱脂
粉，于 4℃下保存备用。采用 Osborne［7］方法分级提
取裸燕麦球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白，测定各贮藏蛋白
的含量，并对提取球蛋白工艺条件进行优化。
1. 2． 2 温度对裸燕麦球蛋白提取率的影响
分别在 0 ～ 4℃，25 ～ 29℃，40 ～ 45℃下提取裸燕
麦球蛋白，测定蛋白提取率及清除羟自由基能力［8］。
1. 2． 3 单因素提取条件对球蛋白提取率的影响
1. 2． 3. 1 NaCl质量分数的影响
5 g脱脂裸燕麦粉在料液比 1 ∶ 15(g∶ mL)、提取
时间 40 min、NaCl 质量分数分别为 5%、8%、10%、
15%NaCl的条件下，提取上清液，测定其蛋白浓度。
1. 2． 3. 2 料液比的影响
设计料液比分别为 1∶ 5、1∶ 8、1∶ 10、1∶ 12、1∶ 15、1
∶ 20、1∶ 25，10% NaCl提取 40 min，测定其蛋白浓度。
1. 2． 3. 3 提取时间的影响
DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.2010.07.029
分离与提取
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设计提取时间分别为 15、20、25、30、35、40、45、
50 min，料液比 1∶ 15，10%NaCl，测定其蛋白浓度。
1. 2． 3. 4 提取次数的影响
在料液比 1∶ 15、提取时间 40 min、NaCl 10%的条
件下，提取上清液，如此重复溶解、离心、收集上清液
共 7 次。合并上清液并测定其蛋白浓度。
1. 2． 4 正交试验设计优化球蛋白提取条件
在单因素试验的基础上，选取 NaCl质量分数、料
液比、提取时间为因素，设计正交试验(表 1) ，以裸燕
麦球蛋白提取率为指标进行考察。
表 1 球蛋白提取因素与水平表
水平
因素
(A)
NaCl质量分数 /%
(B)
料液比
(C)
提取时间 /min
1
2
3
8
10
15
1∶ 10
1∶ 12
1∶ 15
30
35
40
1. 2． 5 裸燕麦球蛋白的溶解性测定［10］
依据对氮溶解指数(NSI)所述方法加以改进，将
4 份 15 mL 1%裸燕麦球蛋白溶液，用 0. 5 mol /L HCl
或 0. 5 mol /L NaOH 溶液分别调 pH 值至 3. 0、5. 0、
7. 0、9. 0，磁力搅拌 45 min 后，10 000 g 离心 15 min，
采用考马斯亮蓝法测定上清液中的蛋白质含量，并绘
制出 NSI-pH曲线。
NSI /% =(上清液中蛋白质含量 / 样品中蛋白
质含量)× 100
1. 2． 6 裸燕麦球蛋白的乳化活性测定［11］
对 Pearce K N所述方法加以改进，将 12 mL 1%
裸燕麦球蛋白溶液用 0. 1mol /L HCl 或 0. 1mol /L
NaOH分别调 pH 值 至 3. 0、5. 0、7. 0、9. 0 后，加入 4
mL脱酸大豆色拉油，磁力搅拌 1 min 后，立即于容器
底部取样 50 μL，用 0. 1% 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 30 min 后再次取样测定。计算并作
图。
乳化活性(EAI)按下式计算:
EAI = 2 × 2. 303 × A0 × N /(c ×Φ × L × 10 000)
乳化稳定性(ESI)按下式计算:
ESI =(A0 × t)/(A0 － A1)
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;A0 为 0 时的吸光度;A1 为 30 min 后的吸光度;t
时间间隔(30 min)。
1. 2． 7 裸燕麦球蛋白的黏度测定
在 35℃、pH 值 7. 0 条件下将裸燕麦球蛋白溶液
分别配成 15、25、50、100、200 g /L 溶液，用黏度计测
其表观黏度。
1. 2． 8 裸燕麦球蛋白的起泡性测定［12］
分别称取 4 份 20 mL，20 g /L 样品溶液，用
0. 5mol /L HCl或 0. 5mol /L NaOH 溶液分别调 pH 值
至 3. 0、5. 0、7. 0、9. 0，然后以 9 500 r /min 高速搅打 3
min，测量搅打停止时的液体总体积 V0 和搅打 30 min
和 60 min 后的液体总体积 V1。
起泡能力(FA)/% =［(V0 － 20)/20］ × 100
泡沫稳定性(FS)/% =［(V1 － 20)/20］× 100
2 结果与分析
2. 1 裸燕麦蛋白的组成分布
通过索氏抽提法测得裸燕麦中脂肪所占比例为
19. 8%。裸燕麦脱脂粉中总蛋白利用凯氏定氮法测
得约占 13%，各贮藏蛋白成分的分布情况如图 1 所
示。裸燕麦蛋白质中的球蛋白为主要蛋白质，占裸燕
麦总蛋白的 55%，占脱脂粉的 7. 15%。其次是谷蛋
白，占总蛋白的 30%。醇溶蛋白占 11%，其他蛋白占
4%。这与胡新中［13］报道的燕麦蛋白组成相一致。
图 1 蛋白质组分在裸燕麦蛋白中的分布
2. 2 温度对裸燕麦球蛋白提取率的影响
为了确定适宜的提取温度，以蛋白提取率和清除
羟自由基能力为考察指标进行试验。由表 2 可知，提
取温度在 40 ～ 45℃时球蛋白提取率最高为 41. 9%，
而羟自由基清除率为 28. 5%。提取温度在 0 ～ 4℃时
球蛋白提取率为 27. 5%，而羟自由基清除率最高为
47. 1%，所以本试验选择提取温度为 0 ～ 4℃。
表 2 温度对球蛋白提取率及羟自由基清除率的影响
提取温度 /℃ 0 ～ 4 25 ～ 29 40 ～ 45
提取率 /%
清除率 /%
27. 5
47. 1
24. 6
42. 6
41. 9
28. 5
2. 3 单因素提取条件对裸燕麦球蛋白提取率的影响
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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2. 3. 1 NaCl质量分数对球蛋白提取率的影响
球蛋白不溶于水和高浓度的盐溶液，但溶于稀盐
溶液，故称为盐溶蛋白［14］。由图 2 可知，随着 NaCl
质量分数的增加，提取率有所上升，但当 NaCl质量分
数增加到 10%时提取率达到最大值，而后稍有下降。
故最适 NaCl质量分数为 10%。
图 2 NaCl质量分数对球蛋白提取率的影响
2. 3. 2 料液比对裸燕麦球蛋白提取率的影响
由图 3 可知，随着料液比的增加，球蛋白提取率
呈不规律波动。当料液比 1∶ 12(g∶ mL)时，球蛋白提
取率达最高，为 30. 2%。如果料液比过小，提取体系
的黏度过大，不利于蛋白质的溶出，使提取不完全;但
增大料液比到一定比例后，蛋白溶出量达最大，而后
趋于平缓或下滑。故最适料液比为 1∶ 12。
图 3 料液比对球蛋白提取率的影响
2. 3. 3 提取时间对裸燕麦球蛋白提取率的影响
由图 4 可知，随着提取时间的增加，球蛋白提取
率不断上升，当提取时间为 35 min 时，球蛋白提取率
最高，为 32. 0%，随后趋于平缓。提取时间不宜过
长，否则蛋白质易变性或易受微生物污染。故最适提
取时间为 35 min。
2. 3. 4 提取次数对裸燕麦球蛋白提取率的影响
由图 5 可知，随着提取次数的增加，球蛋白提取
率不断上升，当提取次数为 5 次时，球蛋白的提取率
最高为 72. 5%，随后趋于平缓，表明残渣中球蛋白已
基本提取完全。故最适提取次数为 5 次。
图 4 提取时间对球蛋白提取率的影响
图 5 提取次数对球蛋白提取率的影响
2. 4 正交试验设计优化球蛋白提取条件
从表 3 中的提取率可以看出，A2B1C2 的提取率
最高为 90. 4%，通过极差 R值的比较得出，影响本试
验结果因素的主次顺序为 NaCl质量分数 ＞提取时间
＞料液比，表明 NaCl 质量分数是提取球蛋白的关键
影响因素。通过比较 k1、k2、k3，得最优试验方案为
A2B1C3，考虑到试验效率，确定最佳提取条件为
A2B1C2，即 NaCl质量分数 10%，料液比 1∶ 10，提取时
间 35 min。对最佳试验方案 A2B1C2 进行多次重复试
验验证，结果表明该提取条件稳定，重现性好，提取率
达到 90%以上。
表 3 球蛋白提取正交试验结果
试验号 A B C 提取率 /%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
K1
K2
K3
k1
k2
k3
R
1
1
1
2
2
2
3
3
3
182. 1
250. 5
201. 4
60. 7
83. 5
67. 1
22. 8
1
2
3
1
2
3
1
2
3
223. 6
204. 1
206. 3
74. 5
67. 9
68. 8
6. 6
1
2
3
2
3
1
3
1
2
189. 7
210. 5
233. 8
63. 2
70. 2
77. 9
14. 7
52. 5
60. 0
69. 6
90. 4
83. 5
76. 6
80. 7
60. 6
60. 1
分离与提取
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2. 5 裸燕麦球蛋白的溶解性
试验显示 pH 值对裸燕麦球蛋白溶解性有一定
的影响(图 6)。pH 值在 3. 0 ～ 5. 0 时球蛋白溶解性
是逐渐下降的，之后随着溶液 pH 值的增加，球蛋白
的溶解性逐渐上升。pH值为 5. 0 时的球蛋白溶解度
最小为 53. 2%，而在碱性和酸性条件下，球蛋白获得
了净正电荷和负电荷，增强了分子间的排斥力，分子
分散性好，因此溶解度高［15］。这与荞麦球蛋白溶解
度在 pH 值 7 ～ 10 时可达 90%以上［16］和豇豆 7S 球
蛋白的溶解性在 pH ＜4. 2 和 pH ＞6. 8 时可达 90%以
上的研究结果相似［17］。若把裸燕麦球蛋白添加到如
焙烤制品和肉糜制品，既可强化营养，又能充分利用
其溶解性，从而改善食品的内在品质和感官性能。
图 6 裸燕麦球蛋白在不同 pH下的溶解度曲线
2. 6 裸燕麦球蛋白的乳化性
蛋白质乳化性是指蛋白质能使油与水形成稳定
的乳化液而起乳化剂的作用，主要包括乳化能力和乳
化稳定性［18］。由图 7 可知，当 pH 值在 3. 0 ～ 7. 0 时
球蛋白乳化性及乳化稳定性是逐渐下降的，之后随着
溶液 pH 值的增加而升高。pH 值 7. 0 时球蛋白乳化
性及乳化稳定性最小，为 18. 1 m2 /g和 13. 0 m2 /g，而
在碱性条件下乳化性及乳化稳定性最高为 53. 6 m2 /
g和 20. 2 m2 /g，表明球蛋白易于展开和定向排列，降
低水和油的表面张力，形成稳定的界面膜结构，故可
作食品工业中良好的乳化剂。
图 7 裸燕麦球蛋白在不同 PH下的乳化性曲线
2. 7 裸燕麦球蛋白的黏度
黏度在调整食品的物性方面是很重要的。由图
8 可知，球蛋白浓度在 1. 5% ～ 5%时，黏度变化较为
平缓，但当浓度高于 10%时，黏度上升较快。球蛋白
溶液黏度变化较小，具有在高浓度时低黏度的特性，
特别适合应用在需要高蛋白质含量而又有较好流动
性的食品中，既可以作为食品中氮源的良好补充，又
不会影响食品的流体性质，有利于工业化操作。
图 8 不同浓度裸燕麦球蛋白的粘度曲线
2. 8 裸燕麦球蛋白的起泡性
由图 9 可知，球蛋白起泡性随着 pH 值的增加，
呈现先减小后增大的趋势，并在 pH 值 5. 0 时起泡性
最低，而在碱性条件下，球蛋白起泡性增大。试验显
示裸燕麦球蛋白具有较好的起泡能力，且气泡稳定性
较好，有利于蛋白质分子更快速的吸附至气-液界面。
图 9 裸燕麦球蛋白在不同 PH下的起泡性
3 结论
(1)试验结果表明，裸燕麦中总蛋白约占 13%，
其中球蛋白占总蛋白的 55%，为主要蛋白;其次为谷
蛋白占 30%;醇溶蛋白占 11%，其他蛋白占 4%。
(2)本试验选择提取蛋白活性最高的温度为 0 ～
4℃。在此温度下，提取裸燕麦球蛋白的最佳条件为
NaCl质量分数 10%，料液比 1∶ 10(g∶ mL) ，提取时间
35 min，提取次数为 5 次，提取率可达 90%以上。
(3)裸燕麦球蛋白 pH值为 5. 0 时的溶解度最小
食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES
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为 53. 2%，而在碱性和酸性条件下，溶解度较高。碱
性条件下球蛋白乳化性可达 53. 6 m2 /g。随着球蛋
白浓度的增加，黏度也随之增加。碱性条件下，球蛋
白起泡性可达 86. 9%，30 min 和 60 min 气泡稳定性
也较好。利用裸燕麦球蛋白功能特性改善食品的内
在品质和感官性能极具潜力。
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Optimum Extraction Condition and Functional Characteristics
of Globulin from Naked Oat Seeds
Lin Rui1，Zhang Mei-li1，Liu Quan-wang2
1(College of Food Science and Engineering，Inner Mongolia Agricultural University，Hohhot 010018，China)
2(Inner Mongolia Yili Industrial Group CO. LTD.，Hohhot 010080，China)
ABSTRACT Main storage protein fractions (globulin)were extracted from naked oat by Osborne methods in order
to determine the structures and functional properties of protein fractions． The result indicated that the optimum extrac-
tion condition of globulin were 10%NaCl，liquor ratio 1∶ 10，extraction time 35min，and extraction 5 times． The ex-
traction rate was 90% in the above condition ． Determination of functional properties showed that globulin has a higher
standard of solubility (85． 1%) ，emulsibility (53． 6 m2 /g) ，foamability (86． 9%)under alkalinity condition (pH
9. 0)and the viscosity of globulin increases along with the concentration increasing．
Key words naked oat，globulin，solubility，functional properties