全 文 ：现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2012, Vol.28, No.11
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裸燕麦麸皮蛋白的提取工艺及理化性质研究

张民，王婵，毕华，张丽丽
(天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津 300457)
摘要：采取裸燕麦麸皮为原料，优化了蛋白提取的工艺条件，并测定了蛋白质的等电点、黏度、热力学性质及原子力形貌观察。
在裸燕麦麸皮的蛋白提取工艺中，以 NaOH 浓度、料液比、提取时间、提取次数、提取温度为单因素进行实验，并用考马斯亮蓝法
对蛋白含量进行测定，根据单因素实验结果做正交实验，得蛋白质的最佳提取条件为 0.15%的 NaOH 溶液，料液比 1:8，50 ℃提取 4
次，每次提取 20 min。该条件下，蛋白质的提取率为 74.43%，所提取的蛋白质的等电点为 4.8。特性黏度为 10.22 g/mL，变性温度为
61.49 ℃，原子力显微镜观察呈球状颗粒均匀分布，部分分子抱团聚集，高度为 4 nm 左右，最高处可达到 19 nm。
关键词：燕麦麸皮；蛋白质；等电点；黏度
文章篇号：1673-9078(2012)11-1495-1499
Study on Extraction of Oat Bran Protein and the Physicochemical
Property of Oat Bran Protein
ZHANG Min, WANG Chan, BI Hua, Zhang Li-Li
(College of Food Engineering and Biotechnology, Tianjin University of Science & Technology, Tianjin 300457)
Abstract: The optimization of oat bran protein of the laboratory condition was investigated, and the isoelectric point was analyzed.
coomassie blue staining was used as detection method of protein A serial orthogonal experiment was designed and best extraction process was as
follows: concentration of NaOH 0.15%, solid-liquid ratio 1:8, extraction time 20 min, extraction times 4, and extraction temperature 50 . The ℃
extraction was 74.43%, and the isoelectric point was discovered to be pI=4.8. The Intrinsic viscosity was 10.22 g/mL, and its denaturation
temperature was found to be 61.49 . AFM scanning atlas℃ indicated that the protein were globular and of uniform size. The three-dimensional
graphics showed that the height is about 19 nm.
Key words: oat bran; protein; pI; viscosity

燕麦，又名雀麦、野麦，是一种低糖、高营养、
高能食品。现代营养学和医学研究表明，燕麦含有多
种活性营养成分，具有降血脂、降血糖、减肥和美容
等多种功能[1~3]。燕麦营养成分涉及燕麦的蛋白质、脂
肪、淀粉、膳食纤维、抗氧化物、维生素和矿物质等，
燕麦品种、产地及气候环境变化均会对燕麦营养乃至
功能成分产生影响[4~5]。燕麦蛋白中的必需氨基酸比重
较高，符合 FAO/WHO 提出的参考蛋白模式[6]，是一
种营养全面的优质蛋白质。本文旨在研究燕麦蛋白的
提取工艺及其理化性质的研究，为其生产应用提供基
础参数。
1 材料与方法
收稿日期：2012-06-18
基金项目：国家自然科学基金（31171781）；天津科技大学学校基金
（20100212）
作者简介：张民（1972-），男，博士，教授，博士生导师，研究方向：食品
化学与食品营养
1.1 原料
裸燕麦麸皮（河北省张北县燕北绿色保健食品
厂）；氢氧化钠；盐酸；考马斯亮蓝试剂；石油醚等试
剂均为分析纯。
1.2 主要仪器设备
JD1000-2 电子天平，沈阳龙腾；SY-2-4 水浴锅，
天津欧诺仪器仪表有限公司；752 型紫外-可见分光光
度计，上海青华科技仪器有限公司；DH-101 电热恒
温鼓风干燥箱，天津市中环实验电炉有限公司；
DSC-60A 差示量热扫描仪，日本岛津公司；JSPM-5200
型原子力显微镜，日本 JEOL 公司；乌氏黏度计。
1.3 工艺流程
碱法提取裸燕麦麸皮蛋白的工艺流程为：麸皮→过筛（200
目）→石油醚脱脂→碱液浸提→离心分离→上清液→等电点沉
降→离心→干燥→燕麦麸皮蛋白
1.4 试验方法
1.4.1 裸燕麦麸皮中蛋白质含量的测定
裸燕麦麸皮中的蛋白质含量测定按照 GB 5009.5
DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2012.11.026
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-2010[8]。
1.4.2 裸燕麦麸皮蛋白提取的单因素实验
1.4.2.1 NaOH 浓度单因素实验
分别称取 3 g裸燕麦麸皮，分别配制浓度为 0.05%、
0.10%、0.15%、 0.20%、0.25%、0.30%的 NaOH 溶液，
料液比选取 1:10，在 50 ℃下，提取 30 min，提取 1 次，
根据蛋白提取质量绘制单因素图。
1.4.2.2 提取温度单因素实验
分别称取 3 g 裸燕麦麸皮，料液比选取 1:10，NaOH
溶液浓度为0.15%，在温度分别为30 ℃、40 ℃、50 ℃、
60 ℃、70 ℃、80 ℃下，提取 30 min，提取 1 次，根
据蛋白提取质量绘制单因素图。
1.4.2.3 料液比单因素实验
分别称取 3 g 裸燕麦麸皮，NaOH 溶液浓度为
0.15%，料液比分别选取 1:6、1:8、1:10、1:12、1:14，
于 50 ℃下提取 30 min，提取 1 次，根据蛋白提取质
量绘制单因素图。
1.4.2.4 提取时间单因素实验
分别称取 3 g 裸燕麦麸皮，NaOH 溶液浓度为
0.15%，料液比选取 1:10，于 50 ℃下分别提取 20 min、
40 min、60 min、80 min、100 min，各提取 1 次，根据
蛋白提取质量绘制单因素图。
1.4.3 裸燕麦麸皮蛋白提取的正交实验设计
由单因素实验结果设计选取正交实验因素水平表
（见下表 1），做 L16(45)实验。
1.4.4 裸燕麦麸皮蛋白等电点测定
裸燕麦麸皮的等电点测定采用酸沉淀法[9~10]。分别
量取 20 mL 蛋白粗提液，取 6 等份，用 1 mol/L 的盐酸
溶液将 pH 值分别调至 3、4、5、6、7、8，放于 4 ℃
下静置 4 h。取出于 10000 r/min 离心 30 min，测沉淀质
量。根据上述研究结果，进一步对 pH 为 3.6~5.6 的蛋
白质沉淀情况进行细化研究，操作方法同上。
1.4.5 裸燕麦麸皮蛋白的黏度测定
配制初始浓度为 C1 的蛋白溶液，选取内径 0.47
mm 的乌氏黏度计，精确量取 7 mL 加入，在 25 ℃水
浴中下保温 15 min，测定溶液流出时间，记录液面降
至两刻度线的时间差 T1，重复测量 3 次。然后依次向
其中加入 3.5 mL 溶剂、3.5 mL 溶剂、7 mL 溶剂，浓度
依次稀释为 2/3 C1，1/2 C1，1/3 C1，分别测定其溶液流
出时间 T2、T3、T4，再测定溶剂的留出时间，记为 T0，
计算不同浓度的相对黏度、增比黏度和比浓黏度。以
比浓黏度为纵坐标，溶液黏度为横坐标作图，得到回
归曲线，通过计算得到裸燕麦麸皮蛋白的特性黏度。
将乌氏黏度计分别置于 20 ℃、30 ℃、40 ℃、

50 ℃下保温 15 min，测定溶液的运动黏度。
ν=Kt （1）
注：ν：运动黏度；K：常数-0.005466 mm2/s2；t：时间。
向蛋白溶液中添加 NaCl 和蔗糖，分别调其浓度为
0.1 mol/L、0.3 mol/L、0.5 mol/L、0.7 mol/L、0.9 mol/L，
在 25 ℃下测定其运动黏度。
1.4.6 裸燕麦麸皮蛋白的热力学性质测定
采用差示扫描量热法（DSC）测定其热力学性质。
准确称取蛋白 2~3 mg 于固体坩埚中，压片。升温速率
5 ℃/min，扫描范围为 25 ℃~200 ℃，得 DSC 曲线。
以空固体坩埚为空白对照。
1.4.7 裸燕麦麸皮蛋白的原子力显微镜形貌观察
AFM 制样：称取 1 mg 的裸燕麦麸皮蛋白溶于 10
mL 的溶剂中，充分搅拌溶解，4 ℃放置过夜，使样品
均匀分散。取 3 µL 滴于新鲜解离的云母片上，空气中
干燥。滴加无水乙醇固定，防止蛋白从盖玻片表面脱
附，样品干燥后进行 AFM 观察。
AFM 观测：采用日本 JEOL 公司的 JSPM-5200 型
原子力显微镜。分辨率：以云母表面晶格为准，XY 方
向 2Å，Z 方向＜0.5Å；针尖逼近行程及精度：行程≥
20 mm，精度≤0.1 μm。探针为 Si3N4(弹性系数 7.5
N/m)，原子力显微镜微悬臂长 110±5 μm，图像均在
Tapping 模式下获得，共振频率为 1 KHz。所有实验均
在大气压及常温(20 )℃ 下完成，湿度为 50%~60%。扫
描最大范围为 2.0 μm× 2.0 μm。
2 结果与讨论
2.1 裸燕麦麸皮中蛋白质的含量
裸燕麦麸皮中蛋白质的含量为 16.7%。
2.2 裸燕麦麸皮中蛋白提取单因素实验
由单因素实验结果选取 NaOH 浓度、料液比、提
取温度、提取次数的相应水平做正交实验。
2.3 裸燕麦麸皮中蛋白提取正交实验结果
裸燕麦麸皮蛋白提取的正交实验因素水平表、正
交实验结果和方差分析分别见表 1、2、3。

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图1 燕麦麸皮蛋白提取单因素实验结果
Fig.1 The single factor experiment result of extraction on oat
bran protein
注：a-NaOH 浓度单因素实验；b-料液比单因素实验；c-
提取时间单因素实验；d-提取温度单因素实验；e-提取次数单
因素实验。
由表 2 的直观分析可以看出各因素的影响顺序依
次为：提取次数＞NaOH 浓度＞温度＞料液比。

表 1 燕麦麸皮蛋白提取的正交实验因素表
Table 1 The orthogonal factors level table of extraction on
oat bran protein
水平
A (NaOH
浓度/%)
B (料液
比)
C (温度
/℃)
D (提取
次数)
E 空白
1 0.15 1: 8 40 1 1
2 0.2 1:12 50 2 2
3 0.1 1:14 70 4 3
4 0.05 1:10 60 3 4
表2 燕麦麸皮蛋白提取正交实验结果
Table 2 The orthogonal experimental results of extraction on
oat bran protein
实验号 A B C D E 提取率/%
1 1 1 1 1 1 33.49
2 1 2 2 2 2 50.11
3 1 3 3 3 3 74.21
4 1 4 4 4 4 72.02
5 2 1 2 3 4 63.39
6 2 2 1 4 3 67.23
7 2 3 4 1 2 44.16
8 2 4 3 2 1 50.05
9 3 1 3 4 2 36.03
10 3 2 4 3 1 51.79
11 3 3 1 2 4 38.78
12 3 4 2 1 3 18.76
13 4 1 4 2 3 55.14
14 4 2 3 1 4 31.07
15 4 3 2 4 1 58.16
16 4 4 1 3 2 67.78
K1 57.46 47.01 51.82 31.87 48.37
K2 56.21 50.05 47.60 48.52 49.52
K3 36.34 53.82 47.84 64.29 53.83
K4 53.04 52.15 55.77 58.36 51.31
R 21.12 6.81 8.17 32.42 5.46
表3 燕麦麸皮蛋白提取正交实验方差分析表
Table 3 The orthogonal experimental analysis if variance of
extraction on oat bran protein
来源 平方和 自由度 均方和 F 值 显著性
A 1150.923 3 383.6409 16.93 *
B 103.5806 3 34.52687 1.52 NO
C 179.0555 3 59.68518 2.63 NO
D 2410.913 3 803.6375 35.47 **
误差 67.96617 3 22.65539
注 ： ** ： P ﹤ 0.01 F0.01(3,3)=29.5 ； * ： P ﹤ 0.05
F0.05(3,3)=9.28。
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由方差分析可以看出提取次数对蛋白的提取有极
显著性影响，NaOH 浓度有显著性影响。结合直观分析
和方差分析可以得出最优组合为：D3A1C2B1。即为
NaOH 浓度为 0.15%，提取次数：4 次，温度：50 ℃；
提取时间：20 min，料液比：1:8。
由于该正交实验没燕麦麸皮进行验证实验，得到蛋
白提取率为 74.43%，符合正交实验结果。
2.4 裸燕麦麸皮蛋白等电点测定结果

图2 燕麦麸皮蛋白等电点测定
Fig.2 The PI of oat bran protein
注：a-pH 值 3~8 燕麦麸皮蛋白等电点图；b-pH 值 3.6~5.6
燕麦麸皮蛋白等电点图。
在等电点时，蛋白质分子以两性离子形式存在，
其分子净电荷为零(即正负电荷相等)，此时蛋白质分
子颗粒在溶液中因没有相同电荷的相互排斥，分子相
互之间的作用力减弱，其颗粒极易碰撞、凝聚而产生
沉淀，所以蛋白质在等电点时，其溶解度最小，最易
形成沉淀物。测得裸燕麦麸皮蛋白的等电点为 4.8。
2.5 裸燕麦麸皮蛋白的黏度测定结果
由裸燕麦麸皮蛋白的特性黏度实验得回归方程
y=2792.1x+10.222，R2=0.9977。裸燕麦麸皮的特性黏度
为 10.22 g/mL。
从分子运动来看，流体的粘滞力主要来自分子间相
互的吸引力，粘滞力越小的流体其流动性越好。由于
添加蔗糖和 NaCl，蛋白分子运动空间减小，粘滞力增
大，运动黏度逐渐增大，所以运动黏度随着 NaCl 和蔗
糖离子强度的增加而逐渐增加，而蔗糖的分子量大于
NaCl，蔗糖对蛋白的黏度影响较大；温度越高，分子
运动加剧，静摩擦力减小，随着温度的升高，黏度逐
渐减小。

图3 燕麦麸皮蛋白黏度的测定
Fig.3 The viscosity of oat bran protein
注：a-不同离子强度下裸燕麦麸皮蛋白的黏度曲线；b-不
同温度下裸燕麦麸皮蛋白的黏度。
2.6 裸燕麦麸皮蛋白的 DSC 测定结果

图 4 燕麦麸皮蛋白DSC测定
Fig.4 The DSC of oat bran protein
蛋白质是具有一定氨基酸序列的多肽链相互缠绕
而形成其所特有的空间构象，热是蛋白质最普通的物
理因素，由于受到外界因素温度的影响，随着温度的
升高，氢键断裂，分子缠绕破坏，空间结构发生变化，
从而蛋白质发生变性。由裸燕麦麸皮蛋白的 DSC 图中
看出，蛋白的 TP 为 61.49 ℃，To 为 66.28 ℃，Tm 为
71.86 ℃，△H 为 2.07 J/g。
2.7 裸燕麦麸皮蛋白的 AFM 测定结果
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图5 燕麦麸皮蛋白的原子力显微镜照片
Fig.5 The AFM of oat bran protein
由原子力显微镜形貌观察可以看出，燕麦麸皮蛋
白在云母片上呈球状颗粒，且分布均匀，有部分分子
抱团形成聚集体，高度为 4 nm 左右，最高处可达到 19
nm。
3 结论
采用国标测得裸燕麦麸皮中蛋白质含量为 16.7%；
采用碱提的工艺提取燕麦麸皮中蛋白的最佳工艺条件
为：NaOH 浓度为 0.15%，提取次数：4 次，提取温度：
50 ℃；提取时间：20 min，料液比：1:8；燕麦麸皮中
的蛋白质等电点为 4.8；特性黏度为 10.22 g/mL，其运
动黏度均随着温度的升高逐渐降低，随着 NaCl 和蔗糖
的添加而逐渐增大，且蔗糖对其影响较大；裸燕麦麸
皮蛋白的变性温度为 61.49 ℃，其焓值为 2.07 J/g；由
AFM 图看出蛋白呈球状颗粒均匀分布，高度为 4 nm
左右，最高处可达到 19 nm。
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还有其它因素，如离子强度和蛋白浓度等对这两种球
蛋白纤维聚集的影响，有待进一步研究。
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