全 文 ：食 品 科 技
FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY 粮食与油脂
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2016年 第41卷 第05期
燕麦(Avena sativaL.)优质的营养价值比其他谷
物更早受到认可。其营养素不仅价值高，含量也
高。如可溶性纤维、蛋白质、不饱和脂肪酸、维生
素、矿物质和抗氧化剂[1]。特别是燕麦蛋白，含量
较高，营养平衡，其氨基酸组成优于其他谷物。
收稿日期：2015-12-08 *通讯作者
基金项目：内蒙古农牧业科学院青年创新基金项目(2015QNJJN03)。
作者简介：马萨日娜(1984—)，女，博士，助理研究员，主要从事农产品加工及贮藏工程的研究工作。
蛋白质改性通常跟物理、化学或酶作用改变
其结构有关，致使性质及结构特征改变[2-3]。与强
酸碱水解对比，蛋白质酶水解，用选择性蛋白
酶，反应条件温和，很少甚至没有不良副反应
物[4-7]。酶解产生的肽键比原蛋白分子量小，二级
马萨日娜1,2，张美莉2*，王晓冬1，包小兰2
(1.内蒙古农牧业科学院，呼和浩特 010031；
2.内蒙古农业大学食品科学与工程学院，呼和浩特 010018)
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谷蛋白，利用蛋白酶水解
后以水解度和对·OH清除率为指标，通过正交试验对酶解裸燕麦谷蛋白的工艺进行探索。
SDS-PAGE电泳结果显示裸燕麦谷蛋白分子量范围在(20~97) ku，且最佳水解蛋白酶为碱性蛋
白酶。谷蛋白酶解最佳工艺为：底物浓度10 g/L，酶用量10%，pH值8.5，温度55 ℃。在最佳
酶解条件下水解度近40%，·OH清除率达60%以上。
关键词：裸燕麦；谷蛋白；电泳；水解
中图分类号：TS 210.1 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2016)05-0163-05
Optimization of hydrolysis conditions of naked oats glutelin
MA Sarina1,2, ZHANG Mei-li2*, WANG Xiao-dong1, BAO Xiao-lan2
(1.Inner Mongolia Academy of Agricultural & Husbandry Science, Hohhot 010031; 2.College
of Food Science and Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018)
Abstract: Took naked oats as raw material, separated glutelin through Osborne, then hydrolyzed by
protease. DH and scavenging ·OH as index, orthogonal test were taken to hydrolyze naked oats glutelin.
SDS-PAGE electrophoresis showed that naked oats glutelin molecular weight ranged from 20 ku to 97
ku, alkaline was the better one to hydrolyze glutelin. The obtained optimum glutelin hydrolysis parameters
were as follows: concentration of substrate 10 g/L, dose of enzyme 10%, pH8.5, temperature 55 ℃. With
these parameters, the DH reached nearly 40%, the ratio of scavenging ·OH could reach higher than 60%.
Key words: naked oats; glutelin; electrophoresis; hydrolysis
裸燕麦谷蛋白酶解条件的优化
DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2016.05.031
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结构更少，等电点附近溶解性增加，黏性降低，
起泡性，胶凝性，乳化性得到显著变化。
学者研究并报告了有些植物蛋白的水解，如
小麦、高粱、大米、花生、黄豆、蚕豆、豇豆、
葵花[8-11]。通常，有关燕麦麸皮蛋白酶解有少数研
究和报告[12]，但燕麦谷蛋白酶解分离肽结构性质
方面尚无报告。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
裸燕麦：内蒙古农业大学农学院，贮藏
于(0~4) ℃；考马斯亮蓝G-250、十二烷基硫
酸钠(SDS)、丙烯酰胺(Acr)、甲叉双丙烯酰胺
(Bis)、三羟甲基氨基甲烷(Tris)、四甲基二乙胺
(TEMED)、碱性蛋白酶、复合蛋白酶、过氧化
氢、盐酸、过硫酸铵、硫酸亚铁铵、水杨酸、氢
氧化钠：分析纯。
1.2 仪器与设备
DYCZ-24D垂直电泳槽、DY-602稳流稳压电
泳仪、WD-9405A脱色摇床：北京六一仪器厂；
紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责
任公司；高速冷冻离心机：湖南湘仪实验室仪器
开发有限公司；冷冻干燥机：北京博医康实验仪
器公司。
1.3 方法
1.3.1 裸燕麦谷蛋白的制备 裸燕麦经去壳、脱
毛、磨粉、脱脂后，采用Osborne法[13]制备裸燕麦
谷蛋白。
1.3.2 十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳
(SDS-PAGE)测定分子量[14] 采用15%的分离胶，
5%的浓缩胶对谷蛋白及标准蛋白进行SDS-PAGE
电泳分析，上样量10 μL。恒流30 mA，5 h后，
用考马斯亮蓝R-250染色1 h，醋酸、乙醇脱色过
夜，并在凝胶电泳系统成像仪下拍照。
1.3.3 裸燕麦谷蛋白的酶解工艺
裸燕麦谷蛋白——→预温，调pH值——→恒
温酶解(加入0.5 mol/L NaOH溶液稳定体系pH值)→
记录消耗碱液＋100 ℃水浴灭酶5 min→冷却(1.0
mol/L HCl调节pH值至蛋白等电点)→10000×g离心
15 min→上清液
1.3.4 水解度(DH)的测定 采用pH-stat法[15-16]。
1.3.5 ·OH清除活性 采用水杨酸法。测定方法[17]
按表1所示。
表1 羟自由基清除法实验步骤
试剂 对照管/mL
参比管/
mL
样品管/
mL
样参管/
mL
硫酸亚铁铵
(7.5×10-3 mol/L) 1 1 1 1
水杨酸(7.5×10-3 mol/L) 1 — 1 —
过氧化氢(0.3%) 1 1 1 1
样品液 — — 1 1
在10 mL比色管中依次加入7.5×10-3 mol/L的
硫酸亚铁铵1 mL，7.5×10-3 mol/L的水杨酸1 mL，
0.3%的过氧化氢1 mL，最后分别加入1 mL提取液
并定容至10 mL，30 min后，测其在510 nm处的吸
光度，根据以下公式计算自由基清除率：
清除率(%)=(A对－A样)/A对×100=[(A对照－A参比)
－(A样品－A样参)]/(A对照－A参比)×100
1.3.6 谷蛋白水解酶筛选 选取碱性蛋白酶和复
合蛋白酶，分别在各自最适条件下对裸燕麦谷蛋
白进行水解。以酶解物对·OH的清除率，水解度
(DH%)为指标，筛选出适合酶解裸燕麦谷蛋白的
蛋白酶。
1.3.7 单因素条件对谷蛋白酶解的影响
1.3.7.1 水解时间的影响 30 g/L的裸燕麦谷蛋白
在酶用量10%、55 ℃、pH8.5的条件下，分别水解
0.5、1.5、2.5、3、3.5、4 h。
1.3.7.2 底物浓度的影响 在酶用量为10%、水解
温度为55 ℃、pH8.5的条件下，分别对底物浓度为
10、20、30、40、50 g/L的裸燕麦谷蛋白水解3 h。
1.3.7.3 酶用量的影响 30 g/L的裸燕麦谷蛋白在水
解温度55 ℃、pH8.5、酶用量分别为2.5%、5%、
7.5%、10%、15%、20%的条件下，水解3 h。
1.3.7.4 水解温度的影响 30 g/L的裸燕麦谷蛋白
在酶用量10%、pH8.5、水解温度分别为40、45、
50、55、60、65 ℃的条件下，水解3 h。
1.3.7.5 pH值的影响 30 g/L的裸燕麦谷蛋白在
酶用量10%、55 ℃、pH分别为7.5、8、8.5、9、
9.5、10的条件下，水解3 h。
1.3.8 正交试验设计优化谷蛋白酶解条件 在单因
素的试验基础上，选择酶用量、温度、pH值、底
物浓度4个因素进行L9(34)的正交试验，具体的试
蒸馏水 蛋白酶
表2 裸燕麦谷蛋白酶解试验因素与水平表
水平
因素
底物浓度/(g/L) A 酶用量/% B pH值 C 温度/℃ D
1 10 5 8 50
2 20 7.5 8.5 55
3 30 10 9 60
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验方案见表2。以酶解物对水解度(DH%)，·OH清
除率为指标，优化酶解条件。
1.4 数据处理
采用SPSS Statistics17.0分析软件进行数据
处理。
2 结果与分析
2.1 裸燕麦谷蛋白SDS-PAGE电泳分析
图1 裸燕麦谷蛋白的SDS-PAGE图谱
图4 水解时间对谷蛋白水解度与·OH清除率的影响
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裸燕麦谷蛋白SDS-PAGE电泳分析如图1所
示，结果显示裸燕麦谷蛋白粗提物在(20~97) ku上
都有条带分布，主要分布在(29~66) ku。这与Yu-
Wei[18]报道的燕麦谷蛋白分子量分布一致。
2.2 最适作用酶的选择
碱性蛋白酶和复合蛋白酶水解裸燕麦谷蛋白
的水解度及·OH清除能力的测定见图2、图3。采
用碱性蛋白酶水解裸燕麦谷蛋白时，水解度最大
可达30%以上，对·OH清除率可达47.70%；而复
合蛋白酶的水解度与清除·OH能力均较低，最高
值分别为25.07%和26.64%。所以碱性蛋白酶优于
复合蛋白酶。不同来源的蛋白质的酶具有不同的
特性，其对相同蛋白质的水解作用有所不同。有
关资料表明，碱性蛋白酶较适于水解植物蛋白。
来源于地衣芽孢杆菌的碱性蛋白酶Alcalase FG
2.4 L，它可裂解蛋白中相对大的氨基酸侧链及其
Met、Glu、Tyr、Gln、Leu和Lys的羧端肽键，碱性
蛋白酶更容易作用于肽键[19]。
2.3 单因素条件对裸燕麦谷蛋白水解的影响
2.3.1 水解时间对裸燕麦谷蛋白水解的影响 从图
4可以看出，碱性蛋白酶对谷蛋白的水解度在前1.5
h增加迅速，之后趋于平缓。·OH清除率在水解
初期趋于增加，但3 h后急剧下降。结合水解度与
·OH清除率的共同影响，谷蛋白的最适水解时间
为3 h。
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图2 碱性蛋白酶与复合蛋白酶对谷蛋白水解度的影响
图3 碱性蛋白酶与复合蛋白酶对·OH清除率的影响
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2.3.2 底物浓度对裸燕麦谷蛋白水解的影响 图
5显示随着底物浓度的增加，水解度和·OH清除
率总体呈现降低趋势，即在底物浓度为10 g/L时
水解度最大，之后逐渐下降。而·OH清除率在底
物浓度为30 g/L时略有增加，但仍小于10 g/L时，
故最适底物浓度为10 g/L。这主要是由于当酶被
底物饱和之后，底物浓度的增加不会使得水解速
率增加。反而是，当底物浓度增加达到一定的高
值时，反应体系内的流动性会变差，则不利于底
物与酶的接触，从而使得其水解度发生降低的现
象，这与文献报道一致[20]。
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图5 底物浓度对谷蛋白水解度与·OH清除率的影响
图6 酶用量对谷蛋白水解度与·OH清除率的影响
图8 pH值对谷蛋白水解度与·OH清除率的影响
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2.3.3 酶用量对裸燕麦谷蛋白水解的影响 由图6
可知，在2.5%~5%时，随着酶用量的增加，谷蛋
白水解度和·OH清除率随之增加；当酶用量达到
5%时，谷蛋白·OH清除率达到最大值。之后随
着酶用量的增大，谷蛋白·OH清除率趋于下降，
而水解度变化趋势趋于平缓。故最适酶用量为
5%。
2.3.4 水解温度对裸燕麦谷蛋白水解的影响 图7
显示谷蛋白水解度和·OH清除率随着水解温度的
变化情况。其中，水解度变化较为平缓，55 ℃时
最高，为38.75%。而·OH清除率随温度的升高，
先增加后下降，当水解温度55 ℃时清除率达最高
值。这主要是在低温时，蛋白酶特定的空间结构
不能够进行充足的舒展，从而抑制蛋白酶的活性
的发挥。而当温度过高时，则会破坏蛋白酶特
定的空间结构，使其失去或者部分丧失酶的活
性，从而造成蛋白水解度的下降。因此，选择
55 ℃作为这2种平衡过程中酶反应的最佳适宜
温度。
2.3.5 pH值对裸燕麦谷蛋白水解的影响 一般情况
下，Alcalase碱性蛋白酶最佳的pH值约为8，因此
本文分析了pH值在7~10的区间对于裸燕麦谷蛋白
水解的影响。如图8所示，随着pH值的增大，谷
蛋白水解度和·OH清除率随之增加，当pH值达到
8.5时，谷蛋白水解度和清除率达到最大值，之后
二者都呈现下降趋势，故最适水解pH值为8.5。
2.4 裸燕麦谷蛋白酶解正交试验结果
表3 裸燕麦谷蛋白正交试验结果及分析
试验号
因素 DH值
/%
清除
率/%A B C D
1 1 1 1 1 36.33 49.42
2 1 2 2 2 33.55 64.69
3 1 3 3 3 39.68 45.33
4 2 1 2 3 31.47 42.28
5 2 2 3 1 35.66 52.12
6 2 3 1 2 30.25 53.31
7 3 1 3 2 28.14 56.20
8 3 2 1 3 26.47 36.33
9 3 3 2 1 29.66 60.78
水 k1 36.52 31.98 31.02 33.88
解 k2 32.46 31.89 31.56 30.65
度 k3 28.09 33.2 34.49 32.54
R 8.43 1.31 3.47 3.23
清 k1 53.15 49.3 46.35 54.11
除 k2 49.24 51.05 55.92 58.07
率 k3 51.1 53.14 51.22 41.31
R′ 3.91 3.84 9.01 16.76
由表3可以看出，从水解度的角度出发，最
优水平的组合为A1B3C3D1，即底物浓度10 g/L、酶
用量10%、pH9、温度50 ℃。各因素主次顺序为
底物浓度＞pH值＞温度＞酶用量。对于·OH清
除率而言，最优水平组合A1B3C2D2，即底物浓度
10 g/L、酶用量10%、pH8.5、温度55 ℃。各因素
主次顺序为温度＞pH值＞底物浓度＞酶用量。考
虑到2个组合水解度都相对较高，因此以清除率为
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图7 温度对谷蛋白水解度与·OH清除率的影响
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主要指标，并温度对清除率的影响大于水解度，
pH值对两者影响相当，综合各因素影响大小，确
定最佳酶解条件是底物浓度10 g/L、酶用量10%、
pH8.5、温度55 ℃，并对此结果进行多次重复试
验，表明其酶解条件稳定，重现性好，水解度近
40%，·OH清除率达60%以上。
表4 模型的显著性分析表
方差
来源 因变量 平方和
自由
度 均方差 F值 P值
模型
DH值 28707.807 9 3189.756 1756.818 0.000
清除率 72601.523 9 8066.836 4674.409 0.000
A DH值 319.936 2 159.968 88.105 0.000
清除率 68.843 2 34.422 19.946 0.000
B DH值 9.559 2 4.780 2.633 0.099
清除率 66.535 2 33.268 19.277 0.000
C DH值 62.961 2 31.480 17.338 0.000
清除率 411.598 2 205.799 119.252 0.000
D DH值 47.596 2 23.798 13.107 0.000
清除率 1380.075 2 690.038 399.849 0.000
误差
DH值 32.682 18 1.816
清除率 31.063 18 1.726
总和
DH值 28740.488 27
清除率 72632.586 27
从表4可知，模型对DH值和清除率的P值都小
于0.01，因而，此模型有效。因素A、C、D对DH
值和清除率的P值都小于0.01，说明A、C、D的3
个水平对DH值和清除率的影响有极其显著的差
异；同理可知，因素B的3个水平对清除率的影响
有极其显著的差异；而对DH值的P值为0.099，
大于0.05，说明B的3个水平对DH值的影响无显
著差异。
3 结论
SDS-PAGE电泳结果显示：裸燕麦谷蛋白粗
提物在(20~97) ku上都有条带分布，主要分布在
(29~66) ku。采用碱性蛋白酶水解裸燕麦谷蛋白
效果优于复合蛋白酶。碱性蛋白酶酶解裸燕麦谷
蛋白的最佳工艺条件为底物浓度10 g/L，酶用量
10%，pH值8.5，温度55 ℃。在最佳酶解条件下水
解度近40%，·OH清除率达60%以上。
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收稿日期：2015-12-31
基金项目：四川省教育厅一般项目(15ZB0310)；四川旅游学院大学生科研项目(2014XKZ11)。
作者简介：张淼(1984—)，女，四川南充人，讲师，研究方向为食品加工与检测技术。
张 淼，周凌洁，李燮昕，段志君
(四川旅游学院食品学院，成都 610100)
摘要：以黄玉米碴为原料，采用乳酸对玉米淀粉进行酸法改性，在单因素试验的基础上采用响
应面法对玉米粉增筋工艺进行优化。选择浸泡浓度、浸泡时间、浸泡温度3因素3水平进行近似
可旋转中心组合试验设计，建立酸改性玉米粉保水力和感官评价值的二次回归方程，确定酸法
改性的最优工艺条件。结果表明，乳酸浓度4.8%，浸泡时间5.9 h，浸泡温度55 ℃，在此条件
下玉米面团的保水力和感官评价值最高。
关键词：玉米；酸法改性；响应面法
中图分类号：TS 235.1 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2016)05-0168-06
Application of corn powder gluten fortifi er by acid-modifi ed method
ZHANG Miao, ZHOU Ling-jie, LI Xie-xin, DUAN Zhi-jun
(Food Science Department, Sichuan Tourism College, Chengdu 610100)
Abstract: The response surface methodology was used to optimize the acid-modified method on corn
powder gluten fortifier. Based on one-factor-at-a-time experiments, lactic acid concentration, soaking
time and soaking temperature were used to carry out a 3-variable, 3-level central composite design, and
established quadratic regression model. The best process parameters of corn powder are: 4.8% lactic acid
concentration, soaking 5.9 h with a temperature of 55 ℃.
Key words: corn; acid modifi cation; response surface regression
酸法改性在玉米粉增筋关键技术
研究中的应用
Characterization of protein fractions from chickpea
(Cicer arietinum L.) and oat (Avena sativa L.) seeds using
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DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2016.05.032