全 文 ：《食品工业》2016 年第37卷第 7 期 1
工艺技术
盐水浸提法提取张溪香芋蛋白的工艺优化
童晶晶1，张晓元2, 3*，赖富饶1，吴晖1*
1. 华南理工大学轻工与食品学院，食品安全与检测研究中心（广州 510641）；
2. 韶关市华工高新技术产业研究院（韶关 512029）；3. 华南理工大学工业技术研究总院（广州 510641）
摘 要 以张溪香芋为原料, 研究用盐水浸提法提取香芋蛋白的工艺流程及工艺条件, 分别探讨提取温度、料液
比、NaCl浓度、提取时间和提取次数对香芋蛋白提取率的影响。结果表明, 提取温度、料液比和NaCl浓度对蛋白
提取率具有显著性影响, 香芋总蛋白提取物的等电点为2.83, 通过单因素试验、正交试验及验证试验, 香芋蛋白提取
的最佳工艺条件为: 提取温度50 ℃、料液比1︰30 g/mL、NaCl质量分数0.3%、提取时间0.5 h、提取次数2次。在此
条件下, 蛋白质的提取率为55.68%。
关键词 香芋; 蛋白质; 盐水浸提法; 工艺
Study on Extracting Protein from Zhangxi Taro by Salt Dissolving Method
Tong Jing-jing1, Zhang Xiao-yuan2, 3*, Lai Fu-rao1, Wu Hui1*
1. Food Safety and Inspection Research Center, School of Light Industry and Food Science, South China
University of Technology (Guangzhou 510641); 2. High and New Technology Industry Research of Institute
of South China University of Technology of Shaoguan (Shaoguan 512029);
3. Industrial Technology Research Institute of South China University of Technology (Guangzhou 510641)
Abstract Experiments concerning extracting protein from Zhangxi taro had been conducted. The effects of factors (extraction
temperature, the ratio of solid to liquid, concentration of NaCl solution, extraction time, and extraction times) on the yield of
protein had been studied. Based on the single-factor experiments, orthogonal experiment had been employed to optimize
extraction conditions. The results showed that the isoelectric point of taro protein was 2.83. The optimum extraction conditions
for taro protein were: water temperature of 50 ℃, ratio of solid to liquid of 1︰30 g/mL, concentration of NaCl solution of 0.3%,
extraction time of 0.5 h, and extraction times of 2 times. Under these conditions, the yield of polysaccharide reached 55.68%.
Keywords taro; protein; salt dissolving method; technology
*通讯作者；基金项目：韶关市科技攻关项目（2013CX/N05）
芋头（Colocasia esculenta（L.）Schott）属天南星
科魁芋属。芋头原产印度或中国，在世界范围内广为
栽培，但以巴西、喀麦隆栽培最盛，其次为中国、日
本及太平洋群岛。根据联合国粮农组织（FAO）统计
资料表明，世界范围芋头的种植总面积约为1 077 660
hm2，平均产量约为6.1 t/hm2，其消费量在蔬菜中居第
14位[1]。
芋头块茎含有丰富的营养物质，研究者对国内30
多个芋头品种的蛋白质和氨基酸组成进行研究发现，
芋头的蛋白质含量平均为9.30%，含18种氨基酸，且
与蛋白质含量成正相关，必需氨基酸占总氨基酸的
43.42%[2]。研究表明，香芋中的蛋白属于块茎类蛋
白，主要是储藏蛋白[4]，在香芋的生长过程中主要发
挥储藏功能，同时具有防御、抑菌等[5]功能。目前，
国内对芋头的研究主要为种植、栽培和淀粉粗加工
上，对其蛋白质的分离、提取和功能的研究较少。常
银子等[7]利用木瓜蛋白酶提取芋艿蛋白质，提取率为
10.20%，提取率较低，尚不能满足工业生产。
张溪香芋是广东省最受消费者喜爱的特产之一，
个大，内有槟榔花纹，煮熟时松软如棉，香气四溢；
香芋中含有优质的蛋白质，具有多种生理活性，能提
高机体免疫力。试验通过蛋白提取的工艺优化，提高
香芋蛋白的提取率。对香芋蛋白提取工艺的应用研
究，提高香芋蛋白的提取效率，将为其工业生产与深
加工、蛋白功能评价研究等奠定基础。
1　材料与方法
1.1　试验试剂和仪器
1.1.1　试验试剂
浓盐酸、氢氧化钠、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、
氯化钠、磷酸、考马斯亮蓝、无水乙醇：分析纯，购
自广州卯林仪器有限公司。
1.1.2　试验仪器
KDN-102F自动定氮仪：上海纤检仪器有限公
司；752s型紫外-可见分光光度计：上海棱光技术有
限公司；ZHZ-82A型恒温振荡器：太仓市实验设备
厂；HR2003型搅拌机：Philips公司；高速冷冻离心
机：安徽嘉文仪器装备有限公司；雷磁复合pH计：
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工艺技术
上海仪电科学仪器股份有限公司；GZX-9140MBE型
数显鼓风干燥箱：上海博讯实业有限公司；WH-2型
微型涡旋混合仪：上海沪西分析仪器厂有限公司；
FA2204B型电子天平：上海精密科学仪器有限公司。
1.2　试验方法
1.2.1　样品预处理
选取大小中等，无机械损伤的新鲜香芋，用蒸馏
水洗去表面泥沙，晾干，去皮备用，样品预处理后进
行成分检测和工艺研究。
1.2.2　香芋营养成分的测定
粗蛋白的测定参照国标GB 5009.5—2010；粗纤
维的测定参照国标GB 5009.88—2008；淀粉的测定
参照国标GB 5009.9—2008；灰分的测定参照国标GB
5009.4—2010；粗脂肪的测定参照国标GB 5009.6—
2003；水分的测定参照国标GB 5009.3—2010；还原糖
的测定参照国标GB 5009.7—2008。
1.2.3　香芋蛋白的测定
粗蛋白的测定参照国标GB 5009.5—2010。可溶性
蛋白的测定采用考马斯亮蓝染色法。
香芋蛋白提取率= ×100% （1） Mi
M0×W
式中：M0——样品质量，g；Mi——提取液中蛋
白质量，g；W——粗蛋白含量，%。
标准曲线的绘制：以牛血清白蛋白（BSA）为
标准物质，配制0.1 mg/mL BSA标准溶液，分别取0，
0.1，0.2，0.4，0.6和0.8 mL于试管中，用蒸馏水补充
至1 mL，加入5 mL考马斯亮蓝染色液，准确反应5 min
后595 nm比色测定，蒸馏水调零。
样品测定：加1 mL蛋白样品液于试管中，加入5
mL考马斯亮蓝染色液，准确反应5 min后595 nm比色
测定，蒸馏水调零。
考马斯亮蓝染色液：称量0.1 g考马斯亮蓝G-250
加入50 mL 90%乙醇和100 mL 85%磷酸，用蒸馏水定
容至1 L，4 ℃冰箱保存。
1.2.4　蛋白等电点测定
取50 mL蛋白提取液，用6 mol/L HCl和1 mol/L
NaOH调节pH至2.0~10.0，3 000 r/min离心15 min，上
清液在280 nm比色。吸光度最低的就是香芋蛋白的等
电点。
1.2.5　蛋白提取工艺流程
鲜香芋块茎→预处理→取适量块茎打浆→加入一
定比例不同浓度的盐溶液→120 r/min水浴处理一定
时间→5 000 r/min 4 ℃离心15 min→取上清液测定蛋
白含量
1.2.6　NaCl质量分数对香芋蛋白提取率的影响
取一定量的鲜香芋打浆，按1︰50 g/mL的料液比
分别加入0.05%，0.1%，0.3%，0.5%，0.7%和0.9%的
NaCl混合，于30 ℃、120 r/min水浴振荡1 h。离心，
取上清液测定蛋白含量。
1.2.7　料液比对香芋蛋白提取率的影响
取一定量的鲜香芋打浆，分别按1︰10，1︰20，
1︰30，1︰40，1︰50和1︰60 g/mL的料液比加入0.1%
NaCl混合，于30 ℃、120 r/min水浴振荡1 h。离心，
取上清液测定蛋白含量。
1.2.8　提取时间对香芋蛋白提取率的影响
取一定量的鲜香芋打浆，按1︰50 g/mL的料液比
加入0.1% NaCl混合，于30 ℃、120 r/min分别水浴振
荡0.5，1，1.5，2，2.5和3 h。离心，取上清液测定蛋
白含量。
1.2.9　提取温度对香芋蛋白提取率的影响
取一定量的鲜香芋打浆，按1︰50 g/mL的料液比
加入0.1% NaCl混合，分别于20 ℃，30 ℃，40 ℃，50
℃，60 ℃和70 ℃，120 r/min水浴振荡1 h。离心，取
上清液测定蛋白含量。
1.2.10　提取次数对香芋蛋白提取率的影响
取一定量的鲜香芋打浆，分别按1︰50 g/mL的料
液比加入0.1% NaCl混合，于30 ℃、120 r/min水浴振
荡1 h。离心，取上清液测定蛋白含量。将残渣重复提
取5次。
1.2.11　正交试验
试验对香芋蛋白的盐法提取进行优化分析，探讨
香芋蛋白的得率与NaCl浓度、料液比和提取温度的关
系，为开发香芋蛋白提供进一步的有益参考。采用正
交表进行试验设计，选用三水平的正交表L9(34)进行试
验（见表1）。
表1　正交试验因素水平表
因素 水平1 2 3
A NaCl质量分数/% 0.1 0.3 0.5
B料液比/g·mL-1 1∶30 1∶40 1∶50
C提取温度/℃ 30 40 50
1.2.12　验证试验
对香芋蛋白提取工艺优化的结果进行重复试验，
以验证工艺条件的可靠性。
1.3　数据分析
采用SPSS 17.0对数据进行显著性分析，采用Excel
2007和Origin 7.5进行绘图。
2　结果与分析
2.1　香芋主要组成成分分析
如表2所示，试验所用张溪鲜香芋块茎除水分
（77%）外，营养组成以淀粉（15.70%）和蛋白质
（1.85%）为主。淀粉含量与南太平洋地区芋头相
当，粗纤维含量低，为0.31%，粗脂肪含量为0.9%，
较红芽芋头和南太平洋地区芋头含量高。淀粉含量
高，纤维含量低使得张溪香芋具有较好的口感，深受
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消费者喜爱。张溪芋头中蛋白质含量比其他两个品种
低。芋头中的黏液蛋白含有18种氨基酸，种类齐全且
构成合理[2]。
可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝法，横坐标为
蛋白溶液的浓度，纵坐标为595 nm的吸光度，标准曲
线为y=0.005 89x+0.078 06，R2=0.994 8，回归关系的
相关性较高，可作为标准曲线使用。
表2　不同品种芋头块茎主要组成成分分析
组成 含量/%张溪香芋 红芽芋头[1] 南太平洋地区芋头[8]
水分 77 82.88 77.5
粗脂肪 0.9 0.096 0.2
灰分 0.79 0.76 -
淀粉 18.46 13.4 19
粗纤维 0.31 1.37 0.4
还原糖 0.68 - -
蛋白质 (N×6.25) 1.85 2.18 2.5
注:“-”表示未检测。
2.2　香芋蛋白等电点的测定
蛋白质提取液随pH的增大，离心上清液的吸光度
呈现先降低后增大再趋于平缓的趋势。pH为2.83时，
上清液吸光度具有最低值，说明pH为2.38时上清液中
溶解的蛋白质最少，即香芋蛋白的等电点为2.83（图
1）。离等电点越远，上清液吸光度越增大，pH 6以
后曲线趋于平缓。在pH＞10的范围内，会对蛋白质的
功能产生不可逆的影响[10]，对蛋白质进行提取时溶
剂的pH可以选择pH 6~10的范围内，以获得较高的提
取率。
图1　pH对蛋白质溶解度的影响
2.3　香芋蛋白提取的单因素分析
2.3.1　NaCl浓度对香芋蛋白提取的影响
根据蛋白质的盐溶盐析效应，蛋白质在低盐浓度
时具有盐溶效应，在高盐浓度时具有盐析效应。蛋白
提取率在不同的NaCl质量分数间具有显著性差异（图
2），提取液的蛋白含量随NaCl质量分数的增大呈先
增大后降低趋势，在0.1%时提取率最大，为58%，当
盐含量小于0.1%时，随着盐浓度的增加，蛋白质分子
表面的电荷增加，使得蛋白质分子与水的相互作用增
强，蛋白质的溶解度增大，当盐含量大于0.1%时，蛋
白质的胶体性质遭到破坏，使蛋白质聚集沉淀，从而
蛋白质溶解度降低。
图2　NaCl质量分数对香芋蛋白提取率的影响
2.3.2　料液比对香芋蛋白提取率的影响
料液比对蛋白提取率的影响具有显著性差异
（图3），随着溶剂比例的增大，蛋白提取率逐渐增
大，在料液比达到1︰50 g/mL时，提取率达到最大值
49%，之后略有下降。当料液比1︰10 g/mL时，溶液
黏度较高，对蛋白质的溶出产生一定的阻力，随着溶
剂比例的增大，黏度逐渐降低，对蛋白质溶出的阻力
减少，蛋白质的提取率增大，在料液比1︰50 g/mL时
达到最大，之后略有降低，可能是由于溶剂体积增大
到一定程度后不是主要影响因素，过大的溶剂体积反
而降低蛋白的溶出度[9]。
图3　料液比对香芋蛋白提取率的影响
2.3.3　提取时间对香芋蛋白提取率的影响
图4　提取时间对香芋蛋白提取率的影响
提取时间对蛋白的提取率没有显著性影响（图
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4），即提取30 min后继续延长提取时间，蛋白的提取
率基本保持不变，考虑到长的提取时间需要消耗大量
的能量，成本会大大增加，所以为节约能量，提高效
率，提取时间选0.5 h比较合适。
2.3.4　提取温度对香芋蛋白提取率的影响
提取温度对蛋白提取率产生显著性影响（图
5），在20 ℃~40 ℃之间，提取率随温度升高呈缓慢
增长，但相互之间没有显著性关系，在温度40 ℃时，
提取率达到最大，40 ℃~70 ℃之间，提取率随温度的
升高呈直线下降，可能是由于温度升高导致蛋白质变
性沉淀，随滤渣一起过滤掉，同时温度提高到一定程
度时，物料中淀粉的糊化速度增加，糊化会使提取液
的黏稠度增加而减少蛋白的溶出[3]。
图5　提取温度对香芋蛋白提取率的影响
2.3.5　提取次数对香芋蛋白提取率的影响
图6中，提取次数对蛋白的提取率具有显著性影
响，第1次提取的提取率为48.29%，第2次提取的提取
率为54.44%，之后增加提取次数，蛋白的提取率略有
增长，但增长均较低，为节约时间，降低成本，提高
效益，综合考虑提取2次。
图6　提取次数对香芋蛋白提取率的影响
2.4　香芋蛋白的正交分析
由表3极差分析结果表明，影响蛋白提取率的主
次因素为C＞B＞A，即提取温度＞料液比＞NaCl质
量分数，最佳的提取条件为提取温度50 ℃、料液
比为1︰30 g/mL、NaCl质量分数为0.3%、提取时间
0.5 h、提取次数为2次，在此条件下，蛋白提取率
最高。
表3　正交试验结果
试验号 因素 蛋白提取率/%A B C
1 1 1 3 46.72±1.31
2 2 1 1 50.15±0.76
3 3 1 2 49.79±1.46
4 1 2 2 41.54±0.35
5 2 2 3 49.90±2.23
6 3 2 1 34.96±0.67
7 1 3 1 35.60±1.33
8 2 3 2 41.44±1.32
9 3 3 3 48.39±0.88
K1 123.86 146.67 120.71
K2 141.50 126.39 132.77
K3 133.14 125.43 145.01
k1 41.29 48.89 40.24
k2 47.17 42.13 44.26
k3 44.38 41.81 48.34
R 5.88 7.08 8.10
2.5　正交试验的方差分析
由表4的方差分析表明，提取温度、料液比和
NaCl质量分数均为显著性因素，且显著性大小为提
取温度＞料液比＞NaCl质量分数，这与上述极差分析
结果一致。按照最佳工艺进行验证试验，此时，蛋白
质的提取率为55.68%。该结论与单因素试验的结果存
在差异，主要是由于蛋白质的提取是多种因素共同作
用的结果，而不是由单一因素影响的，多个因素间存
在相互的协同作用。
表4　正交试验的方差分析
因素 偏差平方和 自由度 均方 F0.05 显著性Sig.
NaCl质量分数 103.799 2 51.900 4.380 0.040
料液比 191.763 2 95.882 8.092 0.007
提取温度 196.855 2 98.427 8.307 0.006
误差 130.333 11 11.848
总计 35 910.697 18
3　结论与讨论
对香芋蛋白提取工艺的应用研究，有利于其在工
业上的生产最大化，同时，为将来进行其功能性研究
奠定基础。鲜香芋块茎主要以水分、淀粉和蛋白为
主，粗纤维、粗脂肪含量较低，赋予了张溪香芋较好
的口感，受到大众的喜爱，同时不同地区品种各成分
的含量存在一些差异，可能是与芋头的生长条件、品
种有关。香芋蛋白粗提取物的等电点pI 2.83，在该pH
下，蛋白易聚集沉淀，在工业上，可利用这一点进行
大规模生产香芋蛋白，对于其中活性蛋白的提取应尽
可能的远离该等电点，但也不可在极端碱性条件，因
为，在极端碱性条件下，蛋白质中的赖氨酸和胱氨酸
会大量损失形成新的氨基酸，如赖氨丙氨酸、鸟氨丙
氨酸和β-氨基丙氨酸羊毛硫氨酸，使得蛋白质的营养
价值降低[6]。最后通过单因素、正交试验获得盐溶法
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海带绿豆保健馒头制作工艺的优化
郭红珍，胡娜娜，刘伟悦，高丹雪，陈凤娟
廊坊师范学院生命科学学院（廊坊 065000）
摘 要 为了研制营养丰富的绿色保健食品馒头, 在发酵面团中添加适量的海带浆和绿豆粉进行制作, 并探讨海带
浆和绿豆粉的添加量对馒头品质的影响, 结果表明, 影响馒头品质的因素为: 酵母＞发酵时间＞绿豆＞海带。最好
的组合为: 海带15%, 绿豆30%, 发酵时间120 min, 酵母用量1.4%。
关键词 海带; 绿豆; 馒头
Peparation Process of Steamed Bun Containing Kelp and Mung Bean
Guo hong-zhen, Hu Na-na, Liu Wei-yue, Gao Dan-xue, Chen Feng-juan
College of Life Science, Langfang Teachers University (Langfang 065000)
Abstract　 In order to develop nutritious green health steamed bun, add the right amount of kelp in dough slurry and mung
bean powder production, and investigate the effect of the amount of seaweed and mung bean fl our paste on bread quality. The
results indicate that factors infl uencing the quality of bread as follows: yeast＞fermentation time＞mung bean＞kelp. The best
combinations are: kelp 15%, green beans 30%, fermentation time 120 min, and the amount of yeast 1.4%.
Keywords　 kelp; mung bean; steamed bun
海带又名昆布，属褐藻纲海带科植物，被誉为
“长寿菜”。其营养成分丰富，几乎是所有微量元素
的供给源，每100 g海带中含碘1.0 g、钙2.25 g、尼克
酸1.6 mg，此外还有丰富的无机盐和维生素[1]。海带中
的生物活性物质，如甘露醇、褐藻淀粉、褐藻酸，
均能在心血管防治上发挥作用，海带中的酸性多糖
提取香芋蛋白的最佳工艺参数：提取温度50 ℃、料液
比1︰30 g/mL、NaCl质量分数0.3%、提取时间0.5 h、
提取次数2次，通过验证试验，在此条件下，蛋白质
的提取率为55.68%，这一结果与常银子利用木瓜蛋白
酶提取芋艿蛋白质的结果相比，从10.20%到55.68%，
提高了45.48%，蛋白质提取率具有较大的改善，但这
一结果仍然不能满足工业的生产，需要继续探索具有
较高蛋白质提取率的提取方法，比如超声萃取法、稀
碱提取法等，以满足香芋蛋白的工业化生产。常银子
利用木瓜蛋白酶提取芋艿蛋白质提取率只有10.20%，
原因可能是在灭酶步骤中采用了90 ℃的高温，而导致
大部分蛋白质变性。图6中，提取温度大于40 ℃时，
随提取温度的升高，提取率逐渐下降，70 ℃时提取率
降为51.44%，与40 ℃相比降低8.96%，可见香芋蛋白
的提取不宜在过高温度条件下进行。
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