郭艷萍，穆榮榮，周雨軒，李英府，王陳列

（太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境與安全工程系，山西 太原 030008）

引言

小米是山西的優(yōu)勢小雜糧種質(zhì)資源，特別被稱為“小米之王”的沁州黃小米[1]，具有很高的營養(yǎng)價值。陽曲縣小米是太原優(yōu)勢地方小米種質(zhì)資源，口感軟糯，適于蒸煮。兩種小米營養(yǎng)豐富，糖類、脂肪、蛋白質(zhì)含量高且含有許多種類的維生素以及人體必須的鈣、磷、鐵等營養(yǎng)物質(zhì)[2]。截至目前，關(guān)于小米種質(zhì)資源的發(fā)掘利用研究，國內(nèi)外相關(guān)研究者主要開展了小米種質(zhì)的栽培性狀、農(nóng)藝性狀、籽粒品質(zhì)性狀和抗性性狀等的評價利用工作，而在小米種質(zhì)資源種子成分的生化性狀和營養(yǎng)性狀的多樣性方面的研究報道相對較少。

根據(jù)研究人員對小米的營養(yǎng)價值進(jìn)行了深入的研究結(jié)果表明，蛋白質(zhì)的含量是小米營養(yǎng)品質(zhì)的重要影響因素之一，不同小米品種間的蛋白質(zhì)含量存在顯著差異[3]。本研究采用超聲輔助方式提取山西兩種優(yōu)質(zhì)小米沁州黃小米、陽曲縣小米的全蛋白，研究兩種小米在不同料液比、緩沖液pH 值以及提取時間下全蛋白提取效果的影響，并利用正交分析篩選出小米全蛋白的最優(yōu)提取方案。利用SDS-PAGE 電泳分析來表征兩種小米之間的蛋白質(zhì)含量差異。同時，比較兩種小米的營養(yǎng)成分含量對其品質(zhì)作出一定的評價。旨在為兩種小米的深加工產(chǎn)品開發(fā)和利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沁州黃小米、陽曲縣小米；丙烯酰胺；磷酸二氫鉀；磷酸氫二鈉；石油醚；NaCl；KCl；考馬斯亮藍(lán)G-250；NaOH；H2SO4；硫酸銨；NaHCO3；EDTA；BaCl2；乙醇；聚乙二醇；甲叉雙丙烯酰胺。

1.2 儀器與設(shè)備

電子天平；Thermo 數(shù)顯pH 儀；TGL-16G-C 高速冷凍離心機(jī)；電熱恒溫水浴鍋、752N 型紫外可見分光光度計、DYY-8C 電泳儀。

1.3 實驗方法

1.3.1 小米主要營養(yǎng)成分的含量測定

測定兩種小米的營養(yǎng)成分主要是蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、灰分和水分，然后對兩種小米各組分含量進(jìn)行對比分析。

水分含量的測定：參照GB 5009.3《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測定》，直接干燥法[4]。

灰分含量的測定：參照GB 5009.4《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》，食品中總灰分的測定[5]。

蛋白質(zhì)含量的測定：參照GB 5009.5《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中蛋白質(zhì)的測定》，凱氏定氮法[6]。

淀粉含量的測定：參照GB 5009.9《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中淀粉的測定》，酸水解法[7]。

脂肪含量的測定：參照GB 5009.6《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測定》，索氏抽提法[8]。

1.3.2 小米全蛋白質(zhì)的提取工藝優(yōu)化

選取超聲輔助溶劑提取的方法，提取兩種小米的全蛋白質(zhì)，以料液比、緩沖液pH 值、超聲時間為單因素變量來對提取率進(jìn)行研究，進(jìn)一步選取適當(dāng)?shù)囊蛩厮竭M(jìn)行正交實驗對提取工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1.3.3 兩種小米蛋白質(zhì)進(jìn)行SDS-PAGE 分子量表征

將兩種小米洗凈、干燥后粉碎過篩，取0.025 g 粉末放入2 mL 離心管中與配制好的PBS 緩沖液按照一定的比例進(jìn)行混合，采用超聲波輔助提取小米全蛋白。在4 ℃、5 000 r/min條件下離心15 min。取上清液，用于小米全蛋白質(zhì)的SDS-PAGE。

參照Tian HD.改進(jìn)的不連續(xù)緩沖液系統(tǒng)方法，配制好14%的聚丙烯酰胺凝膠[9]。點樣后進(jìn)行8 h 電泳，脫色，染色，并用凝膠成像系統(tǒng)對兩種小米的蛋白質(zhì)進(jìn)行分子量測定分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種小米的營養(yǎng)成分含量比較分析

采用國標(biāo)法測得兩種小米的各營養(yǎng)成分含量，結(jié)果（表1）顯示，沁州黃小米因其生長環(huán)境為特殊紅黏土，富含鈣、鐵、磷、錳、硒等多種營養(yǎng)元素，使得其在有機(jī)物、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪含量上顯著高于陽曲縣小米，展示出了其營養(yǎng)成分的優(yōu)勢；陽曲縣小米在水分含量上較沁州黃較高，與其口感軟糯適于蒸煮的特性相符。進(jìn)一步研究分析得出，兩種小米均含有豐富的脂肪，且主要為不飽和脂肪酸，膳食纖維含量豐富，鉀離子含量高、鈉離子含量低，對高血壓患者非常有益，磷含量豐富，為大米的2 倍，使其具有補(bǔ)血、健腦的功能。

表1 兩種小米營養(yǎng)成分含量比較 含量，%

2.2 超聲波輔助提取兩種小米全蛋白工藝的研究

2.2.1 料液比對小米全蛋白提取率的影響

將干燥過篩的小米粉和PBS 緩沖溶液（pH=6.8）按照料液比[m（小米）/m（PBS 緩沖液），下同]為1∶1，1∶5，1∶10，1∶20，1∶50 混合后在4 ℃條件下超聲30 s。后用冷凍離心機(jī)離心分離后取上清液，測定提取率，結(jié)果如圖1 所示。

圖1 料液比提取率影響

由圖1 可知，提取率隨著料液比的增大而逐步升高，料液比至1∶10 時達(dá)到峰值，隨后提取率稍有下降。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇料液比為1∶5，1∶10，1∶20 三水平進(jìn)行正交實驗。

2.2.2 緩沖溶液pH 值對小米全蛋白提取率的影響

將干燥過篩的小米粉與pH 分別為6.8、7.0、7.2、7.6、8.0 的PBS 緩沖溶液（料液比為1∶10）混合后于4 ℃超聲30 s，分離取上清液，進(jìn)行提取率的測定。結(jié)果如圖2 所示。

圖2 緩沖溶液pH 值對提取率影響

由圖2 可看出，緩沖溶液在pH=7.0 時，最適合小米全蛋白的溶出，全蛋白提取率最高。隨著緩沖溶液堿性的增強(qiáng)，蛋白質(zhì)的提取率降低。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇緩沖溶液pH 為6.8、7.0、7.2，三水平進(jìn)行正交實驗。

2.2.3 超聲時間對小米全蛋白提取率的影響

將干燥過篩的小米粉與PBS 緩沖液（pH=6.8）按料液比1∶10 混合后在4 ℃下分別超聲20、25、30、35、40、45、50 s 測定提取率。結(jié)果如圖3 所示。

圖3 超聲時間對提取率影響

由圖3 可知，隨超聲時間的增加提取率逐步增高，超聲35 s 后提取率達(dá)到最大值。隨著超聲時間繼續(xù)增加蛋白質(zhì)因提取溫度升高而降解，使得提取率反而降低。根據(jù)單因素實驗結(jié)果，選擇超聲時間為30、35、40 s 三水平進(jìn)行正交實驗。

2.2.4 小米全蛋白質(zhì)提取工藝的正交實驗

正交實驗因素水平表見表2。由表3 極差分析顯示，在料液比、緩沖溶液pH 和超聲時間三個因素中，對小米全蛋白提取率影響最大的因素是超聲時間，其次是料液比，最后為緩沖溶液pH 值。根據(jù)正交實驗結(jié)果顯示，優(yōu)化出小米全蛋白最佳的提取方案是A3B1C3，即在料液比為1∶20，pH 為6.8，超聲40 s。

表2 正交實驗因素水平表

表3 小米蛋白正交實驗表

2.3 兩種小米分子量測定

對兩種小米蛋白質(zhì)進(jìn)行SDS-PAGE 凝膠電泳分析可知，小米中蛋白質(zhì)組分主要為谷蛋白和醇溶谷蛋白。在同樣的提取條件下，2，4 泳道的蛋白質(zhì)含量明顯高于1，3 泳道，沁州黃小米的蛋白質(zhì)含量顯著高于陽曲縣小米，展示出了更好的營養(yǎng)品質(zhì)。

3 結(jié)論

本研究通過超聲波輔助提取法提取了兩種小米（沁州黃小米與陽曲縣小米）中的蛋白質(zhì)，研究了料液比、緩沖溶液pH 和提取時間對小米蛋白質(zhì)提取效果的影響，并通過三因素三水平正交實驗篩選出兩種小米蛋白提取的最優(yōu)化方案為料液比1∶20，緩沖溶液pH=7.0，提取時間40 s。對提取出的小米蛋白質(zhì)進(jìn)行SDS-PAGE 凝膠電泳分析看出，小米蛋白的組份為谷蛋白和醇溶谷蛋白，且沁州黃小米的蛋白質(zhì)含量高于陽曲縣小米的蛋白質(zhì)含量。對兩種小米的各項營養(yǎng)成分進(jìn)行研究可以看出，兩種小米在營養(yǎng)組成上基本差別不大，但沁州黃小米的有機(jī)物、蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪含量比陽曲縣小米略高。

通過研究，對沁州黃小米和陽曲縣小米的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了分析，為兩種小米的深加工產(chǎn)品開發(fā)和利用，滿足不同體質(zhì)人群對小米蛋白質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)的不同需求，加工具有特異蛋白營養(yǎng)性狀的專用品種提供了理論依據(jù)。