淀粉加工型甘薯茎尖的成分分析与利用研究

研究结果表［:用新鲜甘薯茎尖质量、倍体积的4.I%NaHSO3溶液、32 C下搅拌39 min,水溶性蛋白质的提取率可

达52%；在此条件下加入木瓜蛋白酶35 C下搅拌水解4 h,水溶性蛋白质的提取率可提高到75%,茎尖蛋白质的水 解度可达24.8%.该方法制备的富含功能多肽的甘薯茎尖粉末的蛋白质、游离氨基酸和黄酮类物质的质量分数分

别为2499%、5.41%和3.31%,与蔬菜专用型甘薯茎尖制备的产品无显著差异.该研究开发了利用淀粉加工型甘薯 茎尖制备富含营养和功能多肽的保健食品的工艺，为利用田间废弃的甘薯茎尖开辟了新的途径.关键词：甘薯茎尖；提取；酶解；多肽中图分类号:Q817 文献标志码:A 文章编号：1004-5493( 2917) 49-0469-46The Composition and Utilization of Shoot Tips of Sweet Potatoes for Starch PurposeHONG Weijia, SHI Shuaishual, NI He* , LI Haidang*(School of Life Sciecces, SoutU Chiva Normat Unive/itp//GuanvUoxg Provivciai Key Laboratory ofB—technology for P—et Developmect, Guangzhou 517631, Chiva)Abstrcch: Tho ogtimai conditioes far extracting proteiu from tho shovi Ups of s—eel potatoes arc systematica—c screeceb and tho ndtmedi compositioes io tho shovi Ups of s—eel potatoes for starch purpose and those far vepetabie

purpose arc compareb. As tho results show, who tho shovi Ups of fresh swot potatoos were sti—eb io 0.I% NdHSO3

solutiou of 2 Umos volume at 32 C far 30 mid, tho extraction rain far wd—f-soluU— proteiu was 52%; undo/ these

coudit—us: who papaiu was abdeb and tho mixture was hypro—zeb at 52 C far 4 h , tho extraction raio far water-

soIuU— proteiu was iecreaseb ta 72% and tho proteo—sis depreo of shovi tips was 24.5%. With this method , tho

couteci of proteiu , free amiev acid and 3pvyuoids iu tho shovi Up powdor were 24.1% , 5.01% and 3.31% , respectivvic. Thera was ex sipnibcadi differecco iu these aspects betmeec tho products prepareb from tho shovi tips

of sw—l potatoes far epy—— purpose and those far starch purpose. This s/iUc has op—— up a feasibio wap for u­

sing tho sweet potato shovi Ups abandoxeC iu tho IelU.Keywocd: shovi Ups of swot potato; extraction; eczymatle hyp/—sis: p—Udo甘薯［Ipomoen batatas ) — ) Lam ］是旋花科薯质

资源浪费及环境污染［4］.甘薯叶富含蛋白质、糖类、维生素和无机盐等营

属植物［1］.据联合国粮食及农业组织(Food and Ag—ch—urai Orpanizatiou of tho Uniteb Na—ous, FAO ) 统计,2017年我国甘薯总种植面积为3.36xl02 hm4,

养成分，其中顶端17 cm茎尖蛋白质质量占鲜质量

的6.66%［9］；甘薯茎尖总蛋白质质量占干物质总质

占世界总种植面积的36.6%,产量为7.0X122 m占世

量的,是大白菜、觅菜的6倍⑷.甘薯

界总产量的63.8%；我国年产约近亿吨甘薯藤叶，除

叶还含有黄酮、绿原酸、类胡萝卜素等生物活性成 分宀6 •根据中药古籍记载,甘薯叶性微凉、味甘涩、

占少部分的叶菜型甘薯叶被作为蔬菜食用，绝大部 分的淀粉加工甘薯茎叶被废弃在田境，造成严重的

无毒，可作为药材入药［2］.研究血1］表明:甘薯叶提

收稿日期：251-55-15 《华南师范大学学报(自然科学版)》网址：2tm：〃jxnpai9Cdu.3Uu.3d/p基金项目广东省自然科学基金项目(251A53531531)：* 通信作者:倪贺，讲师,Emaii：11499597@ qq.3om；李海航，教授,Em—：-8341@13.nm•70华南师范大学学报(自然科学版)第5)—取物具有抗肿瘤、抗菌、降血糖、降血脂等功效.美 国将甘薯叶列为“航天食品”，日本和台湾称它为

“长寿食品”，香港则称其为“蔬菜皇后” 5］.将动植物蛋白质通过酶水解法和微生物发酵法 制备的不同肽类称为食源性生物活性肽［0-( CLARA等［5］比较了 4种蛋白酶对于牛血浆蛋白的

菜型甘薯茎尖(距茎的顶端5 cm以内)的蛋白质质 量分数进行比较，从而确定淀粉型甘薯的取材.1.2.0蛋白质的提取取叶菜型甘薯茎尖，摘除

枯萎部位，清水浸泡10 min,沥干表面水分后加入

提取液匀浆4 m—,将匀浆液水浴搅拌2 000 r/min

离心10 m—取上清液.分别比较不同提取溶剂和 料液比、提取次数、提取时间、提取温度对水溶性

水解活性，从中筛选蛋白酶FPII为最优水解酶并从 产物分离19个抗氧化活性肽序列；王硕等［12］通过

白质 的 , 确定 薯

的

工艺2白质超滤分离制备甘薯储藏蛋白并通过胃蛋白酶水解制 备具有ACE抑制活性的酶解多肽;张苗等［2］通过

碱性蛋白酶对甘薯蛋白进行酶解，制备的酶解多肽

具有抑制结肠癌细胞增殖和转移的活性；王文高 等［5］比较了 8种不同蛋白酶在大米蛋白质的不同

水解度下的提取率，结果表明:蛋白质的提取率随水

解度升高.本实验室系统地研究了甘薯废弃资源的综合开

发利用丄I等［15-20 ］通过等电点沉淀、超滤浓缩和絮凝

沉淀从甘薯淀粉工业废水中回收PPO、、-淀粉酶、储 藏蛋白和小分子等生化成分，周仲华等［(］通过生物

信息学的方法系统地筛选了催化茶黄素合成的多酚 氧化酶，罗翔宇［0］通过柱层析梯度提取和不同浓度

乙醇分级沉淀从甘薯藤中获得POD和多酚类物质, 席毅研究了甘薯渣自水解的机制并研究了利用甘

薯渣制备高纯度结晶麦芽糖和膳食纤维的工艺.目前

以绿色蔬菜制备食源性生物活性肽的相关报道很少,

而甘薯叶是一种巨大的未开发资源.本文旨在充分利 用甘薯茎尖蛋白质资源,为我国甘薯茎尖资源的开发 利用提供了一条新型、高价值的途径.1材料与方法1.2材料与试剂选择高产和淀粉含量高的甘薯品种“一点红”

作为淀粉型甘薯的材料,选择“圆叶”甘薯茎尖作为

叶菜型甘薯茎尖的材料.所用的淀粉型甘薯“一点 红”【Ipomoea batatas (L.)Lam】其茎尖采自广州市

南沙区新垦村•叶菜型甘薯茎尖购买于广州市天河

区石牌农贸市场.实验所用试剂均为分析纯，购自

广州本 212甘薯茎尖蛋白质的提取120 淀粉加工型甘薯叶的取材筛选将淀粉型

甘薯藤叶按鲜嫩程度分为茎尖(距茎的顶端5 cm以 内)、成熟部分(距茎的顶端5~15 cm)、老藤叶3个

部分•分别测定各部分的总蛋白质质量分数，与叶 (1)

和料 比的确定2

程,分别按(a)提取溶剂w(NaHSOd)为0.05 %、料液比 1：4;(b)提取溶剂讥NaHSO/)为0.05%、料液比 1：2；(c)提取溶剂w(NaHSOd)为 0.19%、料液比 1：2； (d)提取溶剂w(NaHSOd)为0.50%、料液比1：加

入提取液;以蒸憎水作提取溶剂、料液比1：为空白

对照(NaHSO/溶液pH均为5.0)26 °C水浴搅拌 1 h,提取1次2 000 r/m—离心10 min,取上清液,

测定水溶性蛋白质的提取率并进行SDS-PAGE

(Sod—m DoPecal Suf ate -Po—ac—amide Get E—ctra-

phoresis,十二烷基苯磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电

泳)，分离胶质量分数为12%,实验重复3次，计算

标准差.(2) 提取次数的确定•依照提取流程，以1：料液

比加入提取液匀浆,32 C水浴搅拌1 h,5 000 r/min

离心19 min取上清液,以同一份材料重复提取5 次，分别在第52、3、4、5次提取后取上清液后留样,

其余操作同上.(3) 提取温度的确定•依照提取流程，以1：料

液比加入提取液匀浆，分别在30、40、50、67 C条件

下，水浴搅拌1 h其余操作同上.(4) 提取时间的确定•依照提取流程，以1：料

液比加入提取液匀浆，在30 C水浴搅拌,分别在0、 10、30、60、122 min取样，其余操作同上.13木瓜蛋白酶酶解甘薯茎尖1.30酶解流程取新鲜甘薯茎尖(距茎的顶端 5 cm以内)，加入提取液匀浆后30 C搅拌30 min,调

节pH、加酶并水浴搅拌，酶解后置于沸水浴19 m—3

5 000 r/m—离心.1.32 酶解参数的确定 以酶解液yH(A)、水浴温

度(B)、底物中蛋白酶的加入量(C)、酶解时间(D)

为4个因素,以甘薯茎尖水溶性蛋白质提取率、水解 度为指标，进行4因素、水平L9 (d7)正交实验(表

5，并设置未加酶组、灭酶组对照实验，测定水解度

及水溶性蛋白质提取率并结合SDS-PAGE结果确

第2期洪炜嘉等：淀粉加工型甘薯茎尖的成分分析与利用研究7)定最佳参数.表)甘薯茎尖蛋白酶解正交实验因素水平设计Table 5 The hodzo—wi desigu of odPogoxai expe—mentai fac­

式中：卩为52 mL样品消耗0.05 mol/C NaOH标准 溶液的体积；卩。为52 mL空白对照消耗0.05 moOL

NaOH标准溶液的体积;Vo为NaOH标准溶液的浓

tors for proteolysis of sweet poW— shoot tips度（moOL）；为氨基离解度;My为底物中蛋白质的

时间/h12因素水平12pH温度/C5455底物中蛋白酶的 加入量/（U・y—）1 0001 500总质量（g） :Htat为底物蛋白质肽键总数（mmoOg）,

5本文甘薯蛋白Htat值是728 mmoOCU2 .13统计分析6736020004实验结果以平均数土标准差（Mean土SD）表示, 1.3.3甘薯茎尖酶解多肽和蔬菜发酵粉的制备

以叶菜型甘薯茎尖和淀粉加工型甘薯茎尖分别制备

酶解多肽和蔬菜发酵粉,以产物质量计算得率并测 定营养成分的质量分数,制备流程如下：加入新鲜茎尖质量2倍体积的00% NaHSO/溶

液匀浆4 min, 30 C水浴搅拌30 min,调节pH为

72,添加木瓜蛋白酶（加入量为：2 000 U木瓜蛋白

酶J y甘薯茎尖）54 C浴搅拌4 U后沸水浴灭酶 10 m—.将酶解液5 000 r/m—离心10 min,取上层

清液冷冻干燥制备得酶解多肽;酶解液不经离心直 接热风干燥后研磨成粉制备得蔬菜发酵粉.13分析方法120成分的测定多酚质量分数的测定采用F— Od-Cioca—en法［05］;黄酮质量分数的测定采用硝酸

铝-亚硝酸钠法［2］;游离氨基酸质量分数的测定采

用前三酮比色法［2］;还原糖质量分数的测定采用

8,5-二硝基水杨酸（DNS）法〔2］；总蛋白质量分数的

测定采用凯氏定氮法［02］;亚硫酸氢钠质量分数的测

定采用氧化还原滴定法［25 ］;水溶性蛋白质质量分数

的测定参照吕巧枝等［5］的方法提取，采用Peterson & Mar/wei法进行测定㈤t〕，为排除多酚化合物对

测定结果的干扰，样品测定前以等体积乙酸乙酯进

行萃取,89 000 r/min离心1 min后,取下层水相进

行 定2122蛋白质水解度的测定取5.0 mL待测液于

200 mL烧杯中，加入67 mL蒸憎水，开动磁力搅拌

器，加00 moOL NaOH溶液调节pH至520,再加入

10 mL中性甲醛溶液，用0.05 moOL NaOH标准溶

液调节pH至2.69,记录消耗0.05 moLL NaOH标

准溶液的体积卩（mL）.同时空白对照溶液5.0 mL,

按上述方法，记录消耗0.05 moOL NaOH标准溶液

的体积•水解度DH的计算公式如下：DH（%）=（卩（1/Hwt ）x190% 以SASS0统计软件进行方差分析.2结果与分析23淀粉加工型甘薯藤叶蛋白质的质量分数以叶菜型甘薯茎尖为对照，淀粉加工型甘薯藤

叶为材料，分为茎尖、成熟部分、老藤叶•各部位总

蛋白质的质量分数如表2所示.表2各材料的总蛋白质和水分的质量分数Table 2 The —tai pro—iu and water cox—nt of each ma—dal总蛋白质的 的材料部位质量分数/%质量分数/%淀粉加工型甘薯茎尖325±6.1285.42±623成熟部分223±6.6887.67±6.55老藤叶123±6.6687.69±622叶菜型甘薯茎尖221±6.6589.26±6238个部位中，随着材料部位形态学往上、鲜嫩程

度越高，总蛋白质的质量分数量越高•茎尖蛋白质

的质量分数最高（325%±0.12%）.表明淀粉加工型 甘薯茎尖与叶菜型甘薯茎尖相比，同样具有很高的

蛋白营养价值，可作为优质的蛋白质来源予以利用 并开发为高蛋白质含量的功能食品.23甘薯茎尖蛋白质最佳提取工艺的确定221 提取溶剂、料液比的确定通过4组实验

（a、b、c、d）及空白对照比较NaHSO/的质量分数和

料液比对甘薯茎尖水溶性蛋白质的提取率的影响•

结果表明（图5 :提高提取溶剂中NaHSO/的质量分

数和料液比均可以提高水溶性蛋白质的提取率;其

中2和-组水溶性蛋白质的提取率较高，分别为 61.5%±2.9%、532%±3.5%，空白对照为 55.1%±

82%.结合实际应用，料液比较大会提高浓缩过程

的时间和成本，而通过酶解可促进水溶性蛋白的溶

出，提高提取率•因此选取c组，即NaHSO/的质量

分数为00%、料液比1：溶剂为最适参数.72华南师范大学学报（自然科学版）第51卷为0~122 mix时，提取时间对 性蛋白质提取率49%-52%.壬

o O

，水溶性蛋白质

KIJ1643211665^5&4当提取时间为32 mix时，水溶性蛋白质提取率

（51.5±0.32%）趋于动态平衡，1 30 min为最优参数.间水

（A）4

abd

提取溶剂体系（B）4SDS-PAGE图）提取溶剂、料液比对水溶性蛋白质的提取率的影响Figure ） The effect of extraction solvent and liquid更空骋阻

M5

W

I I I I Iratio on extraction rate of water-soUble protein2.0.0提取次数的确定同一份材料重复提取，3匕

不 对 性蛋白质 的 •实验结果表明（图2）：分别

1~5次，随 增加，水溶性蛋白质的 逐 ，第4 取液的 性蛋白质 最高, 性白质总量

的52.0%±2.0%；将2

的 性蛋白质总量相加3 薯茎尖中水溶性蛋白质的质量分数白质质量分数的68.9%±0.9%.结合实际应用，重复高时间和成本,6

1次为最

MKDa5

116.0W

66.245.035.01

2 3 4 525.018.4提取次数/次14.4（A）不同提取次数对提取率的影响(B)不同提取次数的提取液的SDS-PAGE图2提取次数对水溶性蛋白质提取率的影响Figure 2 The effect of extraction times on the extraction rate of

water-soluUlo protein2.0.3提取温度的确定水浴搅拌时，分别将水浴

温度设置为30、40、50、66 C ,比较不同温度对性蛋白质

的 •实验结果表（图3）：在温度为30-66 C时，温度 对 性蛋白质 率

的 不明显，水溶性蛋白质 50% -55%；SDS-PAGE结果中（图3B）,随着温度升高，蛋

白质条带逐渐减少，说明过高的温度

白质发生变性或者 3 温度32 C为最适参数.2.0.0提取时间的确定在水浴搅拌时分别在10、 30 2 66 2122 mb '，并在匀浆后迅速 作为min空白对照,比较不同的

间对

性蛋白质 的 •实验结果表明（图4）：在 间越

（B）不同提取温度的提取液的图3提取温度对水溶性蛋白质提取率的影响Figure 3 The effect of extraction temperature on the extractionrate of water-soIuPIo protein>KDaW116.066.2W

45.035.025.0/min18.414.4（A）不同提取时间对提取率的影响(B)不同提取时间的提取液的SDS-PAGE图4提取时间对水溶性蛋白质提取率的影响Figure 4 The effect of extraction Ume on the extraction rate of

wa—r-soUUU pro—in22甘薯茎尖最佳酶解工艺的确定以

pH、水浴温度、2

间、底物中蛋白的加入量为4个 ，分别以

性蛋白质、水解度为指 结合SDS-PAGE结果，进行43水平L9（37）正交实验，实验结果如图5、表3、表4所示.根据统计

结果中R值的大小与因的 系,R值越大，表明该 的水平变对结果的

大，该 重要性

大;反之,R值，表明该 对结果 ，该 重要性 .实验结果表明（表3）:

度的主因D （时间）； C （底物中蛋白酶

的加入量）；； B因素（温度）；影响最小的是A因素（pH）.最优水平组合为:A3B1C3Do.影响水溶性蛋白质提取率的主因素是B因素

（温度）（表4）；2 D （时间）； C因（ 物中 白 的加 量）； 最 的 A（pH）.最优水平组合为:A3B3C3Do.更空骋阻

逬野骋陛山越

越

第6期洪炜嘉等：淀粉加工型甘薯茎尖的成分分析与利用研究73/ / / / / /////// / /KDa題恥題題的恥的恥恥的的恥恥 g 袴燻祥 ^ <<<<<<< < < 誉営灣懲鸟灣灣灣灣灣灣灣灣灣 习紳妹叱辎妹妹妹妹妹妹妹< <表4各因素对甘薯茎尖水溶性蛋白提取率的影响Tabic 4TUc e/ect of various factors ox the extraction rate of

soluPie p—tein in sweat potato shoot tips因素 实验结果A111222性白

D1实验12BC12的提取率/%63.2±3.263.2±4.5123418.414.4 -s3123231322172.5±5265.3±5.662.6±4.375.0±425图5木瓜蛋白酶水解甘薯茎尖蛋白质的SDS-PAGE结果Figure 5 TUc SDS-PAGE results of papaiu Uyy/—sis of pro­

77312332133367.30067.60031272.3±6.674.6±5289Ki

tein of swec) potato shoo) tip37700069.3±5.2表、各因素对甘薯茎尖蛋白水解度的影响Tabic 3 TUc e/ec) of ve—ovs factors ox the deyrec of protein67.46767.6676823365.00070067T 二 14425K6303372.033Uyyro—sis of swec) potato shoo) tipsK(R682670.46777.54050779.3000266因素 实验号14

实验结果A111444

BC1D1水解度/%901±±07123甘薯茎尖酶解多肽和蔬菜发酵粉的制备及营

养成分的测以最佳提取和酶解工艺分别制备叶菜型和淀粉

44344

1523±0.393453134

17.33±0.34524±001508±0.33薯

量 2

多肽、、• 和淀 薯

和各种

发431，实验重复、次，计算 的质7731334

119.35±0.23图2所示.33314.6433124.84±0.5612.56±0.2186Ki&4

316217522419.07741225±0.25T= 104.65结果表明(表5):本工艺在 的过程中以水白质 ，部分糖和多酚黄 合物也18273142601123016240，酶解多肽中 白质还含 的营养

原糖和黄酮、17043多酚等对人体

素,蔬菜发 7.59%,总蛋白质

；除了还原糖和纤维K(R1621742645.45015.2638.660中游

4.3474277基酸 质量的5.41%〜质量的221%〜3.05%,黄酮占综上所述，影响水解度的主次顺序是:D、C、B、 A ；； 性蛋白质 的 ：B、D、C、A.综合考虑，温度过高 白变性 -，因此确定 白 薯茎的最适条件8 白酶加入量为2OO0U/3—、pH为7、54 C水浴、搅拌时间4 U.干质量的3.31%〜423% ,表明这2种 薯的营养 本质 ，营养价值近乎相当，淀粉加工 薯 作为高蛋白 ；淀粉加工型发 含还原糖2923%、蛋白质24.19%、纤维20.33%、黄酮3.31% ,4 养丰富、易于吸的功能多肽食品.表5甘薯茎尖酶解产物的得率和主要营养成分的质量分数Tabic 5 TUc yielb and content of nut—ent components of enzymado proVucts of sweat patate shoot tips %产物名称薯

叶菜型5.66±0.2433.29±1.039.87±024多肽淀粉型5.49±0.23薯

叶菜型1024±02925.21±0.46发淀1021o0232409±0.335.4140.3029.83±2.87得率白质游

基酸原糖维素黄酮2705±1.5510.3140257.59±0.2217.26±1.663225±0.8230.53±0238.29±0.51824± 0.4152.45±22420.33±2036.40±0.33——3.31±0.324.43±0.43421± 0230.03±0.61多酚6.43±002427±0.030.03±0.61亚硫酸0.08±0.030.06±0.6272华南师范大学学报(自然科学版)第51卷ZHANG P. Trends and prospect of basic research on root

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(C)叶菜型甘薯茎尖蔬菜发酵粉(D)淀粉型甘薯茎尖蔬菜发酵粉

图6甘薯茎尖酶解多肽和蔬菜发酵粉样品Figure 6 The enzymatic peptibe and veaetabte babing powUessampte of sweet potato sUoct tips3结论目前我国甘薯叶多数被废弃，造成了污染和资 源 •本实验表明，淀粉加工 薯 与 ：薯 养价值近乎相当，可作为高营养 :资源加以利用.本研究以甘薯 质量2倍体积的9.3%NaHSO31 浆后,30 C 搅拌39 min,蛋白质52% ；提取后调节pH为 ^,按2 444 U/l

的比例加 白酶,50 C 搅拌4 h,蛋白度 24.84%,酶解后蛋白后的 高至75%.所 的 多肽和 发 含 白质、黄酮、还原糖 养 ，亚硫酸 的质量分数低于9.6%,符合《 国家标准 添加 用准》(GB2764-241).本工艺全过程以盐 进行 、酶解过程pH为机 ，避免养 的破坏和环境污染.本研究为淀粉加工 薯 的 开辟了新，提高了甘薯资源的利 和产值.开发的工艺简便、2

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