摘  要：本實(shí)驗(yàn)以脫殼火麻仁為原料，以火麻蛋白的SRCAA值、消化率、提取率為指標(biāo)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)，研究堿液pH、料液比、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)表明，提取火麻蛋白的最佳工藝參數(shù)為：pH值9.5，料液比1∶20（g/ml），提取溫度60℃，提取時(shí)間60min，此時(shí)火麻蛋白的SRCAA值為66.74±0.05，提取率為79.82±0.4%，消化率為84.69±0.41%。相較于市售火麻蛋白粉，提取的火麻蛋白SRCAA值、消化率和提取率均得到了較大的提升。

關(guān)鍵詞：堿溶法；火麻蛋白；SRCAA值；提取率；消化率 

火麻仁含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，蛋白質(zhì)含量20%～25%、碳水化合物含量20%～30%、脂肪含量25%～35%，還含有豐富的鈣、鐵、鈉、鉀等礦物質(zhì)^[1-4]，火麻蛋白不含胰蛋白酶抑制因子及某些低聚糖，相較于大豆蛋白，火麻蛋白的消化吸收效果更好^[5]；火麻蛋白中必需氨基酸的含量及種類與大豆蛋白相當(dāng)，有些甚至更高，是一種富含人體所有必需氨基酸的全價(jià)蛋白。根據(jù)《2019年中國(guó)衛(wèi)生健康統(tǒng)計(jì)年鑒》^[6]的數(shù)據(jù)顯示，14歲至44歲區(qū)間患消化道疾病的人占32.3%，在45歲至59歲區(qū)間患消化道疾病的人占28.5%，在60歲以上患消化道疾病的人占39.2%，消化系統(tǒng)疾病的死亡率占所有疾病死亡率的14.54%，可見(jiàn)，消化系統(tǒng)疾病對(duì)人體健康影響越來(lái)越大。火麻蛋白容易被消化吸收的特性，可以為消化系統(tǒng)疾病的人群提供較好的蛋白營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，因此開(kāi)發(fā)火麻蛋白具有極大的研究應(yīng)用價(jià)值。目前，堿溶法是常用且成熟的蛋白質(zhì)提取方法，較多學(xué)者主要研究堿溶法對(duì)火麻蛋白提取率的影響，鮮有綜合性研究堿溶法對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響，因此，本實(shí)驗(yàn)立足于堿溶法的基礎(chǔ)上，綜合研究堿溶法實(shí)驗(yàn)條件對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響，通過(guò)正交試驗(yàn)優(yōu)化工藝參數(shù)，采用CRITIC權(quán)值法^[7]對(duì)指標(biāo)賦予權(quán)重，以獲得最較優(yōu)的火麻蛋白提取工藝參數(shù)，為提取火麻蛋白提供數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

 1.材料與方法

原料：脫殼火麻仁，購(gòu)買自廣西河池巴馬縣。

試劑：正己烷，氫氧化鈉，鹽酸，磷酸，硼酸，硫酸，硫酸銅，硫酸鉀，考馬斯亮藍(lán)G-250，無(wú)水乙醇，乙酸鎂，牛血清白蛋白，石油醚，胰蛋白酶，胃蛋白酶，異硫氰酸苯酯（純度＞98%），三乙胺，17種氨基酸（純度＞98%），乙腈等，以上試劑均為分析純。

儀器：榨油機(jī)，東莞市房太電器有限公司；臺(tái)式低速自動(dòng)離心機(jī)，上海盧湘儀離心儀器有限公司；電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；自動(dòng)凱氏定氮儀，山東海能科學(xué)儀器有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；高效液相色譜，日本島津儀器有限公司。

1.1 實(shí)驗(yàn)方法

脫殼火麻仁經(jīng)榨油機(jī)壓榨后得到脫脂火麻餅粕，將其與正己烷以1∶20（g/mL）的料液比混合，在室溫條件下充分?jǐn)嚢?0min，在4000r/min條件下離心20min沉淀樣品平鋪在錫箔紙上置于通風(fēng)櫥自然風(fēng)干后，裝進(jìn)樣品袋備用。將得到的脫脂火麻仁粉粉碎后過(guò)60目篩，與去離子水按一定的料液比混合并使其充分溶解，用1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶解液至所需pH，置于磁力攪拌器上，在一定溫度條件下恒溫?cái)嚢鑹A提，提取結(jié)束后放入離心機(jī)中，在低溫條件下，以4000r/min離心20min取上清液回收。

1.2 測(cè)定方法

蛋白質(zhì)中氨基酸組成及含量的測(cè)定：參照牛國(guó)一等人^[8]和芮鴻飛等人^[9]實(shí)驗(yàn)，采用液相色譜法測(cè)定氨基酸組成及含量。

蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)：采用朱圣陶等人^[10]的氨基酸比值系數(shù)法。

蛋白含量的測(cè)定：采用柳蔭等人^[11]的考馬斯亮藍(lán)法，并略作修改。

蛋白提取率的計(jì)算：采用湯佳雷^[12]方法測(cè)定火麻蛋白提取率。

消化率的測(cè)定：參考伍圣文等人^[13]的體外模擬消化模型。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel、SPSS、Origin進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析與作圖。

 

2 結(jié)果與分析

2.1 提取火麻蛋白的單因素試驗(yàn)

2.1.1不同pH值對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

SRCAA值（氨基酸比值系數(shù)分）是衡量蛋白質(zhì)中氨基酸平衡的重要指標(biāo)，SRCAA值越接近100則表明營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高，與FAO／WHO參考蛋白模式的氨基酸組成越接近^[14]。

  

圖1 pH值對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

由圖1可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值隨著pH值的升高逐漸下降，在pH為7.5時(shí)SRCAA值最高，但與pH為8.5時(shí)的SRCAA值無(wú)顯著差異（p>0.05）。消化率隨著pH值的升高整體呈上升趨勢(shì)，其原因可能是在堿性環(huán)境中，蛋白質(zhì)變成小的無(wú)定型顆粒，同時(shí)變得脆弱和膨脹，游離出來(lái)的氨基酸與模擬胃液、模擬腸液的接觸更加充分^[15]，消化率升高。隨著pH值的升高，提取率先上升后下降，pH為9.5時(shí)提取率達(dá)到最大值，這一結(jié)果與許光映^[16]研究結(jié)果一致。堿性環(huán)境使蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)變疏松，攜帶同種電荷的蛋白質(zhì)分子由于分子間靜電斥力的增強(qiáng)，使得蛋白質(zhì)分子聚集程度降低，提取率升高^[17]，隨后在強(qiáng)堿的作用下，部分蛋白質(zhì)發(fā)生變性，提取率下降。綜上，選擇pH8.5、9.5、10.5 作為正交試驗(yàn)的較優(yōu)水平。

2.1.2 不同提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

由圖2可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，呈下降趨勢(shì)，然后趨于平緩，在提取時(shí)間40min至90min區(qū)間，SRCAA值無(wú)顯著差異（p>0.05），在提取時(shí)間為30min時(shí)達(dá)到最大值76.37±0.88，在不同提取時(shí)間的實(shí)驗(yàn)中SRCAA值均保持在66以上，很貼近甚至超過(guò)大豆的SRCAA值67.39^[15]。消化率隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)整體呈上升趨勢(shì)，但不同提取時(shí)間下的蛋白消化率無(wú)顯著差異（p>0.05），其原因可能是由于提取時(shí)間的延長(zhǎng)部分蛋白質(zhì)發(fā)生熱變性，蛋白質(zhì)易受蛋白分解酶的破壞，從而使蛋白消化率略有提高^[18]。隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)蛋白提取率先上升后下降，其原因是隨著提取時(shí)間的延長(zhǎng)，蛋白質(zhì)能夠完全溶解，提取率增加，但過(guò)量延長(zhǎng)提取時(shí)間會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)部分失活，少量的蛋白質(zhì)大分子聚集沉淀，蛋白質(zhì)提取率降低^[7,17]。綜上，選擇45min、60min、75min作為正交試驗(yàn)的較優(yōu)水平。

  

圖2 提取時(shí)間對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

2.1.3 不同料液比對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

由圖3可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值隨著料液比的增大而先下降后上升，在料液比為1∶30（g/ml）時(shí)SRCAA值達(dá)到最大值72.35±0.45。提取率隨著料液比的增大先上升后下降，在較大的料液比時(shí)，脫脂火麻仁粉與溶劑充分接觸并利于反應(yīng)發(fā)生，提取率升高；在過(guò)量的溶劑條件下，脫脂火麻仁粉到達(dá)一定的溶解度處于飽和狀態(tài)，且過(guò)大的料液比也不利于沉淀富集，提取率下降。消化率隨著料液比的增大先上升后下降，但各組數(shù)據(jù)之間無(wú)顯著差異（p>0.05），說(shuō)明料液比的大小對(duì)消化率產(chǎn)生的影響不顯著。綜上，選擇1∶20、1∶25、1∶30作為正交試驗(yàn)的較優(yōu)水平。

  

圖3 料液比對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

2.1.4 不同提取溫度對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

由圖4可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值隨著提取溫度的升高先上升后下降，在提取溫度50℃時(shí)SRCAA值最高，接近鄧文亞等人[19]實(shí)驗(yàn)得到的火麻蛋白SRCAA值76.35。消化率隨著提取溫度的升高先上升后下降，在提取溫度為60℃時(shí)消化率達(dá)到最大值，但與50℃和70℃時(shí)的消化率無(wú)顯著差異（p>0.05）。溫度的升高有利于蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的酶結(jié)合位點(diǎn)及活性基團(tuán)暴露，增加蛋白質(zhì)對(duì)胃消化酶的敏感性，蛋白的消化率升高，當(dāng)溫度高于某溫度時(shí)，蛋白質(zhì)中的高分子量蛋白聚集體及其伴隨發(fā)生的二硫鍵交聯(lián)作用會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)消化率降低[14]。提取率隨著提取溫度的升高先上升后下降，在提取溫度50℃時(shí)達(dá)到最大值，隨著溫度的提高，蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)得到伸展，蛋白與水分子發(fā)生了充分的相互作用，溶解度逐漸增大蛋白提取率也隨之提高[20]。之后因?yàn)闇囟冗^(guò)高蛋白失去活性，蛋白分子凝聚、沉淀，提取率下降。綜上，選擇40、50、60℃作為正交試驗(yàn)的較優(yōu)水平。

  

圖4 提取溫度對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化火麻蛋白的提取工藝

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮火麻蛋白的SRCAA值、消化率和提取率，選取表1中實(shí)驗(yàn)因素和水平數(shù)值作為L(zhǎng)₉（3⁴）正交試驗(yàn)的條件。

表1 堿溶法正交試驗(yàn)因素與水平表

  

通過(guò)計(jì)算SRCAA值、消化率、提取率的權(quán)重得到綜合分，經(jīng)計(jì)算各權(quán)重值分別為：SRCAA值為28%、消化率為33%和提取率為39%。正交試驗(yàn)結(jié)果如下表2。

表2 堿提正交試驗(yàn)結(jié)果

  

由表2可知，對(duì)火麻蛋白的營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)影響因素的主次順序?yàn)椋篈>B>D>C，最佳組合為A1B1C3D2，即提取的pH值為9.5，料液比為1∶20，提取溫度為60℃，提取時(shí)間為60min，在A1B1C3D2組合條件下，進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，最終火麻蛋白的SRCAA值為66.74±0.05、消化率為84.69±0.41%和提取率為79.82±0.4%，綜合得分為77.76。

2.3 火麻蛋白提取液與市售火麻蛋白粉的營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)比較分析

表3 火麻蛋白提取液與市售火麻蛋白粉營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的比較

  

由表3可知，提取后的火麻蛋白液的SRCAA值、消化率和提取率均比市售火麻蛋白粉高，說(shuō)明提取后的火麻蛋白具有較好的營(yíng)養(yǎng)效價(jià)和消化率。

 

3 結(jié)論

影響堿溶法對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)因素的主次順序?yàn)椋簤A液pH>料液比>提取時(shí)間>提取溫度，最佳提取條件為pH值9.5，料液比1∶20，提取溫度60℃，提取時(shí)間60min，在該組合條件下，火麻蛋白的SRCAA值為66.74±0.05、消化率為84.69±0.41%和提取率為79.82±0.4%，相對(duì)于市售火麻蛋白粉，火麻蛋白提取液的SRCAA值、消化率和提取率均取得顯著提高，這為探索提取較高營(yíng)養(yǎng)效價(jià)和消化率的火麻蛋白工藝提供了數(shù)據(jù)支撐，由于本實(shí)驗(yàn)僅研究提取條件對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響，并未制備得到火麻蛋白粉產(chǎn)品，后期可進(jìn)一步研究蛋白脫色、分離純化和干燥對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響。

 

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文章摘自：王支鳳，覃潔，林瑩. 堿溶法對(duì)火麻蛋白營(yíng)養(yǎng)性質(zhì)的影響[J]. 輕工科技. 2024，40(03)：35-38.