四種植物蛋白的成分與營養(yǎng)學特性分析

肖 瀟，尹 勝，侯 威，王成濤，*，李樹標

（1.北京工商大學北京市食品添加劑工程技術研究中心/食品質(zhì)量與安全北京實驗室，北京 100048；2.中國食品科學技術學會，北京 100048；3.阜豐集團山東阜豐發(fā)酵有限公司，山東莒南 276600）

四種植物蛋白的成分與營養(yǎng)學特性分析

肖 瀟1，尹 勝1，侯 威2，王成濤1，*，李樹標3

（1.北京工商大學北京市食品添加劑工程技術研究中心/食品質(zhì)量與安全北京實驗室，北京 100048；2.中國食品科學技術學會，北京 100048；3.阜豐集團山東阜豐發(fā)酵有限公司，山東莒南 276600）

分析了4種植物蛋白的氨基酸組成特征和營養(yǎng)學特性。玉米蛋白粉、大豆粉、棉籽蛋白粉、花生餅粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別為61.60%，38.18%，51.49%，43.15%。大豆粉氨基酸組成比較均衡；棉籽蛋白粉、花生餅粉中多種必需氨基酸組成與大豆蛋白接近，但蛋氨酸含量較低；玉米蛋白粉富含亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等支鏈氨基酸，但其中賴氨酸、色氨酸含量明顯低于其他3種植物蛋白。建議根據(jù)蛋白資源的氨基酸特色組成，合理搭配互補，以提高谷物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值。

植物蛋白質(zhì)；氨基酸；必需氨基酸；營養(yǎng)學特性；綜合利用

棉花、花生、玉米、大豆是我國傳統(tǒng)農(nóng)作物。我國是花生生產(chǎn)大國，種植面積逐年增加，產(chǎn)量已達1 500萬t，居世界第一位［1］?；ㄉ桑灒┦且曰ㄉ麨樵希瑹嵴ヌ崛∮椭蟮母碑a(chǎn)品，目前主要作為蛋白飼料［2］。棉籽是棉花加工的副產(chǎn)物，是重要的植物蛋白資源和油料資源［3］，棉籽脫殼提油后得到棉籽粕，其蛋白質(zhì)含量達40%～50%［4］。大豆蛋白在生產(chǎn)中的應用由來已久，蛋白質(zhì)是大豆的主要成分之一，含量約為40%左右。與瘦肉、雞蛋等食品相比，大豆中的蛋白質(zhì)量較高。玉米黃粉是濕法制取玉米淀粉后的一種副產(chǎn)物，其蛋白質(zhì)含量45%～65%，長期以來主要作為廉價畜禽飼料或未經(jīng)處理直接隨廢液排放，造成資源浪費［5］。

近年，將棉籽蛋白粉、玉米蛋白粉、花生餅粉、大豆粉等應用于食品、飼料、發(fā)酵、保健品等行業(yè)已有一些研究報道［6 -12］。本研究分析了4種植物蛋白的成分與營養(yǎng)學特性，研究其氨基酸組成特性及差異，比較優(yōu)勢與不足，提高利用率，為解決蛋白資源緊缺提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米蛋白粉、大豆粉（脫脂），阜豐集團山東阜豐發(fā)酵有限公司；棉籽蛋白粉（脫脂、脫酚），河北晨光生物科技集團股份有限公司；花生餅粉（高溫壓榨脫脂），山東金盛糧油集團；α-淀粉酶，江蘇銳陽生物科技有限公司；L-色氨酸，Sigma公司；濃硫酸、氫氧化鈉、硼酸、鹽酸、3，5-二硝基水楊酸、酒石酸鉀鈉、苯酚、石油醚、亞硫酸鈉、葡萄糖、碘液、檸檬酸鈉、檸檬酸、氯化鈉、氫氧化鈉、乙醇、聚氧乙烯脂肪醇酯、辛酸、醋酸鈉、冰醋酸、茚三酮、硼氫化鈉等，均為國產(chǎn)分析純試劑，國藥集團化學試劑北京有限公司。

1.2 主要設備

L-8900型氨基酸自動分析儀，日立公司；UV-2450型紫外可見光分光光度計，日本島津公司；WG9220SA型電熱鼓風干燥箱，天津市通信立達儀器廠；YS-10型小型高速粉碎機，北京燕山正德機械設備有限公司；ATN-300型全自動凱氏定氮儀，上海洪紀儀器設備有限公司；40目分樣篩，上虞道圩紗篩廠。

1.3 測定方法

1.3.1 基礎成分測定

1）水分含量測定，參照GB 5009.3—2010中的直接干燥法［13］。

2）脂肪含量測定，參照GB/ T 5009.6—2003中的索氏抽提法［14］。

3）蛋白質(zhì)含量測定，參照GB 5009.5—2010中的凱氏定氮法［15］。

4）灰分含量測定，參照GB 5009.4—2010中灰分的測定［16］。

1.3.2 氨基酸組成和含量分析

樣品前處理方法:稱取或者量取樣品（待測樣品的蛋白質(zhì)含量在10～20 mg），液體樣品置于水解管中，向其中加入6 mol/ L的濃鹽酸10～15 mL，加入新蒸餾的苯酚3～4滴，用氮氣置換水解管上方的空氣，密封水解管將其置于試管架上，在（110±1）℃的條件下水解22 h，取出冷卻，將水解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，去離子水定容。從定容后的溶液中取出1 mL反復蒸干2～3次后用pH值2.2的鹽酸緩沖液溶解，經(jīng)0.22 μm濾膜過濾。按照姜濤等［17］的檢測方法對4種物料中的氨基酸成分進行檢測。

色氨酸測定的前處理方法:準確稱取樣品（≤100 mg）于聚四氟乙烯管中，加入0.3 mL水使樣品浸濕，再加4.3 mol/ L的LiOH溶液1.5 mL，混合后充入氮氣封蓋，（110±1）℃水解20 h，樣品冷卻后用4 mol/ L鹽酸溶液調(diào)pH值至4.3，并定容至50 mL，0.45 μm濾膜過濾。按照紀傳俠［18］的檢測方法對4種物料中的色氨酸進行檢測。

1.3.3 淀粉含量測定

磨碎樣品過40目篩，稱取2～5 g樣品（精確至0.001 g），置于放有折疊濾紙的漏斗內(nèi)，先用50 mL乙醚分5次洗除脂肪，再用約150 mL體積分數(shù)85%乙醇洗去可溶性糖類，將殘留物移入250 mL燒杯內(nèi)，并用50 mL水洗濾紙及漏斗，洗液并入燒杯內(nèi)，將燒杯置沸水浴上加熱15 min，使淀粉糊化，放冷至60℃以下，加20 mL α-淀粉酶溶液，在55～60℃下保溫1 h，滴加碘液，應不顯藍色，若顯藍色，再加熱糊化并加20 mL α-淀粉酶溶液，直至加碘不顯藍色為止。加熱至沸，冷后移入250 mL容量瓶中，并加水至刻度，混勻，過濾。棄去初濾液，取50 mL濾液，置于250 mL錐形瓶中，加6 mol/ L鹽酸5 mL，裝上回流冷凝器，在沸水浴中回流1 h，冷卻后用5 mol/ L氫氧化鈉溶液中和至中性，溶液轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶中，洗滌錐形瓶，洗液并入100 mL容量瓶中，加水至刻度，混勻備用。

1.3.4 葡萄糖含量檢測

本文葡萄糖含量檢測使用DNS法［19］。

DNS溶液:準確稱取3，5-二硝基水楊酸6.3 g溶于500 mL蒸餾水中，加熱，于熱溶液中依次加入酒石酸鉀鈉182 g、氫氧化鈉21 g、苯酚5 g、亞硫酸鈉5 g，攪拌至完全溶解，冷卻后用蒸餾水定容至1 000 mL，貯于棕色瓶中備用，室溫下放置7 d后使用。

葡萄糖標準溶液的配制與曲線繪制:將無水葡萄糖烘干至恒重，精確稱量100 mg用蒸餾水溶解，并定容至100 mL，配制成1 g/ L的葡萄糖標準溶液以備用。精確吸取葡萄糖標準液0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mL，分別置于25 mL的具塞試管中，均補水至2 mL，再加入DNS溶液2 mL，混合均勻后，沸水浴10 min，迅速流水冷卻，以葡萄糖標準液濃度為橫坐標，吸光值為縱坐標，繪制標準曲線。樣品中葡萄糖含量測定:將樣品按照一定比例稀釋，補水至2 mL，加入DNS溶液2 mL，混合均勻后，沸水浴10 min，迅速流水冷卻，在540 nm下測定吸光值。

2 結(jié)果與討論

2.1 4種蛋白物料的基礎成分檢測

4種物料中蛋白質(zhì)、淀粉、水分等含量組成如表1，玉米蛋白粉淀粉質(zhì)量分數(shù)最高，達18.36%，可能由于玉米蛋白粉是濕法生產(chǎn)玉米淀粉的副產(chǎn)物，玉米蛋白粉中會殘留一部分玉米淀粉。比較4種物料蛋白質(zhì)含量，玉米蛋白粉、大豆粉中蛋白質(zhì)量分數(shù)分別為61.60%，38.18%，表明玉米蛋白粉是高蛋白質(zhì)原料。玉米蛋白主要為醇溶蛋白（zein，68%左右）、谷蛋白（glutelin，28%左右）及溶于水的清蛋白及不溶于水但溶于鹽的球蛋白。玉米醇溶蛋白存在大量非極性氨基酸，水溶解性很差；其在水中的不溶性、抗酸性也導致動物機體對玉米蛋白粉的消化利用較差［20］。因此，如何提高玉米蛋白粉水溶性和利用率是一項有待深入研究的課題。有文獻報道［21 -22］，添加一定外源蛋白酶制劑，可提高動物機體對玉米蛋白粉的消化利用率。本項目組研究開發(fā)玉米黃粉中玉米黃色素提取制備技術，并將酶解玉米蛋白肽替代大豆粉（大豆?jié){）應用于黃原膠等發(fā)酵，大大提高玉米資源綜合利用率及附加值。

表1 4種物料中基礎成分含量Tab.1 Basic ingredients in four kinds of material %

2.2 4種蛋白物料中的氨基酸組成分析

氨基酸混合標準樣品（16種氨基酸與氨）分析結(jié)果見圖1、圖2，根據(jù)相應出峰時間和標準樣品濃度繪制其標準曲線，定性、定量檢測4種蛋白粉的氨基酸組成及其含量（見表2）。從表2必需氨基酸（essential amino acids，EAA）含量可以看出，玉米蛋白粉中蛋白含量高，氨基酸豐富，但氨基酸組成不平衡。玉米蛋白粉中亮氨酸Leu、異亮氨酸Ile、纈氨酸Val的質(zhì)量分數(shù)較高，分別為11.94%，2.19%，2.84%，表明玉米蛋白粉富含支鏈氨基酸（branched chain amino acids，BCAA），適宜高F值低聚肽制備，此活性肽具有抗氧化、消除疲勞、解酒、降血壓、降血脂、輔助治療肝病的生理功效，也可用于谷氨酰胺肽、降血壓肽和玉米蛋白肽等多種活性肽制備。4種物料中非必需氨基酸含量見表3，玉米蛋白粉中谷氨酸Glu、脯氨酸Pro、酪氨酸Tyr、丙氨酸Ala質(zhì)量分數(shù)分別為12.36%，3.48%，3.03%，5.34%，顯著高于大豆粉、棉籽蛋白粉和花生餅粉，但其賴氨酸Lys（0.76%，屬于堿性氨基酸）、色氨酸Trp （0.64%，屬于酸性氨基酸）明顯低于其他3種蛋白粉，這與王章存等［23］研究結(jié)果基本一致。玉米蛋白粉通過消化酶或生物降解后，易被動物機體消化吸收，添加于發(fā)酵培養(yǎng)基中更易被微生物吸收利用，能提高其利用率，解決玉米蛋白粉水溶性差的問題。大豆粉中人體必需氨基酸含量比較均衡，賴氨酸Lys和色氨酸Trp的含量高于其他蛋白，質(zhì)量分數(shù)達到2.22%和1.45%。棉籽蛋白粉、花生餅粉的多種必需氨基酸組成與大豆蛋白接近，但棉籽蛋白粉、花生餅粉的蛋氨酸Met質(zhì)量分數(shù)（分別為0.49%，0.65%）明顯低于大豆粉和玉米蛋白粉。棉籽蛋白粉、花生餅粉中精氨酸Arg質(zhì)量分數(shù)高達6.06%，5.86%。

圖1 氨基酸混合標準樣品在波長570 nm下的色譜Fig.1 Chromatogram of amino acid mixed standard samples at a wavelength of 570 nm

圖2 氨基酸混合標準樣品在波長440 nm下脯氨酸的色譜Fig.2 Chromatogram of amino acid mixed standard samples at a wavelength of 440 nm

從氨基酸組成看，棉籽蛋白粉Glu含量相對較高，除Met稍低外，其余必需氨基酸均達到聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）推薦標準，Met水平更接近FAO的規(guī)定（見表2、表3）。資料顯示，棉籽蛋白的蛋白質(zhì)功效比值（2.0）、消化率（61%）、生物價（62%）及蛋白質(zhì)凈利用（41%～47%）等營養(yǎng)評價指標較高。與大豆蛋白相近，棉籽蛋白不會引起人腸胃漲氣，無豆腥味；吸水性方面，棉籽蛋白吸水性高于大豆沉淀蛋白；吸油性方面，棉籽蛋白均低于大豆蛋白；起泡性和乳化性方面，棉籽溶解蛋白優(yōu)于棉籽沉淀蛋白和濃縮蛋白［24］。這些特點對在食品加工中綜合利用棉籽蛋白是有利的。據(jù)報道，近年來已將棉籽蛋白代替谷朊粉應用于高蛋白飲料、冰淇淋等的生產(chǎn)。棉籽中含0.7%～4.8%棉酚，棉酚對雌性動物繁殖機能有影響，大劑量棉酚能擾亂雌性哺乳動物的發(fā)情周期，生育期男子定期服用棉酚有避孕作用。因此，棉籽蛋白是一種較好的蛋白質(zhì)食物或飼用蛋白源，但在棉籽蛋白加工過程中需要對棉酚進行處理。

表2 4種物料中必需氨基酸的組成Tab.2 Essential amino acids in four kinds of material %

表3 4種物料中非必需氨基酸組成Tab.3 Non-essential amino acids in four kinds of material %

2.3 分析與討論

必需氨基酸是否齊全、均衡是評價植物蛋白營養(yǎng)價值、品質(zhì)的重要因素?？傮w上看，4種植物蛋白均含有種類較齊全的必需氨基酸，但其含量有較大差異，并存在一定互補性。大豆蛋白中必需氨基酸含量較高，種類較齊全，比較接近WHO/ FAO推薦標準，是谷類蛋白質(zhì)中較理想氨基酸來源，其中Lys、Trp、Ile含量豐富，Met含量相對較低；棉籽蛋白粉中Lys、Arg含量較高，Met含量較低，其他與大豆蛋白粉相似，成為近年一種重要的新型蛋白飼料資源；玉米蛋白粉中Lys、Trp、Arg含量不足，Leu、Tyr含量豐富。為提高谷物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值和品質(zhì)，除用純氨基酸制劑強化外，幾類植物蛋白（或動植物蛋白）搭配互補也是提高蛋白營養(yǎng)價值的可行方式。將上述谷物蛋白資源按一定比例合理復配，再進行適當酶解，互補平衡氨基酸組成，有利于提高消化吸收率和營養(yǎng)品質(zhì)。

在氨基酸互補原則基礎上，物料復配應用時，還應注意蛋白質(zhì)的功能特性，如溶解性、持油性、持水性、乳化性與乳化穩(wěn)定性、起泡性與泡沫穩(wěn)定性等。這些功能特性相互作用［25］，能影響食品在加工貯藏過程中的品質(zhì)變化和物理化學性質(zhì)。蛋白質(zhì)的溶解性很大程度上會影響其他功能特性，如乳化性、起泡性、凝膠性等；蛋白質(zhì)的起泡性、泡沫穩(wěn)定性在蛋糕、冰淇淋等食品加工過程中是重要的影響因素。

4種植物蛋白在食品、飼料、發(fā)酵、保健品等行業(yè)領域被廣泛應用。相對于大豆粕，棉籽粕、花生餅粉、玉米黃粉的價格更低廉。陳曄等［26］利用水解棉籽蛋白作為氮源，利用大腸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)L-天冬氨酸，與牛肉胨、酵母浸膏比較，發(fā)酵效果與牛肉胨相當，優(yōu)于酵母浸膏，大大降低了生產(chǎn)成本。劉昌峨［27］用棉籽蛋白代替大豆蛋白飼養(yǎng)豬，試驗表明，豬的生長速度未受到影響，動物體內(nèi)的消化、吸收、代謝良好。胡志和等［7］研究表明，將花生餅粕蛋白應用于發(fā)酵飲料中，能夠產(chǎn)生生理活性成分、改善產(chǎn)品風味。本項目組與某大型黃原膠發(fā)酵企業(yè)開展科研合作，研究開發(fā)玉米淀粉加工副產(chǎn)物——玉米黃粉的綜合利用，開發(fā)高F值活性肽及支鏈氨基酸，提取其中玉米黃色素（葉黃素、玉米黃素等），并將剩余的玉米蛋白部分替代原生產(chǎn)配方中的大豆粉（或磨制大豆豆?jié){），簡化發(fā)酵生產(chǎn)工藝，提高玉米資源的利用率及附加值。上述蛋白質(zhì)資源開發(fā)利用時，研究植物蛋白的氨基酸組成、功能特性、復配性質(zhì)等，綜合、互補是需要重點考慮的內(nèi)容。

3 結(jié) 論

研究分析了4種植物蛋白的氨基酸組成與營養(yǎng)學特性。玉米蛋白粉、大豆粉、棉籽蛋白粉、花生餅粉蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別為61.60%，38.18%，51.49%，43.15%，玉米蛋白粉中醇溶蛋白含量高，造成水溶解性很差，不利于動物機體消化吸收。大豆粉中氨基酸組成比較均衡，其Lys、Trp含量較高，達2.22%和1.45%，多種必需氨基酸接近WHO/ FAO的推薦標準。棉籽蛋白粉、花生餅粉的多種必需氨基酸組成與大豆蛋白接近，但棉籽蛋白粉、花生餅粉的Met含量明顯低于大豆粉和玉米蛋白粉。玉米蛋白粉富含Leu、Ile、Val等支鏈氨基酸，適宜高F值低聚肽制備等，但玉米蛋白粉中Lys、Trp質(zhì)量分數(shù)分別為0.76%，0.64%，明顯低于其他3種植物蛋白及WHO/ FAO推薦標準。因此，根據(jù)蛋白資源的氨基酸組成特征和功能特性，合理搭配互補，有利于提高谷物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值和品質(zhì)。該方面研究為植物蛋白資源開發(fā)提供了技術參數(shù)和應用方向。

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Study on Components and Nutritional Properties of Four Kinds of Plant Proteins

XIAO Xiao1，YIN Sheng1，HOU Wei2，WANG Chengtao1，*，LI Shubiao3
（1.Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives/ Beijing Laboratory of Food Quality and Safety，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；2.Chinese Institute for Food Science and Technology，Beijing 100048，China；3.Shandong Fufeng Fermentation Co.Ltd，F(xiàn)ufeng Group Co.Ltd，Junan 276600，China）

Amino acid components and nutritional properties of four kinds of plant proteins were analyzed in this study.The protein contents of corn gluten meal，soybean powder，cottonseed protein powder，and peanut meal were 61.60%，38.18%，51.49%，and 43.15%.Soybean meal had the balanced amino acids compositions.Essential amino acids contents in cottonseed protein powder and peanut meal were similar to those in soybean flour while the Met contents were lower.Corn gluten meal was rich in Leu，Ile，Val and other branched chain amino acids.However，the Lys and Try contents were remarkably lower than other vegetable proteins.Therefore，according to the characters of amino acid compositions and functional features，a reasonable complement of different proteins could improve the nutritional value.

plant proteins；amino acids；essential amino acids；nutritional characteristic；utilization

檀彩蓮）

TS201.4；TS210.9；TS255.6

A

10.3969/ j.issn.2095-6002.2016.03.009

2095-6002（2016）03-0061-06

肖瀟，尹勝，侯威，等.四種植物蛋白的成分與營養(yǎng)學特性分析［J］.食品科學技術學報，2016，34（3）:61 -66.

XIAO Xiao，YIN Sheng，HOU Wei，et al.Study on components and nutritional properties of four kinds of plant proteins ［J］.Journal of Food Science and Technology，2016，34（3）:61 -66.

2015-09-16

北京市科技計劃項目（Z151100001215008）；北京市屬高等學校食品科學創(chuàng)新團隊項目（IDHT20130506）。

肖 瀟，女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術；*王成濤，男，教授，博士，主要從事食品生物技術方面的研究。通信作者。