漢麻籽蛋白研究進(jìn)展

孟妍，曾劍華，王尚杰，石彥國，朱秀清

哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省谷物食品與谷物綜合加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（哈爾濱 150076）

漢麻又稱大麻、火麻，由于含有四氫大麻酚（THC）等大麻素[1]，被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥領(lǐng)域，當(dāng)四氫大麻酚含量小于0.3%被稱為工業(yè)漢麻[2-3]，其籽仁可食用。漢麻籽含有豐富的營養(yǎng)組分，含有脂肪酸25%～35%、蛋白質(zhì)20%～25%、碳水化合物20%～30%，其中纖維10%～15%，還含有鈣、鉀、磷、鎂、鐵和鋅等礦物質(zhì)，其中鐵鋅比例及含量適合人體脂肪代謝所需[4-5]；漢麻籽還含有β-胡蘿卜素和多種維生素，其中維生素B2含量較高[6]。

目前，漢麻籽應(yīng)用主要體現(xiàn)在軍用服裝纖維原料和優(yōu)質(zhì)食用油[7]的開發(fā)利用上，對漢麻籽蛋白的開發(fā)利用還較少。隨著國內(nèi)市場對健康食品需求的不斷增加，漢麻籽蛋白逐漸被關(guān)注，在20世紀(jì)初人們開始對漢麻籽蛋白有了一定的研究，研究發(fā)現(xiàn)漢麻籽蛋白含有21種氨基酸，包含8種人體必需氨基酸。由于漢麻籽含有豐富的人體必需氨基酸和必需脂肪酸，被認(rèn)為是現(xiàn)今較完整的營養(yǎng)來源[8]。并且漢麻籽蛋白經(jīng)過適當(dāng)?shù)拿杆?，可以用來生產(chǎn)多功能性的保健食品，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。目前，國內(nèi)外對漢麻籽蛋白的開發(fā)主要集中在提取技術(shù)研究以及蛋白類食品的制作方面，如現(xiàn)在市場中出現(xiàn)的漢麻籽蛋白粉、漢麻籽奶和漢麻籽蛋白乳飲料等[9-10]，在漢麻籽蛋白結(jié)構(gòu)組成、表征及加工特性方面的研究較少。隨著對漢麻籽蛋白的深入研究，對開發(fā)其功能特性，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的意義。

針對漢麻籽蛋白結(jié)構(gòu)組成、漢麻籽蛋白功能特性、漢麻籽蛋白水解物及漢麻籽蛋白產(chǎn)品等方面對漢麻籽蛋白研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，并對漢麻籽蛋白的研究方向進(jìn)行展望，以期為漢麻籽蛋白的深入研究和開發(fā)利用提供基礎(chǔ)。

1 漢麻籽蛋白的組成及結(jié)構(gòu)

漢麻籽干基中蛋白約占25%，經(jīng)過低溫脫脂后堿溶酸沉得到漢麻籽分離蛋白（HPI）；其主要成分為65%～75%麻仁球蛋白（Globulin，GLB）和25%～37%的白蛋白（Albumin，ALB）[8]。

1.1 麻仁球蛋白

麻仁球蛋白分子是由酸性亞基和堿性亞基通過二硫鍵連接組成的六聚體[11]，Svedberg等[12]通過超速離心法測得漢麻籽蛋白分子量為300 kDa，其中酸性亞基分子量為33.0 kDa，堿性亞基分子量為20.0 kDa。Hall等[13]通過電子顯微鏡觀察到GLB類似于等邊三角形形狀，其分子呈現(xiàn)六角形排列。Angelo等[14]通過電子顯微鏡觀察了GLB的微觀形貌，其表面類似卵石狀。Patel等[8]通過X射線束上的衍射條紋推導(dǎo)出六聚體的分子對稱性和整體形狀。

1.2 白蛋白

ALB和GLB蛋白含量差異歸因于氨基酸組成和結(jié)構(gòu)構(gòu)象變化，凝膠電泳顯示：ALB具有較少的二硫鍵，因此結(jié)構(gòu)較松散，具有更大的靈活性。ALB的二級結(jié)構(gòu)顯示出比GLB更有序的多肽排列，ALB的三級結(jié)構(gòu)在pH 3.0時(shí)較少，但在pH 7.0到9.0時(shí)較多[11]。

2 不同處理?xiàng)l件對漢麻籽蛋白組分特性的影響

2.1 pH對漢麻籽蛋白組分特性的影響

ALB比GLB有較高的溶解性，在pH小于7.0的時(shí)候，ALB的溶解性高達(dá)57%，GLB的溶解性達(dá)到38%，尤其是在pH 5.0時(shí)溶解性達(dá)到最低，可能是在酸性條件下GLB發(fā)生了聚合，溶解性的差異是蛋白質(zhì)成分和六聚體的聚集程度不同導(dǎo)致的。在pH大于7.0的條件下ALB溶解性達(dá)到84%，明顯優(yōu)于GLB的52%[15]。

在不同pH條件下，ALB比GLB發(fā)泡能力強(qiáng)。分別在pH 3.0，5.0，7.0，9.0條件下，ALB起泡體積增加了90%，而GLB起泡體積小于40%[16]。

2.2 還原劑對漢麻籽蛋白組分特性的影響

二硫蘇糖醇（Dithiothreitol，DTT）作為一種還原劑，可以破壞二硫鍵，影響GLB的巰基穩(wěn)定性，導(dǎo)致GLB不穩(wěn)定。20 mmol/L的DTT導(dǎo)致了GLB的變性焓顯著下降，說明DTT破壞巰基穩(wěn)定性，導(dǎo)致GLB熱穩(wěn)定性下降和有序結(jié)構(gòu)變得松散；十二烷基硫酸鈉（Sodiumdodecylsulfate，SDS）使GLB發(fā)生聚合反應(yīng)，有序三級結(jié)構(gòu)變得松散，熱穩(wěn)定性降低；與DTT（p＜0.05）對GLB的熱穩(wěn)定性影響相比，SDS使GLB的變性焓下降幅度要大得多。與DTT破壞GLB二硫鍵相比，GLB的有序三級結(jié)構(gòu)更容易受到疏水相互作用的影響[17]。

2.3 蛋白濃度對漢麻籽組分特性的影響

Malmo等[16]測定了在不同濃度下GLB和ALB乳狀液的乳化性和乳化穩(wěn)定性，在質(zhì)量濃度10 mg/mL，pH 3.0，5.0，7.0，9.0條件下，GLB與ALB乳化性差異不明顯，但GLB乳狀液的乳化穩(wěn)定性在pH 3.0和5.0時(shí)最穩(wěn)定，在pH 7.0的條件下由于蛋白質(zhì)之間的相互作用形成的界面膜比較薄，所以pH 7.0時(shí)乳化穩(wěn)定性較低。而ALB乳狀液在不同pH條件下乳化穩(wěn)定性差異不明顯。

在質(zhì)量濃度25 mg/mL下，pH 5.0時(shí)GLB乳狀液由于蛋白之間的相互作用增強(qiáng)，形成了更厚的界面膜，所以乳狀液的粒徑較小，乳化性較高。

在質(zhì)量濃度50 mg/mL下，GLB與ALB乳狀液粒徑大小相似，只是ALB乳狀液在pH 7.0和9.0時(shí)由于凈電荷效應(yīng)的增加，降低了蛋白質(zhì)分子在中性和堿性下形成強(qiáng)界面膜的能力，所以乳狀液粒徑較大，乳化性降低。因此得出蛋白質(zhì)濃度的增加會(huì)降低ALB在pH 7.0和9.0的乳化能力?？偟膩碚f，GLB與ALB乳狀液粒徑較小，與Taherian等[18]報(bào)道的乳清分離蛋白的乳狀液粒徑相似，具有優(yōu)于其他植物蛋白的乳化性[19-20]，可用來制作很好的乳化劑。

同時(shí)漢麻籽蛋白質(zhì)濃度的升高有助于形成更厚的界面膜，從而獲得更高的乳化穩(wěn)定性，Chavan等[21]和Deng等[22]的研究也驗(yàn)證了此結(jié)論。

另外Hitchcock等[23]研究了GLB的膠體性質(zhì)，得出GLB的膠體性質(zhì)與Loeb[24]觀察到的酪蛋白和雞蛋白蛋白的膠體性質(zhì)完全相似。

3 漢麻籽蛋白的提取

目前研究的漢麻籽蛋白提取技術(shù)有堿溶酸沉技術(shù)、膠束技術(shù)[25]。堿溶酸沉法是最常用的漢麻籽分離蛋白（HPI）提取技術(shù)。利用漢麻籽蛋白在堿性條件下溶解性高，并在等電點(diǎn)條件下沉淀進(jìn)行分離獲得HPI。Tamar等[26]用堿溶酸沉法提取蛋白，蛋白質(zhì)得率為50.07%。蛋白純度達(dá)到91.44%。張維等[27]用無水乙醚脫脂后的漢麻籽餅粕作為原料進(jìn)行HPI的提取研究，蛋白提取率為52.27%，蛋白質(zhì)純度為83.8%。張濤[28]優(yōu)化后的堿溶出率為86.95%，蛋白質(zhì)得率為70.56%，溶解度為31.89%，蛋白質(zhì)純度為92.39%，脂肪含量為0.2%，水分含量為2.51%，灰分含量為1.1%，碳水化合物含量為2.12%，得到純度較高的HPI。

堿溶酸沉法作為提取蛋白的傳統(tǒng)工藝，因其簡單可行的操作有利于工業(yè)化生產(chǎn)分離蛋白，但其缺點(diǎn)是在堿溶酸沉中會(huì)形成大量的鹽，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢水，并且在堿性條件下部分蛋白質(zhì)容易發(fā)生變性和極性氨基酸側(cè)鏈的暴露，導(dǎo)致表面疏水性增強(qiáng)，所得蛋白持油性能較好。為了保持蛋白質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定，Murray等[29]提出膠束提取法，膠束提取法條件溫和，主要是利用鹽溶液，離心分離去除不溶性物質(zhì)，通過透析得到持水性較好的分離蛋白。膠束法提取蛋白，膠束化過程有利于排除非蛋白類物質(zhì)，所以提取的蛋白含量達(dá)到98.8%，高于堿溶酸沉法提取蛋白的91.44%，與Mwasaru等[30]報(bào)道的膠束提取法得到蛋白含量高于堿溶酸沉法相一致。膠束蛋白提取法和堿溶酸沉法獲得的蛋白具有相似的電泳圖和氨基酸組成。但二者提取的漢麻籽蛋白在不同條件下溶解性存在差異，如在pH 3～5之間，堿溶法提取的HPI溶解性低于膠束法，而pH 6～9之間堿溶法則優(yōu)于膠束法。堿溶酸沉法提取的HPI含有較高含量的多酚類物質(zhì)，其顏色比膠束法提取的顏色深。所以膠束提取的蛋白顏色較淺，適合加入到高蛋白食物產(chǎn)品中，可以為運(yùn)動(dòng)員提供能量，而堿溶酸沉法提取的蛋白易于操作，可工業(yè)化生產(chǎn)[25]。

4 漢麻籽蛋白功能特性

目前研究提取的漢麻籽蛋白產(chǎn)品有漢麻分離蛋白和漢麻濃縮蛋白。

4.1 溶解性

研究表明HPI是一種堿溶性蛋白，在pH高于8的情況下，溶解度高達(dá)90%，與大豆分離蛋白（Soybean protein isolate，SPI）相似。在中酸性條件下，由于共價(jià)二硫鍵的形成，高游離巰基（—SH）含量的蛋白質(zhì)具有更強(qiáng)的相互關(guān)聯(lián)或聚集的能力，可能在HPI中高含量的蛋氨酸和半胱氨酸殘留導(dǎo)致個(gè)體分子間共價(jià)二硫鍵的增加，從而增加了蛋白質(zhì)聚合的程度[17]。

Malomo等[15]用含量約44.32%的漢麻籽濃縮蛋白（Hempseed protein meal，HPM）和84.15%的HPI進(jìn)行功能性比較試驗(yàn)，HPM在pH 3.0～9.0的時(shí)候溶解性呈上升趨勢；而HPI在pH 3.0到4.0時(shí)溶解性下降，pH 4.5達(dá)到等電點(diǎn)沉淀，pH 5.0～9.0溶解度呈逐步上升趨勢。

4.2 乳化性及乳化穩(wěn)定性

高乳化性是HPI潛在的一種功能特性，在pH 3.0～8.0條件下HPI的乳化活性指數(shù)、乳液穩(wěn)定性指數(shù)趨勢均與SPI相似。因此HPI的高乳化性可用于制造高品質(zhì)的乳化食品[17]。

Malomo等[15]研究HPM和HPI的乳化特性，發(fā)現(xiàn)HPM溶液乳化性較高，這可能是HPM中含有較多的非蛋白物質(zhì)，如多糖等可以增強(qiáng)乳化作用；而HPI溶液乳化性則是隨著溶液濃度的增加，乳化性顯著增強(qiáng)。

4.3 持水性及持油性

HPM持水性12.32 g/g優(yōu)于HPI的12.01 g/g，相反持油性HPI 13.70 g/g高于HPM 12.54 g/g[15]，研究表明HPI持水持油性略低于SPI[28]，與Ahmedna等[31]報(bào)道的相一致；而張濤[28]研究結(jié)果卻表明HPI的持水持油性很高，甚至略高于SPI。這可能是選取的原料品種不同所導(dǎo)致的功能性有所差異。盡管如此，HPI可以通過改性方法優(yōu)化功能特性，使其更好地應(yīng)用到食品工業(yè)生產(chǎn)中。

4.4 成膜性

HPI薄膜內(nèi)聚力強(qiáng)，使其具有抗性和延展性特征，二硫鍵在HPI薄膜網(wǎng)絡(luò)的形成和維護(hù)中起著主導(dǎo)作用。而SPI薄膜網(wǎng)絡(luò)的形成是由二硫鍵、疏水性相互作用和氫鍵共同作用主導(dǎo)的[32]。

4.5 起泡性

HPM和HPI在相同濃度時(shí)，pH 3.0時(shí)HPI起泡能力較強(qiáng)，不同濃度時(shí)，兩者起泡能力隨著蛋白質(zhì)濃度增加而增強(qiáng)。試驗(yàn)研究得出，HPI在不同pH和不同蛋白濃度中起泡能力穩(wěn)定。HPI優(yōu)越的起泡能力說明蛋白質(zhì)含量高的原料比蛋白質(zhì)含量低的原料起泡能力和形成泡沫的穩(wěn)定性好[15]。此研究結(jié)果與Aluko等[19]研究結(jié)果相一致。因?yàn)榉蛛x蛋白通過蛋白與蛋白之間的相互作用形成黏彈性界面膜，從而增強(qiáng)了泡沫對空氣的抵抗力，所以穩(wěn)定性較高。

4.6 凝膠性

HPI由于等電點(diǎn)沉淀，蛋白質(zhì)分子聚集導(dǎo)致凝膠網(wǎng)絡(luò)形成所需要的靈活性降低，所以HPI凝膠形成能力較差。而HPM沒有經(jīng)過等電點(diǎn)沉淀，只含有少量的聚合蛋白質(zhì)，所以凝膠形成能力較強(qiáng)。HPM可以作為膠凝劑的原料，可以制造固態(tài)或半固態(tài)食物。

Malomo等[15]通過（Leastgelation concentration，LGC）試驗(yàn)也驗(yàn)證了HPM的凝膠化能力比HPI要強(qiáng)，且優(yōu)于SPI。

5 漢麻籽蛋白肽制備及其保健功能性

通過酶水解獲得的植物和動(dòng)物的肽可以清除自由基，抑制生理相關(guān)的酶，也可以作為有效的抗氧化劑或抗高血壓藥物[33-37]。蛋白肽的抗氧化特性包括充當(dāng)金屬離子的螯合劑、清除自由基的能力和抑制亞油酸的氧化作用等[38]。

周徐慧等[39-40]采用堿性蛋白酶水解HPI，在底物質(zhì)量濃度50 mg/mL、水解時(shí)間2 h、溫度50 ℃、加酶量質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.2%、pH 9.4酶解產(chǎn)物的條件下獲得最佳水解度20%，10 mg/mL酶解產(chǎn)物的DPPH自由基清除率達(dá)到82.65%。在最優(yōu)酶解條件下獲得蛋白肽之后，采用大孔吸附樹脂對蛋白肽進(jìn)行動(dòng)態(tài)脫鹽，脫鹽率為93.03%，最大回收率為98.45%。脫鹽后的蛋白肽亮度提升，色澤偏向乳白；疏水性氨基酸含量從脫鹽純化前的26.3 g/100 g增加至純化后34.47 g/100 g；相對分子質(zhì)量主要分布在310～2 600 Da。脫鹽后蛋白肽的還原力和清除自由基的能力比脫鹽前有不同程度的增強(qiáng)。

Girgih等[41]采用胃蛋白酶和胰蛋白酶水解HPI，再用超濾對蛋白肽進(jìn)行逐次分離；得到1，3，5和10 kDa不同分子量的蛋白肽。小于1 kDa的蛋白肽含量表明，低分子量的成分是鹽和可溶性糖。小于1 kDa和1～3 kDa蛋白肽的半胱氨酸含量較低，纈氨酸含量較高，總體來說蛋白肽氨基酸含量與HPI氨基酸含量相似。這些蛋白肽的抗氧化特性在很大程度上取決于酶的專一性、水解程度及釋放的肽的結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，如分子量、氨基酸組成和疏水性等[42-43]。小于1 kDa分子量的DPPH清除自由基為24.2%，而5～10 kDa的DPPH清除自由基為18.7%。這一結(jié)果表明，低分子量的比高分子量的肽具有更好的清除自由基能力，與藜麥蛋白肽抗氧化活性相似[44]，與亞麻蛋白肽[45]和鷹嘴豆蛋白肽[46]抗氧化活性不同。此外，體外消化率試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)漢麻肽疏水性、酸性、支鏈氨基酸的豐富程度對提高縮氨酸的抗氧化性具有積極的作用。

漢麻肽可用于制備功能性食品和營養(yǎng)物質(zhì)，其富含多功能的生物活性成分，對抗可能導(dǎo)致氧化應(yīng)激相關(guān)疾病的各種自由基[47-50]。宋淑敏等[51-52]以脫脂漢麻籽粕為原料，采用木瓜蛋白酶與中性蛋白酶復(fù)配水解制得的漢麻多肽粉已經(jīng)過急性毒性試驗(yàn)研究，并在漢麻籽多肽粉的基礎(chǔ)上通過正交試驗(yàn)得出漢麻多肽口服液的最佳配方，其中多肽粉添加量為0.8%，檸檬酸為0.1%，木糖醇添加量為6%，蜂蜜添加量為7%。此配方已經(jīng)通過感官、微生物、重金屬指標(biāo)等檢測，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。漢麻籽蛋白肽的出現(xiàn)可以拓寬漢麻籽蛋白在食品營養(yǎng)方面的研究，對HPI的深加工開發(fā)利用具有深刻意義。

6 前景與展望

2002年漢麻籽被我國衛(wèi)生部列為“藥食同源藥材”之一[53]，為漢麻籽的開發(fā)提供大力支持。從高端食用油到一系列的保健品，都體現(xiàn)出漢麻籽的藥用價(jià)值和商業(yè)價(jià)值。目前市場已有漢麻籽奶、漢麻籽餅干等產(chǎn)品，對人體高血壓、心血管等疾病有很好的保健作用。另外漢麻籽蛋白結(jié)構(gòu)與大豆蛋白類似，其分離蛋白功能特性如持水性、持油性優(yōu)于大豆分離蛋白，在某方面可以替代大豆分離蛋白。漢麻籽蛋白多樣化產(chǎn)品的開發(fā)還處于起步階段，它將具有廣闊的消費(fèi)市場，其前景非常開闊，符合國家的綠色環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展方向，具有重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。漢麻籽其口感獨(dú)特，深加工可以制造出不同風(fēng)味的食品，深受消費(fèi)者青睞。

漢麻籽蛋白未來研究方向：1）漢麻籽分離蛋白的提取技術(shù)目前采用堿溶酸沉法，可大規(guī)模生產(chǎn)分離蛋白，但堿溶酸沉法提取的是麻仁球蛋白，對于其中白蛋白的提取還有待進(jìn)一步研究；2）提取蛋白的技術(shù)有膜分離技術(shù)、超濾技術(shù)[54]、雙極膜電解技術(shù)[55]和起泡技術(shù)[56]。但是目前提取漢麻籽蛋白僅僅局限于堿溶酸沉法和膠束法，采用新的提取方法獲得純度更高的漢麻籽蛋白也是當(dāng)今大熱的研究方向之一；3）漢麻籽蛋白的結(jié)構(gòu)組成，如分子量、巰基、二硫鍵等對其功能特性的影響和表征仍處于空白階段，也是未來漢麻籽蛋白基礎(chǔ)研究的重點(diǎn)；4）漢麻籽蛋白如凝膠性、熱穩(wěn)定性、起泡性等功能特性在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用也在起步階段，并且結(jié)合改性手段開發(fā)運(yùn)用其功能特性有助于人類開發(fā)新的食品資源，對未來漢麻籽蛋白作為食用原料大規(guī)模生產(chǎn)有著重要的作用。