葵花籽粕綜合利用研究進(jìn)展

楊 晨，孔 凡，田 華，雷芬芬,2,3，何東平,2,3，鄭竟成,2,3

(1.武漢輕工大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430023; 2.國家糧食局糧油資源綜合開發(fā)工程技術(shù)研究中心，武漢 430023; 3.大宗糧油精深加工教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430023)

向日葵作為我國重要的油料作物，在各類土壤中均可以生長，具備較強(qiáng)的耐鹽堿性、抗旱性等，生命力頑強(qiáng)，因此可以在各個(gè)地區(qū)種植。我國向日葵種植區(qū)域主要集中在新疆、內(nèi)蒙古、寧夏、山西、河北及東北地區(qū)[1]。目前，在世界向日葵栽種面積中，中國排名第4，且在我國全部的油料餅粕數(shù)量中，葵花籽餅粕排名第2，因此深度開發(fā)利用的市場前景很大[2]。

葵花籽粕是葵花籽提油后的副產(chǎn)品。葵花籽粕營養(yǎng)成分品類繁多，其中29%～43%為植物蛋白，還含有大量的生物活性鈣、綠原酸、膳食纖維、黃酮、磷、煙酸、類脂、還原糖和天然食用紅色素等[3]。目前，葵花籽粕的利用率并不高，多用作蛋白飼料原料，造成資源浪費(fèi)。本文從葵花籽粕作為原料提取有效成分和作為飼料用原料兩方面出發(fā)，綜述了其綜合利用現(xiàn)狀，以期為我國葵花籽粕的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 從葵花籽粕中提取有效成分

1.1 提取蛋白

葵花籽粕中含有29%～43%的蛋白質(zhì)，其構(gòu)成為55% 左右的球蛋白、1%～4%的醇溶蛋白、11%～17%的谷蛋白和20%左右的清蛋白[3]?？ㄗ哑傻鞍鬃鳛橐环N重要的優(yōu)質(zhì)蛋白，富含必需氨基酸甲硫氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和亮氨酸，僅賴氨酸和色氨酸的含量略低于FAO/WHO的小孩的推薦值，但高于FAO/WHO的成人的推薦值[4]?？ㄗ哑傻鞍紫鄬?duì)分子質(zhì)量分布在10～66.2 kDa之間，其中大部分相對(duì)分子質(zhì)量在20～45 kDa之間，更適合人體吸收。葵花籽粕蛋白的提取方法分為堿提酸沉法、酶法和物理輔助法等[5]。部分提取工藝所得葵花籽粕蛋白的提取率如表1所示。

表1 部分提取工藝所得葵花籽粕蛋白的提取率

探究葵花籽粕蛋白的功能性質(zhì)和理化性質(zhì)，并對(duì)其進(jìn)行改性研究能夠?yàn)榭ㄗ哑傻鞍自诠I(yè)上的應(yīng)用提供參考。喬砥等[8]將葵花籽粕蛋白與大豆蛋白的功能性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)葵花籽粕蛋白僅持水性略低，其溶解性、起泡性、起泡穩(wěn)定性、乳化性和乳化穩(wěn)定性均比大豆蛋白高，且持油性顯著優(yōu)于大豆蛋白。Malik等[12]研究了多酚類化合物對(duì)葵花籽和葵花籽仁分離蛋白的功能和流變學(xué)特性的影響，發(fā)現(xiàn)去除酚類化合物后從葵花籽粕中提取的分離蛋白具有較高的溶解性、乳化性、乳化穩(wěn)定性、分散性、起泡性和起泡穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)含量越高、酚類化合物含量越低的分離蛋白，其凝膠化濃度越低。Malik等[13]也采用高強(qiáng)度超聲處理葵花籽粕分離蛋白，并對(duì)其流變學(xué)和結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)超聲處理后分離蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，形成的凝膠強(qiáng)度增加，熱穩(wěn)定性降低，表面形態(tài)發(fā)生較大變化，表現(xiàn)出更大的非均勻性和無序性。此外，他們還研究了γ輻照對(duì)脫酚葵花籽粕蛋白的理化性質(zhì)、抗氧化性能和功能特性的影響，從輻照的葵花籽粕分離蛋白獲得的蛋白質(zhì)溶液濁度更高并且粒徑更大，抗氧化能力提高，溶解度、持油性、乳化性、起泡性均提高，而持水性下降，γ輻射處理可以用來改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象，從而提高蛋白質(zhì)的功能特性，擴(kuò)大其在食品領(lǐng)域的使用范圍[14]。陳珂玥等[15]探究了不同溫度對(duì)葵花籽粕蛋白的各種功能性質(zhì)的影響情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱處理溫度為92℃和102℃時(shí)，起泡性得到改善，并且在92℃時(shí)，不僅提高了乳化活性，乳化穩(wěn)定性也最高。在熱處理一段時(shí)間后，其溶解性降低，并且溫度升高后，持水能力與持油能力增加，但泡沫穩(wěn)定性降低。王殿友等[16]研究了經(jīng)過堿性蛋白酶水解不同時(shí)間后的葵花籽粕鹽溶鹽析法提取的葵花籽粕蛋白中的11S球蛋白的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酶水解后，蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量減小并且蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能特性得到了顯著改善。另外，調(diào)節(jié)酶水解時(shí)間可以改善蛋白質(zhì)的乳化性和起泡性。Ivanova等[17]研究了在pH 2～10時(shí)，低程度胃蛋白酶水解和轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶修飾對(duì)工業(yè)葵花籽粕分離蛋白功能的綜合影響，研究表明葵花籽粕分離蛋白經(jīng)胃蛋白酶水解后再經(jīng)轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶處理，可制得具有較好溶解性、起泡能力和熱穩(wěn)定性的葵花籽粕分離蛋白用于食品工業(yè)。

1.2 提取多肽

多肽廣泛存在于生物體中，是由氨基酸分子的α-羧基和α-氨基脫水縮合形成肽鍵后構(gòu)成的長鏈化合物。生物活性多肽具備較多功能，可直接作為藥物或作為藥物的前體物質(zhì)，對(duì)生物體進(jìn)行免疫調(diào)節(jié)、激素調(diào)節(jié)、酶調(diào)節(jié)，還可以抗病毒、抗氧化、降血壓和降血脂等，日益受到人們的重視[18]。血管緊張素轉(zhuǎn)換酶 (ACE) 抑制肽是一類從食源性蛋白質(zhì)中分離獲得的活性多肽，有降血壓的生物功能。因?yàn)锳CE抑制肽降血壓功效好，并且使用安全，不會(huì)像一般降壓藥物引起毒副作用從而引發(fā)了廣大學(xué)者的關(guān)注[19]?？ㄗ哑傻鞍资且环N優(yōu)質(zhì)植物蛋白，使用其制備的葵花籽粕多肽如表2 所示。

表2 部分工藝所得的葵花籽粕多肽

續(xù)表2

制備工藝多肽結(jié)果參考文獻(xiàn)微波預(yù)處理后采用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶水解葵花籽粕抗氧化肽對(duì)超氧陰離子自由基和羥基自由基清除率分別為72.78%和54.13%[24]超聲波預(yù)處理后采用堿性蛋白酶和木瓜蛋白酶水解葵花籽粕抗氧化肽對(duì)超氧陰離子自由基和羥基自由基清除率分別為67.11%和52.47%[25]中性蛋白酶水解葵花籽粕多肽多肽得率為10.042%[26]風(fēng)味蛋白酶水解具有鮮味的葵花籽蛋白酶解肽制備的酶解產(chǎn)物鮮味強(qiáng)度值最高為 11.54[27]

1.3 提取綠原酸

綠原酸 (Chlorogenic acid)是由咖啡酸與奎尼酸生成的縮酚酸類物質(zhì)，目前已發(fā)現(xiàn)有很多生物學(xué)功能，主要為清除自由基和抗氧化、抗炎、抗微生物、免疫調(diào)節(jié)等[28]。在葵花籽粕中酚類物質(zhì)占3% ～ 4%，其中綠原酸占大部分。當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)綠原酸大部分把價(jià)格較高昂的金銀花﹑杜仲等中草藥材作為原材料，相比之下，用葵花籽粕作為原料價(jià)格十分低廉，是降低加工成本的可取方法之一[29]，且經(jīng)提取綠原酸的葵花籽粕作為飼料的附加利用價(jià)值更高。綠原酸的提取方法可分為傳統(tǒng)提取法(即最常用的水提法和醇提法)、物理輔助提取法(以傳統(tǒng)提取法為基礎(chǔ)，加以超聲波、微波、超高壓等物理方式進(jìn)行的輔助提取)和生物酶法，而在這些方法中使用最廣泛的為醇提法[30]。李彩云等[31]采用微波超聲技術(shù)輔助乙醇醇提法提取葵花籽粕中綠原酸，綠原酸得率為3.095%。鄧本興等[32]也選用了醇提法，但以甲醇溶液為溶劑從葵花籽粕中提取綠原酸，綠原酸得率為3.13%。袁粉粉等[33]在微波系統(tǒng)中采用醇提法得到葵花籽粕中的綠原酸，綠原酸得率為4.925%。羅豐收等[34]采用超聲波輔助醇提法提取新疆地區(qū)葵花籽粕中的綠原酸，選擇體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇為溶劑，并確定了最優(yōu)的超聲條件，最終綠原酸得率為2.338 2%。

1.4 提取其他活性物質(zhì)

黃酮類化合物是一種植物的多酚類次級(jí)代謝產(chǎn)物。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這類化合物具有抗氧化、抗腫瘤、抗癌、抗菌、免疫調(diào)節(jié)、抑制身體機(jī)能紊亂等方面的作用，同時(shí)具有低毒、高活性等優(yōu)點(diǎn)，具有較大的應(yīng)用空間[35]。目前對(duì)葵花籽粕中黃酮的提取研究較少。張海容等[36]采用超聲波輔助提取葵花籽粕中的黃酮類化合物，并測定其體外抗氧化能力，在最佳條件下，葵花籽粕中黃酮得率可達(dá)1.91%，對(duì)抗氧化活性的研究結(jié)果顯示，葵花籽黃酮對(duì)DPPH·的清除率比BHT高。

膳食纖維是一種高分子碳水化合物，但在人體胃腸道分泌的消化酶不可以將其分解，所以難以被人體消化，最終在結(jié)腸中被腸道菌群產(chǎn)生的細(xì)菌酶分解。膳食纖維具有改善腸道微環(huán)境、防止便秘、降低血脂和血糖、減少患直腸癌和結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)等生理功能[37]。陳永勝等[38]選擇酶法和化學(xué)法對(duì)葵花籽粕中的膳食纖維進(jìn)行提取，對(duì)比發(fā)現(xiàn)這兩種方法中酶法的提取率較高，因此將酶法進(jìn)行了優(yōu)化，確定的最優(yōu)參數(shù)為：植物精提復(fù)合酶的用量0.4%，水解時(shí)間150 min；酸性蛋白酶的用量0.2%，水解時(shí)間45 min。在最優(yōu)條件下膳食纖維的得率可達(dá)78.3%。褚盼盼等[39]選擇水提醇沉法提取葵花籽粕中的水溶性膳食纖維，最高得率為29.40%，進(jìn)一步研究葵花籽粕水溶性膳食纖維的物理化學(xué)性質(zhì)，結(jié)果表明，葵花籽粕中的水溶性膳食纖維具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性質(zhì)，可用作吸附劑、乳化劑、穩(wěn)定劑等。因此，膳食纖維不僅能作為“第七大營養(yǎng)素”加強(qiáng)食用產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值，而且還能夠作為食品添加劑或功能性保健品，從而拓寬了葵花籽粕的應(yīng)用領(lǐng)域。

2 葵花籽粕作飼料用原料

葵花籽粕作為重要的植物蛋白來源已被應(yīng)用于飼料行業(yè)，在將葵花籽粕用作禽類的蛋白質(zhì)飼料原料時(shí)，除了含有的綠原酸可能會(huì)對(duì)禽類的生長發(fā)育有不良影響外，是當(dāng)前唯一沒有被檢測出含有有毒有害成分的雜粕蛋白飼料[40]。周國安等[41]將不同比例的葵花籽粕添加到如皋草雞的日糧中，以產(chǎn)蛋能力、常規(guī)蛋品質(zhì)以及生產(chǎn)成本為考察指標(biāo)，結(jié)果顯示葵花籽粕替代豆粕的效果較為理想，豆粕被適量的葵花籽粕替代可以有效提高經(jīng)濟(jì)效益。鄒軼等[42]提出肉雞飼糧中葵花籽粕的最大添加量為10%～15%，但在具體應(yīng)用中，若添加的葵花籽粕中粗纖維含量較低，并且加入了可以水解纖維素的纖維素酶和非淀粉多糖酶，則可根據(jù)實(shí)際情況增加葵花籽粕的添加量。周錦龍等[43]試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)在蛋雞日糧中加入3%～9%的葵花籽粕不僅可以減少飼料原料成本，而且對(duì)蛋雞產(chǎn)蛋性能和蛋殼品質(zhì)影響不大。葵花籽粕也作為奶牛日糧的潛在蛋白資源，Oliveira等[44]研究結(jié)果表明隨著日糧中葵花籽粕(未脫殼的葵花籽進(jìn)行溶劑提油后得到)含量的增加，奶牛的產(chǎn)奶量、乳蛋白含量和氮泌乳轉(zhuǎn)化效率均降低，目前研究的結(jié)果歸因于對(duì)葵花籽粕中葵花籽殼的纖維消化率低，建議繼續(xù)研究脫殼后葵花籽粕的應(yīng)用?？ㄗ哑稍谔鎿Q仔豬飼料中的蛋白成分時(shí)，Dadalt等[45]發(fā)現(xiàn)與高蛋白葵花籽粕相比，豌豆分離蛋白具有較好的生長豬可消化氨基酸譜，然而，當(dāng)日糧中添加多糖酶時(shí)，大多數(shù)氨基酸的消化率沒有差異。朱麗萍等[46]使用品質(zhì)較優(yōu)的葵花籽粕和菜籽餅飼養(yǎng)生長豬，結(jié)果表明葵花籽粕和菜籽餅可以用于生長豬的日糧中替代豆粕。不同來源的葵花籽粕質(zhì)量差異比較大，夏明亮等[47]建議在乳仔豬日糧中謹(jǐn)慎使用葵花籽粕，生長豬日糧中可使用5%～10%的優(yōu)質(zhì)葵花籽粕，育肥豬日糧可使用10%以上的優(yōu)質(zhì)葵花籽粕。

3 結(jié)束語

隨著人民生活水平的不斷提高，我國葵花籽油的消費(fèi)量不斷增加，葵花籽油的市場需求旺盛，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017/2018年度，我國國產(chǎn)葵花籽油的產(chǎn)量約為30萬t，在我國食用油的消費(fèi)中，僅次于大豆油、菜籽油、棕櫚油和花生油。作為葵花籽油加工的副產(chǎn)物，我國葵花籽粕資源豐富，可從葵花籽粕中提取蛋白質(zhì)、多肽、綠原酸等高附加值產(chǎn)品，但目前葵花籽粕的利用率并不高，多用作蛋白飼料原料，造成了資源的浪費(fèi)。因此，加大對(duì)葵花籽粕精深加工的應(yīng)用研究，不僅能有效地促進(jìn)葵花籽粕資源的綜合利用，進(jìn)一步提高葵花籽粕的經(jīng)濟(jì)效益，還可以推動(dòng)葵花籽整個(gè)加工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，具有重大意義。