豌豆蛋白酶解加工工藝優(yōu)化及其生物活性研究

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.013

引文格式：汲臣明，王士巖，李琴，等.豌豆蛋白酶解加工工藝優(yōu)化及其生物活性研究.中國(guó)調(diào)味品，2024，49（7）：86-89.

JI C M， WANG S Y， LI Q， et al.Optimization of enzymatic hydrolysis processing technology of pea protein and study on its bioactivity.China Condiment，2024，49（7）：86-89.

摘要：豌豆是重要的豆類栽培作物，蛋白質(zhì)含量較高，是植物蛋白的主要來(lái)源之一，但目前大部分豌豆用于制作淀粉，副產(chǎn)物中的豌豆蛋白提取率較低，常常被用于制作飼料或作為生產(chǎn)廢料，使得大量豌豆資源被浪費(fèi)。該研究基于此，通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)豌豆蛋白酶解工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，結(jié)果表明，豌豆蛋白最佳酶解工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min，此時(shí)豌豆蛋白水解度為38.58%。另外，研究豌豆蛋白酶解后得到的水解物的生物活性功效，發(fā)現(xiàn)其具有明顯的抗疲勞功效。

關(guān)鍵詞：豌豆蛋白；單因素試驗(yàn)；正交試驗(yàn)；提取工藝

中圖分類號(hào)：TS201.21""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""" 文章編號(hào)：1000-9973（2024）07-0086-04

Optimization of Enzymatic Hydrolysis Processing Technology

of Pea Protein and Study on Its Bioactivity

JI Chen-ming1， WANG Shi-yan2， LI Qin1， WANG Qian1

（1.Jiangsu Food amp; Pharmaceutical Science College， Huai'an 223001， China;

2.Huaiyin Institute of Technology， Huai'an 223003， China）

Abstract： Pea is an important cultivated bean crop with high protein content and is one of the main sources of plant protein. However， most peas are used to make starch currently， and the extraction rate of pea protein from by-products is lower， and they are often used to make feed or as production waste， resulting in a large amount of pea resources being wasted. Based on this， the hydrolysis process of pea protein is studied and optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal hydrolysis process of pea protein is the moisture content of material of 30%， the temperature of 70 ℃， the mold aperture of 8 mm and screw rotation speed of 190 r/min. At this time， the hydrolysis degree of pea protein is 38.58%. In addition， the bioactive effect of pea protein hydrolysate is studied， and it is found that it has obvious anti-fatigue effect.

Key words： pea protein; single factor test; orthogonal test; extraction process

收稿日期：2023-12-02

基金項(xiàng)目：2021年江蘇高?！扒嗨{(lán)工程”優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)項(xiàng)目（蘇教師函11號(hào)）；食品檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)國(guó)家級(jí)職業(yè)教育教師教學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)課題（ZI2021070104）

作者簡(jiǎn)介：汲臣明（1982—），女，副教授，博士，研究方向：功能性食品、微生物發(fā)酵。

豌豆（Pisum sativum）是一種重要的豆科植物，廣泛栽培于全球各地，是全球主要的蔬菜和糧食作物之一。世界上主要的豌豆產(chǎn)區(qū)為中國(guó)、印度、俄羅斯、加拿大和美國(guó)。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的數(shù)據(jù)，全球豌豆的年產(chǎn)量約為1 500萬(wàn)噸。

豌豆是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的食物，含有多種重要的營(yíng)養(yǎng)成分，主要包括復(fù)雜的碳水化合物、優(yōu)質(zhì)的植物蛋白源、不飽和脂肪酸、膳食纖維、多種維生素和礦物質(zhì)元素，對(duì)預(yù)防心血管疾病、調(diào)節(jié)機(jī)體血糖和膽固醇具有明顯功效。

隨著人們對(duì)植物性食品、功能性食品需求的不斷增加，豌豆逐漸被應(yīng)用于調(diào)味品行業(yè)。將豌豆粉末用作調(diào)味劑添加到面食、薯片、膨化食品和調(diào)味醬中，以增加食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和口感；食品制造商也開始探索將豌豆提取物作為味精的替代品，豌豆提取物富含天然的谷氨酸，可用于增強(qiáng)食物的鮮味；以豌豆為基礎(chǔ)的調(diào)味醬包括豌豆醬和豌豆蘑菇醬，這些產(chǎn)品通常用于增添食物的風(fēng)味和口感，同時(shí)也因其富含纖維、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)備受消費(fèi)者喜愛(ài)。

豌豆是一種被廣泛栽培的農(nóng)作物，蛋白質(zhì)含量豐富，但在傳統(tǒng)加工過(guò)程中，往往會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物和廢棄物。研究豌豆蛋白的高效提取工藝可以減少資源的浪費(fèi)，提高豌豆蛋白利用效率，降低環(huán)境污染和能源消耗。研究豌豆蛋白的酶解工藝有助于高效地從豌豆中提取出蛋白質(zhì)，進(jìn)而開發(fā)和利用這一寶貴的食品資源。

隨著人們對(duì)健康和營(yíng)養(yǎng)食品關(guān)注度的增加，對(duì)高質(zhì)量蛋白質(zhì)的需求也不斷增加。豌豆蛋白作為一種天然的植物蛋白質(zhì)資源，具有廣闊的市場(chǎng)潛力。研究豌豆蛋白的酶解工藝，可以為食品工業(yè)提供技術(shù)支持和創(chuàng)新方向，推動(dòng)豌豆蛋白及其應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)和商業(yè)化。

1" 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)材料與試劑

豌豆蛋白；50只生長(zhǎng)一致、7周齡的試驗(yàn)動(dòng)物小鼠。鹽酸、蛋白酶、濃硫酸、葡萄糖、硫酸銅、尿素、氫氧化鈉、三氯化鐵、葡聚糖凝膠、無(wú)水乙醇、磷酸二氫鉀、鄰苯三酚和福林酚試劑。

1.2" 試驗(yàn)儀器

電子天平、冷凍離心機(jī)、恒溫振蕩器、紫外分光光度計(jì)、攪拌器、冷凍干燥機(jī)、高效液相色譜儀、恒溫烘箱、紅外光譜儀和酶標(biāo)儀。

1.3" 試驗(yàn)方法

1.3.1" 單因素試驗(yàn)

當(dāng)研究一個(gè)因素對(duì)豌豆蛋白酶解后水解度的影響時(shí)，控制其他影響因素不變，即物料含水量30%、溫度80 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉(zhuǎn)速170 r/min時(shí)，分別研究不同的物料含水量（15%、20%、25%、30%、35%）、不同的溫度（40，60，80，100，120 ℃）、不同的模具孔徑（4，6，8，10，12 mm）和不同的螺桿轉(zhuǎn)速（130，150，170，190，210 r/min）對(duì)豌豆蛋白水解度的影響。

1.3.2" 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以A（物料含水量）、B（溫度）、C（模具孔徑）和D（螺桿轉(zhuǎn)速）為變量因素，以豌豆蛋白水解度為指標(biāo)，進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平見(jiàn)表1。

1.3.3" 豌豆蛋白水解度測(cè)定

采用pH-stat法對(duì)蛋白水解度進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)黨劍等的研究方法進(jìn)行。

1.3.4" 豌豆蛋白水解產(chǎn)物抗疲勞活性測(cè)定

小鼠力竭試驗(yàn)和生化指標(biāo)測(cè)定參考許文琪等的相關(guān)研究進(jìn)行。

2" 結(jié)果和討論

2.1" 單因素試驗(yàn)

2.1.1" 溫度對(duì)豌豆蛋白水解度的影響

由圖1可知，隨著溫度的升高，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當(dāng)溫度低于80 ℃時(shí)，豌豆蛋白水解度不斷增加，隨著溫度升高，酶活性也不斷增加，促進(jìn)分子運(yùn)動(dòng)加快，使其與底物發(fā)生碰撞的頻率增加，此外，豌豆蛋白的結(jié)構(gòu)和肽鏈均被改變，增加了基團(tuán)和酶的接觸頻率，從而提高了蛋白水解度。當(dāng)溫度超過(guò)80 ℃時(shí)，蛋白水解度隨著溫度的升高而不斷降低，這是由于過(guò)高的溫度使酶結(jié)構(gòu)遭到破壞，使其活性降低甚至失去活性。綜合考慮之后，選擇溫度70～90 ℃進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.1.2" 物料含水量對(duì)豌豆蛋白水解度的影響

由圖2可知，隨著物料含水量的增加，豌豆蛋白水解度先升高后降低。適當(dāng)?shù)暮磕軌虼龠M(jìn)豌豆蛋白水解反應(yīng)，過(guò)高或者過(guò)低的含水量都會(huì)對(duì)豌豆蛋白水解度產(chǎn)生負(fù)面影響。當(dāng)物料含水量低于30%時(shí)，豌豆蛋白水解度隨著物料含水量的增加而逐漸升高，此時(shí)豌豆蛋白酶和底物可以充分有效地結(jié)合，促進(jìn)了底物的擴(kuò)散和酶的催化活性，底物與酶充分接觸；當(dāng)物料含水量高于30%時(shí)，酶活性受到稀釋效果的影響，過(guò)多的水分使得底物分子被稀釋，減少了底物和酶之間的碰撞頻率，從而降低了豌豆蛋白水解度。綜合考慮之后，選擇物料含水量25%～35%進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.1.3" 螺桿轉(zhuǎn)速對(duì)豌豆蛋白水解度的影響

螺桿轉(zhuǎn)速會(huì)影響底物和酶的混合程度、質(zhì)量傳遞和反應(yīng)速率，從而影響豌豆蛋白水解。

由圖3可知，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速小于170 r/min時(shí)，豌豆蛋白水解度隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而升高，增加轉(zhuǎn)速使底物與酶充分地混合，增加底物分子和酶分子之間的碰撞頻率，提高了豌豆蛋白水解度；當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速大于170 r/min時(shí)，豌豆蛋白水解度隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而降低，過(guò)高的螺桿轉(zhuǎn)速使得機(jī)械剪切力增加，酶結(jié)構(gòu)變化或者失活。綜合考慮之后，選擇螺桿轉(zhuǎn)速150～190 r/min進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.1.4" 模具孔徑對(duì)豌豆蛋白水解度的影響

由圖4可知模具孔徑對(duì)豌豆蛋白水解度的影響，隨著模具孔徑的增大，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當(dāng)模具孔徑小于8 mm時(shí)，豌豆蛋白水解度隨著模具孔徑的增大而升高；當(dāng)模具孔徑大于8 mm時(shí)，豌豆蛋白水解度逐漸降低，模具孔徑增大使得豌豆蛋白與酶之間的接觸面減少。綜合考慮之后，選擇模具孔徑6～10 mm進(jìn)行后續(xù)正交試驗(yàn)。

2.2" 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)豌豆蛋白酶解加工工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，以物料含水量、溫度、模具孔徑和螺桿轉(zhuǎn)速為變量，以豌豆蛋白水解度為參考標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行正交優(yōu)化試驗(yàn)。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知豌豆蛋白酶解正交試驗(yàn)結(jié)果，物料含水量、溫度、模具孔徑和螺桿轉(zhuǎn)速4個(gè)因素對(duì)豌豆蛋白水解度的影響均不同，A、B、C、D 4個(gè)影響因素的R值分別為8.12，5.28，6.01，2.67，Agt;Cgt;Bgt;D，表明對(duì)豌豆蛋白水解度的影響順序?yàn)槲锪虾縢t;模具孔徑gt;溫度gt;螺桿轉(zhuǎn)速。

結(jié)合單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，獲得豌豆蛋白酶解的最佳加工工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min，此時(shí)豌豆蛋白水解度為38.58%。

2.3" 豌豆蛋白水解物抗疲勞活性研究

豌豆蛋白酶解后得到的水解物中富含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和多種營(yíng)養(yǎng)成分的植物蛋白源，含有豐富的氨基酸，包括一些被認(rèn)為對(duì)抗疲勞具有潛在作用的支鏈氨基酸、天冬氨酸和精氨酸。

2.3.1" 豌豆蛋白水解物對(duì)小鼠游泳時(shí)間的影響

通過(guò)負(fù)重力竭試驗(yàn)，可以客觀、直接評(píng)價(jià)豌豆蛋白水解物對(duì)小鼠抗疲勞活性的影響，不同濃度的豌豆蛋白水解物對(duì)小鼠游泳時(shí)間的影響見(jiàn)表3。

由表3可知，陽(yáng)性對(duì)照組（B）、低劑量組（C）、中劑量組（D）和高劑量組（E）4個(gè)小組小鼠負(fù)重游泳時(shí)間均長(zhǎng)于空白對(duì)照組（A），低劑量組小鼠負(fù)重游泳時(shí)間相比于空白對(duì)照組延長(zhǎng)了16.87%，中劑量組延長(zhǎng)了33.66%，高劑量組延長(zhǎng)了43.37%。說(shuō)明不同濃度的豌豆蛋白水解物均可顯著提高小鼠游泳時(shí)間，豌豆蛋白水解物具有抗疲勞功效。

2.3.2" 豌豆蛋白水解物對(duì)小鼠血清尿素氮的影響

機(jī)體運(yùn)動(dòng)時(shí)先消耗糖原，當(dāng)糖原消耗完時(shí)，開始消耗蛋白質(zhì)，并且產(chǎn)生尿素氮，血清尿素氮的含量和機(jī)體的運(yùn)動(dòng)耐力直接相關(guān)，機(jī)體中的尿素再通過(guò)血液循環(huán)和腎臟代謝排除體外，以維持機(jī)體的生理健康。蛋白質(zhì)不斷分解和代謝時(shí)血清尿素氮在機(jī)體內(nèi)不斷累積，從而產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象。

由圖5可知不同組別對(duì)小鼠體內(nèi)血清尿素氮含量的影響，A組（空白對(duì)照組）小鼠中的血清尿素氮含量最高，B、C、D、E 4組比A組含量低；說(shuō)明豌豆蛋白水解物參與小鼠的能量代謝，減緩了小鼠體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝速率，明顯降低了小鼠體內(nèi)的血清尿素氮含量，進(jìn)而提高小鼠的抗疲勞活性。

2.3.3" 豌豆蛋白水解物對(duì)小鼠乳酸含量的影響

機(jī)體運(yùn)動(dòng)后，肌肉中的氧氣會(huì)被快速消耗，肌糖原開始被分解，為機(jī)體提供能量，進(jìn)而產(chǎn)生大量的乳酸，影響機(jī)體中的酸堿平衡和新陳代謝，抑制肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)鈣離子的吸收和釋放，造成機(jī)體的肌肉酸痛，使得運(yùn)動(dòng)能力下降。

由圖6可知不同組別對(duì)小鼠乳酸含量的影響，B、C、D、E 4組中的乳酸含量均低于A組（空白對(duì)照組），說(shuō)明豌豆蛋白水解物對(duì)乳酸產(chǎn)生具有抑制作用，可以降低小鼠體內(nèi)的乳酸含量，具有緩解疲勞的作用。

研究表明，豌豆蛋白肽可以通過(guò)多種機(jī)制對(duì)抗疲勞起到積極作用。首先，豌豆蛋白肽中的支鏈氨基酸（如亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）被認(rèn)為可以提供能量，改善運(yùn)動(dòng)能力和延緩疲勞產(chǎn)生。其次，豌豆蛋白肽富含天冬氨酸，該氨基酸在體內(nèi)可被轉(zhuǎn)化為谷氨酸，進(jìn)而參與三羧酸循環(huán)從而產(chǎn)生能量。此外，豌豆蛋白還含有精氨酸，該氨基酸參與氮氧化物的合成，可以通過(guò)改善血液循環(huán)和增強(qiáng)氧供應(yīng)發(fā)揮抗疲勞作用。

3" 小結(jié)

我國(guó)的豌豆資源豐富，大部分豌豆用于制作淀粉，副產(chǎn)物中的豌豆蛋白提取率較低，常常用作飼料或者直接廢棄，使得大量的豌豆資源被浪費(fèi)。本研究通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)豌豆蛋白酶解工藝進(jìn)行研究和優(yōu)化，結(jié)果表明，豌豆蛋白酶解最佳工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉(zhuǎn)速190 r/min，此時(shí)豌豆蛋白水解度為38.58%。

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