摘 要：本实验以脱壳火麻仁为原料，以火麻蛋白的SRCAA值、消化率、提取率为指标，通过单因素实验和正交试验，研究碱液pH、料液比、提取温度和提取时间对火麻蛋白营养性质的影响。实验表明，提取火麻蛋白的最佳工艺参数为：pH值9.5，料液比1∶20（g/ml），提取温度60℃，提取时间60min，此时火麻蛋白的SRCAA值为66.74±0.05，提取率为79.82±0.4%，消化率为84.69±0.41%。相较于市售火麻蛋白粉，提取的火麻蛋白SRCAA值、消化率和提取率均得到了较大的提升。
关键词：碱溶法；火麻蛋白；SRCAA值；提取率；消化率
火麻仁含有丰富的营养物质，蛋白质含量20%～25%、碳水化合物含量20%～30%、脂肪含量25%～35%，还含有丰富的钙、铁、钠、钾等矿物质[1-4]，火麻蛋白不含胰蛋白酶抑制因子及某些低聚糖，相较于大豆蛋白，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种类与大豆蛋白相当，有些甚至更高，是一种富含人体所有必需氨基酸的全价蛋白。根据《2019年中国卫生健康统计年鉴》[6]的数据显示，14岁至44岁区间患消化道疾病的人占32.3%，在45岁至59岁区间患消化道疾病的人占28.5%，在60岁以上患消化道疾病的人占39.2%，消化系统疾病的死亡率占所有疾病死亡率的14.54%，可见，消化系统疾病对人体健康影响越来越大。火麻蛋白容易被消化吸收的特性，可以为消化系统疾病的人群提供较好的蛋白营养补充，因此开发火麻蛋白具有极大的研究应用价值。目前，碱溶法是常用且成熟的蛋白质提取方法，较多学者主要研究碱溶法对火麻蛋白提取率的影响，鲜有综合性研究碱溶法对火麻蛋白营养性质的影响，因此，本实验立足于碱溶法的基础上，综合研究碱溶法实验条件对火麻蛋白营养性质的影响，通过正交试验优化工艺参数，采用CRITIC权值法[7]对指标赋予权重，以获得最较优的火麻蛋白提取工艺参数，为提取火麻蛋白提供数据参考和理论依据。
原料：脱壳火麻仁，购买自广西河池巴马县。
试剂：正己烷，氢氧化钠，盐酸，磷酸，硼酸，硫酸，硫酸铜，硫酸钾，考马斯亮蓝G-250，无水乙醇，乙酸镁，牛血清白蛋白，石油醚，胰蛋白酶，胃蛋白酶，异硫氰酸苯酯（纯度＞98%），三乙胺，17种氨基酸（纯度＞98%），乙腈等，以上试剂均为分析纯。
仪器：榨油机，东莞市房太电器有限公司；台式低速自动离心机，上海卢湘仪离心仪器有限公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；自动凯氏定氮仪，山东海能科学仪器有限公司；紫外可见分光光度计，上海美谱达仪器有限公司；高效液相色谱，日本岛津仪器有限公司。
1.1 实验方法
脱壳火麻仁经榨油机压榨后得到脱脂火麻饼粕，将其与正己烷以1∶20（g/mL）的料液比混合，在室温条件下充分搅拌30min，在4000r/min条件下离心20min沉淀样品平铺在锡箔纸上置于通风橱自然风干后，装进样品袋备用。将得到的脱脂火麻仁粉粉碎后过60目筛，与去离子水按一定的料液比混合并使其充分溶解，用1mol/L的NaOH溶液调节溶解液至所需pH，置于磁力搅拌器上，在一定温度条件下恒温搅拌碱提，提取结束后放入离心机中，在低温条件下，以4000r/min离心20min取上清液回收。
1.2 测定方法
蛋白质中氨基酸组成及含量的测定：参照牛国一等人[8]和芮鸿飞等人[9]实验，采用液相色谱法测定氨基酸组成及含量。
蛋白质的营养评价：采用朱圣陶等人[10]的氨基酸比值系数法。
蛋白含量的测定：采用柳荫等人[11]的考马斯亮蓝法，并略作修改。
蛋白提取率的计算：采用汤佳雷[12]方法测定火麻蛋白提取率。
消化率的测定：参考伍圣文等人[13]的体外模拟消化模型。
1.3 数据处理
本实验数据采用Excel、SPSS、Origin进行数据处理分析与作图。
2 结果与分析
2.1 提取火麻蛋白的单因素试验
2.1.1不同pH值对火麻蛋白营养性质的影响
SRCAA值（氨基酸比值系数分）是衡量蛋白质中氨基酸平衡的重要指标，SRCAA值越接近100则表明营养价值越高，与FAO／WHO参考蛋白模式的氨基酸组成越接近[14]。
图1 pH值对火麻蛋白营养性质的影响
由图1可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值随着pH值的升高逐渐下降，在pH为7.5时SRCAA值最高，但与pH为8.5时的SRCAA值无显著差异（p>0.05）。消化率随着pH值的升高整体呈上升趋势，其原因可能是在碱性环境中，蛋白质变成小的无定型颗粒，同时变得脆弱和膨胀，游离出来的氨基酸与模拟胃液、模拟肠液的接触更加充分[15]，消化率升高。随着pH值的升高，提取率先上升后下降，pH为9.5时提取率达到最大值，这一结果与许光映[16]研究结果一致。碱性环境使蛋白质的结构变疏松，携带同种电荷的蛋白质分子由于分子间静电斥力的增强，使得蛋白质分子聚集程度降低，提取率升高[17]，随后在强碱的作用下，部分蛋白质发生变性，提取率下降。综上，选择pH8.5、9.5、10.5 作为正交试验的较优水平。
2.1.2 不同提取时间对火麻蛋白营养性质的影响
由图2可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值随着提取时间的延长，呈下降趋势，然后趋于平缓，在提取时间40min至90min区间，SRCAA值无显著差异（p>0.05），在提取时间为30min时达到最大值76.37±0.88，在不同提取时间的实验中SRCAA值均保持在66以上，很贴近甚至超过大豆的SRCAA值67.39[15]。消化率随着提取时间的延长整体呈上升趋势，但不同提取时间下的蛋白消化率无显著差异（p>0.05），其原因可能是由于提取时间的延长部分蛋白质发生热变性，蛋白质易受蛋白分解酶的破坏，从而使蛋白消化率略有提高[18]。随着提取时间的延长蛋白提取率先上升后下降，其原因是随着提取时间的延长，蛋白质能够完全溶解，提取率增加，但过量延长提取时间会导致蛋白质部分失活，少量的蛋白质大分子聚集沉淀，蛋白质提取率降低[7,17]。综上，选择45min、60min、75min作为正交试验的较优水平。
图2 提取时间对火麻蛋白营养性质的影响
2.1.3 不同料液比对火麻蛋白营养性质的影响
由图3可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值随着料液比的增大而先下降后上升，在料液比为1∶30（g/ml）时SRCAA值达到最大值72.35±0.45。提取率随着料液比的增大先上升后下降，在较大的料液比时，脱脂火麻仁粉与溶剂充分接触并利于反应发生，提取率升高；在过量的溶剂条件下，脱脂火麻仁粉到达一定的溶解度处于饱和状态，且过大的料液比也不利于沉淀富集，提取率下降。消化率随着料液比的增大先上升后下降，但各组数据之间无显著差异（p>0.05），说明料液比的大小对消化率产生的影响不显著。综上，选择1∶20、1∶25、1∶30作为正交试验的较优水平。
图3 料液比对火麻蛋白营养性质的影响
2.1.4 不同提取温度对火麻蛋白营养性质的影响
由图4可知，火麻蛋白提取液的SRCAA值随着提取温度的升高先上升后下降，在提取温度50℃时SRCAA值最高，接近邓文亚等人[19]实验得到的火麻蛋白SRCAA值76.35。消化率随着提取温度的升高先上升后下降，在提取温度为60℃时消化率达到最大值，但与50℃和70℃时的消化率无显著差异（p>0.05）。温度的升高有利于蛋白质分子内部的酶结合位点及活性基团暴露，增加蛋白质对胃消化酶的敏感性，蛋白的消化率升高，当温度高于某温度时，蛋白质中的高分子量蛋白聚集体及其伴随发生的二硫键交联作用会导致蛋白质消化率降低[14]。提取率随着提取温度的升高先上升后下降，在提取温度50℃时达到最大值，随着温度的提高，蛋白质分子的结构得到伸展，蛋白与水分子发生了充分的相互作用，溶解度逐渐增大蛋白提取率也随之提高[20]。之后因为温度过高蛋白失去活性，蛋白分子凝聚、沉淀，提取率下降。综上，选择40、50、60℃作为正交试验的较优水平。
图4 提取温度对火麻蛋白营养性质的影响
2.2 正交试验优化火麻蛋白的提取工艺
根据单因素实验结果，综合考虑火麻蛋白的SRCAA值、消化率和提取率，选取表1中实验因素和水平数值作为L9（34）正交试验的条件。
表1 碱溶法正交试验因素与水平表
通过计算SRCAA值、消化率、提取率的权重得到综合分，经计算各权重值分别为：SRCAA值为28%、消化率为33%和提取率为39%。正交试验结果如下表2。
表2 碱提正交试验结果
由表2可知，对火麻蛋白的营养性质影响因素的主次顺序为：A>B>D>C，最佳组合为A1B1C3D2，即提取的pH值为9.5，料液比为1∶20，提取温度为60℃，提取时间为60min，在A1B1C3D2组合条件下，进行3次平行试验，最终火麻蛋白的SRCAA值为66.74±0.05、消化率为84.69±0.41%和提取率为79.82±0.4%，综合得分为77.76。
2.3 火麻蛋白提取液与市售火麻蛋白粉的营养性质比较分析
表3 火麻蛋白提取液与市售火麻蛋白粉营养性质的比较
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，说明提取后的火麻蛋白具有较好的营养效价和消化率。
3 结论
影响碱溶法对火麻蛋白营养性质因素的主次顺序为：碱液pH>料液比>提取时间>提取温度，最佳提取条件为pH值9.5，料液比1∶20，提取温度60℃，提取时间60min，在该组合条件下，火麻蛋白的SRCAA值为66.74±0.05、消化率为84.69±0.41%和提取率为79.82±0.4%，相对于市售火麻蛋白粉，火麻蛋白提取液的SRCAA值、消化率和提取率均取得显著提高，这为探索提取较高营养效价和消化率的火麻蛋白工艺提供了数据支撑，由于本实验仅研究提取条件对火麻蛋白营养性质的影响，并未制备得到火麻蛋白粉产品，后期可进一步研究蛋白脱色、分离纯化和干燥对火麻蛋白营养性质的影响。
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文章摘自：王支凤，覃洁，林莹. 碱溶法对火麻蛋白营养性质的影响[J]. 轻工科技. 2024，40(03)：35-38.
