桑葉蛋白營養價值與開發利用

李霞 劉耕 肖建中 葉添梅 顏新培 李飛鳴 羅安樂

（1.湖南省蠶桑科學研究所，湖南 長沙 410127；2.湖南桑葉加農業科技有限公司，湖南 寧鄉 410604）

近年來，我國桑產業面臨諸多困境和挑戰，種桑養蠶模式過于單一、栽采人工成本較高、桑資源利用效率低、科技水平落后，嚴重制約了我國桑產業的可持續發展。因此，利用現代科學技術大力開發桑資源，深入研究桑葉功能成分及其提取工藝，實現桑葉多元化利用，對于我國蠶桑產業轉變發展方式具有重要的意義。桑葉蛋白屬植物葉蛋白的一種，從桑葉中提取桑葉蛋白，不僅可拓寬桑資源開發利用途徑，而且對豐富我國蛋白質資源起重要補充作用。本文對桑葉蛋白營養價值、制備方法以及開發利用前景作一綜述，以期為桑葉多元化（蛋白）開發利用提供參考。

1 桑葉蛋白營養價值

1.1 桑葉中蛋白質含量

植物葉蛋白是世界上最大的可再生蛋白質資源之一，其營養均衡且不含膽固醇，具有不可估量的經濟價值[1]。植物葉中蛋白質的含量直接影響植物葉蛋白提取率[2]。桑葉營養豐富且葉中蛋白質含量較高。王雯熙等[3]采集29種桑葉并測定其營養成分發現，桑葉中粗蛋白含量在222.1～323.8g/Kg（干物質，DM）。紫花苜蓿、多年生黑麥草、羊草與桑葉中蛋白質含量（干物質）對比結果顯示（見表1），桑葉中粗蛋白略高于紫花苜蓿，明顯高于多年生黑麥草和羊草。

表1 紫花苜蓿、多年生黑麥草、羊草與桑葉中蛋白質含量對比（干物質）單位：g/Kg DM

1.2 桑葉蛋白氨基酸組成

現代營養學表示，蛋白質營養在很大程度上是氨基酸營養，為保證合理蛋白質營養，一方面要有足夠數量的必需氨基酸和非必需氨基酸，另一方面還須注意各種必需氨基酸之間以及必需氨基酸與非必需氨基酸之間的比例。王芳等[7]研究表明，桑葉蛋白富含17種氨基酸，其中谷氨酸和天冬氨酸比例最高，分別占其總氨基酸的13.7%和12.3%，必需氨基酸占總氨基酸的34.7%，桑葉蛋白的氨基酸比例系數為69.71，屬品質較高的蛋白質原料。谷氨酸屬風味氨基酸，其與肌苷酸（IMP）有協同提鮮味作用，同時可改善肌肉生長代謝。天冬氨酸普遍參與機體各種代謝，它可作為K+、Mg2+離子的載體向心肌輸送電解質，從而改善心肌收縮功能，同時降低氧消耗，在冠狀動脈循環障礙缺氧時，對心肌有保護作用；它還參與鳥氨酸循環，促進氧和二氧化碳生成尿素，降低血液中氮和二氧化碳含量，增強肝臟功能，消除疲勞。表2所列為桑葉蛋白、黑麥草葉蛋白、苜蓿葉蛋白、玉米蛋白氨基酸組成及WHO推薦蛋白氨基酸最佳模式。如表2所示，在粗蛋白水平一致情況下，桑葉蛋白賴氨酸、蛋氨酸水平優于玉米蛋白和黑麥草葉蛋白，但較苜蓿草粉和WHO推薦蛋白氨基酸最佳模式有一定差距。

表2 苜蓿、黑麥草、玉米與桑葉蛋白必需氨基酸組成與WHO推薦蛋白氨基酸最佳模式對比 單位：%

1.3 桑葉蛋白生物活性物質

桑葉含多種生物活性物質，是我國歷史悠久的傳統中藥。據《本草綱目》等古代醫書記載，桑葉具有潤肺熱、止咳等療效。于1993年被衛生部認定為藥食同源品種。其含有的桑葉黃酮和桑葉多酚具有很強的還原性，可消除動物體內代謝產生的自由基[10-11]。日本科學家最早從桑葉中分離出1-脫氧野尻霉素這種生物堿，有較強的降血糖功能[12]。桑葉蛋白是桑葉進一步濃縮的產物，相對于桑葉其生物活性物質更為豐富。楊晶等[13]發現，采用鹽酸沉淀法和真空冷凍干燥制備出的桑葉蛋白中桑葉黃酮、桑葉多糖和1-脫氧野尻霉素（1-deoxynojimycin，DNJ） 的含量分別達到61.27mg/g、22.32mg/g和 147μg/g，顯著高于桑葉粉中桑葉多糖（36.42mg/g）、桑葉多酚（18.06mg/g）和1-脫氧野尻霉素（42.34μg/g）。

2 桑葉蛋白制備工藝

2.1 桑葉蛋白制備基本流程

提取桑葉蛋白基本工藝為先將桑葉打碎磨漿，通過浸提劑浸提將桑葉蛋白從桑葉中分離，后過濾脫色脫味，最終經沉淀分離干燥后獲得高純度桑葉蛋白。在整個工藝環節中第一步的浸提和最后一步的沉淀分離對桑葉蛋白品質和提取率影響最大。

2.2 浸提影響因素

浸提環節是利用相似相溶原理將桑葉蛋白通過浸提劑從桑葉中分離。選取不同浸提劑對桑葉蛋白提取率有一定影響。通常情況下，浸提劑多為蒸餾水、稀鹽緩沖液和弱堿性溶液。王桃云等[14]采用以蒸餾水為浸提劑提取桑葉蛋白，桑葉蛋白獲取率為5.17%，并發現當浸提劑pH為8時，桑葉蛋白溶出率最高。楊晶[15]等研究發現，相較蒸餾水、5g/L NaCl溶液，而用5g/L NaOH溶液浸提桑葉所獲得的桑葉蛋白溶出率顯著提高，達到3.51%。揚田等[16]研究發現，在浸提液中加入5mmol/L EDTA-2Na可極大程度降低在浸提環節中桑葉蛋白的降解。因稀鹽緩沖液對蛋白質結構的保護作用且溶解度大，理論上是最理想的蛋白質提取液，但在實際生產上，考慮成本和環保因素，多采用水作為浸提劑提取桑葉蛋白。

2.3 不同沉淀分離方式對桑葉蛋白的影響

沉淀分離是整個桑葉蛋白制備最重要的環節，直接影響桑葉蛋白提取率。目前分離沉淀的主要方式有：加熱法、沉淀法和發酵分離法。以上不同方式方法，直接影響桑葉蛋白品質和提取率。

2.3.1 加熱法

加熱法是通過直接對浸提液加熱，使浸提液中桑葉蛋白迅速變性絮凝，與此同時蛋白分解酶失活，可極大的保留桑葉蛋白。加熱法是一種最簡單、成本最低的生產方法。因直接加熱所帶來的蛋白質結構的改變以及部分功能性成分的失活，會影響桑葉蛋白品質。通常情況下，加熱溫度為70℃。

2.3.2 沉淀法

沉淀法包括酸沉淀法和鹽沉淀法。酸沉淀法是在浸提液中加入pH為2～5的酸性提取劑使浸提液中桑葉蛋白分離沉淀。此法操作簡單，但在實際生產中產生大量酸性廢液，污染環境。鹽沉淀法主要是利用蛋白質的溶解度在等電點時通常是最低的原理，通過無機鹽調節提取劑的等電點，最終產生鹽析現象獲得桑葉蛋白。此法較酸沉淀法更加安全環保，但由于蛋白質結構復雜，往往多種蛋白結合而使其等電點各不相同，因此此法的提取率不及酸沉淀法。張敏娟[17]等研究不同蛋白沉淀方法對桑葉粉營養價值的影響，發現采用酸沉淀法（1mol/L HCl）制備出的桑葉蛋白，其氨基酸種類和含量優于鹽沉淀法（硫酸銨飽和溶液），且酸沉淀法提取率（14.42%）高于鹽沉淀法（13.78%）。

2.3.3 發酵分離法

發酵分離法是利用微生物發酵產生的乳酸使葉蛋白絮凝沉淀，乳酸作為葉蛋白的沉淀劑，其蛋白聚沉可分成葉蛋白聚凝和聚凝物沉降兩個階段。乳酸的H+離子使葉蛋白在等電點聚凝，酸性液體具有較強的緩沖容量和較高的電導率，能增加其聚凝效果；酸液含有的微生物和生物活性大分子均有促進葉蛋白聚凝的作用，制備的酸液越新鮮，菌體越多，大分子活性越高，聚凝效果越好[18]。常用的微生物種類為乳酸菌、枯草芽孢桿菌等菌種。該方法環保高效，但工藝難以控制且制備時間長成本較高。微生物發酵時，需要消耗一部分營養物質因而發酵時間過長會造成營養物質的過度流失。屈紅森等[19]研究發現，利用枯草芽孢桿菌發酵桑葉粉提取桑葉蛋白最佳模型為：桑葉粉質量濃度2.64mg/mL、裝液量105mL、蔗糖質量濃度22mg/mL、發酵時間45h。在此模式下，桑葉蛋白獲得率的預測值為16.43%。

3 桑葉蛋白利用前景

當前，人們越來越重視抗生素作為飼料添加劑而引發的畜禽產品藥物殘留、病毒耐藥性增強及環境污染等諸多問題。近期，我國農業農村部開展獸用抗菌藥減量化行動，其目的在于減少畜禽飼養過程中抗生素的使用。“替抗”產品迎來了難得的發展機遇。桑葉作為天然植物代表，被衛生部認定為藥食同源品種。桑葉富含多種生物活性物質，作為替抗產品具有增強機體免疫功能，可能在提高動物抗應激、抗疾病能力，改善動物生產性能方面有明顯效果，以及無（低）殘留、不易產生耐藥性等諸多優點。桑葉蛋白是桑葉進一步濃縮的產物，相對于桑葉其生物活性物質更為豐富，此外桑葉蛋白氨基酸種類豐富，尤以谷氨酸和天冬氨酸含量最多。理論上，谷氨酸和天冬氨酸屬風味氨基酸，對改善畜禽肉質品質有一定作用。現階段，由于桑葉蛋白生產規模小、生產工藝提取率較低，桑葉蛋白飼料化利用鮮有報道。綜上所述，桑葉蛋白是一種極具開發價值的植物蛋白資源，隨著生產工藝的不斷改進、桑葉蛋白提取率的不斷提升，桑葉蛋白將會得到廣泛應用，并為桑葉高效綜合利用探索出一條可行道路。