漢麻籽蛋白研究進展

孟妍，曾劍華，王尚杰，石彥國，朱秀清

哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江省谷物食品與谷物綜合加工重點實驗室（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]，被廣泛應用在醫藥領域，當四氫大麻酚含量小于0.3%被稱為工業漢麻[2-3]，其籽仁可食用。漢麻籽含有豐富的營養組分，含有脂肪酸25%～35%、蛋白質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，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，漢麻籽應用主要體現在軍用服裝纖維原料和優質食用油[7]的開發利用上，對漢麻籽蛋白的開發利用還較少。隨著國內市場對健康食品需求的不斷增加，漢麻籽蛋白逐漸被關注，在20世紀初人們開始對漢麻籽蛋白有了一定的研究，研究發現漢麻籽蛋白含有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，被認為是現今較完整的營養來源[8]。并且漢麻籽蛋白經過適當的酶水解，可以用來生產多功能性的保健食品，具有很高的應用價值。目前，國內外對漢麻籽蛋白的開發主要集中在提取技術研究以及蛋白類食品的制作方面，如現在市場中出現的漢麻籽蛋白粉、漢麻籽奶和漢麻籽蛋白乳飲料等[9-10]，在漢麻籽蛋白結構組成、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，對開發其功能特性，拓寬其應用領域具有重要的意義。

針對漢麻籽蛋白結構組成、漢麻籽蛋白功能特性、漢麻籽蛋白水解物及漢麻籽蛋白產品等方面對漢麻籽蛋白研究進展進行綜述，并對漢麻籽蛋白的研究方向進行展望，以期為漢麻籽蛋白的深入研究和開發利用提供基礎。

1 漢麻籽蛋白的組成及結構

漢麻籽干基中蛋白約占25%，經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構構象變化，凝膠電泳顯示：ALB具有較少的二硫鍵，因此結構較松散，具有更大的靈活性。ALB的二級結構顯示出比GLB更有序的多肽排列，ALB的三級結構在pH 3.0時較少，但在pH 7.0到9.0時較多[11]。

2 不同處理條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的時候，ALB的溶解性高達57%，GLB的溶解性達到38%，尤其是在pH 5.0時溶解性達到最低，可能是在酸性條件下GLB發生了聚合，溶解性的差異是蛋白質成分和六聚體的聚集程度不同導致的。在pH大于7.0的條件下ALB溶解性達到84%，明顯優于GLB的52%[15]。

在不同pH條件下，ALB比GLB發泡能力強。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的巰基穩定性，導致GLB不穩定。20 mmol/L的DTT導致了GLB的變性焓顯著下降，說明DTT破壞巰基穩定性，導致GLB熱穩定性下降和有序結構變得松散；十二烷基硫酸鈉（Sodiumdodecylsulfate，SDS）使GLB發生聚合反應，有序三級結構變得松散，熱穩定性降低；與DTT（p＜0.05）對GLB的熱穩定性影響相比，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的有序三級結構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定性，在質量濃度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乳狀液的乳化穩定性在pH 3.0和5.0時最穩定，在pH 7.0的條件下由于蛋白質之間的相互作用形成的界面膜比較薄，所以pH 7.0時乳化穩定性較低。而ALB乳狀液在不同pH條件下乳化穩定性差異不明顯。

在質量濃度25 mg/mL下，pH 5.0時GLB乳狀液由于蛋白之間的相互作用增強，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時由于凈電荷效應的增加，降低了蛋白質分子在中性和堿性下形成強界面膜的能力，所以乳狀液粒徑較大，乳化性降低。因此得出蛋白質濃度的增加會降低ALB在pH 7.0和9.0的乳化能力。總的來說，GLB與ALB乳狀液粒徑較小，與Taherian等[18]報道的乳清分離蛋白的乳狀液粒徑相似，具有優于其他植物蛋白的乳化性[19-20]，可用來制作很好的乳化劑。

同時漢麻籽蛋白質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定性，Chavan等[21]和Deng等[22]的研究也驗證了此結論。

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

3 漢麻籽蛋白的提取

目前研究的漢麻籽蛋白提取技術有堿溶酸沉技術、膠束技術[25]。堿溶酸沉法是最常用的漢麻籽分離蛋白（HPI）提取技術。利用漢麻籽蛋白在堿性條件下溶解性高，并在等電點條件下沉淀進行分離獲得HPI。Tamar等[26]用堿溶酸沉法提取蛋白，蛋白質得率為50.07%。蛋白純度達到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行HPI的提取研究，蛋白提取率為52.27%，蛋白質純度為83.8%。張濤[28]優化后的堿溶出率為86.95%，蛋白質得率為70.56%，溶解度為31.89%，蛋白質純度為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工藝，因其簡單可行的操作有利于工業化生產分離蛋白，但其缺點是在堿溶酸沉中會形成大量的鹽，同時會產生大量廢水，并且在堿性條件下部分蛋白質容易發生變性和極性氨基酸側鏈的暴露，導致表面疏水性增強，所得蛋白持油性能較好。為了保持蛋白質性質穩定，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，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，所以提取的蛋白含量達到98.8%，高于堿溶酸沉法提取蛋白的91.44%，與Mwasaru等[30]報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，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品中，可以為運動員提供能量，而堿溶酸沉法提取的蛋白易于操作，可工業化生產[25]。

4 漢麻籽蛋白功能特性

目前研究提取的漢麻籽蛋白產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，由于共價二硫鍵的形成，高游離巰基（—SH）含量的蛋白質具有更強的相互關聯或聚集的能力，可能在HPI中高含量的蛋氨酸和半胱氨酸殘留導致個體分子間共價二硫鍵的增加，從而增加了蛋白質聚合的程度[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進行功能性比較試驗，HPM在pH 3.0～9.0的時候溶解性呈上升趨勢；而HPI在pH 3.0到4.0時溶解性下降，pH 4.5達到等電點沉淀，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、乳液穩定性指數趨勢均與SPI相似。因此HPI的高乳化性可用于制造高品質的乳化食品[17]。

Malomo等[15]研究HPM和HPI的乳化特性，發現HPM溶液乳化性較高，這可能是HPM中含有較多的非蛋白物質，如多糖等可以增強乳化作用；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。

4.3 持水性及持油性

HPM持水性12.32 g/g優于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]報道的相一致；而張濤[28]研究結果卻表明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致的功能性有所差異。盡管如此，HPI可以通過改性方法優化功能特性，使其更好地應用到食品工業生產中。

4.4 成膜性

HPI薄膜內聚力強，使其具有抗性和延展性特征，二硫鍵在HPI薄膜網絡的形成和維護中起著主導作用。而SPI薄膜網絡的形成是由二硫鍵、疏水性相互作用和氫鍵共同作用主導的[32]。

4.5 起泡性

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

4.6 凝膠性

HPI由于等電點沉淀，蛋白質分子聚集導致凝膠網絡形成所需要的靈活性降低，所以HPI凝膠形成能力較差。而HPM沒有經過等電點沉淀，只含有少量的聚合蛋白質，所以凝膠形成能力較強。HPM可以作為膠凝劑的原料，可以制造固態或半固態食物。

Malomo等[15]通過（Leastgelation concentration，LGC）試驗也驗證了HPM的凝膠化能力比HPI要強，且優于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物的肽可以清除自由基，抑制生理相關的酶，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，在底物質量濃度50 mg/mL、水解時間2 h、溫度50 ℃、加酶量質量分數2.2%、pH 9.4酶解產物的條件下獲得最佳水解度20%，10 mg/mL酶解產物的DPPH自由基清除率達到82.65%。在最優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行動態脫鹽，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。

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構及理化性質，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，體外消化率試驗發現漢麻肽疏水性、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物質，其富含多功能的生物活性成分，對抗可能導致氧化應激相關疾病的各種自由基[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配水解制得的漢麻多肽粉已經過急性毒性試驗研究，并在漢麻籽多肽粉的基礎上通過正交試驗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%。此配方已經通過感官、微生物、重金屬指標等檢測，符合國家標準。漢麻籽蛋白肽的出現可以拓寬漢麻籽蛋白在食品營養方面的研究，對HPI的深加工開發利用具有深刻意義。

6 前景與展望

2002年漢麻籽被我國衛生部列為“藥食同源藥材”之一[53]，為漢麻籽的開發提供大力支持。從高端食用油到一系列的保健品，都體現出漢麻籽的藥用價值和商業價值。目前市場已有漢麻籽奶、漢麻籽餅干等產品，對人體高血壓、心血管等疾病有很好的保健作用。另外漢麻籽蛋白結構與大豆蛋白類似，其分離蛋白功能特性如持水性、持油性優于大豆分離蛋白，在某方面可以替代大豆分離蛋白。漢麻籽蛋白多樣化產品的開發還處于起步階段，它將具有廣闊的消費市場，其前景非常開闊，符合國家的綠色環保、循環經濟和可持續發展方向，具有重大的經濟效益和社會效益。漢麻籽其口感獨特，深加工可以制造出不同風味的食品，深受消費者青睞。

漢麻籽蛋白未來研究方向：1）漢麻籽分離蛋白的提取技術目前采用堿溶酸沉法，可大規模生產分離蛋白，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一步研究；2）提取蛋白的技術有膜分離技術、超濾技術[54]、雙極膜電解技術[55]和起泡技術[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今大熱的研究方向之一；3）漢麻籽蛋白的結構組成，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研究的重點；4）漢麻籽蛋白如凝膠性、熱穩定性、起泡性等功能特性在食品生產中的應用也在起步階段，并且結合改性手段開發運用其功能特性有助于人類開發新的食品資源，對未來漢麻籽蛋白作為食用原料大規模生產有著重要的作用。