冷等離子體處理對花生中脂質及蛋白理化特性的影響

王向陽，李淼，王若蘭，劉婷，王凡，董文雅

（河南工業大學糧油食品學院，河南 鄭州 450001）

花生作為世界重要油料作物之一，在全球范圍內廣泛種植。中國作為花生生產大國，花生總產量居世界前列，占全球總產量的40%以上[1]。花生是我國重要油料作物，作為我國人民喜愛的傳統食品，不僅營養豐富，且具有悅脾和胃、潤肺化痰、補虛止咳、滋養調氣、清咽、潤腸、通乳等功效，故有“長生果”之美稱[2]。但因其富含脂肪和蛋白質，從而具有吸濕性強等特點，易受高溫、潮濕、氧氣等因素的影響。如花生儲藏時，堆內積累的二氧化碳和積熱不易散發，儲藏稍有不慎，花生仁極易吸潮、生霉、酸敗和哈變，甚至會產生黃曲霉毒素，造成嚴重損失[3]。脫脂花生粉作為花生仁榨油后的副產品，因富含人體生命活動所必需的氨基酸，且含有較少量的抗營養因子，而被公認為優質植物蛋白[4]。花生除了榨油還可以用于制作成花生醬、零食、食品添加劑、甜點等各式各樣的花生制品。

等離子體是物質的第四種基本狀態，地球上許多自然現象都伴隨著等離子體的產生，如閃電、北極光和火災等[5]。等離子體根據熱力學平衡狀態又可以分為高溫等離子體（熱力學平衡等離子體）和低溫等離子體。后者放電過程中，電子溫度雖高，但重粒子溫度很低，整個體系呈現低溫狀態，所以又稱為冷等離子體，也叫非平衡態等離子體[6]。冷等離子體技術具有非熱性、環境友好、殺菌消毒、修飾結構等特點[7]。Devi等[8]將寄生曲霉和黃曲霉分別人工接種至花生籽粒表面，并對接種后花生進行大氣冷等離子體處理（40、60 W），發現處理條件為60 W、24 min時，寄生曲霉和黃曲霉的抑制率分別達到97.9%和99.3%；在40 W、15 min和60 W、12 min條件下進行處理，花生黃曲霉B1含量分別減少了70%和90%以上。Mitra等[9]采用冷等離子體對鷹嘴豆進行處理，發現隨著處理時長的增加，附著在種子表面的天然微生物顯著減少；且處理1 min時，鷹嘴豆種子的萌發率顯著提高到89.2%。因此，冷等離子體具有良好的殺菌和分解霉菌毒素的效果，利于油料種子的保藏。

本文研究冷等離子體不同處理條件對花生中脂質、蛋白品質特性的影響，最佳條件處理對花生中脂質品質、蛋白功能特性的改善效果，為其在食品加工領域方面的應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取新收獲干燥后的高蛋白花生仁（大白沙[10]）與高油花生仁（魯花14號[11]），二者水分含量均為8%，基本信息如表1所示。

表1 花生樣品基本信息Table 1 Basic information of peanut samples

冰乙酸、石油醚（均為分析純）：天津市天力化學有限公司；碘化鉀、無水碳酸鈉、乙醚、三氯甲烷（均為分析純）：天津市科密歐化學有限公司。

1.2 儀器與設備

TU-1810紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司；Centrifuge 5804R離心機：上海儀電科學儀器股份有限公司；FZ-102微型植物試樣粉碎機：柯盛行（杭州）儀器有限公司；DQ-101臺式方形中藥切片機：北京市永光明醫療儀器有限公司；TGL-18 MS高速離心機：鄭州杰士利機械有限公司；LGJ-10C冷凍干燥機：北京四環科學儀器廠有限公司；HD-2N冷等離子體處理設備：江蘇常州中科常泰有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

本試驗采用HD-2N型冷等離子體種子處理設備處理樣品，具體處理條件為處理功率150 W，體積功率密度 7.246 kW/m3，真空度 10 Pa，處理時間 1、4、5、6、8、10 min，氣源為氬氣。

1.3.2 花生中脂質的提取

100 g花生仁經切片機切成1 mm左右的薄片，期間實行間歇操作，以避免花生仁在切片過程中因發熱引起脂肪受熱分解而降低原有粗脂肪含量；將全部切片置于裝有其3倍體積石油醚的具塞錐形瓶中，浸泡約8 h；隨后濾紙過濾，并將濾液置于旋轉蒸發器中，水浴溫度34℃下旋轉蒸發1 h，待石油醚徹底分離回收后，殘留物即為花生中的脂質。

1.3.3 粗脂肪含量的測定

參照 GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》中的方法測定。

1.3.4 脂肪酸組成的測定

參照GB 5009.168—2016《食品安全國家標準食品中脂肪酸值的測定》中的方法測定。色譜柱：HP-88型（內徑 0.25 mm）；流量：1.00 mL/min；分流比 50 ∶1；檢測器為氫火焰離子檢測器，溫度：260℃；載氣：氮氣。

1.3.5 過氧化值的測定

參照GB 5009.227—2016《食品安全國家標準食品中過氧化值的測定》中的方法測定。

1.3.6 酸價的測定

參照GB 5009.229—2016《食品安全國家標準食品中酸價的測定》中的方法測定。

1.3.7 花生蛋白的提取

依據Gong等[12]的堿溶酸沉法制備花生分離蛋白（peanut protein isolate，PPI），并做部分改進，具體提取步驟如下。經石油醚浸泡8 h的花生薄片，于室溫（25℃）自然晾干12 h，使用粉碎機將其研磨成粉；向10 g脫脂花生粉中加入100 mL蒸餾水，用1 mol/L氫氧化鈉溶液將上述懸浮液pH值調整為9.0，在室溫下（25℃）磁力攪拌50 min，6 000 r/min離心15 min；收集上清液，并采用1 mol/L的鹽酸溶液將pH值調整為4.5，充分混勻后，6 000 r/min離心15 min，棄去上清液，并將下層沉淀物轉移至燒杯中，加入適量的蒸餾水，將pH值調整為7.0，冷凍干燥，得到花生分離蛋白粉。

1.3.8 花生蛋白吸水性的測定

參考He等[13]的方法并進行部分修改。具體測定方法：稱取0.5 g花生分離蛋白粉，置于15 mL預先干燥至恒重的離心管中，向管中加入10 mL蒸餾水，渦旋混勻5 min后，室溫（25℃）下靜置 30 min，3 000 r/min離心20 min，去除上層未吸附的水，稱重，按照下列公式計算每克蛋白質的吸水性。

式中：W0為 PPI的質量，g；W1為離心管加 PPI的總質量，g；W2為離心后離心管加沉淀的總質量，g。

1.3.9 花生蛋白乳化特性的測定

參考He等[13]的方法并進行部分修改。稱取0.15 g花生蛋白粉，轉移至裝有15 mL蒸餾水的燒杯中，攪拌混勻，得到1%的蛋白質懸浮液，向蛋白質懸浮液加入5 mL植物油充分搖勻，對其進行pH值調整，直至9.0。使用均質機于20000r/min下均質1min后，室溫（25℃）放置，分別于放置0、30 min時從底部吸取50 μL乳液，各自加入5 mL 0.1%十二烷基磺酸鈉溶液，混合均勻，于500 nm處分別測得乳液吸光度，記為A0、A30，同時十二烷基磺酸鈉溶液作為空白對照。乳化活性指數（emulsifying activity index，EAI）、乳化穩定性指數（emulsion stability index，ESI）的計算公式如下。

1.3.10 花生蛋白質溶解度的測定

參考趙雪淞等[14]的方法，取花生蛋白樣品0.25 g分散于裝有10 mL蒸餾水的燒杯中，攪拌1 h，將分散液轉移至15 mL離心管內，4 000 r/min離心10 min，收取上清液。采用凱氏定氮法對上清液及花生蛋白粉中蛋白含量加以測定，溶解度計算公式如下。

蛋白質的溶解度/%=（上清液蛋白含量/原料總量蛋白）×100

1.4 數據分析

每組試驗數據取3次結果平均值，采用Orign 8.5軟件繪圖，并使用SPSS對數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 冷等離子體處理對花生粗脂肪含量的影響

粗脂肪含量是衡量食品質量和營養價值的重要指標之一，也是評價花生油脂生產效率指標之一。準確測定花生粗脂肪含量對其品種的選育及優化加工生產工藝具有重要意義[15]。冷等離子體處理對花生粗脂肪含量的影響見圖1。

圖1 冷等離子體處理對花生粗脂肪含量的影響Fig.1 Effect of cold plasma treatment on crude fat contents of peanuts

由圖1可知，與未處理高蛋白對照樣品（47.98%）相比，經過冷等離子體處理 1、4、5、6、8、10 min 后，對應的高蛋白花生中粗脂肪含量分別為48.02%、48.01%、48.29%、48.34%、48.24%、48.23%，處理前后各高蛋白花生樣品無顯著性差異（P＞0.05）。與未處理高油對照樣品（51.44%）相比，經過不同時長的處理后，對應的高油花生中粗脂肪含量分別為51.46%、51.52%、51.55%、51.58%、51.49%、51.48%，處理前后各高油花生樣品無顯著性差異（P＞0.05）。由此可知，高蛋白、高油花生處理前后的樣品中粗脂肪含量的變化情況一致，且冷等離子體處理對二者粗脂肪含量并無顯著性影響。

2.2 冷等離子體處理對花生脂肪酸組成的影響

花生油富含油酸、亞油酸、棕櫚酸、硬脂酸等，其中油酸是植物油中最常見的不飽合脂肪酸。花生中的不飽和脂肪酸含量達85%以上，且以對心血管疾病有益的油酸與亞油酸為主，因此具有降低膽固醇、預防動脈硬化的功能特性；另外，亞油酸是人體必需脂肪酸，因人體無法自身合成而必須從飲食中攝取，是人體維持正常生命活動所必需的[16]。油酸/亞油酸影響油脂的氧化穩定性，是決定花生油貨架期的重要指標。因此，脂肪酸組成通常可以作為判斷花生油品質的特征指標[17]。冷等離子體處理對高蛋白、高油花生脂肪酸組成的影響見表2和表3。

表2 冷等離子體處理對高蛋白花生脂肪酸組成的影響Table 2 Effect of cold plasma treatment on fatty acid composition of high-protein peanuts

表3 冷等離子體處理對高油花生脂肪酸組成的影響Table 3 Effect of cold plasma treatment on fatty acid composition of high-oil peanuts

由表2、表3可知，高蛋白花生油中的脂肪酸組成主要為油酸（18：1）、亞油酸（18：2）、棕櫚酸（16：0）、硬脂酸（18：0），相關含量占比分別為45.58%～46.62%、31.22%～31.59%、10.07%～10.49%、4.46%～4.66%。而高油花生中的4種游離脂肪酸的相關含量占比分別為46.76%～47.85%、29.91%～30.48%、10.85%～11.48%、4.68%～4.93%。處理后高蛋白、高油花生樣品中脂肪酸組成的變化情況一致，即與各自對照樣品相比，不同處理時長下，油酸、棕櫚酸、硬脂酸含量均有所增加，亞油酸含量均有所減少，且變化并無顯著性差異（P＞0.05）。由此可知，冷等離子體處理對花生脂肪酸組成并無顯著影響。

2.3 冷等離子體處理對花生過氧化值的影響

花生油是人們日常膳食中重要的組成部分，其脂肪酸組成中的不飽和脂肪酸容易氧化酸敗，產生氫過氧化物，通常可用過氧化值表示氫過氧化物的含量，且過氧化值越高，表明油脂劣變程度越大[18]。冷等離子體處理對花生過氧化值的影響見圖2。

圖2 冷等離子體處理對花生過氧化值的影響Fig.2 Effect of cold plasma treatment on peroxidation values of peanuts

由圖2可知，與未處理高蛋白對照樣品（0 min）對比發現，所有處理后高蛋白樣品中的過氧化值均有所降低，其中處理6 min后的高蛋白樣品中過氧化值為（0.18±0.02）mmol/kg，低于未處理對照樣品（0.22±0.04）mmol/kg（P＜0.05）。高油花生樣品處理前后過氧化值的變化規律一致，與對照樣品相比，所有處理后高油樣品中的過氧化值均有所降低，其中處理6 min后的高油樣品中過氧化值為（0.20±0.03）mmol/kg，顯著低于未處理對照樣品（0.24±0.02）mmol/kg（P＜0.05）。上述結果表明，冷等離子體在處理花生6 min時效果最好，此時的過氧化值達到最低。

2.4 冷等離子體處理對花生酸價的影響

酸價表征花生油中游離脂肪酸的水平。花生于儲藏過程中受溫度、濕度和微生物等影響致使油脂發生緩慢水解，從而產生游離脂肪酸，因此游離脂肪酸的水平可作為花生油酸敗的指標。酸價越小，說明油脂的新鮮度和精煉程度越好。冷等離子體處理對花生酸價的影響見圖3。

圖3 冷等離子體處理對花生酸價的影響Fig.3 The effect of cold plasma treatment on acid values of peanuts

由圖3可知，高蛋白組花生對照樣品（0 min）中酸價為（0.06±0.02）mg/g，隨著處理時間的延長，高蛋白組花生酸價顯著下降（P＜0.05），分別下降了4.92%（1 min）、19.67%（4 min）、31.15%（5 min）、44.26%（6 min）、42.62%（8 min）、44.26%（10 min）。高油組花生對照樣品（0 min）中酸價為（0.08±0.01）mg/g，同樣隨著冷等離子體處理時間的延長，高油組花生酸價也在顯著下降，分別下降了 7.32%（1 min）、25.61%（4 min）、30.49%（5min）、46.34%（6min）、43.90%（8min）、45.12%（10min）。高蛋白組與高油組花生在處理時間6 min時酸價最低，可作為最佳處理條件。在試驗所選處理條件下低溫射頻等離子體可明顯降低花生油的酸價，其原因可能是經過等離子體處理后，在高能粒子的作用下，游離脂肪酸和磷脂等高度氧化不穩定的物質含量減少。劉真等[19]的研究結果表明冷等離子體處理花生油后，花生油的含水量和微生物含量會降低，抑制油脂的水解，降低酸價，因此更有助于花生的儲藏。

2.5 冷等離子體處理對花生粗蛋白含量的影響

冷等離子體處理對花生粗蛋白含量的影響見圖4。

圖4 冷等離子體處理對花生蛋白質含量的影響Fig.4 Effect of cold plasma treatment on protein contents of peanuts

花生營養價值很高，蛋白質含量25%～30%，是一種優質植物蛋白資源，且極易被人體消化吸收。由圖4可知，高蛋白組花生對照樣品（0 min）中粗蛋白含量為（28.68±0.14）%，經過冷等離子體處理 1、4、5、6、8、10 min后粗蛋白含量分別為（28.72±0.10）%、（28.98±0.16）% 、（28.99 ±0.12）% 、（28.96 ±0.18）% 、（28.84 ±0.13）%、（28.72±0.12）%，無顯著性差異（P＞0.05）。未經處理的高油花生中粗蛋白含量為（26.82±0.11）%，同樣經過冷等離子體處理 1、4、5、6、8、10 min 后，高油花生中粗蛋白含量分別為（26.86±0.14）%、（26.96±0.16）%、（26.90 ±0.10）% 、（26.01 ±0.14）% 、（26.95 ±0.10）% 、（26.97±0.17）%，無顯著性差異（P＞0.05）。因此，高蛋白、高油花生于處理前后的樣品中粗蛋白含量的變化情況一致，冷等離子體處理對二者粗蛋白含量無顯著性影響。

2.6 冷等離子體處理對花生蛋白吸水性的影響

冷等離子體處理對花生蛋白吸水性的影響見圖5。

圖5 冷等離子體處理對花生蛋白吸水性的影響Fig.5 Effect of cold plasma treatment on the water absorptions of peanut proteins

花生蛋白的吸水性表示蛋白質吸收水分并保持水分的能力，其在食品加工過程中用來反映對原料的水分以及參與加工過程中的水分的保持能力[20]。由圖5可知，與未處理高蛋白對照樣品（0 min）對比，所有處理后的高蛋白樣品中蛋白持水性均顯著增強，其中處理6 min后的樣品中蛋白持水性高達1.22 g/g，增加了40.23%。高油花生樣品于處理前后在蛋白持水性方面的變化規律與高蛋白花生樣品一致，與對照樣品（0 min）相比，所有處理后高油樣品中的蛋白持水性均顯著增強，其中處理6 min后的高油樣品中蛋白持水性增加最大，達0.96 g/g。一方面原因可能是由于蛋白的有序結構被破壞，蛋白結構由緊密變松散，親水性增強；另一方面可能是隨著冷等離子體處理時間的延長，蛋白質結構中的β-折疊含量不斷降低，而β-轉角含量不斷提高，β-轉角含量與蛋白質水合性質成正比，β-轉角含量上升，會提高蛋白質水合性質，花生蛋白質持水性增強[21]。季慧等[22]研究結果與本試驗結果相似。

2.7 冷等離子體處理對花生蛋白乳化特性的影響

冷等離子體處理對高蛋白、高油花生乳化特性的影響見圖6和圖7。

圖6 冷等離子體處理對高蛋白花生乳化特性的影響Fig.6 Effect of cold plasma treatment on protein emulsifications of high-protein peanut

圖7 冷等離子體處理對高油花生乳化特性的影響Fig.7 Effect of cold plasma treatment on protein emulsifications of high-oil peanut

乳化特性表征蛋白質吸附到油-水界面的性質，體現了蛋白質每單位質量界面區域穩定，通常采用乳化活力指數及乳化穩定性表示，前者是指蛋白質促進乳狀液形成的能力，后者是指乳液抵抗不穩定變化因素的能力。由圖6、圖7可知，與未處理高蛋白對照樣品（0 min）相比，所有處理后高蛋白樣品的乳力活性指數明顯增強，其中處理6 min后樣品的乳化活力指數高達（92.44±0.87）m2/g，增加了 35.23%（P＜0.05）。高油花生樣品于處理前后在蛋白乳化活力指數方面的變化規律與高蛋白花生樣品一致，與對照樣品（0 min）相比，所有處理后的高油樣品中乳化活力指數均顯著增強，其中處理6 min后樣品的乳化活力指數顯著增加（P＜0.05），達到（80.22±0.92）m2/g。兩種花生乳化穩定性與乳化活力指數的變化規律一致，高蛋白組與高油組花生在6 min時乳化穩定性最大，分別為75.88%和69.46%，較各自對照組分別增加了13.9%、9.44%。花生蛋白乳化特性的改善可能是因為冷等離子持續釋放能量而改變了花生蛋白二級結構，致使疏水基團暴露，增加了蛋白乳化穩定特性，但隨著高能粒子繼續放電，蛋白交聯程度越大，降低了蛋白表面疏水性，致使乳化特性略有降低[22]。

2.8 冷等離子體處理對花生蛋白溶解度的影響

冷等離子體處理對花生蛋白溶解度的影響見圖8。

圖8 冷等離子體處理對花生蛋白溶解度的影響Fig.8 Effect of cold plasma treatment on the solubilities of peanuts

溶解度不僅是其它功能特性（如乳化性、起泡性等）的基礎，更是蛋白質功能特性的代表性指標。通常情況下，蛋白質的乳化性或起泡性與其溶解度呈正相關[23]。如圖8所示，處理后高蛋白組花生較未處理對照樣品（0 min）蛋白質溶解度分別顯著增加了9.40%（1 min）、22.27%（4 min）、29.92%（5 min）、32.81%（6 min）、32.63%（8 min）、31.82%（10 min）。處理后高油組花生較未處理對照樣品（0 min）蛋白質溶解度分別顯著增加了 6.81%（1 min）、17.24%（4 min）、24.19%（5 min）、29.84%（6 min）、26.67%（8 min）、24.21%（10 min）。花生蛋白溶解度的增加可能是由于等離子放電產生的高能粒子轟擊花生仁后，致使內部蛋白分子結構展開，蛋白表面積增加，從而增強了蛋白質-水相互作用，提高了花生蛋白的溶解特性；隨著等離子處理時間的延長，冷等離子體持續放電可能引發花生蛋白內部氨基酸側鏈的變化，致使蛋白質聚集形成不溶的高分子聚合物，降低了蛋白溶解度[24]。

3 結論

采用冷等離子體處理高蛋白花生（大白沙）和高油花生（魯花14號），高蛋白花生、高油花生的過氧化值及酸價均顯著降低（P＜0.05），且于處理6 min時，酸價降至最低值分別為0.034、0.044 mg/g；處理后兩種花生的持水性、乳化特性、溶解度均在處理時長為6 min時顯著增強（P＜0.05）。綜上可知，冷等離子體技術能在保持花生原有基本成分組成的前提下，顯著改善花生中脂質的品質及蛋白質的理化特性，且具有降低過氧化值及酸價的效果，其在花生儲藏及食品加工領域具有巨大的應用潛力。