核桃渣的蛋白組成分析及其營養價值評價

李 杰，謝辰陽，黃雪薇，楊 芳

武漢工程大學環境與生態工程學院，綠色化工過程教育部重點實驗室（武漢工程大學），國家磷資源開發利用工程技術研究中心，湖北 武漢 430205

核桃（Juglans regiaL.）是種植面積最廣、存在范圍最普遍的堅果，其主要分布于溫帶地區，在亞洲、南美洲西部、美國、中歐及南歐等國家和地區進行商業化種植［1-2］。中國是世界上最大的核桃生產國，其年產量為165.5 萬噸［3］。核桃富含脂肪、蛋白質、維生素（維生素A、維生素B、維生素C、維生素D、維生素E、維生素K 等）及礦物質（磷、硒等）等營養元素，其中，油脂質量分數為52%～70%，且油脂中以不飽和脂肪酸為主，蛋白占比為24%，是營養豐富的食品［4-7］。在中國，核桃主要用于榨取食用核桃油，核桃渣作為食用核桃油生產過程中產生的副產物，富含必需氨基酸，可作為營養來源［8］，然而，多數核桃渣都用做了飼料和肥料，造成了浪費［9］。

由于我國幅員遼闊，不同地區核桃的化學成分和生物活性可能不同，這將導致核桃渣的化學成分和生物活性也會存在一定的差異［10］，因此，本研究中，選用3 種不同緯度地區的核桃，制備核桃渣，進一步地了解其化學成分和營養價值，評價不同地區核桃渣蛋白組分及營養價值的差異。

1 實驗部分

1.1 材料與試劑

核桃采摘自新疆維吾爾自治區、湖北省、云南省；氫氧化鈉、石油醚、乙醇和濃鹽酸（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。

1.2 儀器與設備

FW80 型高速萬能粉碎機（天津泰斯特儀器有限公司）；DHG-9075 A 型干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司）；SX2-2.5-10 型電阻爐（上海右一儀器有限公司）；Hitachi 835-50 型氨基酸自動分析儀（日本Hitachi公司）。

1.3 方 法

1.3.1 核桃渣的制備 分別稱取3 省（區）的核桃各2 kg，將殼和果仁分離，后將核桃果仁進一步去雜（揀去果仁中夾雜薄膜等）、洗凈、烘干并粉碎，將粉末經過孔徑為0.850 mm 的篩網篩分，采用索氏萃取法［11］，以石油醚為溶劑，對該粉末進行萃取，減壓抽濾后，得到3 種脫脂核桃渣，分別封入自封袋中，貼標，于2 ℃下保存，備用。使用前將粉末充分混勻。

1.3.2 化學成分分析 脫脂核桃渣中水分的測定，參照國標GB 5009.3-2016［12］。

脫脂核桃渣中灰分的測定，參照國標GB 5009.4-2016［13］。

脫脂核桃渣中蛋白質含量的測定，采用凱氏定氮法［14］：取5.00 g 脫脂核桃渣裝入凱氏燒瓶中，依次加入0.50 g 硫酸銅，10.00 g 硫酸鉀以及20 mL濃硫酸，緩慢搖勻后加熱炭化，待液體澄清透明后，繼續加熱0.5 h，取出，冷卻后加入20 mL 蒸餾水，定容至100 mL 容量瓶，得樣品消化液備用。接收瓶中加入2 滴指示劑和10.00 mL 硼酸溶液，取10.00 mL 樣品消化液流入反應室，然后加氫氧化鈉10.00 mL 于堿液管中，使其緩慢流入反應室，蒸餾加熱。得到的液體用鹽酸標準液滴定至微紅即為終點。蛋白質含量計算公式如下：

式中：V標為樣品消化液消耗的鹽酸標準液體積（mL）；V0為空白消化液消耗的鹽酸標準液體積（mL）；ca為鹽酸標準液的濃度（mol/L）；0.014 為氮的物質的量質量×103（g/mL）；M樣為樣品的體積（mL）；V定為消化液體積（mL）；V測為實驗使用的消化液體積（mL）；Κ為氮換算為蛋白質的系數。

1.3.3 脫脂核桃渣的氨基酸含量測定及營養價值評價 根據實驗室前期建立的方法［15］測定脫脂核桃渣的氨基酸含量。脫脂核桃渣蛋白樣品采用氨基酸自動分析儀進行分析，進樣前，用鹽酸進行水解。根據聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織（Food and Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）的營養評估計算方法，計算核桃渣蛋白樣品中的必需氨基酸（essential amino acid，EAA）評分、必需氨基酸指數（essential amino acid index，EAAI）、氨基酸評分（amino acid score，AAS）及可消化必需氨基酸得分（digestible indispensable amino acid score，DIAAS）；而必需氨基酸與總氨基酸比值（E/T%）、蛋白質功效比值（protein efficiency ratio，PER），則參照Chavan 等［16］，相關公式如下：

必需氨基酸評分計算：

式中：EAA 為必需氨基酸評分。

必需氨基酸指數計算：

式中：EAAI 為必須氨基酸指數；n為氨基酸個數；a1、a2、a3…an為測試樣品中各必需氨基酸的含量（%）；b1、b2、b3…bn為FAO/WHO 標準對應必需氨基酸含量（%）。

氨基酸評分計算：

式中，AAS 為氨基酸評分。

可消化必需氨基酸得分計算：

式中：DIAAS 為可消化的必需氨基酸評分。

必須氨基酸與總氨基酸比值計算：

蛋白質功效比值（protein efficiency ratio，PER）計算：

式中，PER-1、PER-2、PER-3 分別表示蛋白質功效比值的3 種不同計算方式。Leu 代表亮氨酸，Pro代表脯氨酸，Tyr 代表酪氨酸，Met 代表甲硫氨酸，His 代表組氨酸。

1.4 數據處理

利用Office 2019 Excel 軟件進行數據處理；利用SPSS（Version21，2012）軟件，以Duncan 法分析數據顯著性，顯著水平為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同地區對核桃渣化學成分的影響

3 個省（區）的核桃渣的化學成分如表1 所示。由表1 可知，位于湖北省的核桃，其渣的水分含量顯著高于其他兩個樣品，新疆維吾爾自治區次之，云南省核桃的水分含量最低（P＜0.05），3 種核桃渣的平均含水量在5.68%至6.14%之間，與新鮮核桃的水分含量相似（6.10%）［17］。3 省份核桃中灰分含量，新疆維吾爾自治區與云南省、云南省與湖北省之間無顯著性差異（P＞0.05），而新疆維吾爾自治區核桃的灰分含量要顯著多于湖北省核桃（P＜0.05），三者渣中灰分含量在4.85%至5.47%之間，均超過新鮮核桃的灰分含量（1.80%～2.10%）［18］。位于云南省的核桃，其蛋白含量明顯低于湖北省及新疆維吾爾自治區（P＜0.05），而湖北省與新疆維吾爾自治區的核桃渣蛋白含量無明顯差異（P＞0.05），3 個地區核桃渣的蛋白含量在42.47%至53.58%之間，明顯高于新鮮核桃［19］。以上結果說明，不同位置種植的核桃，其化學組成存在一定的差異，并且由表1 的結果，可推測北方地區種植的核桃的蛋白質含量高于南方地區種植的核桃。

2.2 脫脂核桃渣的氨基酸含量測定及營養評價

來自3 個省（區）的核桃渣的氨基酸組成及營養價值評價見表2。分析的氨基酸包括游離氨基酸和多肽。由表2 可知，所有地區的核桃渣的蛋白樣品中均富含谷氨酸（21.30%～21.70%）和精氨酸（13.60%～15.20%），結果與Martínez 等［1］的報道相似。3 個省份的核桃渣的含硫氨基酸含量（Met+Cys）相似（2.90%～3.30%），3 種核桃渣中含硫氨基酸含量、總芳香族氨基酸含量及總必需氨基酸含量均高于FAO/WHO（2013）兒童、青少年和成人標準（該標準中3 種氨基酸的含量分別為：2.30%、4.10%及27.50%）。3 種核桃渣蛋白樣品中的非必需氨基酸含量相近，其中谷氨酸（占總氨基酸的21.30%～21.70%）、精氨酸（占總氨基酸的13.60%～15.20%）和天冬氨酸（占總氨基酸的10.20%～10.50%）占比最高，與Vasconcelos［20］等的報道相符，且高含量的天冬氨酸和谷氨酸是核桃滋味產生的原因［21］。

3 種核桃渣的必需氨基酸與總氨基酸比值（E/T）均超過35%，表明3 個地區的核桃渣蛋白可作為一種理想的蛋白質來源（FAO/WHO，2013 年），而來自云南地區的核桃渣蛋白樣品結果最佳（E/T×100%=37.40%）。必需氨基酸指數（EAAI）越大，氨基酸組成越平衡，蛋白質的質量和效率越高［22］。3 種核桃渣蛋白樣品的EAAI 值均高于65%，說明核桃渣蛋白樣品的氨基酸組成均高于FAO/WHO（2013）標準，且來自云南地區的核桃渣蛋白樣品的EAAI 最高，為70.70%。對3 種渣的PER 進行預測，云南核桃渣蛋白樣品的PER-1、PER-2 和PER3值均高于新疆和湖北的核桃渣蛋白樣品，表明云南的核桃渣可能具有較高的消化率。

2.3 不同核桃渣氨基酸評分（AAS）營養評價

表3 顯示了來自3 個不同省（區）的核桃渣的氨基酸評分，評分在128.00～136.00 之間，差異很小，其中來自云南地區的氨基酸評分最高。來自3個省份的核桃渣的第一限制氨基酸是賴氨酸，這與Martínez［1］的報道一致；第二限制氨基酸是纈氨酸。為了平衡營養，核桃仁應和賴氨酸和纈氨酸含量高的食物一起加工。

2.4 核桃渣可消化的DIAAS 營養評價

DIAAS 是一種較為新穎的評價蛋白質質量的方法，它是由單位質量的膳食蛋白質中可消化的膳食必需氨基酸中最低量決定的。Adewole 等［23］使用生長期的豬做動物實驗得知了蛋白質中必需氨基酸的真實回腸消化率系數，若沒有來自人體的必需氨基酸真實回腸消化率數據，糧農組織建議使用該系數［24］。當DIAAS≥100%時，營養評價為優秀；DIAAS 在75%～99%之間時，營養評價為良好；如果DIAAS＜75%時，營養評價則為低。3個省份的核渣的DIAAS 結果見表4，DIAAS 評分從湖北核桃渣蛋白樣品的35%，新疆核桃渣蛋白樣品的40%，到云南核桃渣蛋白樣品的48%不等，三者的第一限制氨基酸均為賴氨酸。并且第一限制氨基酸賴氨酸均低于75%，由于賴氨酸含量低，核桃渣蛋白樣品DIAAS 評價為“低”。大多數植物蛋白的DIAAS 評價均為“低”（DIAAS＜75%），核桃渣的DIAAS 評價分值與許多其他植物蛋白評分相似，如小麥粉（DIAAS=51%）和扁豆（DIAAS=54%）［25］。除賴氨酸外，核桃渣蛋白樣品的必需氨基酸含量均高于FAO/WHO 的標準，因此，向核桃渣蛋白中添加賴氨酸可大大改善典型的低質量飲食。

表4 核桃渣的DIAAS 評價Tab.4 Digestible IAA reference ratio

3 結 論

作為核桃油生產過程中形成的副產物，核桃渣具有豐富的蛋白質，具有很高的營養價值。本研究采用新疆、湖北及云南3 個省（區）地區采摘的核桃制備核桃渣，盡可能排除了因地理環境導致的偶然性誤差，測定了核桃渣的化學成分及氨基酸組成，并對其進行營養價值評價。實驗結果表明，3 種核桃渣的平均含水量在5.68%至6.14%之間，灰分含量在4.85%至5.47%之間（脫水），蛋白含量在42.47%至53.58%之間（脫水）。不同地區的核桃渣中含硫氨基酸含量、總芳香族氨基酸含量、總必需氨基酸含量、核桃渣蛋白樣品的氨基酸組成及總必需氨基酸與總氨基酸比值均高于FAO/WHO 兒童、青少年和成人標準（2013）。3 個省份的核桃渣的第一限制氨基酸是賴氨酸，第二限制氨基酸是纈氨酸，除賴氨酸外，核桃渣的必需氨基酸含量高于FAO/WHO 標準［26］。因此，3 種不同省份的核桃均是優質的蛋白源來源。適度補充賴氨酸與纈氨酸后，核桃可直接通過噴霧干燥技術，制作植物蛋白粉［27］；核桃渣中的蛋白質可制備核桃乳植物飲料，不僅風味獨特，且有助于核桃蛋白的吸收；核桃渣中的蛋白質可作為焙烤食品的輔料（如餅干），不僅增加蛋白質營養，且改善餅干的品質［28］。