豌豆蛋白酶解加工工藝優化及其生物活性研究

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.07.013

引文格式：汲臣明，王士巖，李琴，等.豌豆蛋白酶解加工工藝優化及其生物活性研究.中國調味品，2024，49（7）：86-89.

JI C M， WANG S Y， LI Q， et al.Optimization of enzymatic hydrolysis processing technology of pea protein and study on its bioactivity.China Condiment，2024，49（7）：86-89.

摘要：豌豆是重要的豆類栽培作物，蛋白質含量較高，是植物蛋白的主要來源之一，但目前大部分豌豆用于制作淀粉，副產物中的豌豆蛋白提取率較低，常常被用于制作飼料或作為生產廢料，使得大量豌豆資源被浪費。該研究基于此，通過單因素試驗和正交試驗對豌豆蛋白酶解工藝進行研究和優化，結果表明，豌豆蛋白最佳酶解工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉速190 r/min，此時豌豆蛋白水解度為38.58%。另外，研究豌豆蛋白酶解后得到的水解物的生物活性功效，發現其具有明顯的抗疲勞功效。

關鍵詞：豌豆蛋白；單因素試驗；正交試驗；提取工藝

中圖分類號：TS201.21""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）07-0086-04

Optimization of Enzymatic Hydrolysis Processing Technology

of Pea Protein and Study on Its Bioactivity

JI Chen-ming1， WANG Shi-yan2， LI Qin1， WANG Qian1

（1.Jiangsu Food amp; Pharmaceutical Science College， Huai'an 223001， China;

2.Huaiyin Institute of Technology， Huai'an 223003， China）

Abstract： Pea is an important cultivated bean crop with high protein content and is one of the main sources of plant protein. However， most peas are used to make starch currently， and the extraction rate of pea protein from by-products is lower， and they are often used to make feed or as production waste， resulting in a large amount of pea resources being wasted. Based on this， the hydrolysis process of pea protein is studied and optimized through single factor test and orthogonal test. The results show that the optimal hydrolysis process of pea protein is the moisture content of material of 30%， the temperature of 70 ℃， the mold aperture of 8 mm and screw rotation speed of 190 r/min. At this time， the hydrolysis degree of pea protein is 38.58%. In addition， the bioactive effect of pea protein hydrolysate is studied， and it is found that it has obvious anti-fatigue effect.

Key words： pea protein; single factor test; orthogonal test; extraction process

收稿日期：2023-12-02

基金項目：2021年江蘇高?！扒嗨{工程”優秀青年骨干教師培養項目（蘇教師函11號）；食品檢驗檢測技術國家級職業教育教師教學創新團隊課題（ZI2021070104）

作者簡介：汲臣明（1982—），女，副教授，博士，研究方向：功能性食品、微生物發酵。

豌豆（Pisum sativum）是一種重要的豆科植物，廣泛栽培于全球各地，是全球主要的蔬菜和糧食作物之一。世界上主要的豌豆產區為中國、印度、俄羅斯、加拿大和美國。根據聯合國糧農組織的數據，全球豌豆的年產量約為1 500萬噸。

豌豆是一種營養豐富的食物，含有多種重要的營養成分，主要包括復雜的碳水化合物、優質的植物蛋白源、不飽和脂肪酸、膳食纖維、多種維生素和礦物質元素，對預防心血管疾病、調節機體血糖和膽固醇具有明顯功效。

隨著人們對植物性食品、功能性食品需求的不斷增加，豌豆逐漸被應用于調味品行業。將豌豆粉末用作調味劑添加到面食、薯片、膨化食品和調味醬中，以增加食品的營養價值和口感；食品制造商也開始探索將豌豆提取物作為味精的替代品，豌豆提取物富含天然的谷氨酸，可用于增強食物的鮮味；以豌豆為基礎的調味醬包括豌豆醬和豌豆蘑菇醬，這些產品通常用于增添食物的風味和口感，同時也因其富含纖維、維生素和礦物質等營養物質備受消費者喜愛。

豌豆是一種被廣泛栽培的農作物，蛋白質含量豐富，但在傳統加工過程中，往往會產生大量的副產物和廢棄物。研究豌豆蛋白的高效提取工藝可以減少資源的浪費，提高豌豆蛋白利用效率，降低環境污染和能源消耗。研究豌豆蛋白的酶解工藝有助于高效地從豌豆中提取出蛋白質，進而開發和利用這一寶貴的食品資源。

隨著人們對健康和營養食品關注度的增加，對高質量蛋白質的需求也不斷增加。豌豆蛋白作為一種天然的植物蛋白質資源，具有廣闊的市場潛力。研究豌豆蛋白的酶解工藝，可以為食品工業提供技術支持和創新方向，推動豌豆蛋白及其應用產品的開發和商業化。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料與試劑

豌豆蛋白；50只生長一致、7周齡的試驗動物小鼠。鹽酸、蛋白酶、濃硫酸、葡萄糖、硫酸銅、尿素、氫氧化鈉、三氯化鐵、葡聚糖凝膠、無水乙醇、磷酸二氫鉀、鄰苯三酚和福林酚試劑。

1.2" 試驗儀器

電子天平、冷凍離心機、恒溫振蕩器、紫外分光光度計、攪拌器、冷凍干燥機、高效液相色譜儀、恒溫烘箱、紅外光譜儀和酶標儀。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 單因素試驗

當研究一個因素對豌豆蛋白酶解后水解度的影響時，控制其他影響因素不變，即物料含水量30%、溫度80 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉速170 r/min時，分別研究不同的物料含水量（15%、20%、25%、30%、35%）、不同的溫度（40，60，80，100，120 ℃）、不同的模具孔徑（4，6，8，10，12 mm）和不同的螺桿轉速（130，150，170，190，210 r/min）對豌豆蛋白水解度的影響。

1.3.2" 正交試驗

根據單因素試驗結果，以A（物料含水量）、B（溫度）、C（模具孔徑）和D（螺桿轉速）為變量因素，以豌豆蛋白水解度為指標，進行四因素三水平正交試驗。正交試驗因素水平見表1。

1.3.3" 豌豆蛋白水解度測定

采用pH-stat法對蛋白水解度進行測定，根據黨劍等的研究方法進行。

1.3.4" 豌豆蛋白水解產物抗疲勞活性測定

小鼠力竭試驗和生化指標測定參考許文琪等的相關研究進行。

2" 結果和討論

2.1" 單因素試驗

2.1.1" 溫度對豌豆蛋白水解度的影響

由圖1可知，隨著溫度的升高，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當溫度低于80 ℃時，豌豆蛋白水解度不斷增加，隨著溫度升高，酶活性也不斷增加，促進分子運動加快，使其與底物發生碰撞的頻率增加，此外，豌豆蛋白的結構和肽鏈均被改變，增加了基團和酶的接觸頻率，從而提高了蛋白水解度。當溫度超過80 ℃時，蛋白水解度隨著溫度的升高而不斷降低，這是由于過高的溫度使酶結構遭到破壞，使其活性降低甚至失去活性。綜合考慮之后，選擇溫度70～90 ℃進行后續正交試驗。

2.1.2" 物料含水量對豌豆蛋白水解度的影響

由圖2可知，隨著物料含水量的增加，豌豆蛋白水解度先升高后降低。適當的含水量能夠促進豌豆蛋白水解反應，過高或者過低的含水量都會對豌豆蛋白水解度產生負面影響。當物料含水量低于30%時，豌豆蛋白水解度隨著物料含水量的增加而逐漸升高，此時豌豆蛋白酶和底物可以充分有效地結合，促進了底物的擴散和酶的催化活性，底物與酶充分接觸；當物料含水量高于30%時，酶活性受到稀釋效果的影響，過多的水分使得底物分子被稀釋，減少了底物和酶之間的碰撞頻率，從而降低了豌豆蛋白水解度。綜合考慮之后，選擇物料含水量25%～35%進行后續正交試驗。

2.1.3" 螺桿轉速對豌豆蛋白水解度的影響

螺桿轉速會影響底物和酶的混合程度、質量傳遞和反應速率，從而影響豌豆蛋白水解。

由圖3可知，隨著螺桿轉速的增加，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當螺桿轉速小于170 r/min時，豌豆蛋白水解度隨著螺桿轉速的增加而升高，增加轉速使底物與酶充分地混合，增加底物分子和酶分子之間的碰撞頻率，提高了豌豆蛋白水解度；當螺桿轉速大于170 r/min時，豌豆蛋白水解度隨著螺桿轉速的增加而降低，過高的螺桿轉速使得機械剪切力增加，酶結構變化或者失活。綜合考慮之后，選擇螺桿轉速150～190 r/min進行后續正交試驗。

2.1.4" 模具孔徑對豌豆蛋白水解度的影響

由圖4可知模具孔徑對豌豆蛋白水解度的影響，隨著模具孔徑的增大，豌豆蛋白水解度先升高后降低。當模具孔徑小于8 mm時，豌豆蛋白水解度隨著模具孔徑的增大而升高；當模具孔徑大于8 mm時，豌豆蛋白水解度逐漸降低，模具孔徑增大使得豌豆蛋白與酶之間的接觸面減少。綜合考慮之后，選擇模具孔徑6～10 mm進行后續正交試驗。

2.2" 正交試驗

根據單因素試驗結果，對豌豆蛋白酶解加工工藝進行研究和優化，以物料含水量、溫度、模具孔徑和螺桿轉速為變量，以豌豆蛋白水解度為參考標準，進行正交優化試驗。正交試驗設計及結果見表2。

由表2可知豌豆蛋白酶解正交試驗結果，物料含水量、溫度、模具孔徑和螺桿轉速4個因素對豌豆蛋白水解度的影響均不同，A、B、C、D 4個影響因素的R值分別為8.12，5.28，6.01，2.67，Agt;Cgt;Bgt;D，表明對豌豆蛋白水解度的影響順序為物料含水量gt;模具孔徑gt;溫度gt;螺桿轉速。

結合單因素試驗和正交試驗，獲得豌豆蛋白酶解的最佳加工工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉速190 r/min，此時豌豆蛋白水解度為38.58%。

2.3" 豌豆蛋白水解物抗疲勞活性研究

豌豆蛋白酶解后得到的水解物中富含優質蛋白質和多種營養成分的植物蛋白源，含有豐富的氨基酸，包括一些被認為對抗疲勞具有潛在作用的支鏈氨基酸、天冬氨酸和精氨酸。

2.3.1" 豌豆蛋白水解物對小鼠游泳時間的影響

通過負重力竭試驗，可以客觀、直接評價豌豆蛋白水解物對小鼠抗疲勞活性的影響，不同濃度的豌豆蛋白水解物對小鼠游泳時間的影響見表3。

由表3可知，陽性對照組（B）、低劑量組（C）、中劑量組（D）和高劑量組（E）4個小組小鼠負重游泳時間均長于空白對照組（A），低劑量組小鼠負重游泳時間相比于空白對照組延長了16.87%，中劑量組延長了33.66%，高劑量組延長了43.37%。說明不同濃度的豌豆蛋白水解物均可顯著提高小鼠游泳時間，豌豆蛋白水解物具有抗疲勞功效。

2.3.2" 豌豆蛋白水解物對小鼠血清尿素氮的影響

機體運動時先消耗糖原，當糖原消耗完時，開始消耗蛋白質，并且產生尿素氮，血清尿素氮的含量和機體的運動耐力直接相關，機體中的尿素再通過血液循環和腎臟代謝排除體外，以維持機體的生理健康。蛋白質不斷分解和代謝時血清尿素氮在機體內不斷累積，從而產生疲勞現象。

由圖5可知不同組別對小鼠體內血清尿素氮含量的影響，A組（空白對照組）小鼠中的血清尿素氮含量最高，B、C、D、E 4組比A組含量低；說明豌豆蛋白水解物參與小鼠的能量代謝，減緩了小鼠體內蛋白質代謝速率，明顯降低了小鼠體內的血清尿素氮含量，進而提高小鼠的抗疲勞活性。

2.3.3" 豌豆蛋白水解物對小鼠乳酸含量的影響

機體運動后，肌肉中的氧氣會被快速消耗，肌糖原開始被分解，為機體提供能量，進而產生大量的乳酸，影響機體中的酸堿平衡和新陳代謝，抑制肌質網對鈣離子的吸收和釋放，造成機體的肌肉酸痛，使得運動能力下降。

由圖6可知不同組別對小鼠乳酸含量的影響，B、C、D、E 4組中的乳酸含量均低于A組（空白對照組），說明豌豆蛋白水解物對乳酸產生具有抑制作用，可以降低小鼠體內的乳酸含量，具有緩解疲勞的作用。

研究表明，豌豆蛋白肽可以通過多種機制對抗疲勞起到積極作用。首先，豌豆蛋白肽中的支鏈氨基酸（如亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸）被認為可以提供能量，改善運動能力和延緩疲勞產生。其次，豌豆蛋白肽富含天冬氨酸，該氨基酸在體內可被轉化為谷氨酸，進而參與三羧酸循環從而產生能量。此外，豌豆蛋白還含有精氨酸，該氨基酸參與氮氧化物的合成，可以通過改善血液循環和增強氧供應發揮抗疲勞作用。

3" 小結

我國的豌豆資源豐富，大部分豌豆用于制作淀粉，副產物中的豌豆蛋白提取率較低，常常用作飼料或者直接廢棄，使得大量的豌豆資源被浪費。本研究通過單因素試驗和正交試驗對豌豆蛋白酶解工藝進行研究和優化，結果表明，豌豆蛋白酶解最佳工藝為物料含水量30%、溫度70 ℃、模具孔徑8 mm和螺桿轉速190 r/min，此時豌豆蛋白水解度為38.58%。

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