不同干燥方式对蚕蛹蛋白品质的影响

刘曼丽，刘丽娜，徐同成，陶海腾，邱　斌，宗爱珍，刘　玮，*

（1.山东省农业科学院农产品研究所，山东济南250100；2.山东师范大学生命科学学院，山东济南250014）

不同干燥方式对蚕蛹蛋白品质的影响

刘曼丽1，2，刘丽娜1，徐同成1，陶海腾1，邱斌1，宗爱珍1，刘玮1，*

（1.山东省农业科学院农产品研究所，山东济南250100；2.山东师范大学生命科学学院，山东济南250014）

采用喷雾干燥和真空冷冻干燥两种不同干燥方式制备蚕蛹蛋白粉，对比不同处理方式对蚕蛹蛋白粉的理化特性及蛋白抗氧化活性的影响。实验结果表明，喷雾干燥产品的色泽好，异味小，结构细密，还原能力、对DPPH自由基清除力和超氧阴离子自由基清除力均较高；而真空冷冻干燥产品溶解性好，吸油性明显高于喷雾干燥产品，对羟自由基的清除能力也较强。

蚕蛹蛋白，干燥方式，品质，抗氧化活性

蚕蛹是蚕茧缫丝后的副产物，我国年产干蚕蛹约50万吨［1］。现代科学研究显示蚕蛹营养成分丰富，干蛹中蛋白质含量约占60%，油脂含量25%～30%，另外还有多种维生素以及铁、锌、硒等微量元素。蚕蛹蛋白是一种完全蛋白质，含人体所需18种氨基酸，其中8种必需氨基酸含量高达40%，且比例适当，符合FAO/WHO联合食品标准建议的理想氨基酸模式［2］，是一种优质蛋白资源。2012年，欧盟斥资300万欧元（约合395万美元），研究可食用昆虫作为一种蛋白质替代来源的可行性。蚕蛹是卫生部批准的作为普通食品管理的食品新资源中唯一的昆虫类食品，在我国产量大，成本低，具有广阔的开发利用前景。

近年来，我国关于蚕蛹蛋白综合利用的研究逐渐开展起来，蚕蛹蛋白的提取、精制及下游产品开发技术日趋成熟，而关于干燥方式对蚕蛹蛋白品质影响的研究还未见报道。本研究采用喷雾干燥和真空冷冻干燥两种方式分别制备蚕蛹蛋白粉，通过考查产品的集粉率、蛋白含量、溶解度等理化指标和抗氧化能力，综合评价两种干燥方式对蚕蛹蛋白品质的影响，以期为工业生产提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

蚕蛹市售蚕茧缫丝后的蛹，去杂后反复清洗干净，50℃烘干，超速粉碎机粉碎，过60目筛，得到蛹粉备用；DPPH·（二苯代苦味肼基自由基） Sigma-Aldrich；VC标准品南京建成生物工程研究所；Lowry法蛋白浓度测定试剂盒生工生物工程（上海）有限公司；其余试剂均为分析纯。

DHG-92435-Ⅲ型电热恒温鼓风干燥箱上海新苗医疗器械制造有限公司；超速粉碎机北京兴时利和科技发展有限公司；S210 pH计梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；HJ-6A型多头磁力加热搅拌器常州国华仪器有限公司；TDL-5-A型低速台式离心机上海安亭科学仪器厂；K9860型全自动凯氏定氮仪美国海能仪器有限公司；FD-80型真空冷冻干燥机北京博医康实验仪器有限公司；B-290型喷雾干燥机瑞士Buchi；日立S-570型扫描电子显微镜日本日立；UV-1750型紫外可见分光光度计岛津仪器（苏州）有限公司。

1.2实验方法

1.2.1提取液的制备

1.2.1.1脱脂采用浸提法，以正己烷为提取剂对蚕蛹粉进行脱脂。料液比1∶4（g/mL）混合均匀，室温下搅拌4 h，3000 r/min离心20 min去除溶剂。按上述方法重复3次。脱脂后的蚕蛹粉于通风橱中挥去有机溶剂，烘干备用。

1.2.1.2提取采用碱溶酸沉法。取一定量脱脂蚕蛹粉与水按1∶10（g/mL）混合，充分溶胀后用1 mol/L NaOH调pH至10.0，50℃恒温水浴搅拌90 min后，3000 r/min离心20 min，收集上清。沉淀按原料液比再提取两次，合并三次上清液，用1 mol/L HCl调节pH至等电点，4℃静置6 h后离心，收集沉淀。用水洗涤沉淀3次，每次调pH至7.0，搅拌使沉淀复溶［3］。

1.2.2干燥方法将水洗至中性的蚕蛹蛋白液减压蒸馏浓缩，浓缩液分别用两种方法进行干燥。

1.2.2.1喷雾干燥进料速度3 mL/min，进风温度160～170℃，出风温度80～85℃，旋风分离器气流速度32 m3/h。

1.2.2.2真空冷冻干燥浓缩液在物料盘中铺开1 cm左右的薄层，置于-80℃冰箱中预冻10 h，取出后置于真空冷冻干燥机，控制真空度10 Pa以下，冷阱温度-80℃，干燥时间24 h［4］。

1.2.3理化品质评价方法

1.2.3.1色泽的测定采用色差计，依据CIE-LAB颜色空间表示方法测定不同干燥方式制备的蚕蛹蛋白粉的亨特白度。

1.2.3.2集粉率按下式计算两种干燥蛋白粉的得率。

1.2.3.3蛋白含量的测定采用凯氏定氮法测定两种蚕蛹蛋白粉蛋白含量。

1.2.3.4蛋白质溶解性的测定蛋白质溶解性是蛋白质-水相互作用的结果，是蛋白质重要的功能特性指标之一，一般用氮溶指数（nitrogen solubility index，NSI）来表示。称取1 g蛋白样品，加水100 mL混匀，室温下磁力搅拌30 min，然后3000 r/min离心20 min，上清液用定量滤纸过滤，上清液中蛋白质含量用Folin-酚法测定［5］。氮溶指数计算公式如下：

1.2.3.5蛋白质持水力（WHC）和吸油性（OAC）的测定称取0.5 g蛋白粉于10 mL已恒重的离心管中，加入5 mL水或精制大豆油，充分混匀，静置30 min，然后3000 r/min离心10 min，小心弃去上清后准确称重，以每克蛋白样品吸附水（或油）的质量数表示持水性（或吸油性）［6］。持水力和吸油性按式（3）计算。

式中，W0—干燥蛋白粉的质量（g）；W1—干燥蛋白粉和离心管的总质量（g）；W2—离心后残留物和离心管的总质量（g）。

1.2.3.6超微结构的观察CO2临界点干燥至样品达到绝干状态，然后将样品粘台，喷金镀膜，进行SEM观察并拍照。

1.2.4蚕蛹蛋白抗氧化活性评价采用还原力、DPPH自由基清除率、OH·清除率和O2-·清除率4个指标综合评价蚕蛹蛋白的抗氧化活性。

1.2.4.1还原力的测定配制不同浓度的蚕蛹蛋白液，采用铁氰化钾法测定还原力。取一定浓度的样品2.5 mL，加入pH=6.6的0.2 mol/L磷酸缓冲液2.5 mL和1%铁氰化钾溶液2.5 mL，混匀后于50℃保温20 min，取出后快速冷却，加入10%的三氯乙酸2.5 mL，混合后4500 r/min离心20 min。取上清2.5 mL，加2.5 mL水和0.5 mL 0.1%三氯化铁，混匀后在700 nm波长处测吸光度（A1）。以同体积的水代替铁氰化钾溶液，其他同上，测得（A2）作为样品溶液本身的吸光度［7］。还原力按下式计算：

1.2.4.2DPPH·清除力的测定取2 mL不同浓度的样液，加入2 mL 0.1 mmol/L DPPH溶液（95%乙醇配制），混匀于室温暗处静置30 min。以相应的溶剂（95%乙醇）调零，测定其在波长517 nm处的吸光度A［7］。样品液对DPPH自由基清除率公式为：

式中，A0—空白组吸光度；A—样品组吸光度；Ab—样品液本身的吸光度。

1.2.4.3羟自由基（OH·）清除力的测定采用Fenton法测定，配制不同浓度的蛋白溶液。取9 mmol/L FeSO4和9 mmol/L水杨酸-乙醇溶液各2 mL于试管中，加入不同浓度蛋白溶液2 mL，最后加入8.8 mmol/L H2O22 mL启动反应，37℃保温30 min。蒸馏水调零，波长510 nm处测定吸光度［8］。羟基自由基的清除率按下式计算：

式中，A0—空白组的吸光度；A—样品组的吸光度；Ab—样液本身的吸光度。

1.2.4.4超氧阴离子（O2-·）清除力的测定采用邻苯三酚自氧化法测定。取pH8.2的50 mmol/L Tris-HCl缓冲液3 mL，加入不同浓度的样液1 mL，充分混匀后于25℃水浴中保温20min。取出后加入0.3mL 7 mmol/L邻苯三酚溶液，迅速混匀后于25℃水浴中反应5 min，然后加入1 mL 10 mol/L的HCl终止反应，在420 nm处读取吸光度［9］。空白对照组用相同体积蒸馏水代替样品，清除率计算式同（6）。

1.2.5数据处理与分析每个平行实验重复3次，取平均值，统计数据用Excel软件进行处理。

2　结果与讨论

2.1不同干燥方式对蚕蛹蛋白理化性质的影响

2.1.1不同干燥方式对蚕蛹蛋白物理性状的影响表1为两种干燥方式制得的蚕蛹蛋白粉色泽、气味和质地等指标的对比。

表1　不同干燥方式对蚕蛹蛋白粉物理性状的影响Table 1　Effect of different drying methods on physical characters of silkworm pupae protein samples

由表1知，不同处理方法对蚕蛹蛋白粉理化性状影响显著：喷雾干燥样品为淡黄色粉末，亨特白度较高，颗粒均匀，基本无异味；真空冷冻干燥样品颜色较深，疏松多孔，略有腥臭味。从感官因素来看，喷雾干燥产品外观色泽友好，质地均匀，质量更好。但是对于进一步开发利用，还需进行脱色、脱臭和纯化等处理。

喷雾干燥是利用雾化器将料液分散成极小的液滴，在很短的时间内蒸发掉绝大部分水分，产品褐变反应小，有利于保持产品的色泽，热敏成分破坏少。真空冷冻干燥是利用冰晶升华的原理，在高真空环境下，将低温冻结了的物料中的水分直接从固态升华为水蒸气［10］，产品颜色较深，蛋白含量较低；制备时间长，干燥成本高，易引起褐变反应，并且相对较大的物料处理量不易除尽水分，制得的产品更易吸潮。

2.1.2不同干燥方式对蚕蛹蛋白集粉率和溶解性的影响结果见表2。碱溶酸沉法提取的蚕蛹蛋白中仍含有一定量的杂质，喷雾干燥产品的蛋白质含量略高于真空冷冻干燥产品，这主要是由于喷雾干燥产品的水分含量更低，干燥更彻底。但喷雾干燥产品的氮溶指数不及真空冷冻干燥样品，这是因为真空冷冻干燥产品结构疏松，有大量的空隙，能较好地溶解到水中。喷雾干燥集粉率略低于真空冷冻干燥，这主要是因为喷雾干燥过程中的挂壁现象，会损失一部分样品。

表2　不同干燥方式对蚕蛹蛋白集粉率和溶解性的影响Table 2　Effect of different drying methods on powder yield and solubility of silkworm pupae protein samples

2.1.3不同干燥方式对蚕蛹蛋白持水力和吸油性的影响持水力与食品的粘度相关，由图1可以看出，两种干燥方式得到的蚕蛹蛋白粉持水力接近，真空冷冻干燥产品2.81 g/g略高于喷雾干燥产品2.70 g/g。吸油性是指蛋白质吸附油的能力，蛋白质可与甘油三酯形成脂-蛋白络合物，因而具有吸油性［11］。吸油性的比较中，真空冷冻干燥产品4.95 g/g明显高于喷雾干燥产品1.96 g/g。这可能是由于真空干燥蛋白粉结构疏松多孔，有序结构被打乱，亲水和亲油基团暴露较多，更易与水或油分子结合，从而造成持水力和吸油性增大。

图1　不同干燥方式制得的蚕蛹蛋白粉持水力和吸油性的比较Fig.1　Water-absorbing capacity and oil-holding capacity of silkworm pupae protein samples through different drying methods

2.1.4不同干燥方式对蚕蛹蛋白超微结构的影响图2为两种蛋白粉的电镜扫描图，从图2中可以看出，不同干燥方式对蚕蛹蛋白粉的超微结构影响很大。喷雾干燥蛋白粉结构紧密，呈不规则多角形，其组织边缘光滑；真空冷冻干燥蛋白粉结构松散，组织边缘不规则，成片状。因此喷雾干燥制得的蛋白粉颗粒细腻均匀，而冷冻干燥样品颗粒疏松多孔。冻干的蛋白粉无法形成致密的网状结构，溶液状态中容易与水发生作用，因而表现出较好的水溶性和持水力，同时也更易吸潮。

图2　不同干燥方式制得的蚕蛹蛋白粉电镜照片（×2000）Fig.2　Stereoscan photographs of silkworm pupae protein samples through different drying methods（×2000）

2.2不同干燥方式对蚕蛹蛋白抗氧化活性的影响

2.2.1不同干燥方式对蚕蛹蛋白还原力的影响还原力是表示抗氧化剂提供电子能力的重要指标，抗氧化剂通过自身的还原作用给出电子而清除自由基，失去活性。还原力越强，物质的抗氧化性越强［12］。蚕蛹蛋白将反应体系中的三价铁还原为二价铁，二价铁在700 nm处有强吸收。吸光值越大，样品的还原力越强。结果见图3，等浓度的两种样品，喷雾干燥样品还原力均高于真空冷冻干燥样品。在0.01～0.05 mg/mL范围内，随着蛋白浓度的升高，两种蛋白溶液吸光度值均增大，还原能力逐渐增强，呈现较好的线性关系，线性方程分别为：喷雾干燥蛋白y=7.705x-0.0146，R2=0.9841；真空冷冻干燥蛋白y=4.352x+0.0061，R2=0.9953。

图3　不同干燥方式对蚕蛹蛋白还原力的影响Fig.3　Effect of drying methods on reducing activity of silkworm pupae protein

2.2.2不同干燥方式对蚕蛹蛋白DPPH·清除力的影响DPPH·（二苯代苦味肼基自由基）是一种人工合成较为稳定的以氮为中心的自由基，其醇溶液呈深紫色，在517 nm有最大吸收，在国内外被广泛用于自由基清除剂与天然抗氧化剂的筛选［13］。反应体系中的蚕蛹蛋白与DPPH·的单电子配对，使溶液颜色变浅，在517 nm波长处的吸光度值变小，颜色变浅的程度可反映清除力的大小。由图4可知，在研究的浓度范围内，两种蛋白样品对DPPH·均有一定的清除能力。随着浓度的增大，各待测组清除能力也逐渐增强，清除率呈现一定的量效关系。相同浓度条件下，喷雾干燥蛋白清除力高于真空冷冻干燥样品。

图4　不同干燥方式对蚕蛹蛋白DPPH自由基清除率的影响Fig.4　Effect of drying methods on DPPH radical scavenging activity of silkworm pupae protein

2.2.3不同干燥方式对蚕蛹蛋白羟自由基（OH·）清除能力的影响生物体内通过金属离子催化氧化（MCO）产生过量的活性氧自由基，是导致各种生理病变的原因之一。其中OH·是已知化学性质最为活泼的活性氧，几乎能和所有生物大分子发生反应。其氧化效率高、反应速度快，是造成机体组织脂质过氧化、核酸断裂、蛋白质解聚和多糖裂解等的重要原因［14］。能够产生OH·的体系有很多，其中Fenton反应是最常见的产生羟自由基的化学反应，反应式：Fe2++ H2O2→Fe3++OH－+OH·。由图5可以看出，在1～5 mg/mL浓度范围内，两种蛋白对OH·均有清除作用，随着浓度的升高，清除率也升高。等浓度条件下，真空冷冻干燥蛋白表现出更高的清除能力。

图5　不同干燥方式对蚕蛹蛋白羟自由基（OH·）清除率的影响Fig.5　Effect of drying methods on hydroxyl radical（OH·）scavenging activity of silkworm pupae protein

2.2.4不同干燥方式对蚕蛹蛋白超氧阴离子自由基（O2-·）清除能力的影响超氧阴离子自由基是基态氧接受一个电子后形成的氧自由基，可经过一系列反应生成其他的氧自由基，具有很强的氧化能力。当体系中存在O2-·清除剂时，邻苯三酚自氧化反应受阻，溶液吸光度减弱，颜色变浅的程度可反映清除力的大小。从图6可以看出，在实验浓度范围内，不同干燥产品对O2-·的清除率随浓度的增大而逐渐增大，且同一蛋白浓度下，喷雾干燥蛋白对O2-·的清除力要高于真空冷冻干燥蛋白。

图6　不同干燥方式对蚕蛹蛋白超氧阴离子自由基（O2-·）清除率的影响Fig.6　Effect of drying methods on superoxide anion radical（O2-·）scavenging activity of silkworm pupae protein

3　结论

3.1色泽、气味等感官因素是评价蛋白粉产品质量的重要指标，两种干燥方式制得的产品外观性状有明显差异：喷雾干燥产品外观色泽较好，异味小，结构细密均匀；真空冷冻干燥产品颜色较深，制备时间长，干燥成本高，易引起褐变反应。

3.2喷雾干燥产品的蛋白溶解性、集粉率不及真空冷冻干燥蛋白，两种干燥蛋白粉持水力接近，但真空冷冻干燥蛋白的吸油性明显高于喷雾干燥蛋白。

3.3不同干燥方式处理下蚕蛹蛋白抗氧化活性具有明显差异：喷雾干燥所制得的蚕蛹蛋白还原力、对DPPH·和O2-·的清除力都较高，但对OH·的清除能力低于真空冷冻干燥产品。说明不同的干燥处理方式对于蛋白的抗氧化活性有不同的影响，在实际的科研和生产活动中，应根据需要选择不同的干燥方式。

［1］王伟，何国庆，金哲英，等.蚕蛹蛋白的综合利用现状分析和开发前景展望［J］.食品与发酵工业，2006，32（9）：112-115.

［2］张燕，陈业高.蚕蛹氨基酸成分及营养价值［J］.云南化工，2002，12（6）：22-25.

［3］闵建华，李建科，陈婷.蚕蛹蛋白提取工艺优化的研究［J］.陕西师范大学学报，2009，37（2）：86-90.

［4］白云鹏，夏文水.不同干燥方式对甲壳低聚糖品质的影响［J］.食品与生物技术学报，2011，30（6）：857-862.

［5］杨光，杨波，吴景.不同干燥方法对玉米醇溶蛋白性质影响研究［J］.食品科学，2009，30（23）：57-59.

［6］聂新艳.鸡爪外皮蛋白质的提取与性质研究［D］.无锡：江南大学，2013.

［7］ZHU Kexue，ZHOU Huiming，QIAN Haifeng.Antioxidant and freeradical-scavengingactivitiesofwheatgermprotein hydrolysates（WGPH）preparedwithalcalase［J］.Process Biochemistry，2006，41：1296-1302.

［8］郭倩.大麦虫蛋白质的分离纯化及其抗氧化性研究［D］.杨凌：西北农林科技大学，2011.

［9］杨磊磊，王然，王凤舞，等.干燥方式对西兰花超微粉理化特性及抗氧化活性的影响［J］.食品科学，2012，33（19）：92-96.

［10］辛欣，郭雪松，狄蕊，等.不同干燥方式对玉米黄浆蛋白的品质影响［J］.食品工业，2014，35（9）：4-7.

［11］刘雨薇，夏琳婧，胡锦蓉，等.蕨麻蛋白的提取与功能特性的研究［J］.食品工业科技，2011，32（3）：131-133.

［12］闵建华，李建科，陈婷.蚕蛹多肽的制备工艺及其体外抗氧化活性［J］.云南化工，2002，12（6）：22-25.

［13］赵萍，林樱姬，金征宇，等.花生红衣中多酚类物质清除DPPH自由基能力和抑菌性能的研究［J］.食品工业科技，2010，31（10）：129-131.

［14］刘洁，方光荣，宋功武.荧光法研究罗丹明B与Fenton试剂的作用［J］.湖北大学学报，2005，27（2）：146-148.

Effect of different drying methods on the quality of silkworm pupae proteins

LIU Man-li1，2，LIU Li-na1，XU Tong-cheng1，TAO Hai-teng1，QIU Bin1，ZONG Ai-zhen1，LIU Wei1，*
（1.Institute of Agro-Food Science and Technology，Shandong Academy of Agricultural Science，Ji’nan 250100，China；2.College of Life Science，Shandong Normal University，Ji’nan 250014，China）

In this thesis，silkworm pupae proteins（SPP）were used as the material to investigate the effects of spray drying and vacuum freeze drying on the quality.For this purpose，SPP powders were made by two different drying methods to compare their properties and antioxidant activities including reducing activity，radical scavenging activity on DPPH，hydroxyl radical（OH·）and superoxide anion radical（O2-·）.Results indicated that spray dried product exhibited a little light color and odor.Samples prepared through spray drying exhibited higher reducing power，DPPH radical scavenging activity and O2-·scavenging activity.However，vacuum freeze dried product possessed better solubility and stronger scavenging activity on hydroxyl radical. And the oil absorption of vacuum freeze dried product was higher than the oil absorption of spray dried product.

silkworm pupae protein；drying methods；quality；antioxidant capacity

TS201.1

B

1002-0306（2015）16-0257-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.16.044

2014-09-15

刘曼丽（1990-），女，硕士研究生，研究方向：粮油加工，E-mail：liumanli3228279@163.com。

刘玮（1982-），女，博士研究生，助理研究员，研究方向：食品营养，E-mail：huixin8063@hotmail.com。

国家高技术研究发展计划（2013AA102206）。