藜麦麸皮蛋白的氨基酸分析及营养价值评价

薛鹏，赵雷，荆金金，王霞，张丰香，*

（1.潍坊医学院公共卫生与管理学院，山东潍坊261053；2.“健康山东”重大社会风险预测与治理协同创新中心，山东潍坊261053）

藜麦（Chenopodium quinoa Willd），原产于南美安第斯山区，是当地居民的主要粮食作物。藜麦籽富含优质的蛋白质、不饱和脂肪酸、丰富的矿物质和维生素等营养物质[1-2]，被联合国粮农组织（food and agriculture organization，FAO）认定为唯一可以满足人体基本营养需求的单体食物，且正式推荐藜麦为最适宜人类的完美“全营养食品”，将藜麦划为21世纪确保世界粮食安全的潜在农作物，将2013年作为”世界藜麦年”[3]。目前藜麦的种植已遍布北美洲、欧洲、亚洲以及非洲地区，据FAO统计数据显示，世界藜麦收获产量2011年为 10.16×104t，2016 年达到 18.54×104t，增长近 83%[4]。我国引入藜麦种植起步较晚，最近几年规模化种植呈加快增长的势头[5]。

与小麦等禾本科植物不同，藜麦不属于谷类作物，它与菠菜、甜菜等同属藜科，属于藜科双子叶植物，但它的食用方式与谷类相同，主要是将籽粒磨成粉，加工成各种食物[6]。在磨粉加工的过程中也会产生大量的加工下脚料-麸皮，本课题组采用凯氏定氮法对藜麦麸皮的蛋白含量进行了检测，发现粗蛋白含量高达30%。但目前对藜麦麸皮的利用仅是简单加工处理用作饲料，造成了资源浪费。因此本文通过分离提取藜麦麸皮蛋白，研究藜麦麸皮蛋白的氨基酸组成及其营养价值，为藜麦麸皮的深加工利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

藜麦麸皮：山西亿隆藜麦开发有限公司；试剂：C4H10O、NaOH、NaCI、HCI、C2H6O 等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

FE28-Meter pH 计：METTLER TOLEDO；85-2 数显恒温磁力搅拌器：常州普天仪器制造有限公司；DFT-200手提式粉碎机：温岭市林大机械有限公司；3-18KS高速冷冻离心机：德国sigma公司；L-8900全自动氨基酸分析仪：日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 藜麦麸皮总蛋白提取

藜麦麸皮总蛋白的提取参照Ruiz等[7]的方法。藜麦麸皮经手提式粉碎机粉碎后，过40目筛，利用无水乙醚脱脂12 h。称取一定量的经脱脂处理的藜麦麸皮，以1∶15（g/mL）的比例与去离子水混合，用1.0 mol/L的NaOH溶液调节pH值至10，搅拌提取2 h，在4℃条件下10 000 r/min离心20 min，取上清液，用1.0 mol/L HCI调pH值至4.5沉淀，离心（条件同上），沉淀用去离子水洗两次，将沉淀分散于去离子水，用NaOH调至中性，冷冻干燥，备用。

1.3.2 Osborne分级提取藜麦麸皮蛋白

不同藜麦麸皮蛋白的提取主要参考Osborne[8]的方法。

清蛋白：脱脂藜麦麸皮与去离子水1∶15（g/mL）混合，搅拌提取1.5 h，在4℃条件下10 000 r/min离心20 min，残渣用于下一步提取，上清液用1.0 mol/L HCI调pH值至4.5沉淀，离心（条件同上），沉淀用去离子水洗两次，冷冻干燥得清蛋白。

球蛋白：取上一步所得残渣与15倍的3 g/L的盐溶液混合，搅拌提取1.5 h，离心，残渣用于下一步提取，取上清液用盐酸调pH值至4.3沉淀，离心，水洗沉淀两次，冷冻干燥得谷蛋白。

醇溶蛋白：取上一步所得残渣与15倍的体积分数为70%的乙醇溶液混合，搅拌提取1.0 h，离心，残渣用于下一步提取，上清液处理同上，沉淀冷冻干燥得醇溶蛋白。

谷蛋白：取上一步所得残渣与15倍的去离子水混合，用1.0 mol/L的NaOH溶液调节pH值至10，搅拌提取1.5 h。离心取上清液，处理同上，冷冻干燥得谷蛋白。

1.3.3 藜麦麸皮蛋白质氨基酸组成测定

准确称取200 mg左右冻干样品于水解管中，加入6 mol/L HCI，抽真空，封口，110℃水解 22 h，过滤定容。取一定量溶液蒸干，用0.02 mol/L盐酸溶液稀释，采用日立L-8900全自动氨基酸分析仪进行测定。检测条件：4.6 mm×60 mm阳离子树脂填充色谱柱，分离柱温57℃，反应柱温135℃，上样20 μL，仪器配套洗脱液，流速0.1 mL/min，检测波长570 nm和440 nm。每个样品均进行平行检测，采用外标法定性和定量分析氨基酸的种类和含量。

1.3.4 藜麦麸皮蛋白质营养评价方法

对于黎麦麸皮蛋白的营养价值评价，主要从其必需氨基酸的构成、氨基酸评分（amino acid score，AAS）、氨基酸比值系数（ratio coefficient of amino acid，RC）和氨基酸比值系数分（score of RC，SRC）[9]，以及与鸡蛋蛋白氨基酸构成的贴近度等几个方面来分析。其中贴近度的计算引用杨永涛等[10]的模糊识别法进行计算，其他数值具体计算公式如下。

式中：RCi为被测食物蛋白质中的第i种必需氨基酸的氨基酸比值系数；RC是各氨基酸比值系数的平均值；n为食品中必需氨基酸的数量。

1.4 数据处理

利用Excel和Spss17.0软件对测定数据进行处理，p＜0.05表示有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 藜麦麸皮蛋白的氨基酸组成分析

为方便不同蛋白质的氨基酸组成进行比较，将氨基酸含量换算为单位重量蛋白质中的含量，具体结果见表1。从表1中可见藜麦麸皮总蛋白中17种氨基酸的含量都很丰富，其中Asp、Glu、Leu、Arg的含量较高，超过50 mg/g pro，Cys、Met的含量相对较低，分别为16.72 mg/g pro和17.43 mg/g pro，藜麦麸皮总蛋白的氨基酸的构成与从藜麦粉中提取的总蛋白相接近[11]。

藜麦麸皮总蛋白和清蛋白的氨基酸构成相近，两者之间不存在显著差异性；与总蛋白和清蛋白相比，球蛋白含有较高的 Cys、Lys、His和 Pro，较低的 Ile、Leu、Tyr含量；醇溶蛋白的 Thr、Ala、Cys、Val、Pro 含量要高于总蛋白和清蛋白，而 Glu、Met、Ile、Leu、Tyr、His、Arg的含量较其低；谷蛋白的His和Pro含量与总蛋白和清蛋白相比较高，而Cys、Tyr和Arg含量较低。总体来看，总蛋白和清蛋白Tyr的含量最高，约为26 mg/g pro，His的含量最低，约 24 mg/g pro；球蛋白的 Lys含量最高，52.38 mg/g pro，Ser、Gly 的含量最低；醇溶蛋白中 Thr、Ala、Cys、Val、Pro 的含量都显著高于其它蛋白，其中Pro约为其它蛋白的3倍，为121.06 mg/g pro，而Glu、Met、Ile、Leu、Tyr、Arg 的含量较其它蛋白低，其中Met含量约为其它蛋白的1/3，为6.52 mg/g pro，Tyr含量约为其它蛋白的1/5，为5.86 mg/g pro；谷蛋白的Cys含量最低，12.99 mg/g pro。

研究发现蛋白质中疏水氨基酸的含量与其水解后形成的多肽的活性密切相关。如具有抗氧化活性的多肽，其N-端多为疏水性氨基酸[12]，且疏水性氨基酸的存在与其抗氧化活性呈正相关[13]；而具有较强血管紧张素转化酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）抑制活性的多肽，其一级氨基酸序列中一般都含有大量疏水性氨基酸，且Pro、Leu等带正电荷的氨基酸残基如果在多肽的C端存在，多肽会具有更高的ACE抑制活性[14]。藜麦麸皮蛋白质的氨基酸组成见表1。

表1 藜麦麸皮蛋白质的氨基酸组成（±s）Table 1 Amino acid composition of quinoa bran protein（±s）

表1 藜麦麸皮蛋白质的氨基酸组成（±s）Table 1 Amino acid composition of quinoa bran protein（±s）

注：标注字母不同表示同行间不同种蛋白中同种氨基酸含量两者之间差异显著，p＜0.05；*表示人体必需氨基酸；#表示具有较高疏水性的氨基酸。

氨基酸名称及单位 %总蛋白 清蛋白 球蛋白 醇溶蛋白 谷蛋白天门冬氨酸（Asp）/（mg/g pro）81.08±0.49a81.24±0.08a73.58±2.24a76.73±4.71a78.84±1.64a苏氨酸（Thr）*/（mg/g pro）35.26±0.17a33.32±0.13a31.62±1.13a41.06±2.58b34.5±0.94a丝氨酸（Ser）/（mg/g pro）44.48±0.57a43.72±0.12a37.64±1.24b48.56±2.58a46.98±1.15a谷氨酸（Glu）/（mg/g pro）162.45±0.93a168.20±0.41a167.47±3.68a141.06±2.38b151.46±3.26ab甘氨酸（Gly）/（mg/g pro）46.44±0.24ab45.64±0.19ab38.86±1.26c48.08±2.18b43.50±0.78a丙氨酸（Ala）/（mg/g pro）40.53±0.18a38.51±0.14a37.14±1.08a46.64±2.85b37.40±0.71a胱氨酸（Cys）#/（mg/g pro）16.72±0.04a18.61±0.28a22.53±0.60b23.65±2.17b12.99±0.06c缬氨酸（Val）*#/（mg/g pro）42.22±0.25a40.34±0.23a39.38±1.28a46.83±2.86b41.70±0.37a蛋氨酸（Met）*#/（mg/g pro）17.43±0.10ab16.21±0.53a18.63±0.83b6.52±0.30c17.63±0.57ab异亮氨酸（Ile）*#/（mg/g pro）35.77±0.57a34.30±0.06a30.15±0.95b27.11±2.18c36.51±0.03a亮氨酸（Leu）*#/（mg/g pro）63.00±0.73a60.86±0.11a55.02±1.66b48.37±2.58c62.08±1.01a酪氨酸（Tyr）#/（mg/g pro）26.82±0.66a26.31±0.53a22.24±0.61b5.86±0.14c22.75±0.29b苯丙氨酸（Phe）*#/（mg/g pro）39.52±2.68ab38.25±0.06a43.08±1.68ab42.6±2.86ab46.29±0.96b赖氨酸（Lys）*/（mg/g pro）36.12±1.70a38.88±0.06a52.38±1.97b37.79±2.86a41.63±1.31a组氨酸（His）*/（mg/g pro）24.04±0.86a24.43±0.30a36.69±1.81b40.19±1.63b38.52±1.20b精氨酸（Arg）/（mg/g pro）85.04±4.79a88.34±1.03a86.30±3.78a40.48±2.31b76.31±1.36c脯氨酸（Pro）#/（mg/g pro）41.02±0.55a40.51±0.41a46.60±2.39b121.06±1.22c49.13±0.49b疏水性氨基酸占总氨基酸的百分含量/% 33.71±0.06a 32.88±0.07a 33.08±0.13a 38.7±0.50b 34.49±0.30c必需氨基酸占总氨基酸的百分含量/% 35.01±0.22a 34.21±0.02b 36.57±0.09c 34.40±0.42b 38.04±0.06d

从表1中可知，藜麦麸皮蛋白中疏水性氨基酸的比例较高，约占氨基酸总量的1/3，其中醇溶蛋白的最高，达到38.17%，其次为谷蛋白34.49%，而总蛋白、清蛋白和球蛋白三者之间的疏水性氨基酸含量的差异不显著。蛋白质的营养价值评价主要依赖于其必需氨基酸的组成及含量，藜麦麸皮蛋白中必需氨基酸的含量都高于34%，其中谷蛋白含量最高达到了38%。

2.2 藜麦麸皮蛋白质的营养评价

2.2.1 藜麦麸皮蛋白的AAS

为进一步对藜麦麸皮蛋白进行营养评价，将藜麦麸皮各类蛋白的必需氨基酸组成与目前公认的作为优质氨基酸来源的植物蛋白-大豆分离蛋白[15]、鸡蛋蛋白[16]以及FAO/WHO推荐人体必须氨基酸模式[17]进行比较分析，具体数据见表2。

表2 必需氨基酸和氨基酸评分模式Table 2 Essential amino acids and amino acid scoring patterns mg/g pro

与大豆分离蛋白相比，藜麦麸皮各类蛋白中含硫必需氨基酸（Met+Cys）要远远大于大豆分离蛋白中的9.9 mg/g pro。此外，除球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白中的His和醇溶蛋白中的Thr略高，其他氨基酸含量都低于大豆分离蛋白；与鸡蛋蛋白相比，球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白中含有较高的His，其余氨基酸含量都明显低于鸡蛋蛋白；与FAO/WHO推荐的0.5岁幼儿必需氨基酸模式相比，除Lys、球蛋白中的Leu、醇溶蛋白中的Ile和Leu，藜麦麸皮蛋白其他氨基酸水平都要接近或高于推荐模式；FAO/WHO推荐的18岁以上必须氨基酸模式相比，除总蛋白、清蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白Lys略低外，其它都接近或高于推荐模式。每克藜麦麸皮蛋白中必需氨基酸的总含量低于大豆分离蛋白和鸡蛋蛋白，除醇溶蛋白外，且都高于FAO/WHO推荐人体必需氨基酸评分模式中的氨基酸总含量。

利用FAO/WHO推荐0.5岁和18岁以上人体必需氨基酸评分模式对各种蛋白质的必需氨基酸进行评分，结果见表3。

表3 藜麦麸皮蛋白、大豆分离蛋白和鸡蛋蛋白的氨基酸评分Table 3 The AASs of quinoa bran protein，soy protein isolate and egg protein

对于0.5岁的幼儿，藜麦麸皮总蛋白、清蛋白和谷蛋白的限制性氨基酸只有一种是Lys，球蛋白的限制性氨基酸是一种Leu，醇溶蛋白的限制性氨基酸为Ile、Leu、Lys，其中 Lys为第一限制性氨基酸，而传统的谷物蛋白，如小麦、玉米的限制性氨基酸一般是Lys和Thr[18]；大豆分离蛋白的限制性氨基酸是含硫必需氨基酸（Met+Cys）。对于年满18岁的成人，藜麦麸皮各类蛋白和大豆分离蛋白的限制性氨基酸种类没变，但AAS有所提高，分别由 63、68、83、66、73 和 35 提升为 80、86、93、84、93 和 45，但大豆分离蛋白的 AAS 远远低于藜麦麸皮蛋白，这也充分说明藜麦麸皮蛋白的必需氨基酸组成更能满足人体需求，蛋白利用更充分。鸡蛋蛋白的必需氨基酸含量丰富，对于幼儿或是成人的氨基酸评分模式，其AAS值都大于100。

2.2.2 藜麦麸皮蛋白的RC和SRC

氨基酸评分主要反应的是食物蛋白中氨基酸含量与氨基酸评分模式中对应氨基酸需要量相比的满足程度，现代营养学理论认为，影响蛋白质营养价值的除了其必需氨基酸含量，还包括其必需氨基酸构成比例，及氨基酸平衡理论。而RC的计算依据就是氨基酸平衡理论，如果食物中氨基酸组成与推荐模式一致，则各RC值都应该是1，RC值大于1和小于1都表示偏离氨基酸模式，氨基酸不足和氨基酸过剩同样也限制蛋白质营养价值。各种氨基酸偏离推荐氨基酸模式的离散度用SRC表示，依据SRC计算公式，SRC值越大，表示氨基酸组成与推荐模式越接近，偏离度越小，蛋白质的营养价值越高[9]。藜麦麸皮各类蛋白、大豆分离蛋白以及鸡蛋蛋白的RC和SRC值见表4。

表4 藜麦麸皮蛋白、大豆分离蛋白和鸡蛋蛋白的RC和SRCTable 4 The RC and SRC values of quinoa bran protein，soy protein isolate and egg protein

对于FAO/WHO推荐0.5岁人体必需氨基酸模式来说，藜麦麸皮总蛋白和清蛋白的RC值除其限制性氨基酸赖氨酸以外，都与1接近，因此两者的SRC值最高，与鸡蛋蛋白的80相接近；而藜麦球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和大豆分离蛋白的RC值偏离较大，所以SRC值较低，处于60～70之间。对于FAO/WHO推荐18岁以上人体必需氨基酸模式来说，藜麦麸皮总蛋白、清蛋白和鸡蛋蛋白的RC值较集中，SRC值较高，75左右，高于藜麦球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和大豆分离蛋白，其中醇溶蛋白的最低，仅为54.17。而且从分析结果来看，幼儿对各类蛋白的利用率要优于成人。

2.2.3 藜麦麸皮蛋白氨基酸组成与鸡蛋蛋白氨基酸组成的贴近度

鸡蛋蛋白是优质的蛋白来源，无论从必需氨基酸的种类、数量、以及构成比例方面，都与人体需求相接近，上述评价也验证了这一点，因此，以鸡蛋蛋白的氨基酸构成为模式，采用模糊识别法，计算藜麦麸皮蛋白以及大豆分离蛋白的氨基酸构成与鸡蛋蛋白的贴近度，比较各类蛋白与模式蛋白之间的差异，结果见表5。

表5 藜麦麸皮蛋白、大豆分离蛋白氨基酸组成的贴近度Table 5 The close degrees of quinoa bran protein and soy protein isolate

藜麦麸皮总蛋白和清蛋白与鸡蛋蛋白的贴近度达到了0.995以上，其次是大豆分离蛋白为0.988，剩余球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的相接近，0.975左右。

3 结论

藜麦麸皮各类蛋白的氨基酸种类和含量丰富，疏水性氨基酸和必需氨基酸含量都达到30%以上，不同蛋白之间的氨基酸组成也存在差异。其中清蛋白与总蛋白的氨基酸组成相近，酪氨酸含量最高，组胺酸含量最低；球蛋白的赖氨酸含量最高，丝氨酸、甘氨酸的含量最低；醇溶蛋白富含疏水性氨基酸，特别是脯氨酸，而蛋氨酸含量最低；谷蛋白含有最低的胱氨酸。

现代营养学理论认为，蛋白质的营养价值与蛋白质的氨基酸组成密切相关。目前常用的比较方便的评价方法就是化学分析法，包括AAS、RC、SCR等，AAS主要评价必需氨基酸的全面性和丰富程度，RC和SCR主要用于评价氨基酸的均衡型，相比于AAS，其与生物价有更好的相关性。将AAS和SCR相结合，就会对蛋白的营养价值有较为客观合理的评价。氨基酸评分结果显示藜麦麸皮总蛋白、清蛋白和谷蛋白的限制性氨基酸是Lys，球蛋白的限制性氨基酸是Leu，醇溶蛋白的限制性氨基酸为Ile、Leu、Lys，其中Lys为第一限制性氨基酸。RC、SCR和贴合度分析结果显示，藜麦麸皮总蛋白和球蛋白的营养价值与鸡蛋蛋白相近，要优于球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和大豆分离蛋白；球蛋白与谷蛋白相当，稍好于大豆分离蛋白，醇溶蛋白的营养价值最低。因此，藜麦麸皮当中的蛋白质有较高的营养价值，特别是总蛋白和球蛋白，属于优质蛋白；醇溶蛋白富含疏水性氨基酸，是潜在的活性肽来源，藜麦麸皮可以作为优质植物蛋白及活性多肽的提取来源进行深加工。