冷等离子体处理对花生中脂质及蛋白理化特性的影响

王向阳，李淼，王若兰，刘婷，王凡，董文雅

（河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450001）

花生作为世界重要油料作物之一，在全球范围内广泛种植。中国作为花生生产大国，花生总产量居世界前列，占全球总产量的40%以上[1]。花生是我国重要油料作物，作为我国人民喜爱的传统食品，不仅营养丰富，且具有悦脾和胃、润肺化痰、补虚止咳、滋养调气、清咽、润肠、通乳等功效，故有“长生果”之美称[2]。但因其富含脂肪和蛋白质，从而具有吸湿性强等特点，易受高温、潮湿、氧气等因素的影响。如花生储藏时，堆内积累的二氧化碳和积热不易散发，储藏稍有不慎，花生仁极易吸潮、生霉、酸败和哈变，甚至会产生黄曲霉毒素，造成严重损失[3]。脱脂花生粉作为花生仁榨油后的副产品，因富含人体生命活动所必需的氨基酸，且含有较少量的抗营养因子，而被公认为优质植物蛋白[4]。花生除了榨油还可以用于制作成花生酱、零食、食品添加剂、甜点等各式各样的花生制品。

等离子体是物质的第四种基本状态，地球上许多自然现象都伴随着等离子体的产生，如闪电、北极光和火灾等[5]。等离子体根据热力学平衡状态又可以分为高温等离子体（热力学平衡等离子体）和低温等离子体。后者放电过程中，电子温度虽高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以又称为冷等离子体，也叫非平衡态等离子体[6]。冷等离子体技术具有非热性、环境友好、杀菌消毒、修饰结构等特点[7]。Devi等[8]将寄生曲霉和黄曲霉分别人工接种至花生籽粒表面，并对接种后花生进行大气冷等离子体处理（40、60 W），发现处理条件为60 W、24 min时，寄生曲霉和黄曲霉的抑制率分别达到97.9%和99.3%；在40 W、15 min和60 W、12 min条件下进行处理，花生黄曲霉B1含量分别减少了70%和90%以上。Mitra等[9]采用冷等离子体对鹰嘴豆进行处理，发现随着处理时长的增加，附着在种子表面的天然微生物显著减少；且处理1 min时，鹰嘴豆种子的萌发率显著提高到89.2%。因此，冷等离子体具有良好的杀菌和分解霉菌毒素的效果，利于油料种子的保藏。

本文研究冷等离子体不同处理条件对花生中脂质、蛋白品质特性的影响，最佳条件处理对花生中脂质品质、蛋白功能特性的改善效果，为其在食品加工领域方面的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选取新收获干燥后的高蛋白花生仁（大白沙[10]）与高油花生仁（鲁花14号[11]），二者水分含量均为8%，基本信息如表1所示。

表1 花生样品基本信息Table 1 Basic information of peanut samples

冰乙酸、石油醚（均为分析纯）：天津市天力化学有限公司；碘化钾、无水碳酸钠、乙醚、三氯甲烷（均为分析纯）：天津市科密欧化学有限公司。

1.2 仪器与设备

TU-1810紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司；Centrifuge 5804R离心机：上海仪电科学仪器股份有限公司；FZ-102微型植物试样粉碎机：柯盛行（杭州）仪器有限公司；DQ-101台式方形中药切片机：北京市永光明医疗仪器有限公司；TGL-18 MS高速离心机：郑州杰士利机械有限公司；LGJ-10C冷冻干燥机：北京四环科学仪器厂有限公司；HD-2N冷等离子体处理设备：江苏常州中科常泰有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

本试验采用HD-2N型冷等离子体种子处理设备处理样品，具体处理条件为处理功率150 W，体积功率密度 7.246 kW/m3，真空度 10 Pa，处理时间 1、4、5、6、8、10 min，气源为氩气。

1.3.2 花生中脂质的提取

100 g花生仁经切片机切成1 mm左右的薄片，期间实行间歇操作，以避免花生仁在切片过程中因发热引起脂肪受热分解而降低原有粗脂肪含量；将全部切片置于装有其3倍体积石油醚的具塞锥形瓶中，浸泡约8 h；随后滤纸过滤，并将滤液置于旋转蒸发器中，水浴温度34℃下旋转蒸发1 h，待石油醚彻底分离回收后，残留物即为花生中的脂质。

1.3.3 粗脂肪含量的测定

参照 GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中的方法测定。

1.3.4 脂肪酸组成的测定

参照GB 5009.168—2016《食品安全国家标准食品中脂肪酸值的测定》中的方法测定。色谱柱：HP-88型（内径 0.25 mm）；流量：1.00 mL/min；分流比 50 ∶1；检测器为氢火焰离子检测器，温度：260℃；载气：氮气。

1.3.5 过氧化值的测定

参照GB 5009.227—2016《食品安全国家标准食品中过氧化值的测定》中的方法测定。

1.3.6 酸价的测定

参照GB 5009.229—2016《食品安全国家标准食品中酸价的测定》中的方法测定。

1.3.7 花生蛋白的提取

依据Gong等[12]的碱溶酸沉法制备花生分离蛋白（peanut protein isolate，PPI），并做部分改进，具体提取步骤如下。经石油醚浸泡8 h的花生薄片，于室温（25℃）自然晾干12 h，使用粉碎机将其研磨成粉；向10 g脱脂花生粉中加入100 mL蒸馏水，用1 mol/L氢氧化钠溶液将上述悬浮液pH值调整为9.0，在室温下（25℃）磁力搅拌50 min，6 000 r/min离心15 min；收集上清液，并采用1 mol/L的盐酸溶液将pH值调整为4.5，充分混匀后，6 000 r/min离心15 min，弃去上清液，并将下层沉淀物转移至烧杯中，加入适量的蒸馏水，将pH值调整为7.0，冷冻干燥，得到花生分离蛋白粉。

1.3.8 花生蛋白吸水性的测定

参考He等[13]的方法并进行部分修改。具体测定方法：称取0.5 g花生分离蛋白粉，置于15 mL预先干燥至恒重的离心管中，向管中加入10 mL蒸馏水，涡旋混匀5 min后，室温（25℃）下静置 30 min，3 000 r/min离心20 min，去除上层未吸附的水，称重，按照下列公式计算每克蛋白质的吸水性。

式中：W0为 PPI的质量，g；W1为离心管加 PPI的总质量，g；W2为离心后离心管加沉淀的总质量，g。

1.3.9 花生蛋白乳化特性的测定

参考He等[13]的方法并进行部分修改。称取0.15 g花生蛋白粉，转移至装有15 mL蒸馏水的烧杯中，搅拌混匀，得到1%的蛋白质悬浮液，向蛋白质悬浮液加入5 mL植物油充分摇匀，对其进行pH值调整，直至9.0。使用均质机于20000r/min下均质1min后，室温（25℃）放置，分别于放置0、30 min时从底部吸取50 μL乳液，各自加入5 mL 0.1%十二烷基磺酸钠溶液，混合均匀，于500 nm处分别测得乳液吸光度，记为A0、A30，同时十二烷基磺酸钠溶液作为空白对照。乳化活性指数（emulsifying activity index，EAI）、乳化稳定性指数（emulsion stability index，ESI）的计算公式如下。

1.3.10 花生蛋白质溶解度的测定

参考赵雪淞等[14]的方法，取花生蛋白样品0.25 g分散于装有10 mL蒸馏水的烧杯中，搅拌1 h，将分散液转移至15 mL离心管内，4 000 r/min离心10 min，收取上清液。采用凯氏定氮法对上清液及花生蛋白粉中蛋白含量加以测定，溶解度计算公式如下。

蛋白质的溶解度/%=（上清液蛋白含量/原料总量蛋白）×100

1.4 数据分析

每组试验数据取3次结果平均值，采用Orign 8.5软件绘图，并使用SPSS对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 冷等离子体处理对花生粗脂肪含量的影响

粗脂肪含量是衡量食品质量和营养价值的重要指标之一，也是评价花生油脂生产效率指标之一。准确测定花生粗脂肪含量对其品种的选育及优化加工生产工艺具有重要意义[15]。冷等离子体处理对花生粗脂肪含量的影响见图1。

图1 冷等离子体处理对花生粗脂肪含量的影响Fig.1 Effect of cold plasma treatment on crude fat contents of peanuts

由图1可知，与未处理高蛋白对照样品（47.98%）相比，经过冷等离子体处理 1、4、5、6、8、10 min 后，对应的高蛋白花生中粗脂肪含量分别为48.02%、48.01%、48.29%、48.34%、48.24%、48.23%，处理前后各高蛋白花生样品无显著性差异（P＞0.05）。与未处理高油对照样品（51.44%）相比，经过不同时长的处理后，对应的高油花生中粗脂肪含量分别为51.46%、51.52%、51.55%、51.58%、51.49%、51.48%，处理前后各高油花生样品无显著性差异（P＞0.05）。由此可知，高蛋白、高油花生处理前后的样品中粗脂肪含量的变化情况一致，且冷等离子体处理对二者粗脂肪含量并无显著性影响。

2.2 冷等离子体处理对花生脂肪酸组成的影响

花生油富含油酸、亚油酸、棕榈酸、硬脂酸等，其中油酸是植物油中最常见的不饱合脂肪酸。花生中的不饱和脂肪酸含量达85%以上，且以对心血管疾病有益的油酸与亚油酸为主，因此具有降低胆固醇、预防动脉硬化的功能特性；另外，亚油酸是人体必需脂肪酸，因人体无法自身合成而必须从饮食中摄取，是人体维持正常生命活动所必需的[16]。油酸/亚油酸影响油脂的氧化稳定性，是决定花生油货架期的重要指标。因此，脂肪酸组成通常可以作为判断花生油品质的特征指标[17]。冷等离子体处理对高蛋白、高油花生脂肪酸组成的影响见表2和表3。

表2 冷等离子体处理对高蛋白花生脂肪酸组成的影响Table 2 Effect of cold plasma treatment on fatty acid composition of high-protein peanuts

表3 冷等离子体处理对高油花生脂肪酸组成的影响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组成主要为油酸（18：1）、亚油酸（18：2）、棕榈酸（16：0）、硬脂酸（18：0），相关含量占比分别为45.58%～46.62%、31.22%～31.59%、10.07%～10.49%、4.46%～4.66%。而高油花生中的4种游离脂肪酸的相关含量占比分别为46.76%～47.85%、29.91%～30.48%、10.85%～11.48%、4.68%～4.93%。处理后高蛋白、高油花生样品中脂肪酸组成的变化情况一致，即与各自对照样品相比，不同处理时长下，油酸、棕榈酸、硬脂酸含量均有所增加，亚油酸含量均有所减少，且变化并无显著性差异（P＞0.05）。由此可知，冷等离子体处理对花生脂肪酸组成并无显著影响。

2.3 冷等离子体处理对花生过氧化值的影响

花生油是人们日常膳食中重要的组成部分，其脂肪酸组成中的不饱和脂肪酸容易氧化酸败，产生氢过氧化物，通常可用过氧化值表示氢过氧化物的含量，且过氧化值越高，表明油脂劣变程度越大[18]。冷等离子体处理对花生过氧化值的影响见图2。

图2 冷等离子体处理对花生过氧化值的影响Fig.2 Effect of cold plasma treatment on peroxidation values of peanuts

由图2可知，与未处理高蛋白对照样品（0 min）对比发现，所有处理后高蛋白样品中的过氧化值均有所降低，其中处理6 min后的高蛋白样品中过氧化值为（0.18±0.02）mmol/kg，低于未处理对照样品（0.22±0.04）mmol/kg（P＜0.05）。高油花生样品处理前后过氧化值的变化规律一致，与对照样品相比，所有处理后高油样品中的过氧化值均有所降低，其中处理6 min后的高油样品中过氧化值为（0.20±0.03）mmol/kg，显著低于未处理对照样品（0.24±0.02）mmol/kg（P＜0.05）。上述结果表明，冷等离子体在处理花生6 min时效果最好，此时的过氧化值达到最低。

2.4 冷等离子体处理对花生酸价的影响

酸价表征花生油中游离脂肪酸的水平。花生于储藏过程中受温度、湿度和微生物等影响致使油脂发生缓慢水解，从而产生游离脂肪酸，因此游离脂肪酸的水平可作为花生油酸败的指标。酸价越小，说明油脂的新鲜度和精炼程度越好。冷等离子体处理对花生酸价的影响见图3。

图3 冷等离子体处理对花生酸价的影响Fig.3 The effect of cold plasma treatment on acid values of peanuts

由图3可知，高蛋白组花生对照样品（0 min）中酸价为（0.06±0.02）mg/g，随着处理时间的延长，高蛋白组花生酸价显著下降（P＜0.05），分别下降了4.92%（1 min）、19.67%（4 min）、31.15%（5 min）、44.26%（6 min）、42.62%（8 min）、44.26%（10 min）。高油组花生对照样品（0 min）中酸价为（0.08±0.01）mg/g，同样随着冷等离子体处理时间的延长，高油组花生酸价也在显著下降，分别下降了 7.32%（1 min）、25.61%（4 min）、30.49%（5min）、46.34%（6min）、43.90%（8min）、45.12%（10min）。高蛋白组与高油组花生在处理时间6 min时酸价最低，可作为最佳处理条件。在试验所选处理条件下低温射频等离子体可明显降低花生油的酸价，其原因可能是经过等离子体处理后，在高能粒子的作用下，游离脂肪酸和磷脂等高度氧化不稳定的物质含量减少。刘真等[19]的研究结果表明冷等离子体处理花生油后，花生油的含水量和微生物含量会降低，抑制油脂的水解，降低酸价，因此更有助于花生的储藏。

2.5 冷等离子体处理对花生粗蛋白含量的影响

冷等离子体处理对花生粗蛋白含量的影响见图4。

图4 冷等离子体处理对花生蛋白质含量的影响Fig.4 Effect of cold plasma treatment on protein contents of peanuts

花生营养价值很高，蛋白质含量25%～30%，是一种优质植物蛋白资源，且极易被人体消化吸收。由图4可知，高蛋白组花生对照样品（0 min）中粗蛋白含量为（28.68±0.14）%，经过冷等离子体处理 1、4、5、6、8、10 min后粗蛋白含量分别为（28.72±0.10）%、（28.98±0.16）% 、（28.99 ±0.12）% 、（28.96 ±0.18）% 、（28.84 ±0.13）%、（28.72±0.12）%，无显著性差异（P＞0.05）。未经处理的高油花生中粗蛋白含量为（26.82±0.11）%，同样经过冷等离子体处理 1、4、5、6、8、10 min 后，高油花生中粗蛋白含量分别为（26.86±0.14）%、（26.96±0.16）%、（26.90 ±0.10）% 、（26.01 ±0.14）% 、（26.95 ±0.10）% 、（26.97±0.17）%，无显著性差异（P＞0.05）。因此，高蛋白、高油花生于处理前后的样品中粗蛋白含量的变化情况一致，冷等离子体处理对二者粗蛋白含量无显著性影响。

2.6 冷等离子体处理对花生蛋白吸水性的影响

冷等离子体处理对花生蛋白吸水性的影响见图5。

图5 冷等离子体处理对花生蛋白吸水性的影响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质吸收水分并保持水分的能力，其在食品加工过程中用来反映对原料的水分以及参与加工过程中的水分的保持能力[20]。由图5可知，与未处理高蛋白对照样品（0 min）对比，所有处理后的高蛋白样品中蛋白持水性均显著增强，其中处理6 min后的样品中蛋白持水性高达1.22 g/g，增加了40.23%。高油花生样品于处理前后在蛋白持水性方面的变化规律与高蛋白花生样品一致，与对照样品（0 min）相比，所有处理后高油样品中的蛋白持水性均显著增强，其中处理6 min后的高油样品中蛋白持水性增加最大，达0.96 g/g。一方面原因可能是由于蛋白的有序结构被破坏，蛋白结构由紧密变松散，亲水性增强；另一方面可能是随着冷等离子体处理时间的延长，蛋白质结构中的β-折叠含量不断降低，而β-转角含量不断提高，β-转角含量与蛋白质水合性质成正比，β-转角含量上升，会提高蛋白质水合性质，花生蛋白质持水性增强[21]。季慧等[22]研究结果与本试验结果相似。

2.7 冷等离子体处理对花生蛋白乳化特性的影响

冷等离子体处理对高蛋白、高油花生乳化特性的影响见图6和图7。

图6 冷等离子体处理对高蛋白花生乳化特性的影响Fig.6 Effect of cold plasma treatment on protein emulsifications of high-protein peanut

图7 冷等离子体处理对高油花生乳化特性的影响Fig.7 Effect of cold plasma treatment on protein emulsifications of high-oil peanut

乳化特性表征蛋白质吸附到油-水界面的性质，体现了蛋白质每单位质量界面区域稳定，通常采用乳化活力指数及乳化稳定性表示，前者是指蛋白质促进乳状液形成的能力，后者是指乳液抵抗不稳定变化因素的能力。由图6、图7可知，与未处理高蛋白对照样品（0 min）相比，所有处理后高蛋白样品的乳力活性指数明显增强，其中处理6 min后样品的乳化活力指数高达（92.44±0.87）m2/g，增加了 35.23%（P＜0.05）。高油花生样品于处理前后在蛋白乳化活力指数方面的变化规律与高蛋白花生样品一致，与对照样品（0 min）相比，所有处理后的高油样品中乳化活力指数均显著增强，其中处理6 min后样品的乳化活力指数显著增加（P＜0.05），达到（80.22±0.92）m2/g。两种花生乳化稳定性与乳化活力指数的变化规律一致，高蛋白组与高油组花生在6 min时乳化稳定性最大，分别为75.88%和69.46%，较各自对照组分别增加了13.9%、9.44%。花生蛋白乳化特性的改善可能是因为冷等离子持续释放能量而改变了花生蛋白二级结构，致使疏水基团暴露，增加了蛋白乳化稳定特性，但随着高能粒子继续放电，蛋白交联程度越大，降低了蛋白表面疏水性，致使乳化特性略有降低[22]。

2.8 冷等离子体处理对花生蛋白溶解度的影响

冷等离子体处理对花生蛋白溶解度的影响见图8。

图8 冷等离子体处理对花生蛋白溶解度的影响Fig.8 Effect of cold plasma treatment on the solubilities of peanuts

溶解度不仅是其它功能特性（如乳化性、起泡性等）的基础，更是蛋白质功能特性的代表性指标。通常情况下，蛋白质的乳化性或起泡性与其溶解度呈正相关[23]。如图8所示，处理后高蛋白组花生较未处理对照样品（0 min）蛋白质溶解度分别显著增加了9.40%（1 min）、22.27%（4 min）、29.92%（5 min）、32.81%（6 min）、32.63%（8 min）、31.82%（10 min）。处理后高油组花生较未处理对照样品（0 min）蛋白质溶解度分别显著增加了 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离子放电产生的高能粒子轰击花生仁后，致使内部蛋白分子结构展开，蛋白表面积增加，从而增强了蛋白质-水相互作用，提高了花生蛋白的溶解特性；随着等离子处理时间的延长，冷等离子体持续放电可能引发花生蛋白内部氨基酸侧链的变化，致使蛋白质聚集形成不溶的高分子聚合物，降低了蛋白溶解度[24]。

3 结论

采用冷等离子体处理高蛋白花生（大白沙）和高油花生（鲁花14号），高蛋白花生、高油花生的过氧化值及酸价均显著降低（P＜0.05），且于处理6 min时，酸价降至最低值分别为0.034、0.044 mg/g；处理后两种花生的持水性、乳化特性、溶解度均在处理时长为6 min时显著增强（P＜0.05）。综上可知，冷等离子体技术能在保持花生原有基本成分组成的前提下，显著改善花生中脂质的品质及蛋白质的理化特性，且具有降低过氧化值及酸价的效果，其在花生储藏及食品加工领域具有巨大的应用潜力。