油莎豆酶解物加工工艺及其生物活性研究现状分析

安琪 李国祥

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.05.021

引文格式：安琪，李国祥.油莎豆酶解物加工工艺及其生物活性研究现状分析[J].中国调味品，2024，49（5）：128-131.

AN Q， LI G X.Analysis of current research status on processing technology and bioactivity of Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate[J].China Condiment，2024，49（5）：128-131.

摘要：油莎豆酶解物在调味品中被广泛应用，其富含多种香气成分，能够增加食品的风味。油莎豆中的油脂也具有预防心血管疾病、降血脂、抗炎和抗菌等多种生物活性功效。该研究以挤压膨化后的油莎豆为原料，通过单因素试验研究油莎豆最佳酶解加工工艺。研究结果表明，油莎豆最佳酶解加工工艺为超声时间20 min、超声温度40 ℃、料液比例1∶5、酶解温度55 ℃、酶解时间3 h、加酶量7 000 U/mL和酶解pH值为9。此外，该研究还对油莎豆酶解物的生物活性成分和功能进行总结分析，发现油莎豆酶解物中含有多肽和氨基酸，这些物质具有能够缓解机体疲劳和提高机体抵抗力等多种生物活性功效。

关键词：油莎豆；水酶法；加工工艺；优化

中图分类号：TS201.2      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）05-0128-04

Analysis of Current Research Status on Processing Technology and Bioactivity

of Cyperus esculentus Enzymatic Hydrolyzate

AN Qi， LI Guo-xiang

（Sias University， Zhengzhou 451150， China）

Abstract： Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate is widely used in condiments. It is rich in various aroma components， and can increase the flavor of food. The oil in Cyperus esculentus also has various bioactive effects such as preventing cardiovascular diseases， lowering blood fat， anti-inflammation and antibiosis. In this study， with extruded Cyperus esculentus as the raw material， the optimal enzymatic hydrolysis processing technology of Cyperus esculentus is studied by single factor test. The research results show that the optimal enzymatic hydrolysis processing technology is ultrasonic time of 20 min， ultrasonic temperature of 40 ℃， solid-liquid ratio of 1∶5， enzymatic hydrolysis temperature of 55 ℃， enzymatic hydrolysis time of 3 h， enzyme addition amount of 7 000 U/mL and enzymatic hydrolysis pH value of 9. In addition， the bioactive components and functions of Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate are summarized and analyzed. It is found that Cyperus esculentus enzymatic hydrolyzate contains polypeptides and amino acids， and these substances have various bioactive effects such as relieving body fatigue and improving the body's resistance.

Key words： Cyperus esculentus; aqueous enzymatic method; processing technology; optimization

收稿日期：2023-11-03

基金項目：2022年河南省哲学社会科学规划办项目（2022E042）

作者简介：安琪（1991—），女，讲师，硕士，研究方向：运动营养学。

我国是全球最大的油莎豆生产国之一，年产量居世界前列。2022年我国油莎豆总产量约为1.9亿吨[1-2]。油莎豆在我国主要集中在东北地区、黄河流域和长江流域[3]。其中，东北地区（黑龙江、辽宁、吉林）是油莎豆的主要产区，占据了我国油莎豆种植面积和产量的重要份额[4]。随着科技的进步和育种技术的发展，我国培育了许多高产、抗逆和优质的油莎豆品种，满足了不同地区和市场的需求[5-6]。我国农业相关部门非常重视油莎豆产业的发展，并通过农业补贴、科技支持和市场保护等政策措施来促进油莎豆的生产[7]。此外，我国还积极推动油莎豆加工产业链的发展，提高油莎豆的附加值和利用率，油莎豆产量的增加也促进了油莎豆及其衍生产品的出口[8-10]。

油莎豆酶解物在调味品中被广泛应用，为调味品提供了特定的口感和风味[11]。油莎豆酶解物可以用作酱油的添加剂，改善酱油的颜色、味道和风味，能够增加酱油的鲜味，提升食物的口感[12]。油莎豆酶解物可以用于生产鸡精和其他调味料，以增加食物的鲜味和香味[13]。油莎豆酶解物被用于制作各種调味酱，如蚝油、辣酱和甜面酱等[14]，以增强调味酱的风味和口感，使其挥发性成分更加丰富。油莎豆酶解物也可以用于制作高汤，以增加食物的鲜味和咸味。此外，油莎豆酶解物也被用于火腿、香肠和肉丸等肉制品的调味[15]。

研究油莎豆酶解物的加工工艺有助于改进产品的质量。通过优化加工工艺，可以提高产品的稳定性、口感、颜色和营养价值，从而满足消费者对产品的品质需求，对不同加工条件和方法进行探索可以获得具有特殊功能和特点的油莎豆酶解物，满足市场对新产品的需求。油莎豆酶解物加工工艺研究对于改进产品质量、提高生产效率、创新产品、评估安全性和稳定性以及评估营养价值都具有重要意义和必要性。这些研究为食品行业提供了科学依据和技术支持，推动了相关产品的发展，并增强了其市场竞争力。

1  材料与方法

1.1  试验材料与试剂

试验材料：膨化后的油莎豆粉，将油莎豆粉在100 ℃下烘干，在130 ℃下翻炒，打粉过40目筛。

试验试剂：氢氧化钠、无水乙醇、盐酸和纤维素酶。

1.2  试验仪器

分析天平、水浴锅、离心机、干燥箱、精密pH计和酶标仪。

1.3  试验方法

1.3.1  水酶法去除油莎豆油脂及酶解物的制备

膨化油莎豆粉→与水按照一定比例混合→采用超声波处理→调节pH值至5.2→加入纤维素酶→调节pH值至碱性→加入碱性蛋白酶混合→高速离心→利用分液漏斗分离油莎豆→取上清液进行透析→冷冻干燥后进行保存。

1.3.2  油莎豆酶解单因素试验

当研究一个影响因素对油莎豆提油率和水解度的影响时，控制其他因素不变，即超声时间20 min、超声温度40 ℃、料液比例1∶5、酶解温度55 ℃、酶解时间3 h、加酶量7 000 U/mL和 pH值9，分别研究不同超声时间（10，20，30，40，50 min）、不同超声温度（30，40，50，60，70 ℃）、不同料液比例（1∶3、1∶5、1∶7、1∶9、1∶11）、不同酶解温度（40，45，50，55，60 ℃）、不同酶解时间（2，3，4，5，6 h）、不同加酶量（5 000，6 000，7 000，8 000，9 000，10 000 U/mL）和不同酶解pH值（8，8.5，9，9.5，10）对油莎豆酶解效果的影响。

1.3.3  水解度测定

油莎豆水解度的测定采用pH-stat法进行[16]。

1.3.4  提油率测定

油莎豆提油率的测定根据索氏抽提法进行[17]。

2  结果和讨论

2.1  油莎豆酶解物加工工艺优化

2.1.1  超声时间对油莎豆水解度和提油率的影响

超声波处理是一种物理处理方法，通过在液体中引入高频声波振动，产生空化现象，从而改变液体中的质量传输[18]。

由图1可知，随着超声时间的增加，油莎豆的水解度先升高再降低再升高最后降低，油莎豆的水解度随着超声时间的增加而上下波动，超声波可以提高酶活性并促进底物扩散，从而提高水解反应速率。超声波的高频振动可以打破液体中的气泡，产生局部高温和高压，有助于酶解离和底物解聚，从而增加酶和底物之间的接触面积和反应速率[19]。随着超声时间的增加，油莎豆的提油率呈现先下降后上升再下降的趋势。超声波还可以对油莎豆中的油脂颗粒进行乳化和分散，从而增加油脂与溶剂之间的接触面积，促进油脂的释放和提取。然而，超声时间过长也可能导致酶的失活或底物的降解，从而降低水解度和提油率，另外，过长的超声时间也会引起系统过热，造成物理性质的改变，超声时间的增加对油莎豆水解度和提油率的影响是一个复杂的过程。综合考虑之后，选择油莎豆最佳的超声时间为20 min。

2.1.2  超声温度对油莎豆水解度和提油率的影响

在油莎豆水解过程中，温度是一个重要参数。适当的温度可以提高酶活性并促进底物扩散，提高水解反应速率。

由图2可知，随着超声温度的上升，油莎豆的水解度和提油率均呈现先升高后降低的趋势。当超声温度低于40 ℃时，油莎豆的水解度和提油率随着超声温度的升高而增加，当超声温度超过40 ℃时，油莎豆的水解度和提油率随着超声温度的升高而不断降低。在一定温度范围内，温度升高可以增加酶的催化活性，加快酶与底物之间的反应速率[20]，改善底物的流动性和溶解性，有利于底物与酶之间的接触和反应。但过高的温度可能导致酶失活或变性，从而降低水解度和提油率；过高的温度还可能引起物理性质改变，如液体的黏度增加、乳化行为变化等，进而影响油莎豆水解。当超声温度为40 ℃时，油莎豆的水解度和提油率最高。

2.1.3  料液比例对油莎豆水解度和提油率的影响

料液比例是指在水解或提取过程中使用的油莎豆与溶剂（液体）的比例，在水解过程中，适当的料液比例可以影响底物与酶之间的接触和反应速率。

由图3可知，随着料液比例的增加，油莎豆的水解度呈现先快速下降后基本保持不变的趋势，油莎豆提油率呈现先下降后上升再下降的趋势。适当的料液比例可以影响油脂与溶剂之间的接触和传质，增加油脂与溶剂之间的接触面积，促进油脂溶解和传质，从而提高提油率；然而，过高的料液比例会造成反应混合物过稀，降低反应有效浓度，从而降低水解度。当料液比例为1∶7时，油莎豆的提油率最高，但此时油莎豆的水解度相对较低。综合考虑之后，选择油莎豆最佳的料液比例为1∶5。

2.1.4  酶解温度对油莎豆水解度和提油率的影响

适当的温度可以提高酶活性并促进底物扩散，从而提高水解度和提油率。由图4可知，当酶解温度为40～60 ℃时，油莎豆的水解度变化幅度较小，受温度的影响并不明显。随着酶解温度的升高，油莎豆的提油率先升高后降低，高温会提高酶催化效率，增加酶与底物复合物的形成速度，从而加速水解反应的进行；但过高的温度又会导致酶失活或变性，从而降低酶的活性，酶分子的构造和稳定性受温度的影响，超过酶的温度稳定范围会导致其失去催化活性。综合考虑之后，选择油莎豆最佳的酶解温度为55 ℃。

2.1.5  酶解时间对油莎豆水解度和提油率的影响

在酶解过程中，适当的酶解时间可以使酶与底物充分反应，从而提高油莎豆的水解度和提油率。酶与底物之间的反应是一个动态过程。

由图5可知，当酶解时间为2～6 h时，随着酶解时间的增加，油莎豆的水解度逐渐增加，较长的酶解时间可以使酶与底物反应更充分，增加油莎豆的水解度。而油莎豆的提油率随着酶解时间的增加而降低。综合考虑之后，选择油莎豆最佳的酶解时间为3 h。

2.1.6  加酶量对油莎豆水解度和提油率的影响

由图6可知，当酶添加量为5 000～10 000 U/mL时，随着加酶量的增加，油莎豆的水解度不断升高，而油莎豆的提油率呈现先升高后降低再升高的趋势。适当的加酶量可以影响提油率，增加酶与油脂之间的接触面积，促进酶的催化作用，从而增加油脂的释放和提取效率，然而，过高的加酶量会导致反应混合物过浓或过酸，影响反应的均匀性和稳定性。综合考虑之后，选择油莎豆最佳的加酶量为7 000 U/mL。

2.1.7  pH值对油莎豆水解度和提油率的影响

在油莎豆水解过程中，pH值可以影响酶的催化和底物的溶解性，进而影响其水解度。酶通常对pH值有一定的酸碱特异性，即在特定的pH值范围内具有最佳的催化活性。

由图7可知，随着pH值的升高，油莎豆的提油率先升高后降低，油莎豆的水解度呈现先升高后降低再升高的趋势。过高或过低的pH值会导致酶失活、底物结构变化或油脂氧化，从而降低水解度和提油率，综合考虑之后，选择油莎豆最佳的pH值为9。

2.2  油莎豆酶解物及其抗疲劳活性研究现状

油莎豆酶解物是一种食品添加剂，通常用于改善食物的质地和口感。油莎豆中提取的酶解物主要成分是蛋白酶，可以分解成更小的肽链或氨基酸。油莎豆酶解物在食品加工中有多种应用。它可以用于嫩化肉制品，改善其口感和咀嚼性；还常被用作面包、饼干和糕点等烘焙产品的添加剂，改善面团的弹性和延展性，增加产品的体积和口感。

油莎豆酶解物在抗疲劳活性的应用研究中具有一定的潜力，尽管相关研究相对较少，但一些研究表明它能够缓解疲劳症状。油莎豆酶解物富含抗氧化物质，如多肽和氨基酸，这些成分可以帮助抵抗自由基的产生和氧化应激，从而减轻身体疲劳。油莎豆酶解物中的氨基酸和肽链可以提供额外的能量，促进体内能量代谢，有助于缓解疲劳症状。油莎豆酶解物中的蛋白酶有助于加速肌肉損伤的修复过程，从而缓解由运动引起的疲劳。

尽管有一些研究支持油莎豆酶解物在抗疲劳活性方面的应用，但仍需要更多的科学研究来验证其有效性和安全性。

3  小结

通过单因素试验研究油莎豆水解的最佳加工工艺，即不同的超声时间、超声温度、料液比例、酶解温度、酶解时间、加酶量和pH值对油莎豆水解度和提油率的影响。研究结果表明油莎豆最佳的酶解加工工艺为超声时间20 min、超声温度40 ℃、料液比例1∶5、酶解温度55 ℃、酶解时间3 h、加酶量7 000 U/mL和pH值9。

油莎豆水解产物中富含蛋白酶，经过进一步分解可以变成更小的肽链和氨基酸，这些成分具有抗氧化性，能够提供能量，具有促进肌肉损伤的恢复等多种生物活性功效，在抗疲劳活性的应用研究中具有一定的潜力。

参考文献：

[1]陈昌威，李苏，张梦雪，等.响应面法优化即食风味青螺加工工艺[J].中国调味品，2023，48（5）：110-117.

[2]姚启悦，赵永亮，李飞寰，等.油莎豆粕为原料生产纳豆激酶的工艺研究[J].中国调味品，2023，48（3）：104-108.

[3]朱玲，孔欣欣.绿色豆腐的加工工艺优化及储藏周期影响因子研究[J].中国调味品，2023，48（4）：143-147.

[4]史海慧，孙洪蕊，范杰英，等.原料熟化工艺对油莎豆酱品质及风味影响[J].中国调味品，2023，48（2）：150-155.

[5]李志伟，陈洋，马勇，等.基于模糊数学评价法优化低糖山楂糕加工工艺[J].中国调味品，2023，48（4）：109-114.

[6]李变变，张凤华，赵亚光，等.不同刈割程度对油莎豆非结构性碳水化合物代谢及生物量的影响[J].植物生态学报，2023，47（1）：101-113.

[7]何进武，张东亮，樊伟伟.胡萝卜番茄复合酱加工工艺优化及营养成分研究[J].中国调味品，2023，48（3）：152-155.

[8]刘佳遥，程艳，魏尊苗，等.外源激素对干旱胁迫下油莎豆生长、产量及生理特性的影响[J].河南农业科学，2022，51（11）：42-49.

[9]王小玉，王亚兰.模糊数学分析优化以干豌豆为原料的脆豌豆的加工工艺[J].中国调味品，2023，48（3）：142-145.

[10]陈璐，刘玉兰，朱文学，等.烘烤温度对浓香油莎豆油风味及综合品质的影响[J].中国油脂，2022，47（10）：1-7.

[11]敬思群，陈菲，叶俊，等.油莎草提取物对慢性应激诱导小鼠抑郁样行为的改善和作用机制初探[J].中国食物与营养，2022，28（8）：70-76.

[12]李国兵，李朝军，胡婷婷.香菇酱加工工艺优化及营养特性研究[J].中国调味品，2023，48（1）：155-158.

[13]赵琦琦，郭玉静，于梦斐，等.油莎豆SRAP-PCR体系优化及遗传多样性分析[J].山东农业科学，2022，54（8）：31-38.

[14]许文广，邓英毅，杨滨银.响应面法优化低糖红枣果酱的加工工艺[J].中国调味品，2022，47（12）：130-135.

[15]吴修利，徐雷，谢英，等.超声波辅助提取油莎豆粕水溶性多糖及其抗氧化性[J].食品研究与开发，2022，43（16）：81-87.

[16]赵银红，李红英，王妨.响应面优化葱酥黄河鲤鱼加工工艺研究[J].中国调味品，2022，47（9）：120-125.

[17]万静宜，吴春玲，郭媛，等.基于油莎豆加工副产物高值化油茶开发及其香气表征研究[J].中国食品添加剂，2022，33（7）：126-135.

[18]赵丽丽，王旭增，史冠莹，等.基于模糊数学感官评价优化莴笋蜜饯加工工艺[J].中国调味品，2022，47（8）：127-133.

[19]张志刚，姚玉军，王捷，等.沙棘籽粕和油莎豆粕联合制备蛋白肽饮料[J].食品工业，2022，43（6）：26-29.

[20]吴洁，王娟，徐格，等.响应面法优化百香果茶油辣椒酱加工工艺[J].中国调味品，2022，47（7）：120-124.