火麻仁蛋白與大豆蛋白的營養(yǎng)評價及比較

鄧文亞，徐婧婷，郭順堂, ，李智高

（1.中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院植物蛋白與谷物加工北京市重點實驗室, 北京 100083；2.云南綠新生物藥業(yè)有限公司, 云南曲靖 655000）

火麻在我國分布廣闊，在華東、華中、華南、華北、東北和西部地區(qū)均有種植，同時，我國是世界火麻重要的起源地和種植地之一。目前我國種植的火麻基本為食用火麻品種，年種植面積基本維持在5000公頃左右，至 2018年我國火麻種植面積4342公頃，單位面積火麻仁產(chǎn)量2722.9千克每公頃，總產(chǎn)量高達3.9萬噸[1]。

火麻仁為大麻屬植物火麻（Cannabis sativaL.subsp.sativa）的種子，又名大麻、漢麻、線麻等，是既可用于食品、又可藥用的藥食同源性原料，火麻仁蛋白質(zhì)主要由麻仁球蛋白（80%）和麻仁白蛋白（20%）組成[2?3]，麻仁白蛋白氨基酸構成中含有8種人體必需氨基酸[4]。因此，有些研究者稱火麻仁蛋白是一種優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)?，F(xiàn)如今，由于火麻仁含有豐富的不飽和脂肪酸而被廣泛應用于火麻油[5]食品的開發(fā)，而經(jīng)過脫脂后的副產(chǎn)物火麻仁粕卻還沒有被有效的利用。如果將火麻仁蛋白加以開發(fā)，則既提高了副產(chǎn)物的利用效率，又補充了我國植物蛋白資源的不足。

蛋白的營養(yǎng)價值和功能特性是蛋白深度開發(fā)和利用的基礎。盡管也有一些報道指出火麻蛋白是優(yōu)質(zhì)蛋白，但報道的文獻缺乏相對的比較研究。目前，公認的植物蛋白中營養(yǎng)價值較高的蛋白是大豆蛋白，它是一種全價蛋白，具有降低血脂[6]、改善胰島素敏感性[7]、降低體脂肪和中性脂肪等功能特性[8]。本文選擇以大豆蛋白為對照，利用凱氏定氮法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法( ICP-MS)、氨基酸分析儀等分析了火麻仁蛋白和大豆蛋白的蛋白質(zhì)含量、氨基酸組成等，同時采用氨基酸比值（Ratio of amino acid,RAA）、氨基酸比值系數(shù)（Ratio coefficient of amino acid, RC）、氨基酸比值系數(shù)評分（Score of ratio coefficient of amino acid, SRC）、氨基酸評分（Amino acid score, AAS）、化學評分（Chemical score, CS）、必需氨基酸指數(shù)（Essential amino acid index,EAAI）、營養(yǎng)指數(shù)（Nutritional index, NI）、預測生物價（Biological value, BV）對大豆和火麻仁的蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值進行評價。通過評價比較，明確火麻仁蛋白的營養(yǎng)價值，為火麻仁蛋白的后續(xù)開發(fā)研究和應用提供基礎參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

超臨界CO2脫脂大豆粉、超臨界CO2脫脂火麻仁粉 云南綠新公司；GNM-M15200-2013多元素標準溶液 國標（北京）檢驗認證有限公司；AAS18-10*1 mL 18種氨基酸標準混合液 SIGMA；硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、硫酸銅 天津奧普升化有限公司；硫酸鉀 國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸、苯酚、檸檬酸鈉、氫氧化鈉、硝酸 北京藍弋化工產(chǎn)品有限責任公司。

L-8900型氨基酸自動分析儀 株式會社日立高新技術；Thermo-6300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 賽默飛；DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱上海一恒科技有限公司；TB-403型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；K1100型全自動凱氏定氮儀、SH220N型消化爐 海能儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 礦物質(zhì)元素測定 采用國家標準（GB5009.268-2016）中的ICP-MS對脫脂大豆粕及脫脂火麻仁粕中的礦物質(zhì)元素進行測定[9]。

1.2.2 蛋白質(zhì)含量測定 采用國家標準（GB5009.5-2016）中的第一法凱式定氮法對脫脂大豆粕及脫脂火麻仁粕中的蛋白質(zhì)含量進行測定[10]。

1.2.3 氨基酸組成測定 氨基酸組成分析根據(jù)國家標準（GB5009.124-2016），采用氨基酸分析儀法（茚三酮柱后衍生離子交換色譜儀）進行測定。該方法主要是將脫脂大豆粕及脫脂火麻仁粕中的蛋白質(zhì)經(jīng)鹽酸水解成為游離氨基酸，經(jīng)離子交換柱分離后與茚三酮溶液產(chǎn)生顏色反應，再通過可見光分光光度檢測器，即可測定出其氨基酸含量[11]。

1.2.4 營養(yǎng)評價 食品中蛋白質(zhì)、氨基酸種類和含量不一，其營養(yǎng)價值優(yōu)劣主要取決于所含必需氨基酸的種類是否齊全、必需氨基酸數(shù)量的多少以及各種必需氨基酸的組成比例這三個方面[12?13]。

必需氨基酸模式是指蛋白質(zhì)中各種必需氨基酸的構成比例。當食物蛋白質(zhì)的氨基酸組成越接近人體蛋白質(zhì)的組成，并為人體消化吸收時，其營養(yǎng)價值越高。表1列舉了目前四種與人體蛋白質(zhì)構成比例相近的必需氨基酸模式，接下來的蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價將以此為基礎。

表1 WHO/FAO模式及全雞蛋蛋白模式下蛋白質(zhì)中的必需氨基酸含量（mg/g蛋白）Table 1 Essential amino acid content in protein (mg/g protein) in WHO/FAO mode and full egg protein mode

1.2.4.1 氨基酸比值、比值系數(shù)、比值系數(shù)分、氨基酸評分 根據(jù)朱圣陶等[14]和BANO等[15]對蛋白質(zhì)評價的方法，以WHO/FAO氨基酸模式為基礎，分別對大豆蛋白及火麻仁蛋白的氨基酸比值（RAA）、氨基酸比值系數(shù)（RC）、氨基酸比值系數(shù)分（SRC）、氨基酸評分（AAS）進行計算，計算公式如下：

式中：CV：RC的變異系數(shù)，CV=標準差/均數(shù)；Ax：待測蛋白質(zhì)中某一必需氨基酸含量，mg/g蛋白；As：WHO/FAO評分模式中相應的必需氨基酸含量，mg/g蛋白。

1.2.4.2 化學評分 采用FAO[16?17]推薦的方法對大豆蛋白及火麻仁蛋白進行化學評分，計算公式如下：

式中：Ax：待測蛋白質(zhì)某一必需氨基酸含量，mg/g蛋白；Ae：待測蛋白質(zhì)中必需氨基酸總量，mg/g蛋白；Ex：標準雞蛋白中相應必需氨基酸含量，mg/g蛋白；Ee：標準雞蛋白中必需氨基酸的總含量，mg/g蛋白。

1.2.4.3 必需氨基酸指數(shù)、營養(yǎng)指數(shù)、預測生物價通過OSER[18?19]和CRISAN等[20]推薦的方法分別對大豆蛋白及火麻仁蛋白的必需氨基酸指數(shù)（不包括組氨酸和精氨酸）、營養(yǎng)指數(shù)以及經(jīng)驗生物價進行計算，計算公式如下：

式中：n：比較的必需氨基酸數(shù)；p：待測蛋白質(zhì)；s：標準雞蛋白；PP：待測蛋白質(zhì)的百分含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究使用SPSS17.0對數(shù)據(jù)進行同質(zhì)性檢驗和顯著性分析；所有實驗均重復三次，實驗數(shù)據(jù)均以平均值±標準差（Means±SD）表示。

2 結果與分析

2.1 脫脂火麻仁與脫脂大豆的蛋白質(zhì)含量

本研究采用超臨界CO2脫脂的火麻仁粉和大豆粉為原料，分析了它們的蛋白含量。由表2可知，經(jīng)過超臨界萃取脫脂后火麻仁的蛋白質(zhì)含量高于大豆，超過了20%。因此可見，火麻中蛋白質(zhì)含量高，是值得開發(fā)利用的植物蛋白資源，可以進一步彌補植物蛋白資源市場上大豆蛋白的單一性。

表2 脫脂大豆粕和脫脂火麻仁粕的蛋白質(zhì)含量（%）Table 2 Protein content of defatted soybean meal and defatted hemp seed meal (%)

2.2 礦物質(zhì)元素

礦物質(zhì)元素是構成人體組織和維持正常生理功能所必需的七大營養(yǎng)素之一[21]。從表3中可以看出，大豆和火麻仁雖然均含有常量元素（鈣、磷、鉀、鈉、鎂）和微量元素（銅、鐵、錳、鋅）這9種礦物質(zhì)元素，但在兩者中所測得的元素含量卻有明顯差異，火麻仁共有6種元素（銅、鐵、鎂、錳、磷、鋅）的含量遠高于大豆。同時，火麻仁鉀的含量雖然低于大豆，僅是大豆的3/4，但它卻是一種典型的高鉀低鈉食品，其鉀鈉比約為大豆的7.5倍，有研究表明，鉀含量的攝入與癌癥的病發(fā)存在一定的關系，鉀的攝取量高一定程度上可以減少癌癥的發(fā)生，因此火麻仁可作為一種良好的鉀補充源[22]。另外，P和Zn的含量約是大豆的3倍，有研究表明，鋅元素對老年人的食欲及消化功能起到非常重要的作用，老年人長時間缺鋅會導致食欲缺乏和消化功能減退等不良反應[23]。同時其Fe、Mg、Mn的含量也遠高于大豆，研究發(fā)現(xiàn)，鐵參與人體內(nèi)氧化氫酶等酶的合成，并會在一定程度上影響乙酰輔酶A等酶的活性[24]，因而其一旦缺乏便會引發(fā)多種病癥[25]，如缺鐵性貧血等，進一步還會影響人的智力發(fā)育，嚴重缺乏者還將導致死亡[26]。但鐵在我們?nèi)梭w的儲備很少，因此這就需要人體從外界食物中攝入鐵元素。同時，人體對鎂元素的需求量也很大，全球仍有較大比例的人群長期處于缺鈣/鎂的狀態(tài)，特別是部分患有高血壓、心臟病等疾病的特殊人群，他們由于服用大量利尿劑而導致鎂被過度排泄，從而出現(xiàn)嚴重缺鎂，因而人們非常需要有益的鈣/鎂元素攝入來源[27]。由此看來，火麻仁既可以作為部分微量元素的補充劑，又可以作為礦物質(zhì)元素的綜合攝入源。

表3 脫脂大豆粕及脫脂火麻仁粕礦物質(zhì)元素含量對比（mg/100 g）Table 3 Comparison of mineral elements content between defatted soybean meal and defatted hemp seed meal (mg/100 g)

2.3 氨基酸組成

已有研究表明，與大豆蛋白相比，火麻仁蛋白中的必需氨基酸構成比例接近于人體所需蛋白的理想比例[28]。如表4所示，大豆蛋白和火麻仁蛋白均含有16種氨基酸，同時兩者的必需氨基酸含量占比分別為40.02%和41.68%，均高于WHO/FAO的推薦模式（36%）[29]。在大豆蛋白中，總氨基酸含量為（1065.67±3.87）mg/g 蛋白，必需氨基酸含量（包括精氨酸和組氨酸）占總氨基酸含量的40.02%，其中含量最高的是谷氨酸，達（288.64±0.52）mg/g 蛋白，而必需氨基酸中含量最高的為亮氨酸（（80.31±1.49）mg/g蛋白），其次為精氨酸（（79.51±0.21）mg/g 蛋白）和賴氨酸（（68.80±0.19）mg/g 蛋白）。有研究表明，亮氨酸能促進骨骼肌和脂肪中蛋白質(zhì)的形成, 并具有調(diào)節(jié)血糖平衡的功能[30]。與大豆蛋白相比，火麻仁蛋白的總氨基酸含量（（1174.58±7.24）mg/g 蛋白）和必需氨基酸占比（41.68%）均高于大豆蛋白，其中氨基酸含量最高的也為谷氨酸，也高于大豆蛋白，達到（315.52±1.61）mg/g蛋白。而火麻仁蛋白中必需氨基酸含量最高的是精氨酸，為（153.53±1.02）mg/g 蛋白，是大豆的2倍。有文獻指出，精氨酸一方面有助于傷口的復原，另一方面亞精胺和腐胺這種堿性氨基酸的下降會一定程度降低老化果蠅嗅覺厭惡記憶[31]。除精氨酸外，必需氨基酸含量較高的是亮氨酸（（74.00±0.55）mg/g蛋白）和纈氨酸（（52.63±0.08）mg/g蛋白）。在所測得的18種氨基酸中，火麻仁蛋白中有蛋氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬氨酸、絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸這11種氨基酸含量高于大豆蛋白。相比之下，火麻仁蛋白的賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸三種必需氨基酸低于大豆蛋白。由此可以看出，火麻仁蛋白是營養(yǎng)價值相對較高和有營養(yǎng)特色的植物蛋白。

表4 大豆蛋白質(zhì)和火麻仁蛋白質(zhì)的氨基酸組成對比（mg/g蛋白）Table 4 Comparison of amino acid composition of soy protein and hemp protein (mg/g protein)

2.4 營養(yǎng)評價

2.4.1 必需氨基酸比值、比值系數(shù)、比值系數(shù)分以及必需氨基酸評分 必需氨基酸比值（RAA）、比值系數(shù)（RC）、氨基酸比值系數(shù)分（SRC）以及氨基酸評分（AAS）是用來評估食物氨基酸組成與模式氨基酸的貼近程度以及其在氨基酸平衡上作出的貢獻，從而判斷蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。

必需氨基酸比值（RAA）是指一定量食物中的氨基酸含量，相當于模式氨基酸的多少倍。由表5可以看出，大豆蛋白的賴氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸均高于模式氨基酸，而在火麻仁蛋白中高于模式氨基酸的必需氨基酸為苯丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸。

必需氨基酸比值系數(shù)（RC）是指與模式氨基酸相當量的一份食物氨基酸的比值。若食物中的氨基酸組成與模式氨基酸一致，則各比值系數(shù)都應等于1。而數(shù)值大于和小于1都表示偏離氨基酸模式，即當RC>1，則表示該氨基酸過剩，RC<1則表示該氨基酸相對不足。同時RC最小的氨基酸則為限制氨基酸，由表5的氨基酸比值系數(shù)可以看出，大豆蛋白的第一限制性氨基酸為蘇氨酸，火麻仁蛋白的第一限制性氨基酸為賴氨酸，同時大豆蛋白和火麻仁蛋白的苯丙氨酸、亮氨酸的氨基酸比值系數(shù)均大于1，說明大豆蛋白和火麻仁蛋白的這兩種氨基酸均相對過剩。同時大豆蛋白中賴氨酸相對過剩，而火麻仁蛋白中的賴氨酸相對不足；火麻仁蛋白中纈氨酸相對過剩，而大豆蛋白質(zhì)中纈氨酸相對不足。因此在蛋白利用率方面，兩者可以互補或與其他蛋白互補來提高營養(yǎng)價值[32?33]。

表5 大豆蛋白質(zhì)和火麻仁蛋白質(zhì)必需氨基酸比值、比值系數(shù)及評分對比Table 5 Comparison of ratio, ratio coefficient and score of essential amino acids for soybean protein and hemp protein

現(xiàn)代營養(yǎng)學更多的強調(diào)蛋白質(zhì)的氨基酸平衡,氨基酸不足或過剩同樣能嚴重影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值[34]。因此可在氨基酸比值和比值系數(shù)的計算基礎上，計算氨基酸比值系數(shù)分來表示必需氨基酸偏離氨基酸模式的離散程度，當氨基酸比值系數(shù)分越接近100，則表示該氨基酸的質(zhì)量越好。根據(jù)計算得出火麻仁蛋白的氨基酸比值系數(shù)分（SRC）為76.35，而大豆蛋白的比值系數(shù)分（SRC）為67.39，由此可以看出火麻仁蛋白的營養(yǎng)價值略高于大豆蛋白。

氨基酸評分（AAS）是將被測食物蛋白質(zhì)的必需氨基酸組成與推薦的理想蛋白質(zhì)或參考蛋白質(zhì)氨基酸模式進行比較，從而更加直觀的評價蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值。由表5可知，在火麻仁蛋白中，除賴氨酸、亮氨酸和異亮氨酸以外，無論是在成人模式還是在兒童模式下，其余氨基酸評分均高于大豆蛋白，因此可將大豆蛋白和火麻蛋白混合食用，達到蛋白質(zhì)互補作用。

2.4.2 必需氨基酸化學評分 化學評分是用來測定大豆蛋白質(zhì)和火麻仁蛋白質(zhì)中某一必需氨基酸的相對含量與標準雞蛋蛋白中相應必需氨基酸相對含量的接近程度，即當必需氨基酸化學評分越接近1時，則表明該蛋白的營養(yǎng)價值越高。從表6可以看出，與大豆蛋白相比，除賴氨酸和苯丙氨酸以外，火麻仁蛋白中的其它必需氨基酸的化學評分均更接近于1。這進一步說明火麻仁蛋白具有較高的營養(yǎng)價值，但在應用中要克服賴氨酸不足的缺陷才能更接近理想蛋白。

表6 大豆蛋白質(zhì)和火麻仁蛋白質(zhì)必需氨基酸化學評分對比Table 6 Comparison of chemical score of essential amino acids for soy protein and hemp protein

2.4.3 必需氨基酸指數(shù)、營養(yǎng)指數(shù)、預測生物價 在上述對于單一氨基酸營養(yǎng)評價的基礎上，進一步采用必需氨基酸指數(shù)、營養(yǎng)指數(shù)以及生物價的方法對供試蛋白質(zhì)中所有必需氨基酸進行統(tǒng)一評估，其中必需氨基酸指數(shù)和預測生物價均是用來衡量測定蛋白必需氨基酸組成與標準蛋白的必需氨基酸組成的接近程度，營養(yǎng)指數(shù)用來代表蛋白營養(yǎng)價值的高低，即蛋白的必需氨基酸指數(shù)和生物價越接近100、營養(yǎng)指數(shù)越高則其營養(yǎng)價值越高。如表7所示，相比大豆蛋白必需氨基酸指數(shù)（156.96）和預測生物價（160.02）而言，火麻仁蛋白的必需氨基酸指數(shù)（106.23）和預測生物價（104.72）均更接近 100。同時，火麻仁蛋白的營養(yǎng)指數(shù)也略高于大豆蛋白。綜上所述，無論是在必需氨基酸指數(shù)、營養(yǎng)指數(shù)，還是預測生物價上，都表現(xiàn)出營養(yǎng)價值高于大豆蛋白質(zhì)的結果，這可能是由于一方面火麻仁蛋白中的必需氨基酸比例更接近理想模式，另一方面火麻仁中蛋白含量高于大豆蛋白22.37%。

表7 大豆蛋白質(zhì)和火麻仁蛋白質(zhì)必需氨基酸指數(shù)、營養(yǎng)指數(shù)、生物價對比Table 7 Comparison of essential amino acid index, nutrition index and bioprice of soybean protein and hemp protein

3 結論

近年來，植物蛋白資源一直備受關注，從以往的蛋白飲料到如今火熱的“植物蛋白基”食品，植物蛋白的種類一直在不斷的被探索和挖掘。本研究以大豆蛋白為參比，對火麻仁的基本組分和營養(yǎng)價值進行比較分析和評價，以為火麻仁蛋白的深入研究提供基礎理論參考，同時也為火麻仁蛋白相關產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用起到引導作用。

在蛋白含量方面：火麻仁的蛋白質(zhì)含量高于大豆22.37%。在礦物質(zhì)元素方面：大豆和火麻仁均含有鉀、鈣、鈉、鎂等礦物質(zhì)元素，但火麻仁的鉀鈉比明顯高于大豆，且是其的7.5倍左右，同時Cu、P、Zn、Fe、Mg、Mn元素含量均高于大豆，因此具有很好的礦物質(zhì)基礎，可進一步作為礦物質(zhì)元素補充劑開發(fā)應用。在氨基酸組成方面：火麻仁氨基酸的豐富程度可以與大豆媲美，他們均含有16種氨基酸，同時火麻仁中必需氨基酸占比高于大豆蛋白1.67%，但火麻仁蛋白仍存有缺陷，如賴氨酸含量不足等問題。在營養(yǎng)價值方面：從 RAA、RC、SRC、AAS、CS、EAAI、NI、CV對大豆和火麻仁進行非生物學評價，均顯示出火麻仁的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值略高于大豆蛋白質(zhì)。

綜上分析，與大豆蛋白相比，火麻仁蛋白質(zhì)含量更高、礦物質(zhì)元素種類豐富且含量高，營養(yǎng)價值較高，但賴氨酸含量不足。因此，火麻仁也可同大豆一樣作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源進行開發(fā)利用，但在生產(chǎn)應用方面需注意平衡大豆蛋白中賴氨酸過剩和火麻仁蛋白中賴氨酸不足的問題。