四种植物蛋白的成分与营养学特性分析

肖 潇，尹 胜，侯 威，王成涛，*，李树标

（1.北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心/食品质量与安全北京实验室，北京 100048；2.中国食品科学技术学会，北京 100048；3.阜丰集团山东阜丰发酵有限公司，山东莒南 276600）

四种植物蛋白的成分与营养学特性分析

肖 潇1，尹 胜1，侯 威2，王成涛1，*，李树标3

（1.北京工商大学北京市食品添加剂工程技术研究中心/食品质量与安全北京实验室，北京 100048；2.中国食品科学技术学会，北京 100048；3.阜丰集团山东阜丰发酵有限公司，山东莒南 276600）

分析了4种植物蛋白的氨基酸组成特征和营养学特性。玉米蛋白粉、大豆粉、棉籽蛋白粉、花生饼粉蛋白质质量分数分别为61.60%，38.18%，51.49%，43.15%。大豆粉氨基酸组成比较均衡；棉籽蛋白粉、花生饼粉中多种必需氨基酸组成与大豆蛋白接近，但蛋氨酸含量较低；玉米蛋白粉富含亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸等支链氨基酸，但其中赖氨酸、色氨酸含量明显低于其他3种植物蛋白。建议根据蛋白资源的氨基酸特色组成，合理搭配互补，以提高谷物蛋白质营养价值。

植物蛋白质；氨基酸；必需氨基酸；营养学特性；综合利用

棉花、花生、玉米、大豆是我国传统农作物。我国是花生生产大国，种植面积逐年增加，产量已达1 500万t，居世界第一位［1］。花生粕（饼）是以花生果为原料，热榨提取油脂后的副产品，目前主要作为蛋白饲料［2］。棉籽是棉花加工的副产物，是重要的植物蛋白资源和油料资源［3］，棉籽脱壳提油后得到棉籽粕，其蛋白质含量达40%～50%［4］。大豆蛋白在生产中的应用由来已久，蛋白质是大豆的主要成分之一，含量约为40%左右。与瘦肉、鸡蛋等食品相比，大豆中的蛋白质量较高。玉米黄粉是湿法制取玉米淀粉后的一种副产物，其蛋白质含量45%～65%，长期以来主要作为廉价畜禽饲料或未经处理直接随废液排放，造成资源浪费［5］。

近年，将棉籽蛋白粉、玉米蛋白粉、花生饼粉、大豆粉等应用于食品、饲料、发酵、保健品等行业已有一些研究报道［6 -12］。本研究分析了4种植物蛋白的成分与营养学特性，研究其氨基酸组成特性及差异，比较优势与不足，提高利用率，为解决蛋白资源紧缺提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米蛋白粉、大豆粉（脱脂），阜丰集团山东阜丰发酵有限公司；棉籽蛋白粉（脱脂、脱酚），河北晨光生物科技集团股份有限公司；花生饼粉（高温压榨脱脂），山东金盛粮油集团；α-淀粉酶，江苏锐阳生物科技有限公司；L-色氨酸，Sigma公司；浓硫酸、氢氧化钠、硼酸、盐酸、3，5-二硝基水杨酸、酒石酸钾钠、苯酚、石油醚、亚硫酸钠、葡萄糖、碘液、柠檬酸钠、柠檬酸、氯化钠、氢氧化钠、乙醇、聚氧乙烯脂肪醇酯、辛酸、醋酸钠、冰醋酸、茚三酮、硼氢化钠等，均为国产分析纯试剂，国药集团化学试剂北京有限公司。

1.2 主要设备

L-8900型氨基酸自动分析仪，日立公司；UV-2450型紫外可见光分光光度计，日本岛津公司；WG9220SA型电热鼓风干燥箱，天津市通信立达仪器厂；YS-10型小型高速粉碎机，北京燕山正德机械设备有限公司；ATN-300型全自动凯氏定氮仪，上海洪纪仪器设备有限公司；40目分样筛，上虞道圩纱筛厂。

1.3 测定方法

1.3.1 基础成分测定

1）水分含量测定，参照GB 5009.3—2010中的直接干燥法［13］。

2）脂肪含量测定，参照GB/ T 5009.6—2003中的索氏抽提法［14］。

3）蛋白质含量测定，参照GB 5009.5—2010中的凯氏定氮法［15］。

4）灰分含量测定，参照GB 5009.4—2010中灰分的测定［16］。

1.3.2 氨基酸组成和含量分析

样品前处理方法:称取或者量取样品（待测样品的蛋白质含量在10～20 mg），液体样品置于水解管中，向其中加入6 mol/ L的浓盐酸10～15 mL，加入新蒸馏的苯酚3～4滴，用氮气置换水解管上方的空气，密封水解管将其置于试管架上，在（110±1）℃的条件下水解22 h，取出冷却，将水解液转移至50 mL容量瓶中，去离子水定容。从定容后的溶液中取出1 mL反复蒸干2～3次后用pH值2.2的盐酸缓冲液溶解，经0.22 μm滤膜过滤。按照姜涛等［17］的检测方法对4种物料中的氨基酸成分进行检测。

色氨酸测定的前处理方法:准确称取样品（≤100 mg）于聚四氟乙烯管中，加入0.3 mL水使样品浸湿，再加4.3 mol/ L的LiOH溶液1.5 mL，混合后充入氮气封盖，（110±1）℃水解20 h，样品冷却后用4 mol/ L盐酸溶液调pH值至4.3，并定容至50 mL，0.45 μm滤膜过滤。按照纪传侠［18］的检测方法对4种物料中的色氨酸进行检测。

1.3.3 淀粉含量测定

磨碎样品过40目筛，称取2～5 g样品（精确至0.001 g），置于放有折叠滤纸的漏斗内，先用50 mL乙醚分5次洗除脂肪，再用约150 mL体积分数85%乙醇洗去可溶性糖类，将残留物移入250 mL烧杯内，并用50 mL水洗滤纸及漏斗，洗液并入烧杯内，将烧杯置沸水浴上加热15 min，使淀粉糊化，放冷至60℃以下，加20 mL α-淀粉酶溶液，在55～60℃下保温1 h，滴加碘液，应不显蓝色，若显蓝色，再加热糊化并加20 mL α-淀粉酶溶液，直至加碘不显蓝色为止。加热至沸，冷后移入250 mL容量瓶中，并加水至刻度，混匀，过滤。弃去初滤液，取50 mL滤液，置于250 mL锥形瓶中，加6 mol/ L盐酸5 mL，装上回流冷凝器，在沸水浴中回流1 h，冷却后用5 mol/ L氢氧化钠溶液中和至中性，溶液转入100 mL容量瓶中，洗涤锥形瓶，洗液并入100 mL容量瓶中，加水至刻度，混匀备用。

1.3.4 葡萄糖含量检测

本文葡萄糖含量检测使用DNS法［19］。

DNS溶液:准确称取3，5-二硝基水杨酸6.3 g溶于500 mL蒸馏水中，加热，于热溶液中依次加入酒石酸钾钠182 g、氢氧化钠21 g、苯酚5 g、亚硫酸钠5 g，搅拌至完全溶解，冷却后用蒸馏水定容至1 000 mL，贮于棕色瓶中备用，室温下放置7 d后使用。

葡萄糖标准溶液的配制与曲线绘制:将无水葡萄糖烘干至恒重，精确称量100 mg用蒸馏水溶解，并定容至100 mL，配制成1 g/ L的葡萄糖标准溶液以备用。精确吸取葡萄糖标准液0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mL，分别置于25 mL的具塞试管中，均补水至2 mL，再加入DNS溶液2 mL，混合均匀后，沸水浴10 min，迅速流水冷却，以葡萄糖标准液浓度为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制标准曲线。样品中葡萄糖含量测定:将样品按照一定比例稀释，补水至2 mL，加入DNS溶液2 mL，混合均匀后，沸水浴10 min，迅速流水冷却，在540 nm下测定吸光值。

2 结果与讨论

2.1 4种蛋白物料的基础成分检测

4种物料中蛋白质、淀粉、水分等含量组成如表1，玉米蛋白粉淀粉质量分数最高，达18.36%，可能由于玉米蛋白粉是湿法生产玉米淀粉的副产物，玉米蛋白粉中会残留一部分玉米淀粉。比较4种物料蛋白质含量，玉米蛋白粉、大豆粉中蛋白质量分数分别为61.60%，38.18%，表明玉米蛋白粉是高蛋白质原料。玉米蛋白主要为醇溶蛋白（zein，68%左右）、谷蛋白（glutelin，28%左右）及溶于水的清蛋白及不溶于水但溶于盐的球蛋白。玉米醇溶蛋白存在大量非极性氨基酸，水溶解性很差；其在水中的不溶性、抗酸性也导致动物机体对玉米蛋白粉的消化利用较差［20］。因此，如何提高玉米蛋白粉水溶性和利用率是一项有待深入研究的课题。有文献报道［21 -22］，添加一定外源蛋白酶制剂，可提高动物机体对玉米蛋白粉的消化利用率。本项目组研究开发玉米黄粉中玉米黄色素提取制备技术，并将酶解玉米蛋白肽替代大豆粉（大豆浆）应用于黄原胶等发酵，大大提高玉米资源综合利用率及附加值。

表1 4种物料中基础成分含量Tab.1 Basic ingredients in four kinds of material %

2.2 4种蛋白物料中的氨基酸组成分析

氨基酸混合标准样品（16种氨基酸与氨）分析结果见图1、图2，根据相应出峰时间和标准样品浓度绘制其标准曲线，定性、定量检测4种蛋白粉的氨基酸组成及其含量（见表2）。从表2必需氨基酸（essential amino acids，EAA）含量可以看出，玉米蛋白粉中蛋白含量高，氨基酸丰富，但氨基酸组成不平衡。玉米蛋白粉中亮氨酸Leu、异亮氨酸Ile、缬氨酸Val的质量分数较高，分别为11.94%，2.19%，2.84%，表明玉米蛋白粉富含支链氨基酸（branched chain amino acids，BCAA），适宜高F值低聚肽制备，此活性肽具有抗氧化、消除疲劳、解酒、降血压、降血脂、辅助治疗肝病的生理功效，也可用于谷氨酰胺肽、降血压肽和玉米蛋白肽等多种活性肽制备。4种物料中非必需氨基酸含量见表3，玉米蛋白粉中谷氨酸Glu、脯氨酸Pro、酪氨酸Tyr、丙氨酸Ala质量分数分别为12.36%，3.48%，3.03%，5.34%，显著高于大豆粉、棉籽蛋白粉和花生饼粉，但其赖氨酸Lys（0.76%，属于碱性氨基酸）、色氨酸Trp （0.64%，属于酸性氨基酸）明显低于其他3种蛋白粉，这与王章存等［23］研究结果基本一致。玉米蛋白粉通过消化酶或生物降解后，易被动物机体消化吸收，添加于发酵培养基中更易被微生物吸收利用，能提高其利用率，解决玉米蛋白粉水溶性差的问题。大豆粉中人体必需氨基酸含量比较均衡，赖氨酸Lys和色氨酸Trp的含量高于其他蛋白，质量分数达到2.22%和1.45%。棉籽蛋白粉、花生饼粉的多种必需氨基酸组成与大豆蛋白接近，但棉籽蛋白粉、花生饼粉的蛋氨酸Met质量分数（分别为0.49%，0.65%）明显低于大豆粉和玉米蛋白粉。棉籽蛋白粉、花生饼粉中精氨酸Arg质量分数高达6.06%，5.86%。

图1 氨基酸混合标准样品在波长570 nm下的色谱Fig.1 Chromatogram of amino acid mixed standard samples at a wavelength of 570 nm

图2 氨基酸混合标准样品在波长440 nm下脯氨酸的色谱Fig.2 Chromatogram of amino acid mixed standard samples at a wavelength of 440 nm

从氨基酸组成看，棉籽蛋白粉Glu含量相对较高，除Met稍低外，其余必需氨基酸均达到联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United，FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）推荐标准，Met水平更接近FAO的规定（见表2、表3）。资料显示，棉籽蛋白的蛋白质功效比值（2.0）、消化率（61%）、生物价（62%）及蛋白质净利用（41%～47%）等营养评价指标较高。与大豆蛋白相近，棉籽蛋白不会引起人肠胃涨气，无豆腥味；吸水性方面，棉籽蛋白吸水性高于大豆沉淀蛋白；吸油性方面，棉籽蛋白均低于大豆蛋白；起泡性和乳化性方面，棉籽溶解蛋白优于棉籽沉淀蛋白和浓缩蛋白［24］。这些特点对在食品加工中综合利用棉籽蛋白是有利的。据报道，近年来已将棉籽蛋白代替谷朊粉应用于高蛋白饮料、冰淇淋等的生产。棉籽中含0.7%～4.8%棉酚，棉酚对雌性动物繁殖机能有影响，大剂量棉酚能扰乱雌性哺乳动物的发情周期，生育期男子定期服用棉酚有避孕作用。因此，棉籽蛋白是一种较好的蛋白质食物或饲用蛋白源，但在棉籽蛋白加工过程中需要对棉酚进行处理。

表2 4种物料中必需氨基酸的组成Tab.2 Essential amino acids in four kinds of material %

表3 4种物料中非必需氨基酸组成Tab.3 Non-essential amino acids in four kinds of material %

2.3 分析与讨论

必需氨基酸是否齐全、均衡是评价植物蛋白营养价值、品质的重要因素。总体上看，4种植物蛋白均含有种类较齐全的必需氨基酸，但其含量有较大差异，并存在一定互补性。大豆蛋白中必需氨基酸含量较高，种类较齐全，比较接近WHO/ FAO推荐标准，是谷类蛋白质中较理想氨基酸来源，其中Lys、Trp、Ile含量丰富，Met含量相对较低；棉籽蛋白粉中Lys、Arg含量较高，Met含量较低，其他与大豆蛋白粉相似，成为近年一种重要的新型蛋白饲料资源；玉米蛋白粉中Lys、Trp、Arg含量不足，Leu、Tyr含量丰富。为提高谷物蛋白质的营养价值和品质，除用纯氨基酸制剂强化外，几类植物蛋白（或动植物蛋白）搭配互补也是提高蛋白营养价值的可行方式。将上述谷物蛋白资源按一定比例合理复配，再进行适当酶解，互补平衡氨基酸组成，有利于提高消化吸收率和营养品质。

在氨基酸互补原则基础上，物料复配应用时，还应注意蛋白质的功能特性，如溶解性、持油性、持水性、乳化性与乳化稳定性、起泡性与泡沫稳定性等。这些功能特性相互作用［25］，能影响食品在加工贮藏过程中的品质变化和物理化学性质。蛋白质的溶解性很大程度上会影响其他功能特性，如乳化性、起泡性、凝胶性等；蛋白质的起泡性、泡沫稳定性在蛋糕、冰淇淋等食品加工过程中是重要的影响因素。

4种植物蛋白在食品、饲料、发酵、保健品等行业领域被广泛应用。相对于大豆粕，棉籽粕、花生饼粉、玉米黄粉的价格更低廉。陈晔等［26］利用水解棉籽蛋白作为氮源，利用大肠杆菌发酵生产L-天冬氨酸，与牛肉胨、酵母浸膏比较，发酵效果与牛肉胨相当，优于酵母浸膏，大大降低了生产成本。刘昌峨［27］用棉籽蛋白代替大豆蛋白饲养猪，试验表明，猪的生长速度未受到影响，动物体内的消化、吸收、代谢良好。胡志和等［7］研究表明，将花生饼粕蛋白应用于发酵饮料中，能够产生生理活性成分、改善产品风味。本项目组与某大型黄原胶发酵企业开展科研合作，研究开发玉米淀粉加工副产物——玉米黄粉的综合利用，开发高F值活性肽及支链氨基酸，提取其中玉米黄色素（叶黄素、玉米黄素等），并将剩余的玉米蛋白部分替代原生产配方中的大豆粉（或磨制大豆豆浆），简化发酵生产工艺，提高玉米资源的利用率及附加值。上述蛋白质资源开发利用时，研究植物蛋白的氨基酸组成、功能特性、复配性质等，综合、互补是需要重点考虑的内容。

3 结 论

研究分析了4种植物蛋白的氨基酸组成与营养学特性。玉米蛋白粉、大豆粉、棉籽蛋白粉、花生饼粉蛋白质质量分数分别为61.60%，38.18%，51.49%，43.15%，玉米蛋白粉中醇溶蛋白含量高，造成水溶解性很差，不利于动物机体消化吸收。大豆粉中氨基酸组成比较均衡，其Lys、Trp含量较高，达2.22%和1.45%，多种必需氨基酸接近WHO/ FAO的推荐标准。棉籽蛋白粉、花生饼粉的多种必需氨基酸组成与大豆蛋白接近，但棉籽蛋白粉、花生饼粉的Met含量明显低于大豆粉和玉米蛋白粉。玉米蛋白粉富含Leu、Ile、Val等支链氨基酸，适宜高F值低聚肽制备等，但玉米蛋白粉中Lys、Trp质量分数分别为0.76%，0.64%，明显低于其他3种植物蛋白及WHO/ FAO推荐标准。因此，根据蛋白资源的氨基酸组成特征和功能特性，合理搭配互补，有利于提高谷物蛋白质营养价值和品质。该方面研究为植物蛋白资源开发提供了技术参数和应用方向。

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Study on Components and Nutritional Properties of Four Kinds of Plant Proteins

XIAO Xiao1，YIN Sheng1，HOU Wei2，WANG Chengtao1，*，LI Shubiao3
（1.Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives/ Beijing Laboratory of Food Quality and Safety，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China；2.Chinese Institute for Food Science and Technology，Beijing 100048，China；3.Shandong Fufeng Fermentation Co.Ltd，Fufeng Group Co.Ltd，Junan 276600，China）

Amino acid components and nutritional properties of four kinds of plant proteins were analyzed in this study.The protein contents of corn gluten meal，soybean powder，cottonseed protein powder，and peanut meal were 61.60%，38.18%，51.49%，and 43.15%.Soybean meal had the balanced amino acids compositions.Essential amino acids contents in cottonseed protein powder and peanut meal were similar to those in soybean flour while the Met contents were lower.Corn gluten meal was rich in Leu，Ile，Val and other branched chain amino acids.However，the Lys and Try contents were remarkably lower than other vegetable proteins.Therefore，according to the characters of amino acid compositions and functional features，a reasonable complement of different proteins could improve the nutritional value.

plant proteins；amino acids；essential amino acids；nutritional characteristic；utilization

檀彩莲）

TS201.4；TS210.9；TS255.6

A

10.3969/ j.issn.2095-6002.2016.03.009

2095-6002（2016）03-0061-06

肖潇，尹胜，侯威，等.四种植物蛋白的成分与营养学特性分析［J］.食品科学技术学报，2016，34（3）:61 -66.

XIAO Xiao，YIN Sheng，HOU Wei，et al.Study on components and nutritional properties of four kinds of plant proteins ［J］.Journal of Food Science and Technology，2016，34（3）:61 -66.

2015-09-16

北京市科技计划项目（Z151100001215008）；北京市属高等学校食品科学创新团队项目（IDHT20130506）。

肖 潇，女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术；*王成涛，男，教授，博士，主要从事食品生物技术方面的研究。通信作者。