桑叶蛋白的功能和提取研究进展

刘一静 刘继 张驰松 涂彩虹 郑旗 樊雪飞 冯骏 张正周

摘要 桑叶中蛋白质的含量可以占到干基重量的15%～30%，是蛋白含量较高的植物。对桑叶蛋白的功能特性及制备工艺等进行了系统性的论述。通过分析蛋白质的功能特性、提取方法及发展现状，为深入研究桑叶蛋白以及开发桑叶蛋白新产品提供借鉴。

关键词 桑叶蛋白；提取；功能性

中图分类号 S789.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）04-0089-03

Research Progress on the Function and Extraction of Mulberry Leaf Protein

LIU Yi-jing， LIU Ji， ZHANG Chi-song et al （Chengdu Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Chengdu， Sichuan 611100）

Abstract The protein concentration of mulberry leaves ranges from 15% to 30%， which is quite high in plants. This paper described the functional characteristics and the extracting process of the mulberry protein. Through analyzing the functional characteristics， the extracting process and research status of mulberry protein， the study will provide reference for further research and development of mulberry protein products.

Key words Mulberry leaf protein； Extraction； Functionality

桑主要生长于热带和亚热带，在我国分布均匀，且种植面广。桑树在生态治理方面，具有防风固土[1]、治理石漠化[2]、复垦矿区[3]、修复重金属污染耕地[4]、修复盐碱地[5]的作用。桑叶作为桑树的主要产物，约占桑树地上部分产量的64%[6]。除去每年向国外出口的桑叶，我国仍有大量的桑叶剩余，造成一定的浪费。根据《本草纲目》《本草经解》和《本草再新》的记载，桑叶不仅可作为家蚕饲料，也具备润肺热、镇静神经、止咳的功效，已于1992年被卫生部列为药食两用的品种[7]。

作为最早开发和研究桑叶保健食品的国家之一，目前日本保健品市场年需桑叶5万t左右，其中大部分原料进口自我国及东南亚国家。在欧美市场桑叶加工品的销售额逐年增长，相关保健品逐渐畅销的同时，国内对桑叶的研究以及应用还处于萌芽状态。因此，深入研究桑叶功能成分及提取方法，对我国桑叶及相关产业发展具有重要意义[8]。

目前我国桑叶的原料十分充足，成本低廉，应用潜力巨大。若能在利用桑树进行环境治理的同时，充分开发桑叶的药用、食用价值，将对桑资源废物再利用和我国蛋白质资源结构的改善起到促进作用。笔者就目前桑叶蛋白的研究开发现状进行综述，希望能够为桑叶蛋白的深度研究和高附加值产品的开发提供参考。

1 桑叶蛋白的营养价值及药效特性

1.1 营养价值

桑叶中粗蛋白的含量为干基重量的25%左右[9]，比日常饮食中的奶粉、燕麦等的蛋白質含量要高。通过酸沉法提取浓缩后所得桑叶粉的蛋白质含量可达42%左右，与大豆中蛋白质含量相当[10]。桑叶蛋白中总氨基酸含量为361.1 mg/g，其中人体所必需的氨基酸较为齐全，占总氨基酸含量的34.7%，必需氨基酸/非必需氨基酸（E/N）值为0.531，接近联合国粮农组织/世界卫生组织（FAO/WHO）标准规定的必需氨基酸含量（40%）和E/N值（0.6）。桑叶蛋白的氨基酸比值系数分（SRCAA）为69.71，高于黑麦草叶蛋白，与绿豆蛋白、紫花苜蓿叶蛋白相当，与猪肉（74）营养价值接近，是营养价值较高的叶蛋白[7]。

1.2 药效特性

乔璐[11]的研究发现，通过碱性蛋白酶水解得到的桑叶蛋白水解肽，在体外具有很好的还原性，100 μg/mL的桑叶水解肽同40 μg/mL的维生素C的还原力相当，具有抗衰老的功效。桑叶中还含有丰富的γ-氨基丁酸（GABA），在干桑叶中的平均含量达到2.26 mg/g，高于大豆和茶叶中GABA的含量，占到氨基酸总量的1.12%[12]，而γ-氨基丁酸的前体物质谷氨酸则占到氨基酸含量的13.70%。γ-氨基丁酸具有极强的生理活性，是中枢神经系统的主要抑制性递质，具有延长记忆、改善视觉功能、镇定神经、抗焦虑、降血压、改善肝功能的作用[13]。

2 桑叶蛋白的功能特性

桑叶蛋白的功能特性主要包括溶解性、持水性、乳化性及乳化稳定性和起泡性[9]。

2.1 pH对桑叶蛋白功能特性的影响

pH对桑叶蛋白的功能特性有明显的影响。王芳等[14]的研究表明，桑叶蛋白在pH 5左右溶解度最小。这是由于此时的桑叶蛋白处于兼性离子状态，净电荷为零，蛋白质与水之间的作用力最弱，而蛋白质之间的作用力最强，最终导致桑叶蛋白的聚集和沉淀。同时桑叶蛋白的持水性[15]、乳化性及乳化稳定性[10]、起泡性[14]也最小。而远离等电点时，蛋白溶解度升高，持水性、乳化性及稳定性、起泡性均增大。

2.2 温度对桑叶蛋白功能特性的影响

温度对桑叶蛋白的影响更为复杂一些，当温度低于60 ℃时，桑叶蛋白的溶解度、持水性、乳化性及乳化稳定性随温度的升高而上升，这是因为一定范围内的升温可以促使蛋白质分子立体结构的伸展，从而增加蛋白质分子与水分子之间的相互作用力，达到增加溶解度的效果。但高于60 ℃以后，高温会使桑叶蛋白变性，发生聚集与沉淀，因此溶解度、持水性、乳化性及乳化稳定性反而随温度的升高而降低[14]。4～80 ℃的温度范围内，桑叶蛋白的起泡性随着温度的升高而增大，这是因为适当的热处理增加了蛋白质的膨胀度。

2.3 离子强度对桑叶蛋白功能特性的影响

当NaCl的浓度在0～1.0 mol/L的范围内时，桑叶蛋白的溶解度、持水性、起泡性均与NaCl的浓度成正比。这是由于当盐浓度升高时，蛋白质分子所带净电荷随之增加，蛋白质溶解度增加。当NaCl的浓度在0.6～0.8 mol/L时，其乳化性和乳化稳定性最好。

2.4 蔗糖质量浓度对桑叶蛋白功能特性的影响

在50 g/L的范围内，由于蔗糖的溶解降低了水分的活度，桑叶蛋白的溶解度和起泡性也随之降低。但蔗糖能够增加桑叶蛋白的乳化性和乳化稳定性。

3 桑叶蛋白提取方式的研究

目前国内外叶蛋白研究的重点是提取，以及如何使用最合适的方法和溶剂将蛋白质从其他杂质中分离出来。目前桑叶蛋白的提取方式主要有直接加热法、酸碱沉淀法、有机溶剂法、盐析法、乳酸发酵法、结晶和重结晶法以及泡沫分离技术，其中最常用的就是酸碱沉淀法。

在桑叶蛋白的实际应用中，不仅要考虑到桑叶蛋白的质量和提取效率，还要考虑成本和损耗等多方面因素。在具体生产过程中，应根据生产目的的不同选择不同的提取方法。若作为饲料，需大量生产，对产品纯度要求不高，考虑成本，可采用加热法、酸碱沉淀法。考虑到节约能源、减少环境污染，则可使用乳酸发酵法。若是做生化用品，對蛋白质质量和纯度要求较高，则可采用结晶和重结晶或泡沫分离技术。

3.1 直接加热法

直接加热法的优点是操作简单、廉价，但蛋白质的产率和质量不高。加热可使溶液中的叶蛋白迅速絮凝，同时也可钝化溶液中的酶，从而使得蛋白质的酶解作用停止，减少蛋白质的损失。影响叶蛋白提取加热温度和时间的因素有叶蛋白中必需氨基酸及非必需氨基酸含量、含氮物质含量以及叶蛋白的消化速率。在一定条件下，温度越高，叶蛋白得率越高，但当温度过高时，也会使得蛋白质变性，从而导致叶蛋白的吸水性、乳化性和溶解性的降低。桑叶通过加热沉淀法提取蛋白质的最适温度为75 ℃[16-17]。

3.2 酸碱沉淀法

酸碱沉淀法具有操作方便、价格低廉的优势，通常与加热法结合成酸碱热提法来提取蛋白质。通常在对材料进行浸提之后，用HCl来调整浸提液pH到4.0～4.5或者是用NH3·H2O或NaOH将浸提液的pH调整到8.0～8.5，使蛋白质絮凝[11，17]。孙崇臻等[10]的研究表明，桑叶蛋白酸法沉淀的最优pH为3.5，而酸热沉淀法的最优组合为pH 3.0，加热温度75 ℃，提取时间15 min；同时柳斌等[18]的研究也得出相似的结论。

与此同时，通过辅助方法来提高蛋白得率和质量也是酸碱沉淀法提取蛋白质的一个研究热点。相较于新鲜桑叶，从干桑叶中提取蛋白质更为困难，这是因为当细胞失水后，细胞壁缩小的同时，纤维化增强。屈红森等[19]在采用酸沉淀法从干桑叶提取蛋白质的同时，利用枯草芽孢杆菌促进桑叶中蛋白质的释放和提高桑叶蛋白的品质。朱天明等[20]的研究则通过纤维素酶来辅助桑叶蛋白的提取。

3.3 盐析法

盐析法简单安全、价格低廉，但是通常制得的叶蛋白品综合利用率和得率都不高[17]。盐析法主要是利用浸提液中不同物质在盐溶液中的沉淀浓度的不同来进行操作的。盐析法需要在浸提液中加入大量的无机盐，桑叶蛋白的溶液饱和浓度为65%[10]。王芳等[21]研究发现，以NaCl溶液为提取溶剂，再加上超声波的辅助处理，大大提高了桑叶蛋白的得率。这是因为超声波能够在不破坏物质结构的条件下，有效地促进细胞壁的破损。

3.4 乳酸发酵法

发酵方法不需要加入强酸强碱，也不用加热，可节约能源，但是发酵时间较长，并且容易造成营养物质的流失，如要进行规模化的生产则需要配置发酵设备，生产成本过大[22]。乳酸发酵法是指利用乳酸菌发酵产生的乳酸使得叶蛋白絮凝沉淀的方法[23]。乳酸发酵的酸效应使得叶蛋白在pH 3～4出现等电点凝聚。在瑞典、前苏联、西班牙等国家，通过这种方法来进行叶蛋白的工业化生产[24]。

3.5 结晶和重结晶法

结晶法是某种物质通过降温或蒸发的方法在浸提液中以晶体状析出的过程。初次结晶所获得的晶体多含杂质，通过再次结晶这可以获得较纯的晶体，这一过程也被称为重结晶。变性蛋白不能结晶，通过结晶或重结晶提取出的蛋白能保持天然的状态。

3.6 泡沫分离技术

泡沫分离技术可用于分离低浓度的产品，且分辨率高，可获得较高纯度的富集液，具有运行成本低、操作方便的特质。泡沫分离技术是利用气泡作为分离介质来浓集表面活性物质的分离技术，又被称为泡沫吸附分离技术[25]，是根据被分离物质的表面活性的不同，采用无机盐和有机溶剂等分离介质来进行分离[26]。由于蛋白质具有一定的表面活性，因此也可以利用泡沫分离技术来进行蛋白的分离[27]。在刘海彬等[28]的研究中，先用氢氧化钠溶液作为提取剂，制得桑叶蛋白提取液，在分离温度25 ℃、稀释40倍、pH 5.0、离子强度0.18 mol/kg的条件下，桑叶蛋白液中的蛋白回收率为92.50%；冷冻干燥后，蛋白质的纯度从蛋白提取液固形物中的34.38%提高到泡沫层固形物中的65.51%。

4 桑叶蛋白食品研究现状及发展前景

绿叶是人类获取蛋白质最有效、最廉价的途径之一。绿叶中的蛋白质比植物茎杆部分要高50%～500%。我国植物绿叶资源丰富，目前全年的绿叶产量为20亿～25亿t，而利用率只有10%～30%。绿叶资源分布既遍布全国，又相对集中[29]。我国绿叶蛋白的研究工作起步比较晚，而国外已有80余年的将叶蛋白作为蛋白饲料的研究历史。早在1972年法国就建立了叶蛋白的工业化生产厂[24]，而后，英国、丹麦、新西兰等国也成立了规模较大的叶蛋白生产工厂。

目前我国关于桑叶蛋白的提取研究已经比较成熟，其中多为利用酸碱沉淀法提取桑叶蛋白，桑叶蛋白的得率在9%～17%[11，19]，而其中蛋白质含量在50%左右。虽然已有大量的关于桑叶蛋白提取的研究，但是这些研究还局限于实验室阶段，并没有一套适合工厂扩大生产的提取工艺。

国外有研究表明，将桑叶蛋白和其他叶蛋白混合，代替传统的饲料喂养怀孕的母羊，对孕期的母羊有积极良好的作用。在高蛋白饲料方面，预计到2020年我国每年蛋白质饲料的需求量为7 200万t，届时将有3 600万t需要从国外进口[30]。开发高桑蛋白的饲料可以在有效利用桑叶资源的同时，缓解我国高蛋白饲料的短缺状况[31-32]。

有研究表明，将苜蓿叶蛋白添加到面条或面包中，可以改善面条和面包的口感[33]。国内外也有大量的试验证明，在日常饮食中添加叶蛋白能提高人的身体素质[34-35]。而目前很少有桑叶蛋白在食品方面的研究及应用。在未来的研究中，可以将桑叶蛋白在食品中的研究和应用作为发展方向，在增加食品蛋白质的同时，改善食品的加工特性。

除此之外，桑叶蛋白还可以应用到化妆品、洗涤等日用品中。水解后得到的桑叶蛋白水解肽具有较强还原能力，是天然的抗氧化剂[11]。在桑叶蛋白提取过程中还可进一步分离制得一系列的副产物，例如维生素E、叶绿素等。这些产物也可在食品及医药应用等方面得到更多的应用。由此可见，我国桑叶蛋白的开发前景非常广阔。

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