汉麻籽蛋白研究进展

孟妍，曾剑华，王尚杰，石彦国，朱秀清

哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江省谷物食品与谷物综合加工重点实验室（哈尔滨 150076）

汉麻又称大麻、火麻，由于含有四氢大麻酚（THC）等大麻素[1]，被广泛应用在医药领域，当四氢大麻酚含量小于0.3%被称为工业汉麻[2-3]，其籽仁可食用。汉麻籽含有丰富的营养组分，含有脂肪酸25%～35%、蛋白质20%～25%、碳水化合物20%～30%，其中纤维10%～15%，还含有钙、钾、磷、镁、铁和锌等矿物质，其中铁锌比例及含量适合人体脂肪代谢所需[4-5]；汉麻籽还含有β-胡萝卜素和多种维生素，其中维生素B2含量较高[6]。

目前，汉麻籽应用主要体现在军用服装纤维原料和优质食用油[7]的开发利用上，对汉麻籽蛋白的开发利用还较少。随着国内市场对健康食品需求的不断增加，汉麻籽蛋白逐渐被关注，在20世纪初人们开始对汉麻籽蛋白有了一定的研究，研究发现汉麻籽蛋白含有21种氨基酸，包含8种人体必需氨基酸。由于汉麻籽含有丰富的人体必需氨基酸和必需脂肪酸，被认为是现今较完整的营养来源[8]。并且汉麻籽蛋白经过适当的酶水解，可以用来生产多功能性的保健食品，具有很高的应用价值。目前，国内外对汉麻籽蛋白的开发主要集中在提取技术研究以及蛋白类食品的制作方面，如现在市场中出现的汉麻籽蛋白粉、汉麻籽奶和汉麻籽蛋白乳饮料等[9-10]，在汉麻籽蛋白结构组成、表征及加工特性方面的研究较少。随着对汉麻籽蛋白的深入研究，对开发其功能特性，拓宽其应用领域具有重要的意义。

针对汉麻籽蛋白结构组成、汉麻籽蛋白功能特性、汉麻籽蛋白水解物及汉麻籽蛋白产品等方面对汉麻籽蛋白研究进展进行综述，并对汉麻籽蛋白的研究方向进行展望，以期为汉麻籽蛋白的深入研究和开发利用提供基础。

1 汉麻籽蛋白的组成及结构

汉麻籽干基中蛋白约占25%，经过低温脱脂后碱溶酸沉得到汉麻籽分离蛋白（HPI）；其主要成分为65%～75%麻仁球蛋白（Globulin，GLB）和25%～37%的白蛋白（Albumin，ALB）[8]。

1.1 麻仁球蛋白

麻仁球蛋白分子是由酸性亚基和碱性亚基通过二硫键连接组成的六聚体[11]，Svedberg等[12]通过超速离心法测得汉麻籽蛋白分子量为300 kDa，其中酸性亚基分子量为33.0 kDa，碱性亚基分子量为20.0 kDa。Hall等[13]通过电子显微镜观察到GLB类似于等边三角形形状，其分子呈现六角形排列。Angelo等[14]通过电子显微镜观察了GLB的微观形貌，其表面类似卵石状。Patel等[8]通过X射线束上的衍射条纹推导出六聚体的分子对称性和整体形状。

1.2 白蛋白

ALB和GLB蛋白含量差异归因于氨基酸组成和结构构象变化，凝胶电泳显示：ALB具有较少的二硫键，因此结构较松散，具有更大的灵活性。ALB的二级结构显示出比GLB更有序的多肽排列，ALB的三级结构在pH 3.0时较少，但在pH 7.0到9.0时较多[11]。

2 不同处理条件对汉麻籽蛋白组分特性的影响

2.1 pH对汉麻籽蛋白组分特性的影响

ALB比GLB有较高的溶解性，在pH小于7.0的时候，ALB的溶解性高达57%，GLB的溶解性达到38%，尤其是在pH 5.0时溶解性达到最低，可能是在酸性条件下GLB发生了聚合，溶解性的差异是蛋白质成分和六聚体的聚集程度不同导致的。在pH大于7.0的条件下ALB溶解性达到84%，明显优于GLB的52%[15]。

在不同pH条件下，ALB比GLB发泡能力强。分别在pH 3.0，5.0，7.0，9.0条件下，ALB起泡体积增加了90%，而GLB起泡体积小于40%[16]。

2.2 还原剂对汉麻籽蛋白组分特性的影响

二硫苏糖醇（Dithiothreitol，DTT）作为一种还原剂，可以破坏二硫键，影响GLB的巯基稳定性，导致GLB不稳定。20 mmol/L的DTT导致了GLB的变性焓显著下降，说明DTT破坏巯基稳定性，导致GLB热稳定性下降和有序结构变得松散；十二烷基硫酸钠（Sodiumdodecylsulfate，SDS）使GLB发生聚合反应，有序三级结构变得松散，热稳定性降低；与DTT（p＜0.05）对GLB的热稳定性影响相比，SDS使GLB的变性焓下降幅度要大得多。与DTT破坏GLB二硫键相比，GLB的有序三级结构更容易受到疏水相互作用的影响[17]。

2.3 蛋白浓度对汉麻籽组分特性的影响

Malmo等[16]测定了在不同浓度下GLB和ALB乳状液的乳化性和乳化稳定性，在质量浓度10 mg/mL，pH 3.0，5.0，7.0，9.0条件下，GLB与ALB乳化性差异不明显，但GLB乳状液的乳化稳定性在pH 3.0和5.0时最稳定，在pH 7.0的条件下由于蛋白质之间的相互作用形成的界面膜比较薄，所以pH 7.0时乳化稳定性较低。而ALB乳状液在不同pH条件下乳化稳定性差异不明显。

在质量浓度25 mg/mL下，pH 5.0时GLB乳状液由于蛋白之间的相互作用增强，形成了更厚的界面膜，所以乳状液的粒径较小，乳化性较高。

在质量浓度50 mg/mL下，GLB与ALB乳状液粒径大小相似，只是ALB乳状液在pH 7.0和9.0时由于净电荷效应的增加，降低了蛋白质分子在中性和碱性下形成强界面膜的能力，所以乳状液粒径较大，乳化性降低。因此得出蛋白质浓度的增加会降低ALB在pH 7.0和9.0的乳化能力。总的来说，GLB与ALB乳状液粒径较小，与Taherian等[18]报道的乳清分离蛋白的乳状液粒径相似，具有优于其他植物蛋白的乳化性[19-20]，可用来制作很好的乳化剂。

同时汉麻籽蛋白质浓度的升高有助于形成更厚的界面膜，从而获得更高的乳化稳定性，Chavan等[21]和Deng等[22]的研究也验证了此结论。

另外Hitchcock等[23]研究了GLB的胶体性质，得出GLB的胶体性质与Loeb[24]观察到的酪蛋白和鸡蛋白蛋白的胶体性质完全相似。

3 汉麻籽蛋白的提取

目前研究的汉麻籽蛋白提取技术有碱溶酸沉技术、胶束技术[25]。碱溶酸沉法是最常用的汉麻籽分离蛋白（HPI）提取技术。利用汉麻籽蛋白在碱性条件下溶解性高，并在等电点条件下沉淀进行分离获得HPI。Tamar等[26]用碱溶酸沉法提取蛋白，蛋白质得率为50.07%。蛋白纯度达到91.44%。张维等[27]用无水乙醚脱脂后的汉麻籽饼粕作为原料进行HPI的提取研究，蛋白提取率为52.27%，蛋白质纯度为83.8%。张涛[28]优化后的碱溶出率为86.95%，蛋白质得率为70.56%，溶解度为31.89%，蛋白质纯度为92.39%，脂肪含量为0.2%，水分含量为2.51%，灰分含量为1.1%，碳水化合物含量为2.12%，得到纯度较高的HPI。

碱溶酸沉法作为提取蛋白的传统工艺，因其简单可行的操作有利于工业化生产分离蛋白，但其缺点是在碱溶酸沉中会形成大量的盐，同时会产生大量废水，并且在碱性条件下部分蛋白质容易发生变性和极性氨基酸侧链的暴露，导致表面疏水性增强，所得蛋白持油性能较好。为了保持蛋白质性质稳定，Murray等[29]提出胶束提取法，胶束提取法条件温和，主要是利用盐溶液，离心分离去除不溶性物质，通过透析得到持水性较好的分离蛋白。胶束法提取蛋白，胶束化过程有利于排除非蛋白类物质，所以提取的蛋白含量达到98.8%，高于碱溶酸沉法提取蛋白的91.44%，与Mwasaru等[30]报道的胶束提取法得到蛋白含量高于碱溶酸沉法相一致。胶束蛋白提取法和碱溶酸沉法获得的蛋白具有相似的电泳图和氨基酸组成。但二者提取的汉麻籽蛋白在不同条件下溶解性存在差异，如在pH 3～5之间，碱溶法提取的HPI溶解性低于胶束法，而pH 6～9之间碱溶法则优于胶束法。碱溶酸沉法提取的HPI含有较高含量的多酚类物质，其颜色比胶束法提取的颜色深。所以胶束提取的蛋白颜色较浅，适合加入到高蛋白食物产品中，可以为运动员提供能量，而碱溶酸沉法提取的蛋白易于操作，可工业化生产[25]。

4 汉麻籽蛋白功能特性

目前研究提取的汉麻籽蛋白产品有汉麻分离蛋白和汉麻浓缩蛋白。

4.1 溶解性

研究表明HPI是一种碱溶性蛋白，在pH高于8的情况下，溶解度高达90%，与大豆分离蛋白（Soybean protein isolate，SPI）相似。在中酸性条件下，由于共价二硫键的形成，高游离巯基（—SH）含量的蛋白质具有更强的相互关联或聚集的能力，可能在HPI中高含量的蛋氨酸和半胱氨酸残留导致个体分子间共价二硫键的增加，从而增加了蛋白质聚合的程度[17]。

Malomo等[15]用含量约44.32%的汉麻籽浓缩蛋白（Hempseed protein meal，HPM）和84.15%的HPI进行功能性比较试验，HPM在pH 3.0～9.0的时候溶解性呈上升趋势；而HPI在pH 3.0到4.0时溶解性下降，pH 4.5达到等电点沉淀，pH 5.0～9.0溶解度呈逐步上升趋势。

4.2 乳化性及乳化稳定性

高乳化性是HPI潜在的一种功能特性，在pH 3.0～8.0条件下HPI的乳化活性指数、乳液稳定性指数趋势均与SPI相似。因此HPI的高乳化性可用于制造高品质的乳化食品[17]。

Malomo等[15]研究HPM和HPI的乳化特性，发现HPM溶液乳化性较高，这可能是HPM中含有较多的非蛋白物质，如多糖等可以增强乳化作用；而HPI溶液乳化性则是随着溶液浓度的增加，乳化性显著增强。

4.3 持水性及持油性

HPM持水性12.32 g/g优于HPI的12.01 g/g，相反持油性HPI 13.70 g/g高于HPM 12.54 g/g[15]，研究表明HPI持水持油性略低于SPI[28]，与Ahmedna等[31]报道的相一致；而张涛[28]研究结果却表明HPI的持水持油性很高，甚至略高于SPI。这可能是选取的原料品种不同所导致的功能性有所差异。尽管如此，HPI可以通过改性方法优化功能特性，使其更好地应用到食品工业生产中。

4.4 成膜性

HPI薄膜内聚力强，使其具有抗性和延展性特征，二硫键在HPI薄膜网络的形成和维护中起着主导作用。而SPI薄膜网络的形成是由二硫键、疏水性相互作用和氢键共同作用主导的[32]。

4.5 起泡性

HPM和HPI在相同浓度时，pH 3.0时HPI起泡能力较强，不同浓度时，两者起泡能力随着蛋白质浓度增加而增强。试验研究得出，HPI在不同pH和不同蛋白浓度中起泡能力稳定。HPI优越的起泡能力说明蛋白质含量高的原料比蛋白质含量低的原料起泡能力和形成泡沫的稳定性好[15]。此研究结果与Aluko等[19]研究结果相一致。因为分离蛋白通过蛋白与蛋白之间的相互作用形成黏弹性界面膜，从而增强了泡沫对空气的抵抗力，所以稳定性较高。

4.6 凝胶性

HPI由于等电点沉淀，蛋白质分子聚集导致凝胶网络形成所需要的灵活性降低，所以HPI凝胶形成能力较差。而HPM没有经过等电点沉淀，只含有少量的聚合蛋白质，所以凝胶形成能力较强。HPM可以作为胶凝剂的原料，可以制造固态或半固态食物。

Malomo等[15]通过（Leastgelation concentration，LGC）试验也验证了HPM的凝胶化能力比HPI要强，且优于SPI。

5 汉麻籽蛋白肽制备及其保健功能性

通过酶水解获得的植物和动物的肽可以清除自由基，抑制生理相关的酶，也可以作为有效的抗氧化剂或抗高血压药物[33-37]。蛋白肽的抗氧化特性包括充当金属离子的螯合剂、清除自由基的能力和抑制亚油酸的氧化作用等[38]。

周徐慧等[39-40]采用碱性蛋白酶水解HPI，在底物质量浓度50 mg/mL、水解时间2 h、温度50 ℃、加酶量质量分数2.2%、pH 9.4酶解产物的条件下获得最佳水解度20%，10 mg/mL酶解产物的DPPH自由基清除率达到82.65%。在最优酶解条件下获得蛋白肽之后，采用大孔吸附树脂对蛋白肽进行动态脱盐，脱盐率为93.03%，最大回收率为98.45%。脱盐后的蛋白肽亮度提升，色泽偏向乳白；疏水性氨基酸含量从脱盐纯化前的26.3 g/100 g增加至纯化后34.47 g/100 g；相对分子质量主要分布在310～2 600 Da。脱盐后蛋白肽的还原力和清除自由基的能力比脱盐前有不同程度的增强。

Girgih等[41]采用胃蛋白酶和胰蛋白酶水解HPI，再用超滤对蛋白肽进行逐次分离；得到1，3，5和10 kDa不同分子量的蛋白肽。小于1 kDa的蛋白肽含量表明，低分子量的成分是盐和可溶性糖。小于1 kDa和1～3 kDa蛋白肽的半胱氨酸含量较低，缬氨酸含量较高，总体来说蛋白肽氨基酸含量与HPI氨基酸含量相似。这些蛋白肽的抗氧化特性在很大程度上取决于酶的专一性、水解程度及释放的肽的结构及理化性质，如分子量、氨基酸组成和疏水性等[42-43]。小于1 kDa分子量的DPPH清除自由基为24.2%，而5～10 kDa的DPPH清除自由基为18.7%。这一结果表明，低分子量的比高分子量的肽具有更好的清除自由基能力，与藜麦蛋白肽抗氧化活性相似[44]，与亚麻蛋白肽[45]和鹰嘴豆蛋白肽[46]抗氧化活性不同。此外，体外消化率试验发现汉麻肽疏水性、酸性、支链氨基酸的丰富程度对提高缩氨酸的抗氧化性具有积极的作用。

汉麻肽可用于制备功能性食品和营养物质，其富含多功能的生物活性成分，对抗可能导致氧化应激相关疾病的各种自由基[47-50]。宋淑敏等[51-52]以脱脂汉麻籽粕为原料，采用木瓜蛋白酶与中性蛋白酶复配水解制得的汉麻多肽粉已经过急性毒性试验研究，并在汉麻籽多肽粉的基础上通过正交试验得出汉麻多肽口服液的最佳配方，其中多肽粉添加量为0.8%，柠檬酸为0.1%，木糖醇添加量为6%，蜂蜜添加量为7%。此配方已经通过感官、微生物、重金属指标等检测，符合国家标准。汉麻籽蛋白肽的出现可以拓宽汉麻籽蛋白在食品营养方面的研究，对HPI的深加工开发利用具有深刻意义。

6 前景与展望

2002年汉麻籽被我国卫生部列为“药食同源药材”之一[53]，为汉麻籽的开发提供大力支持。从高端食用油到一系列的保健品，都体现出汉麻籽的药用价值和商业价值。目前市场已有汉麻籽奶、汉麻籽饼干等产品，对人体高血压、心血管等疾病有很好的保健作用。另外汉麻籽蛋白结构与大豆蛋白类似，其分离蛋白功能特性如持水性、持油性优于大豆分离蛋白，在某方面可以替代大豆分离蛋白。汉麻籽蛋白多样化产品的开发还处于起步阶段，它将具有广阔的消费市场，其前景非常开阔，符合国家的绿色环保、循环经济和可持续发展方向，具有重大的经济效益和社会效益。汉麻籽其口感独特，深加工可以制造出不同风味的食品，深受消费者青睐。

汉麻籽蛋白未来研究方向：1）汉麻籽分离蛋白的提取技术目前采用碱溶酸沉法，可大规模生产分离蛋白，但碱溶酸沉法提取的是麻仁球蛋白，对于其中白蛋白的提取还有待进一步研究；2）提取蛋白的技术有膜分离技术、超滤技术[54]、双极膜电解技术[55]和起泡技术[56]。但是目前提取汉麻籽蛋白仅仅局限于碱溶酸沉法和胶束法，采用新的提取方法获得纯度更高的汉麻籽蛋白也是当今大热的研究方向之一；3）汉麻籽蛋白的结构组成，如分子量、巯基、二硫键等对其功能特性的影响和表征仍处于空白阶段，也是未来汉麻籽蛋白基础研究的重点；4）汉麻籽蛋白如凝胶性、热稳定性、起泡性等功能特性在食品生产中的应用也在起步阶段，并且结合改性手段开发运用其功能特性有助于人类开发新的食品资源，对未来汉麻籽蛋白作为食用原料大规模生产有着重要的作用。