火麻仁蛋白与大豆蛋白的营养评价及比较

邓文亚，徐婧婷，郭顺堂, ，李智高

（1.中国农业大学食品科学与营养工程学院植物蛋白与谷物加工北京市重点实验室, 北京 100083；2.云南绿新生物药业有限公司, 云南曲靖 655000）

火麻在我国分布广阔，在华东、华中、华南、华北、东北和西部地区均有种植，同时，我国是世界火麻重要的起源地和种植地之一。目前我国种植的火麻基本为食用火麻品种，年种植面积基本维持在5000公顷左右，至 2018年我国火麻种植面积4342公顷，单位面积火麻仁产量2722.9千克每公顷，总产量高达3.9万吨[1]。

火麻仁为大麻属植物火麻（Cannabis sativaL.subsp.sativa）的种子，又名大麻、汉麻、线麻等，是既可用于食品、又可药用的药食同源性原料，火麻仁蛋白质主要由麻仁球蛋白（80%）和麻仁白蛋白（20%）组成[2−3]，麻仁白蛋白氨基酸构成中含有8种人体必需氨基酸[4]。因此，有些研究者称火麻仁蛋白是一种优质蛋白质。现如今，由于火麻仁含有丰富的不饱和脂肪酸而被广泛应用于火麻油[5]食品的开发，而经过脱脂后的副产物火麻仁粕却还没有被有效的利用。如果将火麻仁蛋白加以开发，则既提高了副产物的利用效率，又补充了我国植物蛋白资源的不足。

蛋白的营养价值和功能特性是蛋白深度开发和利用的基础。尽管也有一些报道指出火麻蛋白是优质蛋白，但报道的文献缺乏相对的比较研究。目前，公认的植物蛋白中营养价值较高的蛋白是大豆蛋白，它是一种全价蛋白，具有降低血脂[6]、改善胰岛素敏感性[7]、降低体脂肪和中性脂肪等功能特性[8]。本文选择以大豆蛋白为对照，利用凯氏定氮法、电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS)、氨基酸分析仪等分析了火麻仁蛋白和大豆蛋白的蛋白质含量、氨基酸组成等，同时采用氨基酸比值（Ratio of amino acid,RAA）、氨基酸比值系数（Ratio coefficient of amino acid, RC）、氨基酸比值系数评分（Score of ratio coefficient of amino acid, SRC）、氨基酸评分（Amino acid score, AAS）、化学评分（Chemical score, CS）、必需氨基酸指数（Essential amino acid index,EAAI）、营养指数（Nutritional index, NI）、预测生物价（Biological value, BV）对大豆和火麻仁的蛋白质的营养价值进行评价。通过评价比较，明确火麻仁蛋白的营养价值，为火麻仁蛋白的后续开发研究和应用提供基础参考数据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

超临界CO2脱脂大豆粉、超临界CO2脱脂火麻仁粉 云南绿新公司；GNM-M15200-2013多元素标准溶液 国标（北京）检验认证有限公司；AAS18-10*1 mL 18种氨基酸标准混合液 SIGMA；硼酸、溴甲酚绿、甲基红、硫酸铜 天津奥普升化有限公司；硫酸钾 国药集团化学试剂有限公司；盐酸、苯酚、柠檬酸钠、氢氧化钠、硝酸 北京蓝弋化工产品有限责任公司。

L-8900型氨基酸自动分析仪 株式会社日立高新技术；Thermo-6300型电感耦合等离子体发射光谱仪 赛默飞；DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱上海一恒科技有限公司；TB-403型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；K1100型全自动凯氏定氮仪、SH220N型消化炉 海能仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 矿物质元素测定 采用国家标准（GB5009.268-2016）中的ICP-MS对脱脂大豆粕及脱脂火麻仁粕中的矿物质元素进行测定[9]。

1.2.2 蛋白质含量测定 采用国家标准（GB5009.5-2016）中的第一法凯式定氮法对脱脂大豆粕及脱脂火麻仁粕中的蛋白质含量进行测定[10]。

1.2.3 氨基酸组成测定 氨基酸组成分析根据国家标准（GB5009.124-2016），采用氨基酸分析仪法（茚三酮柱后衍生离子交换色谱仪）进行测定。该方法主要是将脱脂大豆粕及脱脂火麻仁粕中的蛋白质经盐酸水解成为游离氨基酸，经离子交换柱分离后与茚三酮溶液产生颜色反应，再通过可见光分光光度检测器，即可测定出其氨基酸含量[11]。

1.2.4 营养评价 食品中蛋白质、氨基酸种类和含量不一，其营养价值优劣主要取决于所含必需氨基酸的种类是否齐全、必需氨基酸数量的多少以及各种必需氨基酸的组成比例这三个方面[12−13]。

必需氨基酸模式是指蛋白质中各种必需氨基酸的构成比例。当食物蛋白质的氨基酸组成越接近人体蛋白质的组成，并为人体消化吸收时，其营养价值越高。表1列举了目前四种与人体蛋白质构成比例相近的必需氨基酸模式，接下来的蛋白质营养评价将以此为基础。

表1 WHO/FAO模式及全鸡蛋蛋白模式下蛋白质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、比值系数、比值系数分、氨基酸评分 根据朱圣陶等[14]和BANO等[15]对蛋白质评价的方法，以WHO/FAO氨基酸模式为基础，分别对大豆蛋白及火麻仁蛋白的氨基酸比值（RAA）、氨基酸比值系数（RC）、氨基酸比值系数分（SRC）、氨基酸评分（AAS）进行计算，计算公式如下：

式中：CV：RC的变异系数，CV=标准差/均数；Ax：待测蛋白质中某一必需氨基酸含量，mg/g蛋白；As：WHO/FAO评分模式中相应的必需氨基酸含量，mg/g蛋白。

1.2.4.2 化学评分 采用FAO[16−17]推荐的方法对大豆蛋白及火麻仁蛋白进行化学评分，计算公式如下：

式中：Ax：待测蛋白质某一必需氨基酸含量，mg/g蛋白；Ae：待测蛋白质中必需氨基酸总量，mg/g蛋白；Ex：标准鸡蛋白中相应必需氨基酸含量，mg/g蛋白；Ee：标准鸡蛋白中必需氨基酸的总含量，mg/g蛋白。

1.2.4.3 必需氨基酸指数、营养指数、预测生物价通过OSER[18−19]和CRISAN等[20]推荐的方法分别对大豆蛋白及火麻仁蛋白的必需氨基酸指数（不包括组氨酸和精氨酸）、营养指数以及经验生物价进行计算，计算公式如下：

式中：n：比较的必需氨基酸数；p：待测蛋白质；s：标准鸡蛋白；PP：待测蛋白质的百分含量。

1.3 数据处理

本研究使用SPSS17.0对数据进行同质性检验和显著性分析；所有实验均重复三次，实验数据均以平均值±标准差（Means±SD）表示。

2 结果与分析

2.1 脱脂火麻仁与脱脂大豆的蛋白质含量

本研究采用超临界CO2脱脂的火麻仁粉和大豆粉为原料，分析了它们的蛋白含量。由表2可知，经过超临界萃取脱脂后火麻仁的蛋白质含量高于大豆，超过了20%。因此可见，火麻中蛋白质含量高，是值得开发利用的植物蛋白资源，可以进一步弥补植物蛋白资源市场上大豆蛋白的单一性。

表2 脱脂大豆粕和脱脂火麻仁粕的蛋白质含量（%）Table 2 Protein content of defatted soybean meal and defatted hemp seed meal (%)

2.2 矿物质元素

矿物质元素是构成人体组织和维持正常生理功能所必需的七大营养素之一[21]。从表3中可以看出，大豆和火麻仁虽然均含有常量元素（钙、磷、钾、钠、镁）和微量元素（铜、铁、锰、锌）这9种矿物质元素，但在两者中所测得的元素含量却有明显差异，火麻仁共有6种元素（铜、铁、镁、锰、磷、锌）的含量远高于大豆。同时，火麻仁钾的含量虽然低于大豆，仅是大豆的3/4，但它却是一种典型的高钾低钠食品，其钾钠比约为大豆的7.5倍，有研究表明，钾含量的摄入与癌症的病发存在一定的关系，钾的摄取量高一定程度上可以减少癌症的发生，因此火麻仁可作为一种良好的钾补充源[22]。另外，P和Zn的含量约是大豆的3倍，有研究表明，锌元素对老年人的食欲及消化功能起到非常重要的作用，老年人长时间缺锌会导致食欲缺乏和消化功能减退等不良反应[23]。同时其Fe、Mg、Mn的含量也远高于大豆，研究发现，铁参与人体内氧化氢酶等酶的合成，并会在一定程度上影响乙酰辅酶A等酶的活性[24]，因而其一旦缺乏便会引发多种病症[25]，如缺铁性贫血等，进一步还会影响人的智力发育，严重缺乏者还将导致死亡[26]。但铁在我们人体的储备很少，因此这就需要人体从外界食物中摄入铁元素。同时，人体对镁元素的需求量也很大，全球仍有较大比例的人群长期处于缺钙/镁的状态，特别是部分患有高血压、心脏病等疾病的特殊人群，他们由于服用大量利尿剂而导致镁被过度排泄，从而出现严重缺镁，因而人们非常需要有益的钙/镁元素摄入来源[27]。由此看来，火麻仁既可以作为部分微量元素的补充剂，又可以作为矿物质元素的综合摄入源。

表3 脱脂大豆粕及脱脂火麻仁粕矿物质元素含量对比（mg/100 g）Table 3 Comparison of mineral elements content between defatted soybean meal and defatted hemp seed meal (mg/100 g)

2.3 氨基酸组成

已有研究表明，与大豆蛋白相比，火麻仁蛋白中的必需氨基酸构成比例接近于人体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种氨基酸，同时两者的必需氨基酸含量占比分别为40.02%和41.68%，均高于WHO/FAO的推荐模式（36%）[29]。在大豆蛋白中，总氨基酸含量为（1065.67±3.87）mg/g 蛋白，必需氨基酸含量（包括精氨酸和组氨酸）占总氨基酸含量的40.02%，其中含量最高的是谷氨酸，达（288.64±0.52）mg/g 蛋白，而必需氨基酸中含量最高的为亮氨酸（（80.31±1.49）mg/g蛋白），其次为精氨酸（（79.51±0.21）mg/g 蛋白）和赖氨酸（（68.80±0.19）mg/g 蛋白）。有研究表明，亮氨酸能促进骨骼肌和脂肪中蛋白质的形成, 并具有调节血糖平衡的功能[30]。与大豆蛋白相比，火麻仁蛋白的总氨基酸含量（（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为谷氨酸，也高于大豆蛋白，达到（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，为（153.53±1.02）mg/g 蛋白，是大豆的2倍。有文献指出，精氨酸一方面有助于伤口的复原，另一方面亚精胺和腐胺这种碱性氨基酸的下降会一定程度降低老化果蝇嗅觉厌恶记忆[31]。除精氨酸外，必需氨基酸含量较高的是亮氨酸（（74.00±0.55）mg/g蛋白）和缬氨酸（（52.63±0.08）mg/g蛋白）。在所测得的18种氨基酸中，火麻仁蛋白中有蛋氨酸、苏氨酸、缬氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、酪氨酸这11种氨基酸含量高于大豆蛋白。相比之下，火麻仁蛋白的赖氨酸、亮氨酸、异亮氨酸三种必需氨基酸低于大豆蛋白。由此可以看出，火麻仁蛋白是营养价值相对较高和有营养特色的植物蛋白。

表4 大豆蛋白质和火麻仁蛋白质的氨基酸组成对比（mg/g蛋白）Table 4 Comparison of amino acid composition of soy protein and hemp protein (mg/g protein)

2.4 营养评价

2.4.1 必需氨基酸比值、比值系数、比值系数分以及必需氨基酸评分 必需氨基酸比值（RAA）、比值系数（RC）、氨基酸比值系数分（SRC）以及氨基酸评分（AAS）是用来评估食物氨基酸组成与模式氨基酸的贴近程度以及其在氨基酸平衡上作出的贡献，从而判断蛋白质的营养价值。

必需氨基酸比值（RAA）是指一定量食物中的氨基酸含量，相当于模式氨基酸的多少倍。由表5可以看出，大豆蛋白的赖氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、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为苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸。

必需氨基酸比值系数（RC）是指与模式氨基酸相当量的一份食物氨基酸的比值。若食物中的氨基酸组成与模式氨基酸一致，则各比值系数都应等于1。而数值大于和小于1都表示偏离氨基酸模式，即当RC>1，则表示该氨基酸过剩，RC<1则表示该氨基酸相对不足。同时RC最小的氨基酸则为限制氨基酸，由表5的氨基酸比值系数可以看出，大豆蛋白的第一限制性氨基酸为苏氨酸，火麻仁蛋白的第一限制性氨基酸为赖氨酸，同时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数均大于1，说明大豆蛋白和火麻仁蛋白的这两种氨基酸均相对过剩。同时大豆蛋白中赖氨酸相对过剩，而火麻仁蛋白中的赖氨酸相对不足；火麻仁蛋白中缬氨酸相对过剩，而大豆蛋白质中缬氨酸相对不足。因此在蛋白利用率方面，两者可以互补或与其他蛋白互补来提高营养价值[32−33]。

表5 大豆蛋白质和火麻仁蛋白质必需氨基酸比值、比值系数及评分对比Table 5 Comparison of ratio, ratio coefficient and score of essential amino acids for soybean protein and hemp protein

现代营养学更多的强调蛋白质的氨基酸平衡,氨基酸不足或过剩同样能严重影响蛋白质的营养价值[34]。因此可在氨基酸比值和比值系数的计算基础上，计算氨基酸比值系数分来表示必需氨基酸偏离氨基酸模式的离散程度，当氨基酸比值系数分越接近100，则表示该氨基酸的质量越好。根据计算得出火麻仁蛋白的氨基酸比值系数分（SRC）为76.35，而大豆蛋白的比值系数分（SRC）为67.39，由此可以看出火麻仁蛋白的营养价值略高于大豆蛋白。

氨基酸评分（AAS）是将被测食物蛋白质的必需氨基酸组成与推荐的理想蛋白质或参考蛋白质氨基酸模式进行比较，从而更加直观的评价蛋白质的营养价值。由表5可知，在火麻仁蛋白中，除赖氨酸、亮氨酸和异亮氨酸以外，无论是在成人模式还是在儿童模式下，其余氨基酸评分均高于大豆蛋白，因此可将大豆蛋白和火麻蛋白混合食用，达到蛋白质互补作用。

2.4.2 必需氨基酸化学评分 化学评分是用来测定大豆蛋白质和火麻仁蛋白质中某一必需氨基酸的相对含量与标准鸡蛋蛋白中相应必需氨基酸相对含量的接近程度，即当必需氨基酸化学评分越接近1时，则表明该蛋白的营养价值越高。从表6可以看出，与大豆蛋白相比，除赖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学评分均更接近于1。这进一步说明火麻仁蛋白具有较高的营养价值，但在应用中要克服赖氨酸不足的缺陷才能更接近理想蛋白。

表6 大豆蛋白质和火麻仁蛋白质必需氨基酸化学评分对比Table 6 Comparison of chemical score of essential amino acids for soy protein and hemp protein

2.4.3 必需氨基酸指数、营养指数、预测生物价 在上述对于单一氨基酸营养评价的基础上，进一步采用必需氨基酸指数、营养指数以及生物价的方法对供试蛋白质中所有必需氨基酸进行统一评估，其中必需氨基酸指数和预测生物价均是用来衡量测定蛋白必需氨基酸组成与标准蛋白的必需氨基酸组成的接近程度，营养指数用来代表蛋白营养价值的高低，即蛋白的必需氨基酸指数和生物价越接近100、营养指数越高则其营养价值越高。如表7所示，相比大豆蛋白必需氨基酸指数（156.96）和预测生物价（160.02）而言，火麻仁蛋白的必需氨基酸指数（106.23）和预测生物价（104.72）均更接近 100。同时，火麻仁蛋白的营养指数也略高于大豆蛋白。综上所述，无论是在必需氨基酸指数、营养指数，还是预测生物价上，都表现出营养价值高于大豆蛋白质的结果，这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 大豆蛋白质和火麻仁蛋白质必需氨基酸指数、营养指数、生物价对比Table 7 Comparison of essential amino acid index, nutrition index and bioprice of soybean protein and hemp protein

3 结论

近年来，植物蛋白资源一直备受关注，从以往的蛋白饮料到如今火热的“植物蛋白基”食品，植物蛋白的种类一直在不断的被探索和挖掘。本研究以大豆蛋白为参比，对火麻仁的基本组分和营养价值进行比较分析和评价，以为火麻仁蛋白的深入研究提供基础理论参考，同时也为火麻仁蛋白相关产业的发展和应用起到引导作用。

在蛋白含量方面：火麻仁的蛋白质含量高于大豆22.37%。在矿物质元素方面：大豆和火麻仁均含有钾、钙、钠、镁等矿物质元素，但火麻仁的钾钠比明显高于大豆，且是其的7.5倍左右，同时Cu、P、Zn、Fe、Mg、Mn元素含量均高于大豆，因此具有很好的矿物质基础，可进一步作为矿物质元素补充剂开发应用。在氨基酸组成方面：火麻仁氨基酸的丰富程度可以与大豆媲美，他们均含有16种氨基酸，同时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，如赖氨酸含量不足等问题。在营养价值方面：从 RAA、RC、SRC、AAS、CS、EAAI、NI、CV对大豆和火麻仁进行非生物学评价，均显示出火麻仁的蛋白质营养价值略高于大豆蛋白质。

综上分析，与大豆蛋白相比，火麻仁蛋白质含量更高、矿物质元素种类丰富且含量高，营养价值较高，但赖氨酸含量不足。因此，火麻仁也可同大豆一样作为一种优质的植物蛋白资源进行开发利用，但在生产应用方面需注意平衡大豆蛋白中赖氨酸过剩和火麻仁蛋白中赖氨酸不足的问题。