核桃渣的蛋白组成分析及其营养价值评价

李 杰，谢辰阳，黄雪薇，杨 芳

武汉工程大学环境与生态工程学院，绿色化工过程教育部重点实验室（武汉工程大学），国家磷资源开发利用工程技术研究中心，湖北 武汉 430205

核桃（Juglans regiaL.）是种植面积最广、存在范围最普遍的坚果，其主要分布于温带地区，在亚洲、南美洲西部、美国、中欧及南欧等国家和地区进行商业化种植［1-2］。中国是世界上最大的核桃生产国，其年产量为165.5 万吨［3］。核桃富含脂肪、蛋白质、维生素（维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K 等）及矿物质（磷、硒等）等营养元素，其中，油脂质量分数为52%～70%，且油脂中以不饱和脂肪酸为主，蛋白占比为24%，是营养丰富的食品［4-7］。在中国，核桃主要用于榨取食用核桃油，核桃渣作为食用核桃油生产过程中产生的副产物，富含必需氨基酸，可作为营养来源［8］，然而，多数核桃渣都用做了饲料和肥料，造成了浪费［9］。

由于我国幅员辽阔，不同地区核桃的化学成分和生物活性可能不同，这将导致核桃渣的化学成分和生物活性也会存在一定的差异［10］，因此，本研究中，选用3 种不同纬度地区的核桃，制备核桃渣，进一步地了解其化学成分和营养价值，评价不同地区核桃渣蛋白组分及营养价值的差异。

1 实验部分

1.1 材料与试剂

核桃采摘自新疆维吾尔自治区、湖北省、云南省；氢氧化钠、石油醚、乙醇和浓盐酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

1.2 仪器与设备

FW80 型高速万能粉碎机（天津泰斯特仪器有限公司）；DHG-9075 A 型干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）；SX2-2.5-10 型电阻炉（上海右一仪器有限公司）；Hitachi 835-50 型氨基酸自动分析仪（日本Hitachi公司）。

1.3 方 法

1.3.1 核桃渣的制备 分别称取3 省（区）的核桃各2 kg，将壳和果仁分离，后将核桃果仁进一步去杂（拣去果仁中夹杂薄膜等）、洗净、烘干并粉碎，将粉末经过孔径为0.850 mm 的筛网筛分，采用索氏萃取法［11］，以石油醚为溶剂，对该粉末进行萃取，减压抽滤后，得到3 种脱脂核桃渣，分别封入自封袋中，贴标，于2 ℃下保存，备用。使用前将粉末充分混匀。

1.3.2 化学成分分析 脱脂核桃渣中水分的测定，参照国标GB 5009.3-2016［12］。

脱脂核桃渣中灰分的测定，参照国标GB 5009.4-2016［13］。

脱脂核桃渣中蛋白质含量的测定，采用凯氏定氮法［14］：取5.00 g 脱脂核桃渣装入凯氏烧瓶中，依次加入0.50 g 硫酸铜，10.00 g 硫酸钾以及20 mL浓硫酸，缓慢摇匀后加热炭化，待液体澄清透明后，继续加热0.5 h，取出，冷却后加入20 mL 蒸馏水，定容至100 mL 容量瓶，得样品消化液备用。接收瓶中加入2 滴指示剂和10.00 mL 硼酸溶液，取10.00 mL 样品消化液流入反应室，然后加氢氧化钠10.00 mL 于碱液管中，使其缓慢流入反应室，蒸馏加热。得到的液体用盐酸标准液滴定至微红即为终点。蛋白质含量计算公式如下：

式中：V标为样品消化液消耗的盐酸标准液体积（mL）；V0为空白消化液消耗的盐酸标准液体积（mL）；ca为盐酸标准液的浓度（mol/L）；0.014 为氮的物质的量质量×103（g/mL）；M样为样品的体积（mL）；V定为消化液体积（mL）；V测为实验使用的消化液体积（mL）；Κ为氮换算为蛋白质的系数。

1.3.3 脱脂核桃渣的氨基酸含量测定及营养价值评价 根据实验室前期建立的方法［15］测定脱脂核桃渣的氨基酸含量。脱脂核桃渣蛋白样品采用氨基酸自动分析仪进行分析，进样前，用盐酸进行水解。根据联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（Food and Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）的营养评估计算方法，计算核桃渣蛋白样品中的必需氨基酸（essential amino acid，EAA）评分、必需氨基酸指数（essential amino acid index，EAAI）、氨基酸评分（amino acid score，AAS）及可消化必需氨基酸得分（digestible indispensable amino acid score，DIAAS）；而必需氨基酸与总氨基酸比值（E/T%）、蛋白质功效比值（protein efficiency ratio，PER），则参照Chavan 等［16］，相关公式如下：

必需氨基酸评分计算：

式中：EAA 为必需氨基酸评分。

必需氨基酸指数计算：

式中：EAAI 为必须氨基酸指数；n为氨基酸个数；a1、a2、a3…an为测试样品中各必需氨基酸的含量（%）；b1、b2、b3…bn为FAO/WHO 标准对应必需氨基酸含量（%）。

氨基酸评分计算：

式中，AAS 为氨基酸评分。

可消化必需氨基酸得分计算：

式中：DIAAS 为可消化的必需氨基酸评分。

必须氨基酸与总氨基酸比值计算：

蛋白质功效比值（protein efficiency ratio，PER）计算：

式中，PER-1、PER-2、PER-3 分别表示蛋白质功效比值的3 种不同计算方式。Leu 代表亮氨酸，Pro代表脯氨酸，Tyr 代表酪氨酸，Met 代表甲硫氨酸，His 代表组氨酸。

1.4 数据处理

利用Office 2019 Excel 软件进行数据处理；利用SPSS（Version21，2012）软件，以Duncan 法分析数据显著性，显著水平为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同地区对核桃渣化学成分的影响

3 个省（区）的核桃渣的化学成分如表1 所示。由表1 可知，位于湖北省的核桃，其渣的水分含量显著高于其他两个样品，新疆维吾尔自治区次之，云南省核桃的水分含量最低（P＜0.05），3 种核桃渣的平均含水量在5.68%至6.14%之间，与新鲜核桃的水分含量相似（6.10%）［17］。3 省份核桃中灰分含量，新疆维吾尔自治区与云南省、云南省与湖北省之间无显著性差异（P＞0.05），而新疆维吾尔自治区核桃的灰分含量要显著多于湖北省核桃（P＜0.05），三者渣中灰分含量在4.85%至5.47%之间，均超过新鲜核桃的灰分含量（1.80%～2.10%）［18］。位于云南省的核桃，其蛋白含量明显低于湖北省及新疆维吾尔自治区（P＜0.05），而湖北省与新疆维吾尔自治区的核桃渣蛋白含量无明显差异（P＞0.05），3 个地区核桃渣的蛋白含量在42.47%至53.58%之间，明显高于新鲜核桃［19］。以上结果说明，不同位置种植的核桃，其化学组成存在一定的差异，并且由表1 的结果，可推测北方地区种植的核桃的蛋白质含量高于南方地区种植的核桃。

2.2 脱脂核桃渣的氨基酸含量测定及营养评价

来自3 个省（区）的核桃渣的氨基酸组成及营养价值评价见表2。分析的氨基酸包括游离氨基酸和多肽。由表2 可知，所有地区的核桃渣的蛋白样品中均富含谷氨酸（21.30%～21.70%）和精氨酸（13.60%～15.20%），结果与Martínez 等［1］的报道相似。3 个省份的核桃渣的含硫氨基酸含量（Met+Cys）相似（2.90%～3.30%），3 种核桃渣中含硫氨基酸含量、总芳香族氨基酸含量及总必需氨基酸含量均高于FAO/WHO（2013）儿童、青少年和成人标准（该标准中3 种氨基酸的含量分别为：2.30%、4.10%及27.50%）。3 种核桃渣蛋白样品中的非必需氨基酸含量相近，其中谷氨酸（占总氨基酸的21.30%～21.70%）、精氨酸（占总氨基酸的13.60%～15.20%）和天冬氨酸（占总氨基酸的10.20%～10.50%）占比最高，与Vasconcelos［20］等的报道相符，且高含量的天冬氨酸和谷氨酸是核桃滋味产生的原因［21］。

3 种核桃渣的必需氨基酸与总氨基酸比值（E/T）均超过35%，表明3 个地区的核桃渣蛋白可作为一种理想的蛋白质来源（FAO/WHO，2013 年），而来自云南地区的核桃渣蛋白样品结果最佳（E/T×100%=37.40%）。必需氨基酸指数（EAAI）越大，氨基酸组成越平衡，蛋白质的质量和效率越高［22］。3 种核桃渣蛋白样品的EAAI 值均高于65%，说明核桃渣蛋白样品的氨基酸组成均高于FAO/WHO（2013）标准，且来自云南地区的核桃渣蛋白样品的EAAI 最高，为70.70%。对3 种渣的PER 进行预测，云南核桃渣蛋白样品的PER-1、PER-2 和PER3值均高于新疆和湖北的核桃渣蛋白样品，表明云南的核桃渣可能具有较高的消化率。

2.3 不同核桃渣氨基酸评分（AAS）营养评价

表3 显示了来自3 个不同省（区）的核桃渣的氨基酸评分，评分在128.00～136.00 之间，差异很小，其中来自云南地区的氨基酸评分最高。来自3个省份的核桃渣的第一限制氨基酸是赖氨酸，这与Martínez［1］的报道一致；第二限制氨基酸是缬氨酸。为了平衡营养，核桃仁应和赖氨酸和缬氨酸含量高的食物一起加工。

2.4 核桃渣可消化的DIAAS 营养评价

DIAAS 是一种较为新颖的评价蛋白质质量的方法，它是由单位质量的膳食蛋白质中可消化的膳食必需氨基酸中最低量决定的。Adewole 等［23］使用生长期的猪做动物实验得知了蛋白质中必需氨基酸的真实回肠消化率系数，若没有来自人体的必需氨基酸真实回肠消化率数据，粮农组织建议使用该系数［24］。当DIAAS≥100%时，营养评价为优秀；DIAAS 在75%～99%之间时，营养评价为良好；如果DIAAS＜75%时，营养评价则为低。3个省份的核渣的DIAAS 结果见表4，DIAAS 评分从湖北核桃渣蛋白样品的35%，新疆核桃渣蛋白样品的40%，到云南核桃渣蛋白样品的48%不等，三者的第一限制氨基酸均为赖氨酸。并且第一限制氨基酸赖氨酸均低于75%，由于赖氨酸含量低，核桃渣蛋白样品DIAAS 评价为“低”。大多数植物蛋白的DIAAS 评价均为“低”（DIAAS＜75%），核桃渣的DIAAS 评价分值与许多其他植物蛋白评分相似，如小麦粉（DIAAS=51%）和扁豆（DIAAS=54%）［25］。除赖氨酸外，核桃渣蛋白样品的必需氨基酸含量均高于FAO/WHO 的标准，因此，向核桃渣蛋白中添加赖氨酸可大大改善典型的低质量饮食。

表4 核桃渣的DIAAS 评价Tab.4 Digestible IAA reference ratio

3 结 论

作为核桃油生产过程中形成的副产物，核桃渣具有丰富的蛋白质，具有很高的营养价值。本研究采用新疆、湖北及云南3 个省（区）地区采摘的核桃制备核桃渣，尽可能排除了因地理环境导致的偶然性误差，测定了核桃渣的化学成分及氨基酸组成，并对其进行营养价值评价。实验结果表明，3 种核桃渣的平均含水量在5.68%至6.14%之间，灰分含量在4.85%至5.47%之间（脱水），蛋白含量在42.47%至53.58%之间（脱水）。不同地区的核桃渣中含硫氨基酸含量、总芳香族氨基酸含量、总必需氨基酸含量、核桃渣蛋白样品的氨基酸组成及总必需氨基酸与总氨基酸比值均高于FAO/WHO 儿童、青少年和成人标准（2013）。3 个省份的核桃渣的第一限制氨基酸是赖氨酸，第二限制氨基酸是缬氨酸，除赖氨酸外，核桃渣的必需氨基酸含量高于FAO/WHO 标准［26］。因此，3 种不同省份的核桃均是优质的蛋白源来源。适度补充赖氨酸与缬氨酸后，核桃可直接通过喷雾干燥技术，制作植物蛋白粉［27］；核桃渣中的蛋白质可制备核桃乳植物饮料，不仅风味独特，且有助于核桃蛋白的吸收；核桃渣中的蛋白质可作为焙烤食品的辅料（如饼干），不仅增加蛋白质营养，且改善饼干的品质［28］。