蕎麥蛋白質的綜合研究進展

方齊國，沈汪洋，2，趙梅榮，李芳，2*

（1.武漢輕工大學食品科學與工程學院，湖北 武漢 430023；2.大宗糧油精深加工省部共建教育部重點實驗室，湖北 武漢 430023；3.武漢中地檢測技術有限公司，湖北 武漢 430078）

蕎麥，適應性強，生長周期短，能夠在大宗作物所不適宜的地區（如高海拔、寒冷和貧瘠區域）種植。作為一種重要的天然、環保和可持續的植物蛋白質來源，正因為其高營養、高醫藥價值和高經濟價值在全球范圍內引起廣泛關注。蕎麥通常分為兩類：普通蕎麥（Fagopyrum esculentum Moench）和苦蕎麥[Fagopy－rum tataricum（L.）Gaertn]。

蕎麥蛋白質以水溶性的清蛋白和鹽溶性的球蛋白為主[1]，且富含谷氨酸、天門冬氨酸、精氨酸及賴氨酸?？梢耘c缺乏賴氨酸的部分谷物互補，以滿足人們對必需氨基酸的攝入。通過研究發現，蕎麥蛋白質具有抗衰老、調節腸道菌群、預防心血管疾病、降低血壓和血糖、抗微生物、抗氧化等多種藥理活性[2]，此外，借助適當的食品加工技術和工藝（例如提取、改性、發芽、發酵和擠壓等）可以顯著提高蕎麥蛋白質品質，作為一種優質植物來源的蛋白質，蕎麥蛋白質對于緩解健康蛋白質資源的短缺，改善國民健康飲食結構等具有積極意義。

1 蕎麥蛋白質的提取

據文獻查閱，關于蕎麥蛋白質的提取方法主要有堿提酸沉法、酶解法、鹽析法、Osborne分級法。

1.1 堿提酸沉法

堿提酸沉法是目前應用最為廣泛的一種蕎麥蛋白質提取方法，其原理是首先利用稀堿溶液溶解蕎麥蛋白質，再利用等電點使蛋白質沉淀，從而分離提取蕎麥蛋白質。任清等[3]研究發現，堿提酸沉過程中，在pH值為9～11時，pH值對蕎麥蛋白質的提取率影響最大，且呈正相關。王興[4]研究發現，當pH＞10.5，苦蕎麥蛋白質的提取率下降，過高的pH值亦會影響蛋白質成品色澤[5]、誘導蛋白質變性。

1.2 酶提取法

酶提取通常有兩種途徑，一種是通過酶降解非蛋白質組成，并結合超濾等方法截留大分子蕎麥蛋白質；另一種是通過酶降解蛋白質組成，使其變成可溶性多肽，并結合透析等方法提取蕎麥蛋白質。譚萍等[6]對比了3種不同類型蛋白酶（酸性、中性和堿性蛋白酶）對苦蕎蛋白質提取率的影響，研究發現，堿性蛋白酶的提取率最高，在加酶量0.3%、溫度55℃、料液比1∶11（g/mL）、pH10條件下提取 4h，提取率可達82.57%。

1.3 鹽析法

鹽析法也稱分段鹽析，原理是利用大量中性鹽（硫酸銨、硫酸鈉或氯化鈉等）使蛋白質分子發生聚集、沉淀、析出。因為不同蛋白質的親水性及帶電荷性有差異，因此，加入不同濃度的中性鹽會使各種蛋白質分子分級沉淀析出。這一分級沉淀析出法最顯著的優勢在于不易引起蛋白質變性，廣泛應用于蛋白質混合物的分離。陳英嬌[7]分別選擇40%飽和度和80%飽和度（此時蛋白質提取率為最大）的硫酸銨鹽對苦蕎麥蛋白質進行一次和二次沉淀，離子交換層析和凝膠過濾層析后，制得的苦蕎蛋白質粉的純度可高達93.2%。

1.4 Osborne分級法

Osborne法主要是利用蛋白質4種組分在溶解特性方面的差異進行蛋白質分級提取，清蛋白（albumin）易溶于水，球蛋白（globulin）易溶于稀鹽溶液，醇溶蛋白（prolamin）易溶于 50%～90%乙醇，谷蛋白（glutenin）易溶于稀堿溶液。吳穎等[8-9]采用Osborne分級法提取苦蕎麥中水溶性清蛋白和鹽溶性球蛋白，在料液比1∶20（g/mL）、攪拌時間 60 min、攪拌溫度 35 ℃條件下，蕎麥清蛋白提取率為35.86%；在鹽含量1%，料液比1∶13（g/mL），浸提溫度 50 ℃，浸提時間 90 min 條件下，蕎麥球蛋白提取率5.60%。

陳雅君等[10]綜合研究了不同提取方法對所提得苦蕎麥蛋白質純度的影響，結果表明，利用堿提酸沉法制得的蕎麥蛋白質純度最高，為75.02%，鹽提法次之，為66.49%，雙酶法（α-淀粉酶和糖化酶）最低，僅為49.07%。綜合上述4種不同提取方法的原理及相關試驗結果可以看出，堿提酸沉法的提取率高，但是提取過程中容易因為酸堿溶液造成蛋白質變性，甚至環境污染等；蛋白酶提取法相對條件溫和，但是提取成本較高且提取率較低；鹽析法提取率居中，其優勢在于能夠最大限度地保留原始成分，不易變性；Osborne分級分離法操作簡單，方法成熟，但是對于不同品種蕎麥，其蛋白質組分和含量均存在差異，等電點亦存在差異，因此提取的工藝條件也會有所不同。此外，在蕎麥蛋白質的分級分離過程中，還極易受到原料中占比較大的非蛋白質物質（如淀粉、纖維素）的干擾，導致蛋白質的最終提取率和純度過低。

2 蕎麥蛋白質的亞基組成及二級結構

蕎麥蛋白質主要含有清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白，其中清蛋白（主要組成為2S）和球蛋白（主要組成為8S和13S）為主要貯藏蛋白質，醇溶蛋白和谷蛋白含量較低，適合乳糜瀉患者食用[11]。常用的蛋白質亞基組成的測定方法有十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）法、高效凝膠過濾法和質譜法。不同品種蕎麥的蛋白質亞基條帶差異顯著，其變化范圍為16條～20條，分子量變化區域主要為31 kDa～43 kDa[12]。Monshi等[13]研究發現普通蕎麥蛋白質中的16、24、40、43、48 kDa亞基為主要過敏蛋白質。

蕎麥清蛋白中2S亞基分子量主要分布在8 kDa～16 kDa 范圍內，且分子間無二硫鍵[14]，Geiselhart等[15]及Zheng等[16]分離出了分子量為16 kDa、歸屬于2S的過敏原。

蕎麥球蛋白中亞基條帶的數量跟蕎麥品種有關，研究發現，普通蕎麥球蛋白有9條主要帶，苦蕎麥球蛋白有7條主要帶[17]。這些蕎麥球蛋白亞基的分子量主要分布在25 kDa～28 kDa和32 kDa～43 kDa范圍內，也有少部分亞基分布在57 kDa～58 kDa分子量范圍內[18]。Milisavljevi等[19]研究發現，蕎麥8S球蛋白亞基的分子量約為57kDa，13S球蛋白由多個亞基組成，每個亞基含有酸性α-多肽（36kDa～43kDa）和堿性β-多肽（23 kDa～25 kDa），它們通過二硫鍵相互連接[1]，Zhou 等[20]研究證實，其中酸性多肽酶解產物含有6個活性肽。蕎麥醇溶蛋白和谷蛋白的亞基分子量分別為10 kDa～28 kDa和 80 kDa～90 kDa[21]。

對于蕎麥蛋白質二級結構，常用的表征方法是傅里葉紅外光譜法（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）和圓二色譜法（circular dichroism，CD）。Tang等[22]借助堿提酸沉法和Osborne分級法分別提取了普通蕎麥蛋白質、蕎麥清蛋白和球蛋白，采用CD方法對3種不同蛋白質的二級結構進行了表征，結果分別為（1）蕎麥蛋白質中 α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲占比分別為6.2%、36.8%、23.0%和33.9%；（2）蕎麥清蛋白中α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲占比分別為 15.4%、31.3%、21.7%和31.6%；（3）蕎麥球蛋白中α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲占比分別為6.4%、36.3%、22.8%和34.5%。Guo等[23]通過CD方法對苦蕎麥清蛋白的表征結果顯示，α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲的占比分別為33.9%、22.8%、11.3%和32.0%。Choi等[24]借助稀鹽溶液提取普通蕎麥球蛋白，并利用CD進行蛋白質二級結構表征，結果顯示：α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲的占比分別為15.0%、25.8%、28.9%和30.3%。Jin等[25]通過堿提酸沉提取蕎麥蛋白質，結合FTIR進行二級結構表征，結果顯示α-螺旋、β-折疊、β-轉角和無規卷曲的占比分別為14.5%、46.6%、20.8%、14.4%。

綜上可知，蕎麥品種不同，其蛋白質亞基組成不同，且不同蛋白質組成的二級結構也存在明顯差異。

3 蕎麥蛋白質的營養品質

蕎麥蛋白質的營養品質主要涉及蕎麥蛋白質的氨基酸組成、消化率和生物利用率，其中消化率主要取決于蛋白質的結構、加工工藝和抗消化化合物的影響；生物利用率主要取決于氨基酸與人體蛋白質氨基酸模式的接近程度，越接近，生物利用度越高，品質越高。因此，通過蒸煮、脫皮、浸泡、發芽、微波、輻照、發酵和擠壓等食品加工技術可以有效提高蛋白質的營養品質，常用來評估蛋白質營養品質的方法為體外經蛋白質消化率修正的氨基酸評分（protein digestibilitycorrected amino acid score，PDCAAS）和可消化的必需氨基酸評分（digestible indispensable amino acid score，DIAAS）[26]。

3.1 蕎麥蛋白質的氨基酸組成

蕎麥富含優質蛋白質（氨基酸模式接近人體蛋白質的氨基酸模式，最高可達18.9%[27]）。其中蛋氨酸與半胱氨酸的含量較低，為第一限制氨基酸[28]，其余氨基酸含量均高于或接近聯合國糧農組織及世界衛生組織（Food and Agriculture Organization/World Health Organization，FAO/WHO）模式含量（如表1所示[28]）。通常將蕎麥蛋白質與其它谷物蛋白質搭配，可賦予食品更加優良的營養品質。

表1 蕎麥蛋白質中必需氨基酸組成比較Table 1 Comparison of essential amino acid compositions in several proteins g/100 g蛋白質

范昱等[29]對1 500份蕎麥樣品進行分析，發現蕎麥品種不同，其氨基酸含量略有差異；其中普通蕎麥氨基酸總量平均值為（11.10±1.72）%，極限變幅7.18%～16.51%；苦蕎麥氨基酸總量平均值為（10.79±1.53）%，極限變幅7.04%～15.83%[29]。Tien等[30]研究發現，苦蕎麥、普通蕎麥和四倍體苦蕎麥有相似氨基酸譜，與四倍體苦蕎麥相比，苦蕎麥賴氨酸含量較高，其它必需氨基酸相似，普通蕎麥的組氨酸，蛋氨酸，異亮氨酸和亮氨酸含量較少。Ge等[31]研究了氨基酸在苦蕎麥中的分布情況，結果發現：相比于苦蕎麥粉（tartary buckwheat flour，TBF），苦蕎麥麩皮（tartary buckwheat bran，TBB）中所有氨基酸的含量均更高；在TBF和TBB中，谷氨酸含量最高，其次是精氨酸和天冬氨酸。柴多等[32]通過氣質聯用（gas chromatography-mass spectrometer，GC-MS）分析苦蕎麥不同部位氨基酸組分的分布情況，結果表明：麩皮、胚部和胚乳中均含19種氨基酸，且谷氨酸含量最高；蕎麥殼中含15種氨基酸，且含量最高的氨基酸是天冬酰胺。張雨薇等[33]對10種蕎麥（5種普通蕎麥、5種苦蕎麥）進行發芽處理，并分析測定發芽蕎麥的氨基酸含量變化情況，結果表明：發芽后蕎麥總氨基酸、總必需氨基酸及大部分氨基酸的含量均大幅增長，且氨基酸組成更合理；蕎麥芽中含有高濃度含硫氨基酸蛋氨酸，同時精氨酸、脯氨酸和亮氨酸的高積累與麥芽生長早期中谷氨酸的積累有關[34]。

因此，對于蕎麥蛋白質來說，蕎麥品種不同，其氨基酸組成含量不同，且更加集中分布在蕎麥籽粒的表皮部位，即麩皮部分。借助適當的發芽處理工藝可以有效提高氨基酸品質。

3.2 蕎麥蛋白質的體外消化率

消化率是衡量蛋白質在食品工業中應用和發展的重要指標之一，消化率主要受內部（如交聯、疏水性、以及蛋白質二級結構變化等）和外部（如完整的細胞結構及蛋白酶抑制劑、單寧、植酸和皂苷等抗營養因子）兩大類因素的影響。因此，一般情況下，主要通過影響內部和外部因素來提高蕎麥蛋白質的整體消化率。

Guo等[35]研究發現：苦蕎麥清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白消化率分別為81.20%、79.56%、66.99%和58.09%。蕎麥蛋白質的低消化率是限制其在食品工業中應用發展的主要因素之一。周小理等[36]研究發現，可以通過濕熱處理、干熱處理和合理的微波處理改變內部因素（即蛋白質構象變化、酶解位點增加），從而提高苦蕎麥蛋白質體外消化率。Chen等[37]研究證實：在10 min～60 min水熱處理時間范圍內，蕎麥蛋白質（來自最外層的10%混合物）的體外消化率隨水熱處理時間的延長而降低，可能原因是水熱處理過程的高溫使蛋白質變性聚沉，降低了酶對蛋白質的有效降解作用。超聲波處理也被證實可以增加蕎麥蛋白質體外消化率，其可能原因是超聲波處理對蛋白質二級結構（β-轉角含量的降低）、疏水性和二硫鍵等產生影響，從而增加了酶對蛋白質的作用，但是過長時間的超聲波處理會誘使蛋白質聚沉，反而降低消化率[25]。陳雅君等[10]對比了不同提取方法對苦蕎麥蛋白質體外消化率的影響，結果顯示：堿提酸沉法的可溶性氮釋放量（即體外消化率）最大，其次是鹽提法，最后是雙酶法，可能原因是多酚的存在會顯著降低苦蕎麥蛋白質的消化率[38]。Chen等[39]研究了不同提取方法對蛋白質體外消化率的影響，結果表明，酶法提取蛋白質體外消化率低于等電點提取和鹽析法提取。

4 蕎麥蛋白質的功能特性

蕎麥蛋白質的消費形式主要取決于蕎麥蛋白質的一系列功能特性，如溶解性、乳化性、持水性、持油性、起泡性等。大量的研究已經證實，不同的蕎麥品種（普通蕎麥、苦蕎麥）、不同的蛋白質提取方法（堿提酸沉法、酶解法、鹽析法、Osborne分級法）、不同的蛋白質處理方法（高壓、美拉德反應糖基化、濕熱和微波處理等）和不同的環境因素（pH值、溫度和離子濃度等）都可能會引起蕎麥蛋白質組成、結構以及營養品質等的變化，而所有這些組成和結構等方面的變化必然會引起蕎麥蛋白質功能特性的變化，所有這些功能特性的改變都取決于蛋白質分子性質（如表面電荷、表面疏水性、等電點、二級結構和三級結構等）[40]。

4.1 不同的蕎麥品種對蕎麥蛋白質功能特性的影響

朱慧等[41]采用堿性蛋白酶提取苦蕎麥粗蛋白質，然后用Osborne方法分別提取了清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白，結果表明：各組分蛋白質最佳特性分別是粗蛋白的溶解性、持油性，清蛋白的乳化性、泡沫穩定性，球蛋白的乳化穩定性，谷蛋白的起泡性、持水性。楊海霞[42]采用Osborne方法分別提取了普通蕎麥清蛋白、球蛋白、谷蛋白，結果表明：在pH值4.5時（蕎麥蛋白質的等電點），3種組分蛋白質的溶解度達到最低，其中球蛋白溶解度較高，當pH值為4.5～10，各組分蛋白質溶解度隨pH值升高而升高；不同組分蛋白質間球蛋白的乳化性、乳化穩定性、起泡性和起泡穩定性最好，以上可以看出不同品種蕎麥各組分蛋白功能特性存在差異。

4.2 不同提取方法對蕎麥蛋白質功能特性的影響

萬晨茜等[43]研究了不同提取方法對普通蕎麥蛋白質理化特性的影響，結果表明：堿提酸沉法制得的普通蕎麥蛋白質的溶解性和乳化性顯著高于酶法和鹽浸法，酶法提取蛋白質的持水性和持油性最高，鹽浸法蛋白質的起泡性最佳。

4.3 不同蛋白質處理方法對蕎麥蛋白質功能特性的影響

Xue等[44]研究發現：通過美拉德反應引入糖基，增加了普通蕎麥蛋白質的溶解性及疏水性，這說明發生了蛋白質分子的展開或者聚集體的分離現象，與此同時，蕎麥蛋白質的乳化性和乳化穩定性也有所增強。齊明[45]通過美拉德反應在苦蕎麥蛋白質酶解產物上引入3種還原性糖（葡萄糖、麥芽糊精、葡聚糖），糖基化后由于界面張力的減小和糖分子的水合作用形成厚實的界面膜，增加了苦蕎麥蛋白質的乳化性和乳化穩定性，其中以大分子葡聚糖乳化效果最佳。周小理等[36]研究發現，通過濕熱處理，苦蕎蛋白質的乳化性、乳化穩定性、起泡性、泡沫穩定性得到提高。周一鳴等[46]發現，蕎麥蛋白質經過高靜水壓處理后，其乳化性、起泡性均有顯著提高，進一步研究表明其乳化性和起泡性增大的同時，蛋白質表面疏水性增大、巰基含量降低。

4.4 環境因素對蕎麥蛋白質功能特性的影響

杜健等[47]研究發現，酸性條件（pH值4.0～6.0）苦蕎麥蛋白的溶解度較低，當pH值大于7時，溶解度隨著pH值升高而升高，吸水性隨溫度的升高先上升后降低，35℃時達到最大，而吸油性隨溫度升高持續降低，起泡性和泡沫穩定性隨蛋白質濃度升高而升高。

5 蕎麥蛋白質生物活性研究

蕎麥蛋白質及其活性多肽，使其具有降低膽固醇、抗高血壓、改善便秘和肥胖、抗疲勞、抑菌等生理活性[8]。

5.1 抗菌肽

抗菌肽是廣泛存在于自然界生物中的一類多肽物質，通常由12～100個氨基酸殘基組成，多含疏水性氨基酸，具有抗細菌、真菌、病毒，抑殺癌細胞等多種生物活性，此外，抗菌肽通過凈電荷和疏水性與選擇靶標細胞締合細胞膜，起到抗菌作用，且不易產生抗藥性，在食品工業中可以替代化學防腐劑。Wang等[48]從普通蕎麥中分離出分子質量為11 kDa的抗菌肽，在酸性pH（1～5）和 20℃～100℃，其抗菌穩定性較好；Cui等[49]從苦蕎麥中分離純化出由43個氨基酸組成的多肽，其21位上的精氨酸是胰蛋白質酶抑制劑的位點，同時對21位上的精氨酸進行突變，3種肽抗菌活性差異不顯著。

5.2 蕎麥胰蛋白酶抑制劑

胰蛋白酶抑制劑（trypsin inhibitor，TI）是指一類能夠抑制蛋白質水解酶活性的蛋白質或多肽，蕎麥胰蛋白酶抑制劑是從種子中獲得的多肽，由69個氨基酸組成，分子量為7.9 kDa，可調控一些生理代謝過程，具有降血糖、抗癌、抗輻射等功能[50]。

胡倩楠等[51]研究了重組蕎麥胰蛋白酶抑制劑（recombinant buckwheat trypsin inhibitor，rBTI）對鱸魚魚糜凝膠特性的影響，結果表明：rBTI對魚糜凝膠的白度無顯著影響，可以有效降低蒸煮損失率，提高保水性，并改善凝膠的質構特性。崔曉東等[50]研究rBTI的抗腫瘤效應與rBTI的分子中α-螺旋的關系，得出α-螺旋是rBTI發揮抗腫瘤活性的區域，對其20位和23位的賴氨酸進行突變，可能有抑制腫瘤的作用。

5.3 降血壓肽

降血壓肽（antihypertension peptide）又名血管緊張素轉化酶抑制肽，是一種具有抑制血管緊張素Ⅰ轉換酶（angiotensin-converting enzyme，ACE）活性的多肽物質，能夠有效地阻止血管緊張素轉化酶對血壓的調節和增強緩激肽的作用，達到降血壓的效果。Ma等[52]從普通蕎麥中分離出ACE抑制肽。用10 kDa膜過濾蛋白質提取物，采用離子交換色譜、凝膠過濾色譜法和反相高效液相色譜等連續色譜方法純化ACE抑制劑，通過蛋白質測序系統和電噴霧液相色譜-質譜法鑒定ACE抑制劑為三肽Gly-Pro-Pro。Koyama等[53]研究發現，從乳酸發酵的普通蕎麥芽中分離出的6種多肽均有較強的降血壓作用。

5.4 抗氧化性

在特定外界條件影響下，細胞內外產生自由基和其它物質，若抗氧化系統沒有及時消滅自由基，體內的氧化還原系統失去平衡，過量的自由基會攻擊蛋白質和其它大分子，導致脂質過氧化，影響膽固醇代謝，從而誘發心血管疾病、神經系統疾病、衰老和癌癥等。陳金玉等[54]以DPPH自由基去除率為指標，用3種酶（堿性蛋白酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶）酶解苦蕎麥蛋白質，選出胃蛋白酶酶解后產物清除DPPH自由基效果最佳，同時通過超濾（3 kDa膜）和凝膠色譜，確認最強抗氧化組分為小于3 kDa中分子量最小的多肽。陳花等[55]利用堿性蛋白酶對苦蕎麥蛋白質水解，試驗發現活性肽具有很強的總抗氧化能力和很好的超氧陰離子、DPPH自由基清除能力。Chen等[39]研究發現，普通蕎麥蛋白質對自由基清除能力強弱依次為酶法提取、等電點提取、鹽析法提取。Luo等[56]通過堿性蛋白酶酶解苦蕎麥清蛋白，分離出的3種多肽（P1、P2、P3）均有較強的抗氧化能力，其中P3抗氧化活性最強。

5.5 降血脂、血糖

高脂血癥是人體內脂質代謝異常導致血漿中脂質成分的濃度超過正常范圍而引起的一類病癥，高血糖會使體內的蛋白質、脂肪均出現代謝紊亂，可引起各種并發癥，最終變成糖尿病。相對于大豆蛋白質，蕎麥蛋白質能夠更好地降低大鼠的膽固醇（通過增加糞便甾醇的排泄和降低蕎麥蛋白質的消化率）[57]。劉仁杰等[58]試驗發現，蕎麥蛋白質復合物可能是通過增加靶組織對胰島素敏感性或具有類胰島素作用，也可能存在其它途徑降低小鼠體內的血糖。Zhou等[59]研究發現苦蕎麥蛋白質不僅可以通過增加膽汁酸的結合和排泄來維持血漿膽固醇的健康水平，而且可以改善腸道微生物群失調，抑制炎癥，增加腸道短鏈脂肪酸，從而防止高脂飲食誘導的高膽固醇血癥。Zhang等[60]研究發現，苦蕎麥蛋白質通過增強膽汁酸的排泄，以及抑制飲食中膽固醇的吸收，從而降低總膽固醇的含量。

6 展望

蕎麥蛋白質，作為一種健康、綠色、具有高食用品質的植物蛋白質替代源，對于國民飲食健康、雜糧產業拓展延伸等均有極其重要的意義。但是蕎麥蛋白質的低消化率及雜糧自身的低適口性均是限制其在食品工業中應用的關鍵問題。如何從蕎麥蛋白質的角度出發，突破工藝及配方等技術瓶頸，改變蕎麥蛋白質的組成、結構及功能特性等，從而提高蕎麥蛋白質的消化率、食用品質和生理保健功效都將成為今后的研究重點。