葉蛋白研究進(jìn)展

高 琦，金小乂，劉梓蘅，王曉文，張俊偉，薛友林,*

（1.遼寧大學(xué)輕型產(chǎn)業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110036；2.中共遼寧省委黨校，遼寧 沈陽(yáng) 110161）

1 葉蛋白簡(jiǎn)介

葉蛋白是一種具有功能性的蛋白質(zhì)，主要以綠色植物的莖葉為提取原料，經(jīng)過(guò)榨取或浸提、蛋白質(zhì)分離和濃縮干燥等步驟制備的蛋白質(zhì)濃縮物（Leaves protein concentrates,LPC）。其最終的蛋白質(zhì)產(chǎn)量通常是葉蛋白總質(zhì)量的40%～60%[1]，隨葉片來(lái)源和提取過(guò)程而變化。葉蛋白制品還含有部分碳水化合物、脂肪，以及少量的粗纖維、灰分等物質(zhì)，總能量較低，胡蘿卜素、葉黃素含量都較高，營(yíng)養(yǎng)成分優(yōu)良，具有18種氨基酸成分，可補(bǔ)充人體所需的營(yíng)養(yǎng)，減輕消化系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，預(yù)防各種疾病。

2 葉蛋白來(lái)源

2.1 原料選擇

作為葉蛋白的主要生產(chǎn)原料，綠色植物莖葉應(yīng)保證其蛋白質(zhì)含量較高且葉片較多，同時(shí)植物莖葉不能含如有毒、高黏性等不利于蛋白提取的成分，以保證提取的葉蛋白有較高的質(zhì)量和產(chǎn)量。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有60多種可用于葉蛋白提取的植物莖葉，其中包括多種熱帶和亞熱帶地區(qū)的植物，其蛋白含量在20%～30%；而且有約20種植物莖葉的蛋白含量高于30%，最高的達(dá)到60.8%[2]。

2.2 原料分類

2.2.1 牧草類

適合生產(chǎn)葉蛋白的牧草主要有兩類：①豆科牧草；②禾本科牧草。

豆科牧草包括苜蓿、三葉草、草木樨、紫云英、光葉紫花苕等，生產(chǎn)的葉蛋白一般含50%～60%的粗蛋白質(zhì)。其中苜蓿由于其平衡完善的氨基酸組成及本身較高的適口性，葉蛋白及賴氨酸含量高，被譽(yù)為“牧草之王”。

禾本科牧草包括黑麥草、雞腳草、燕麥葉等，生產(chǎn)的葉蛋白含有30%～50%的粗蛋白質(zhì)。其中黑麥草是禾本科牧草中蛋白含量較高的一種，其葉蛋白包含17種氨基酸，僅次于紫花苜蓿，是一種較為理想的蛋白原料[3]。

2.2.2 樹(shù)葉類

我國(guó)對(duì)樹(shù)葉的成分、葉蛋白含量及特性已經(jīng)進(jìn)行了研究，其平均粗蛋白含量一般在13.2%左右，包括蛋白含量較高的刺槐葉（23.6%）、松葉（12.1%）、榆樹(shù)葉（17.9%）、楊樹(shù)葉（12.8%）、構(gòu)樹(shù)葉（21.2%）、桑樹(shù)葉（18.1%）、柏樹(shù)葉（8.4%）、烏飯樹(shù)葉（9.6%）等[4]。其中刺槐葉蛋白氨基酸種類齊全，屬完全蛋白質(zhì)，總氨基酸含量可達(dá)64%～97.9%，且含有34%～38%的呈味氨基酸，提高了適口性，應(yīng)用前景優(yōu)良[5]。

2.2.3 農(nóng)產(chǎn)品廢棄物類

我國(guó)存在多種可進(jìn)行蛋白質(zhì)提取的農(nóng)產(chǎn)品廢棄物，如蘆筍葉粗蛋白含量約26.6%、紅薯藤葉粗蛋白含量約29.9%、花生葉粗蛋白含量約20%，尤其是甘薯藤和花生葉產(chǎn)量很高，資源浪費(fèi)很嚴(yán)重。

2.2.4 其他

其他科屬的葉片，如茄科煙草葉蛋白含量可達(dá)15.0%以上[6]，竹葉類蛋白含量為9.9%[7]，水生植物類如水葫蘆葉蛋白含量可達(dá)25.8%[8]，紅萍葉蛋白含量可達(dá)25%[9]等。

3 葉蛋白提取

提取葉蛋白可供選擇的工藝方法有很多，需要根據(jù)需求或特點(diǎn)選擇不同的提取方法，在保證蛋白產(chǎn)量的同時(shí)得到最優(yōu)的理化性質(zhì)。

3.1 加熱法

加熱法主要為直接加熱法，即直接對(duì)浸提溶液進(jìn)行加熱，蛋白受熱沉淀后通過(guò)離心可得粗蛋白。該法操作簡(jiǎn)單易行且成本較低，常用于植物莖葉蛋白的提取，但是溫度過(guò)高會(huì)破壞蛋白結(jié)構(gòu)使其變性，蛋白活性降低的同時(shí)其提取率也會(huì)有所降低。

王晉峰等[3]發(fā)現(xiàn)，紫花苜蓿葉中除蛋氨酸外的其他七種必需氨基酸含量均高于普通牧草，并且利用60~70℃的逐漸加熱法提取葉蛋白，提取率最高可以達(dá)到89.2%。薛琳等[10]通過(guò)不同提取方法對(duì)苜蓿葉蛋白提取進(jìn)行了比較研究，確定了加熱法是提取苜蓿葉蛋白最有效的方法。鄒文輝等[11]利用不同方法提取了草坪草屑中的葉蛋白，發(fā)現(xiàn)加熱法的葉蛋白提取率最高，且所提葉蛋白的絮凝沉淀效果最佳，并易于過(guò)濾。李雪楓等[12]利用70~90℃逐漸升溫的水浴加熱法提取柱花草葉蛋白，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的升高，其提取率也不斷提高，最高可達(dá)28.71%。

3.2 酸性熱提法

酸性熱提法是將酸式提取法和加熱提取法聯(lián)合應(yīng)用的一種新型提取方式，其提取工藝主要是調(diào)節(jié)浸提溶液pH至2.5~5.5，并將溶液加熱至40~60℃，使蛋白凝聚沉淀。雖然該法具有蛋白沉淀快、過(guò)濾收集方便等優(yōu)點(diǎn)，但酸性試劑的大量使用及酸性廢物的產(chǎn)生會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定影響，使其在應(yīng)用上受到一定限制。

Horigome等[13]采用酸性熱法提取燕麥葉和黑麥草葉蛋白，發(fā)現(xiàn)在溶液加熱前加入鈣鹽能夠明顯提高蛋白的分離效果。李勇等[14]利用果膠-纖維素-半纖維素復(fù)合酶輔助的酸性熱提法提取竹葉蛋白，提高了竹葉蛋白的提取率。

3.3 乳酸發(fā)酵法

乳酸發(fā)酵法提取葉蛋白是利用發(fā)酵液中的酸效應(yīng)使溶液中蛋白沉淀，通過(guò)離心分離得到粗蛋白。該法不會(huì)產(chǎn)生廢物，同時(shí)還能有效降低粗蛋白中皂角素等有害物質(zhì)含量，而乳酸菌作為一種有益菌，在提取過(guò)程中能得以保留，有利于葉蛋白向食品轉(zhuǎn)化。但該法蛋白凝聚耗時(shí)較長(zhǎng)，如果要大規(guī)模生產(chǎn)，就要求企業(yè)配備乳酸發(fā)酵設(shè)備，這極大的增加了投入和成本負(fù)擔(dān)。

王世寬等[15]論述并比較了乳酸發(fā)酵法、水提法、酸堿法等常用的葉蛋白提取方法，指出利用乳酸發(fā)酵法提取葉蛋白有較好的提取效果，具有良好的發(fā)展前景。劉鵬等[16]研究發(fā)現(xiàn)乳酸發(fā)酵液的新鮮與否、乳酸菌數(shù)量高低等指標(biāo)對(duì)葉蛋白提取率有較大影響，酸液越新鮮、乳酸菌越多對(duì)葉蛋白提取越有利。曾凡枝等[17]確定了利用乳酸發(fā)酵法提取苜蓿葉蛋白的最佳生產(chǎn)工藝。

3.4 鹽析法

鹽析法是利用蛋白在一定鹽濃度溶液中沉淀析出的特性來(lái)分離純化植物葉蛋白。該方法具有操作簡(jiǎn)單、成本低且葉蛋白活性高等優(yōu)點(diǎn)。

王晉峰等[3]采用鹽析法提取了光葉紫花苕和白三葉的葉蛋白，發(fā)現(xiàn)硫酸銨作為鹽析劑時(shí)，提取得到的白三葉的葉蛋白含量低于紫花苕，并且不同濃度的鹽溶液能夠析出不同組分的葉蛋白。孫崇臻等[18]通過(guò)研究不同方法提取桑葉蛋白，發(fā)現(xiàn)鹽析法是一種可行的葉蛋白提取方法，同時(shí)所提的葉蛋白也具有較好的功能特性。

3.5 有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀

有機(jī)溶劑分級(jí)沉淀法是利用有機(jī)溶劑如甲醇、乙腈等將蛋白質(zhì)沉淀分離，相較于鹽析法，有機(jī)溶劑法具有較高的分辨率。但該方法需要在低溫下進(jìn)行操作以確保蛋白活性，并且過(guò)高的溶液濃度極易造成蛋白變性。

昝林森等[19]使用兩種有機(jī)溶劑提取了洋槐葉中的葉蛋白，蛋白含量最高可達(dá)15.6%。使用有機(jī)溶劑法提取葉蛋白時(shí)，提取溶液中部分植物色素、多酚化合物以及有害化合物的含量有明顯下降，能夠免去葉蛋白脫色的過(guò)程[20]。

3.6 超濾法

超濾法一般是在常溫狀態(tài)下，通過(guò)調(diào)節(jié)泵的壓力和流量對(duì)溶液中的物質(zhì)進(jìn)行選擇性分離，其具有操作簡(jiǎn)便、能量消耗小等優(yōu)點(diǎn)。

Koschuh等[21]利用超濾法提取黑麥草葉蛋白，該方法提取的蛋白提取率最高為59%，明顯高于加熱法。鄒強(qiáng)等[22]發(fā)現(xiàn)菜籽蛋白中的有毒物質(zhì)經(jīng)超濾后能有效地去除，且蛋白提取率有明顯增加。

3.7 超聲波/微波輔助法

超聲波輔助提取法是利用超聲波的空化效應(yīng)加快蛋白的溶出，從而提高蛋白提取效率，有效地降低了葉蛋白提取的時(shí)間，該法溫度可控且對(duì)葉蛋白及其他成分破壞較小。利用微波電磁場(chǎng)作用，能有效、快速地配合其他方法提取葉蛋白。

王芳等[23]采用微波輔助提取結(jié)合酸沉法提取桑葉蛋白，研究了溶液pH、離子強(qiáng)度、提取溫度對(duì)桑葉蛋白功能性質(zhì)的影響。呂曉亞等[24]采用超聲-微波萃取法提取辣木葉中的可溶性蛋白，蛋白含量最高達(dá)40.1 mg/g，并且氨基酸組成豐富。

4 葉蛋白的脫毒、脫色、脫腥

4.1 脫毒

目前廣泛使用的苜蓿等原料本身毒素含量很低，但一些豆科牧草如紫云英、黑麥草、紅豆草等，雖然有較高的蛋白含量，但卻含有毒性成分，如皂甙、酚、胺等。

加熱法是目前廣泛應(yīng)用的脫毒方法，可有效地分解毒性成分，但多次加熱不僅能源消耗大，還可能造成某些物質(zhì)的改變。有試驗(yàn)證明，在豆科牧草的原液中加入VC可減少酚類、胺類物質(zhì)的氧化[16]。黃威[25]在提取南瓜葉蛋白時(shí)，采用先酸洗后醇洗的方法生產(chǎn)濃縮葉蛋白，可除去部分酚類化合物和生物堿。

4.2 脫色與脫腥

葉蛋白制品普遍為深綠色，而且有青草味，如何有效地將葉蛋白脫色脫腥，并保留其活性及功能特性，這是目前亟待解決的問(wèn)題，同時(shí)也是葉蛋白產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和利用的難點(diǎn)。

目前對(duì)葉蛋白脫色脫腥的研究較少，大多局限于提取方法與工藝優(yōu)化方面。比較有效的方法只有使用有機(jī)溶劑進(jìn)行處理，而無(wú)水乙醇是效果最佳的浸提劑，浸提級(jí)數(shù)是主要影響因素，一般需要2～3級(jí)，處理后顏色變?yōu)闇\灰白，青草味很淡[26]。

劉曉穎[27]通過(guò)酸加熱和有機(jī)溶劑提?。?5%乙醇）兩種方法結(jié)合對(duì)黑麥草中脫色葉蛋白進(jìn)行了提取，產(chǎn)量雖然較低，但其具有很高的溶解性，改善了葉蛋白的顏色和味道，提升了葉蛋白的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，是研究的一種新方向。

5 葉蛋白營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

葉蛋白中粗蛋白含量一般可達(dá)45%~50%，所含的氨基酸組分齊全，一般可達(dá)17種左右，特別是必需氨基酸如亮氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸等含量均較高。將六種葉蛋白的氨基酸含量進(jìn)行了總結(jié)和對(duì)比，詳見(jiàn)表1。

苜蓿葉蛋白生物價(jià)高達(dá)80%，接近于牛乳（90%）的生物價(jià)，必需與非必需氨基酸含量貼近聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織（FAO/WHO）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，采用模糊識(shí)別和氨基酸比值系數(shù)法得出與標(biāo)準(zhǔn)蛋白的貼近度為0.72[28]。此外，紫云英、黑麥草、甘薯、花生葉蛋白氨基酸成分組成均較好，但第一限制性氨基酸不同，可相互混合，均衡調(diào)配營(yíng)養(yǎng)。

葉蛋白制品不僅其氨基酸種類豐富，還含有多糖、維生素、胡蘿卜素及多種礦物元素等營(yíng)養(yǎng)性成分，能夠提高人體免疫力、預(yù)防疾病、強(qiáng)身健體、防衰抗老。葉蛋白具有較低的脂肪含量且不含膽固醇，可降低高膽固醇及心血管疾病的發(fā)病率。

表1 六種葉蛋白氨基酸含量Table 1 Amino acids contents of six leaf proteins 單位：mg/g

6 葉蛋白利用

6.1 飼用價(jià)值

在我國(guó)，葉蛋白的主要利用方式是將葉蛋白提取后按比例加入飼料中，能有效提升飼料的蛋白質(zhì)含量。其中苜蓿、黑麥草、紫云英葉均可加工為優(yōu)質(zhì)飼料，主要用于飼喂草食性家畜。葉蛋白產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠有效地促進(jìn)飼料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和飼料結(jié)構(gòu)的調(diào)整，并加快飼料產(chǎn)品深、精加工以及向高級(jí)飼料的轉(zhuǎn)化。

6.2 食用價(jià)值

葉蛋白具備諸如易消化吸收、營(yíng)養(yǎng)豐富等特性。將葉蛋白以添加劑的形式加入至食品中，能夠提高食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)附加值。如在面條制品中加入4%的苜蓿葉蛋白，在提高面條營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的同時(shí)，并不會(huì)改變其流變學(xué)特性、加工性能和口感[32]；在威士忌制作和蛋糕烤制過(guò)程中，常用理化性質(zhì)良好的煙葉蛋白作為添加劑[6]；菠菜葉蛋白也常用作食品添加劑和天然色素[33]。

6.3 醫(yī)用價(jià)值

在醫(yī)療保健、臨床治療等方面葉蛋白具有很多應(yīng)用。如從綠茶茶葉中提取的葉蛋白在小鼠體內(nèi)起到抗腫瘤的作用[34]；苜蓿葉蛋白及其酶解肽具有較高的抗氧化活性，同時(shí)具有降血脂、抗衰老、增強(qiáng)免疫力等功能[35]；麻絞葉蛋白具有良好的抗氧化活性，能夠有效清除自由基，從而保護(hù)機(jī)體不受自由基的侵害[36]。

7 葉蛋白發(fā)展前景

葉蛋白提取不僅提高了作物的附加值，又將這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物變廢為寶，最大程度合理地利用了資源，且所得到的葉蛋白具有多種生理功能。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，仍應(yīng)進(jìn)一步研究工廠化生產(chǎn)中如何降低原料成本和能耗，并且要最大限度保護(hù)維生素、活性物質(zhì)等有效成分，最大程度上去除產(chǎn)品中的抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)和毒素，保證葉蛋白的安全性。葉蛋白食品的開(kāi)發(fā)與推進(jìn)能夠改善國(guó)民的膳食結(jié)構(gòu)、提高健康水平，并為推動(dòng)食品行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。