大麦麦芽副产品中蛋白质的功能和营养特性

《JOURNAL OF FOOD SCIENCE》：Functional and Nutritional Properties of Proteins From Barley Malting By-Products

本研究分析了啤酒工业副产物大麦麦芽根（MR）和大麦麦芽残渣粒（MRP）的蛋白质特性，包括氨基酸组成、溶解性、发泡性、乳化性和水分保持能力。结果显示，MR和MRP的赖氨酸含量显著高于大豆、豌豆和水稻蛋白，符合FAO营养标准，但甲硫氨酸和半胱氨酸较低。在pH 11-12时，溶解度接近90%，但发泡能力和稳定性较差，而MRP的乳化活性与豌豆相当。两者水分保持能力（6.15 mL/g）显著优于其他蛋白。研究表明，这些工业副产物可作为可持续的植物基蛋白质来源，适用于半固态食品和植物基乳制品。

　　随着全球人口的持续增长，预计到2050年将达到91亿，这将对全球粮食生产提出更高的要求，预计需要增加约70%的产量以确保粮食安全（FAO 2009）。与此同时，动物蛋白需求的上升可能会带来严重的环境影响，因为动物蛋白生产是温室气体排放的重要来源（Gil et al. 2024; Henchion et al. 2017）。因此，寻找植物蛋白作为动物蛋白的替代品，不仅有助于缓解环境压力，还符合当前消费者对可持续发展和动物福利日益增长的关注。近年来，替代蛋白市场迅速扩张，预计到2030年将达到265亿美元（Malila et al. 2024）。然而，食品供应链的扩展也可能导致更多的食物浪费，目前全球约三分之一用于人类消费的食物被丢弃，每年约有一亿吨（Dhiman et al. 2025）。在这种背景下，循环经济的概念为食品行业提供了一种理论框架，鼓励通过再生、再利用和创新来减少原材料消耗和废弃物产生（Maqbool et al. 2020）。食品残渣作为潜在的生物活性化合物来源，其回收利用有助于实现可持续发展目标，并创造新的生物活性成分（Olivares-Galván et al. 2022a）。

大麦是全球第四大种植的谷物，也是酿造业中使用的主要原料（Mahalingam 2018）。除了作为动物饲料（占66%）和食品应用（占2%）的传统用途外，大麦因其β-葡聚糖含量高而受到关注，这使得其在健康食品和功能性食品领域具有广阔的应用前景（De Arcangelis et al. 2019a; De Arcangelis et al. 2019b; Cuomo et al. 2022; Jaeger et al. 2023; Lyu et al. 2022）。在酿造过程中，大麦麦芽根须是主要的副产品之一，通常在干燥阶段后被去除，因为它们会赋予啤酒苦味和涩味。尽管大麦麦芽根须在传统上被用作动物饲料，但其作为蛋白质来源的潜力尚未被充分挖掘。在工业层面，大麦麦芽根须经过碱性提取和等电点沉淀后，可以得到高蛋白含量的浓缩物，这些浓缩物不仅具有营养价值，还可能具备多种技术功能特性，如溶解性、发泡能力、乳化能力、持水能力和油脂吸附能力（Karlovi? et al. 2020; Neylon et al. 2020）。

在本研究中，我们对大麦麦芽根须（MR）和大麦麦芽残余颗粒（MRP，包括根须、谷物细粉、谷壳和小碎粒）的蛋白质进行了系统分析，并将其与常见的植物蛋白来源如大豆、豌豆和大米蛋白进行了比较。研究结果表明，大麦麦芽根须蛋白在营养成分上表现出显著的赖氨酸含量（7.0 g/100 g蛋白质），其消化率与其它豆类蛋白来源相当（约75%）。在溶解性方面，大麦麦芽根须蛋白在pH值11-12时表现出与大豆和豌豆蛋白相似的趋势，接近90%的溶解率。然而，其发泡能力和乳化稳定性相对较低，这可能与其蛋白质结构和组成有关。相比之下，大麦麦芽根须蛋白的持水能力（WHC）远高于其他蛋白质来源，达到6 mL/g，这一特性使其在半流体或液态食品配方中具有应用潜力。此外，大麦麦芽根须蛋白的油脂吸附能力（FAC）也低于其他蛋白，但其乳化活性仍表现出一定的优势，尤其在与豌豆蛋白的比较中更为突出。

通过SDS-PAGE分析，大麦麦芽根须蛋白主要由低分子量的蛋白质和肽组成，分子量集中在11.2 kDa和10.9 kDa左右，而大豆和豌豆蛋白则主要分布在70-20 kDa的分子量范围内。这表明大麦麦芽根须蛋白的结构与常见的植物蛋白存在差异，可能影响其在食品加工中的表现。然而，这种低分子量的特性可能有助于其在某些食品应用中的优势，例如更容易与其他成分混合或形成稳定的乳化体系。

在消化性方面，大麦麦芽根须蛋白和MRP的体外蛋白消化率（IVPD）分别为75.2%和74.8%，与大豆和豌豆蛋白的消化率（75.4%和77.7%）相当，说明其具有良好的消化吸收特性。相比之下，大米蛋白的消化率较低，仅为69.4%。这可能是因为大米蛋白中主要成分是不溶性谷蛋白，其结构复杂且容易形成较大的聚集体，从而影响消化过程。因此，大麦麦芽根须蛋白在营养和消化性方面均表现出良好的特性，使其成为植物蛋白来源的重要候选。

功能性特性方面，大麦麦芽根须蛋白的溶解性在碱性条件下表现出优异的性能，尤其在pH 12时达到98.1%和84.5%。然而，其发泡能力和乳化稳定性相对较弱，分别约为15-16%和较低的值。这一现象可能与大麦麦芽根须蛋白的结构和组成有关，例如其较低的蛋白质含量和不同的表面特性。尽管如此，大麦麦芽根须蛋白的乳化活性仍表现出一定的潜力，尤其是与豌豆蛋白相比，其乳化能力更为接近。此外，其持水能力显著高于其他蛋白来源，这一特性使其在半流体或液态食品配方中具有独特的应用价值。

在工业应用层面，大麦麦芽根须作为主要的副产品，其处理和利用仍面临挑战。由于其密度较低，通常会被加工成颗粒以减少体积并便于储存。通过碱性提取和等电点沉淀，可以有效地回收其中的蛋白质，从而实现资源的再利用。这种提取方法不仅高效，而且适用于大规模生产，为食品行业提供了一种可行的蛋白质来源。研究还表明，大麦麦芽根须蛋白的营养价值和功能性特性使其在替代蛋白质应用中具有潜力，尤其是在植物基食品的开发中。例如，其高持水能力可以用于改善半流体食品的质地和稳定性，而其乳化活性则可能有助于提升植物基乳制品或肉制品的感官特性。

本研究的结果表明，大麦麦芽根须及其颗粒可以作为高蛋白含量的可再利用材料，具有良好的营养和功能特性。通过科学分析和技术创新，这些副产品可以被重新纳入食品供应链，为可持续发展和循环经济提供支持。此外，大麦麦芽根须蛋白的开发还可以促进食品工业向更环保的方向发展，减少对传统动物蛋白的依赖，降低环境负担。研究还指出，大麦麦芽根须蛋白在特定食品配方中的应用潜力，如半流体食品、植物基乳制品和肉制品等，这些应用不仅有助于提升食品的营养价值，还可能改善其口感和质地。

从实际应用的角度来看，本研究为食品行业提供了关于大麦麦芽根须蛋白功能特性的深入见解。研究结果支持将酿造副产品用于高蛋白成分的回收，这不仅有助于减少废弃物，还可能为食品生产提供新的原料来源。随着消费者对可持续发展和健康饮食的关注增加，植物蛋白的市场需求将持续增长，而大麦麦芽根须蛋白作为一种新型的植物蛋白来源，具有广阔的应用前景。未来的研究可以进一步探索其在不同食品体系中的具体应用，例如在饮料、乳制品和烘焙食品中的表现。此外，还可以结合其他技术手段，如热处理、酶解或改性处理，以进一步优化其功能特性，提高其在食品工业中的适用性。

总的来说，大麦麦芽根须蛋白作为一种新型的植物蛋白来源，具有重要的营养价值和功能性特性，其开发和利用对于推动食品行业的可持续发展具有重要意义。通过科学方法和技术手段，可以有效地从这些副产品中提取和回收蛋白质，不仅有助于减少食品浪费，还能为替代蛋白市场提供新的选择。未来的研究应关注如何进一步优化提取和加工工艺，以提高其经济性和可行性，同时确保其在食品中的安全性和稳定性。随着技术的进步和市场需求的增长，大麦麦芽根须蛋白有望成为食品工业中一个重要的组成部分，为全球粮食安全和环境保护做出贡献。