小球藻(Chlorella)是一种单细胞绿藻，含有丰富的蛋白质、不饱和脂肪酸、维生素等营养物质，具有抗肿瘤活性、抗病毒感染及增强免疫力等功能[1-3]。小球藻蛋白质含量颇丰，氨基酸种类齐全且比例接近标准模式，能满足人和动物的生长所需，是优良的单细胞蛋白源，可以作为营养强化剂应用于食品产业[4]。目前小球藻已被广泛应用于食品及医药保健等领域[5]，尤其是美国和日本将其作为优良食品和动物饲料添加剂已有30多年的历史[6]。
此前，小球藻主要以小球藻片、小球藻粉、小球藻胶囊等保健品的形式出现[7-8]。产品种类单一，口感欠佳，影响其应用推广。近年来，小球藻在食品中的应用形式越来越多，出现了小球藻面条[9-10]、小球藻面包[11]、小球藻饼干[12]等产品。然而，这些研究更多的是关注小球藻添加到各种食品中的可能性和相容性，而对小球藻在这些食品中的营养成分的损失研究较少。本研究前期实验发现，经烘焙处理后的小球藻原有的藻腥味消失了，并且产品还具有烘焙的香味。然而，热处理会对食品的蛋白质、糖、氨基酸[13]等成分产生影响，进而影响其抗氧化活性[14]。本文通过对比不同烘焙温度对小球藻的蛋白质、氨基酸、总糖等营养成分，以及热水提取物的抗氧化活性的影响，探究烘焙处理对小球藻营养价值的影响，以期为今后小球藻在食品中的开发应用提供参考。
1 材料与方法
1.1 小球藻烘焙
本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)为研究对象，小球藻培养液经离心、洗涤、冷冻干燥后备用。烤箱预热至指定温度(50、100、150、200 ℃)，将预先准备好的若干份小球藻粉置入烤箱内烘焙，得到藻粉样品。
1.2 总蛋白、总糖及总油脂含量的测定
总蛋白、总糖含量分别采用考马斯亮蓝法和苯酚硫酸法测定[15]；粗油脂的提取参考Gwak等的方法[16]：采用液氮研磨破碎细胞，以氯仿-甲醇溶液(2∶1，V/V)为溶剂，在室温内振荡提取1 h；然后离心分离，将有机相转移至新管中。重复提取3次，用氮气将管内溶剂吹干后，样品经过夜冷冻干燥除去少量水分，最后称取所得提取物(总油脂)的重量。
1.3 氨基酸样品制备及检测
谷氨酸、丙氨酸等17种氨基酸采用日立L-8900氨基酸自动分析仪检测。氨基酸样品的制备参考ADEYEYE的方法[13]。样品先用氯仿-甲醇溶液(体积比2∶1)处理5～6 h，去除油脂。然后，取适量除去油脂后的样品于水解管中，加入6 mol/L的HCl和少量苯酚，抽真空后再充氮气保护、封口。在(110±1) ℃的恒温干燥箱内水解22 h后，过滤、40 ℃真空干燥。残留物用适量缓冲液定容后即为待上机样品。色氨酸检测样品用4.2 mol/L NaOH水解提取，并采用液相色谱分析检测[17]。
1.4 氨基酸营养价值评价
氨基酸营养价值分别采用联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization,FAO)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)提出的FAO/WHO模式(1973)[18]及全鸡蛋模式[19]分析。其中，氨基酸评分采用公式(1)计算：
氨基酸分
(1)
式中：Met+Cys和Phe+Tyr分别作为一个独立的计算单位。
必需氨基酸指数(EAAI)：
(2)
式中：A、B、C…I为样品的必需氨基酸含量；AE、BE、CE…IE为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量；
1.5 抗氧化活性测定
羟自由基的清除率参照魏文志[20]所描述的方法测定。
以上实验每个样品至少做3次平行，以x±s表示，使用SPSS19.0统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同烘焙温度对小球藻生化组成的影响
经过不同温度的烘焙处理后，小球藻各生化组成含量见图1。
图1 不同烘焙温度下小球藻的生化组成
Fig.1 Biochemical compositions in Chlorella with roasting treatments under different temperatures
由图1可见，烘焙前，小球藻的蛋白质、总糖、总脂肪酸分别为31.37、10.06和11.55 g/100 g。经烘焙处理后，随烘焙温度的升高，蛋白质和总脂的含量基本稳定，维持在31.3～32.9 g/100 g、11.5～11.9 g/100 g。然而，当烘焙温度达到200 ℃时，蛋白质和总脂降解严重，仅为烘焙前的65.1%和71.2%。总糖受烘焙温度的影响更为明显：当温度达到150 ℃时，总糖含量迅速降低；200 ℃时，总糖含量比烘焙前降低了78.4%。
可见，当温度不高于100 ℃时，烘焙处理并不会对小球藻的生化组成造成太大影响。当温度达到150 ℃时，小球藻的总糖受到严重破坏；温度升高至200 ℃时，小球藻的总蛋白、总脂及总糖等营养成分均明显降低。这可能是由于高温(200 ℃)烘焙促进还原糖的羰基与氨基酸游离残基的反应(Mailard reaction)，进而生成褐色产物，同时，伴随着氨基酸和还原糖含量的降低[13]。
2.2 不同烘焙温度对小球藻氨基酸组成的影响
通过对小球藻氨基酸组成的分析(表1)，可知小球藻含包括人体所需8种必需氨基酸(essential amino acid,EAA)在内的18种氨基酸。烘焙前，小球藻中必需氨基酸占总氨基酸比例(EAA/TAA)和必需氨基酸与非必需氨基酸比值(EAA/NEAA)分别为44.31%和79.58%，两者均超过WHO和FAO提出的参考值(EAA/TAA应达到40%，EAA/NEAA应大于60%)[18]，说明小球藻的营养价值较高。烘焙处理使小球藻的EAA含量随温度的升高而降低。当温度为200 ℃时，其含量仅为烘焙前的75.6%。经过不同温度的烘焙处理后，小球藻的EAA/TAA值和EAA/NEAA值虽有所降低，但稳定在38.79%～38.88% 和63.27%～63.60%，仍接近FAO/WHO提出的参考值。说明烘焙并未显著改变小球藻的氨基酸营养价值。
亮氨酸、谷氨酸和丙氨酸是小球藻中含量最高的氨基酸，其含量达到总氨基酸的35%以上。随着温度的升高，小球藻的总氨基酸含量先增加后减少。其总氨基酸含量在50 ℃时达到最高(35.23 g/100 g)；200 ℃时，降至烘焙前的87%。对于单种氨基酸而言，谷氨酸和亮氨酸变化最为明显。50 ℃烘焙处理后，前者提高了50%，后者减少了33.5%。其他氨基酸的含量多比烘焙前有所提高(胱氨酸除外)，但变化不大。然而，当温度提高至200 ℃时，色氨酸、精氨酸、丝氨酸、组氨酸等氨基酸的含量明显下降。
表1 不同烘焙温度处理后小球藻氨基酸组成
Table 1 Amino acidprofiles of Chlorella treated with different roasting temperatures
注：EAA，总必需氨基酸；TAA，总氨基酸；NEAA，总非必需氨基酸。
2.3 氨基酸组成的评价
与FAO/WHO的建议蛋白模式进行比较(表2)，未烘焙的小球藻的限制性氨基酸为Trp，其含量是参考模式的147.9%。
表2 烘焙处理后小球藻必须氨基酸组成评分(FAO/WHO模式)
Table 2 Essential amino acid scores of Chlorella with roasting treatment with FAO/WHO mode
除Ile、Phe及(Cys+Met)三种氨基酸含量略低于FAO/WHO参考模式外，Thr、Val+Tyr、Leu、Lys和Trp等氨基酸含量均高于参考模式。烘培处理后，Trp仍为小球藻的限制性氨基酸。氨基酸评分越接近100，蛋白质价值越高[21]。由表2可知，当温度低于200 ℃时，烘焙处理后的小球藻氨基酸评分均高于FAO/WHO模式的参考值，其中50 ℃时氨基酸评分最高。当温度高于200 ℃时，限制性氨基酸(Trp)受到严重破坏，氨基酸分也随之降低。为了更全面的分析小球藻的氨基酸营养价值，将其必需氨基酸与全鸡蛋蛋白模式进行比较，结果见表3。EAAI值越接近100，食物蛋白与标准蛋白的必需氨基酸组成越接近，营养价值越高[21]。表3中的数据显示，各烘焙温度下的小球藻EAAI值均不同程度的接近于参考值。
表3 烘焙处理后小球藻必须氨基酸组成的评价(全鸡蛋模式)
Table 3 Essential amino acid scores of Chlorella with roasting treatment with whole eggs mode
烘焙前，小球藻的必须氨基酸EAAI值为88.39；50～150 ℃烘焙后，EAAI值在78.54～79.85；当烘焙温度提高到200 ℃时，其EAAI值反而提高至90.99，十分接近全鸡蛋模式的参考值。这主要是由于全鸡蛋模式的EAAI值是以每克粗蛋白中的氨基酸含量来评价。经过200 ℃烘焙后，小球藻的总蛋白质含量仅为烘焙前的65.1%，而全鸡蛋模式关注的10种氨基酸含量下降幅度远低于蛋白质总量的下降幅度。这也是全鸡蛋模式评价氨基酸营养的局限之一。
2.4 不同烘焙温度对小球藻热水提取物清除羟自由基能力的影响
烘焙温度对小球藻热水提取物清除羟自由基(·OH)的能力有显著的影响(图2)。不同温度烘焙处理后，其清除羟自由基的能力，由强到弱依次为：50 ℃>100 ℃>150 ℃>200 ℃。烘焙前，小球藻热水提取物对羟自由基的清除率为24.08%(浓度0.29 mg/mL)。50～100 ℃烘焙处理对小球藻热水提取物的抗氧化能力影响较小。50 ℃烘焙处理15 min后，小球藻的热水提取物对羟自由基的清除能力快速下降；之后随着时间的增加，其清除能力趋于平缓，清除率在21%左右。当温度升至150 ℃时，其清除羟自由基的清除能力受到严重破坏，仅为烘焙前的62.6%。200 ℃时，其对羟自由基的清除能力降至最低。因此，在食品烘焙过程中，若要维持较为理想的小球藻抗氧化能力，需注意温度的控制。
图2 小球藻热水提取物清除羟自由基能力
Fig.2 Hydroxyl radical scavenging activity of hot water extracts from Chlorella
3 结论
(1)烘焙温度不超过100 ℃时，小球藻的总蛋白质、总脂及总糖含量并无太大差异。当温度提升至150 ℃时，总糖含量急剧减少；升至200 ℃时，总蛋白、总脂及总糖均明显降低。
(2)经过不同温度的烘焙处理后，小球藻的EAA/TAA和EAA/NEAA值仍接近FAO/WHO提出的参考值，其EAAI值也接近全鸡蛋模式参考值。当温度低于200 ℃时，其氨基酸评分高于FAO/WHO模式参考值。可见，烘焙处理对小球藻氨基酸营养价值影响不大。
(3)100 ℃以下的烘焙处理对小球藻热水提取物的抗氧化活性影响较小，当温度超过150 ℃时，小球藻清除羟自由基的能力受到严重破坏。
参考文献
[1] PANASHI Y,DARVISHI B,JOWZI N,et al.Chlorella vulgaris: A multifunctional dietary supplement with diverse medicinal properties [J]. Current Pharmaceutical Design,2016,22(2): 164-173.
[2] CHEN Y X,LIU X Y,XIAO Z,et al. Antioxidant activities of polysaccharides obtained fromChlorella pyrenoidosa via different ethanol concentrations [J]. International Journal of Biological Macromolecules,2016,91: 505-509.
[3] GOJKOVIC Z,GARBAYO-NORES I,GOMEZ-JACINTO V,et al.Continuous production of selenomethionine-enriched Chlorella sorokiniana biomass in a photobioreactor [J]. Process Biochemistry,2013,48(8): 1 235-1 241.
[4] MATSUKAWA R,HOTTA M,MASUDA Y,et al. Antioxidants from carbon dioxide fixing Chlorella sorokiniana [J]. Journal of Applied Phycology,2000,12(3): 263-267.
[5] POSTEN C,CHEN S F. Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology [M]. Switzerland: Springer,2016: 1-35.
[6] 梅帅,赵凤敏,曹有福,等. 三种小球藻的蛋白质营养价值评价[J]. 营养学报,2014,36(5): 505-507.
[7] 张旗,尚小玉,王娜,等. 小球藻营养活性研究进展[J]. 食品研究与开发,2015,36(13): 139-142.
[8] CHAMPENOIS J,MARFAING H,PIERRE R. Review of the taxonomic revision of Chlorella and consequences for its food uses in Europe [J]. Journal of Applied Phycology,2015,27(5): 1 845-1 851.
[9] 孔维宝,李龙囡,张继,等.小球藻的营养保健功能及其在食品工业中的应用[J]. 食品科学,2010,31(9): 323-327.
[10] 赵景歧. 一种小球藻营养挂面[P]. 中国专利: 201510410185.8,2015-11-25.
[11] 刘琦. 两种微藻喷雾干燥工艺优化及微藻面包的制作[D]. 大连：大连海洋大学， 2015.
[12] 汤永强. 小球藻在食品中的应用[P]. 中国专利: 201210474643.0,2013-2-20.
[13] ADEYEYE E I. Effect of cooking and roasting on the amino acid composition of raw groundnut(Arachis hypogaea) seeds [J]. Acta Scientiarum Polonorum Technologia Alimentaria,2010,9(2): 201-216.
[14] BABA W N,RASHID I,SHAH A,et al. Effect of microwave roasting on antioxidant andanticancerous activities of barley flour [J]. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences,2016,15(1): 12-19.
[15] WANG B B,ZHANG Z,HU Q,et al. Cellular capacities for high-light acclimation and changing lipid profiles across life cycle stages of the green alga Haematococcus pluvialis [J]. PLOS One,2014,9(9): e106679.
[16] GWAK Y,HWANG Y S,WANG B,et al. Comparative analyses oflipidomes and transcriptomes reveal a concerted action of multiple defensive systems against photooxidative stress in Haematococcus pluvialis [J]. Journal of Experimental Botany,2014,65(15):4 317.
[17] XIE Y,JING K,LU Y,Kinetics,equilibrium and thermodynamic studies of L-tryptophan adsorption using a cation exchange resin [J]. Chemical Engineering Journal,2011,171(3): 1 227-1 233.
[18] PELLETT P L,YOUNG V R. Nutritional Evaluation of Protein Foods [M]. Tokyo: The United National University Pablishing Company,1980: 26-29.
[19] STEINKE F H,PRESCHER E E,HOPKINS D T. Nutritional evaluation(per) of isolated soybean protein and combinations of food proteins [J]. Journal of Food Science,2010,45(2): 323-327.
[20] 魏文志,夏文水,吴玉娟. 小球藻糖蛋白的分离纯化与抗氧化活性评价[J]. 食品与机械,2006,22(5): 20-22.
[21] 姜萍萍,韩烨,顾赛红,等. 五种食用菌氨基酸含量的测定及营养评价[J]. 氨基酸和生物资源,2009,31(2): 67-71.