又称火麻、胡麻，属荨麻目科属一年生草本植物，具有12000多年的种植历史，目前在欧洲、中亚地区、菲律宾和中国都有广泛的种植。根据四氢酚（tetrahydrocannabinol）的含量高低分为有毒（THC0.3%）和工业（THC0.3%），其中工业在我国黑龙江、吉林、云南、广西等地方均有种植，且据世界粮农组织数据显示中国工业的种植面积将近占世界种植面积的50%，另外加拿大、智利、法国和西班牙等国家也有种植。我国广西巴马种植的工业是国家地理标志产品。

　　火麻籽为火麻的种子，具有非常高的营养价值，其脱壳后的种子仁，也称火麻仁为药食同源。据Deferne等人报道，火麻籽中含有10-15%的不溶性膳食纤维、25-35%的油和20-25%的蛋白质。其中火麻籽蛋白具有极高的营养价值，其含有人体所需的所有必需氨基酸且比例均衡满足联合国粮农组织定义的儿童（2-5岁）蛋白质营养需求。同时，火麻籽蛋白还含有丰富的精氨酸、蛋氨酸和半胱氨酸，营养价值优于大豆蛋白。

　　虽然火麻籽蛋白具有非常高的营养价值，但是到目前为止有关于火麻籽蛋白的相关研究还是较少，我们在Web of Science上检索并统计了以了“hemp”/“Cannabis sativa” 和 “hemp seed protein”/“hemp seed protein”/“hemp seed peptide”/“hemp seed peptide”为关键词的论文发表情况，统计发现其中有关于火麻研究相关的论文发表量还是很大的且在近年还呈现快速上升的趋势，但是相关文章的研究内容主要是集中在plant sciences, agronomy, and materials science disciplines等领域，而火麻籽蛋白相关的研究大约只占2%左右，同时有关于火麻籽活性肽以及火麻籽蛋白的理化性质、营养特性及应用也鲜有研究和总结。

　　清华大学深圳国际研究生院博士后陈海红博士，清华大学化工系王怡博士及邢新会教授等在本文归纳总结了火麻籽蛋白的提取纯化方法、理化性质、营养活性以及在食品工业中的应用和展望，同时也指出了火麻蛋白在开发应用中存在的挑战。

　　蛋白依据其来源可分为植物蛋白、动物蛋白和微生物蛋白，而蛋白的来源一定程度上也决定了其提取方法。植物蛋白的提取通常包括化学提取、物理提取以及酶辅助提取法（图1），而火麻籽蛋白常用的提取方法包括化学提取法、物理提取法以及酶辅助提取。作为一种含油量极高的植物种子火麻籽蛋白的提取通常包括压榨去油、提取、浓缩分离等步骤（图2）。

　　油脂的存在会导致脂蛋白复合物的形成，从而降低提取效率，所以脱脂被认为是有效提取植物种子蛋白质的必要步骤。低温压榨和溶剂萃取法是火麻籽油最常用的提取方法，常用的有机溶剂包括石油醚、正己烷以及正戊烷等。火麻籽的的产地、脱脂方法等的不同会对火麻籽的脱脂效率以及压榨后火麻籽粕中蛋白的含量有影响，综合考虑以上影响因素，一般提油后的火麻籽粕中蛋白质的含量在30% ~ 50%之间，市场上也有直接将去油后的火麻籽粉当火麻籽蛋白粉进行售卖。

　　压榨除油后获得的蛋白粉仍含有大量的水溶性和非水溶性的杂质，如低聚糖、膳食纤维、淀粉以及色素等。酶法和液-液提取法常被用于火麻籽蛋白的纯化除杂。Malomo和Aluko等采用纤维素酶、半纤维素酶、木聚糖酶和植酸酶对压榨除油后的蛋白粉进行酶解除杂，随后结合超滤膜过滤对酶解液进行超滤浓缩，最终作者获得纯度高达74%的火麻籽蛋白粉。一般火麻籽经除杂浓缩后蛋白的纯度高于65%。

　　一般商业化的蛋白产品其对蛋白的纯度要求都比较高（大于90%），所以经过初步酶解除杂的浓缩火麻籽蛋白粉还是不能满足商业产品化的需求。研究者常采用碱提酸沉（等电点沉淀）及胶束化提取法对火麻籽蛋白进行分离提纯。其中碱提酸沉法是目前应用最为普遍的火麻籽分离提纯方法，其提取pH值一般为9~10之间，等电沉淀的pH值一般在3-5之间。Carne等人采用碱提酸沉法对火麻籽蛋白进行分离纯化获得蛋白纯度高于90%蛋白提取物。同时作者也比较了酸提碱沉和碱提酸沉法获得蛋白的差异，研究发现两种方法获得的蛋白分离物的纯度都大于90%，且蛋白的乳化活性、乳液稳定性以及氨基酸的组成都优于直接除油后的蛋白粉。同时也发现碱提酸沉法获得的蛋白具有更好的水溶性，而酸提法获得的蛋白其具有更好的乳化稳定性。

　　碱提酸沉淀法被广泛用于火麻籽蛋白的提取，然而，研究人员发现，通过碱性酸沉法获得的蛋白质有异味且呈绿色，这两个因素在一定程度上限制了火麻籽蛋白在食品工业中的应用。为了解决这一问题，并保持蛋白质的天然状态，研究者研究了采用胶束化技术分离火麻籽蛋白质。Hadnadev等同时采用并比较了碱提酸沉和胶束法提取火麻籽蛋白质的异同，结果表明，碱提酸沉法和胶束法提取的蛋白质纯度均高于90%，但是胶束化法的蛋白质回收率低于碱提酸沉法。但是胶束化技术提取的蛋白粉颜色比碱提酸沉法获得的蛋白质的颜色更白。此外，作者还发现用这两种方法得到的蛋白质的物理化学性质存在较大的差异，碱提酸沉法得到的分离蛋白等电点为5.0，胶束法得到的分离蛋白等电点为6.0，且碱提酸沉法得到的分离蛋白的转变焓高于胶束法得到的分离蛋白。另外，Dapčević-Hadnađev等人采用胶束化盐提法提取火麻籽蛋白，最终得到的蛋白质得纯度为98.9%（干质量）。

　　火麻籽蛋白主要由白蛋白和球蛋白组成，其中球蛋白也称麻仁球蛋白，是火麻籽蛋白的主要组成成分，约占火麻籽蛋白的60%~86%，其次主要为白蛋白约占25%。X-射线晶体衍射分析结果表明火麻籽球蛋白有6 个相同的亚基，每个亚基由一个二硫键连接的酸性和碱性亚基构成。Wang等人的进一步研究发现火麻籽球蛋白主要由11S和7S两种亚基构成，其中11S亚基含有酸性和碱性残基，其中酸性残基的分子量约为34 kDa，且具有很高的同质性，碱性残基主要包括20 kDa和18 kDa 2个亚基。而7S蛋白主要为分子量大约为4.8 kDa的碱性亚基。Kim等对韩国Cheungsam当地的麻仁球蛋白进行分析发现其分子量约为300 kDa。此外，Sumiko等还发现了火麻籽中还存在分子量约为10 kDa的富含硫的蛋白，其主要含有甲硫氨酸和半胱氨酸（约占总氨基酸的20%）。序列分析表明该蛋白主要为由27和61个氨基酸残基组成的亚基构成，这两个亚基由两个二硫键连接，同时作者发现这种富含蛋氨酸和半胱氨酸的2S蛋白没有胰酶抑制活性。

　　火麻籽蛋白是一种营养价值极高的植物蛋白，它含有人体所需的所有必需氨基酸且比例均衡（表1）。火麻籽蛋白的营养价值与蛋清蛋白和大豆蛋白相当，满足联合国粮农组织和世界卫生组织建议的儿童（2~5岁）蛋白质营养需求。此外，火麻籽蛋白中还富含有功能性氨基酸精氨酸、甲硫氨酸和半胱氨酸。精氨酸是一氧化氮（NO）的前体，因为NO是一种血管扩张剂，可以降低血压，因而在血压调节中起着积极的作用。Lu等人报道指出火麻籽蛋白中含有约12%的精氨酸，显著高于其他植物蛋白（一般精氨酸含量小于7%）。此外，火麻籽蛋白中还含有丰富的甲硫氨酸和半胱氨酸，含量在3.5%~5.9%之间。House等人报道，赖氨酸是火麻种子蛋白中的第一个限制性氨基酸，其变化范围为0.5%~0.62%。

　　相较于其它的植物蛋白，火麻籽蛋白中抗营养因子的含有非常低，因此更容易消化。House等人进行了一项经典消化研究，以动物模型和FAO/WHO儿童（2 ~ 5岁）的氨基酸需取量作为参考，评估了火麻全籽、去壳火麻籽和火麻蛋白粉的消化率。他们发现，去壳火麻籽的蛋白质消化率在90.8%~97.5%之间，与酪蛋白（97.6%）的消化率几乎相当。Wang等利用体外消化模型比较了火麻种子的分离蛋白和大豆分离蛋白的消化率。结果表明，火麻籽分离蛋白消化率与大豆分离蛋白消化率相当，但用胃蛋白酶+胰蛋白酶消化时的消化率（88%~91%）显著高于大豆分离蛋白（71%）。

　　蛋白质是食品加工过程中的重要组成部分，其在改善食品营养和保持食品稳定性方面发挥着重要的作用。蛋白质的功能特性是指除营养价值外的那些对食品需宜特性有利的蛋白质的物理化学性质，通常包括溶解能力、水解能力、持水能力、吸油能力、热稳定性、凝胶性、起泡性、乳化性和成膜性等。研究表明，火麻籽蛋白在中性条件下溶解度较差，其乳化活性、乳化稳定性和持水能力均低于大豆蛋白，而脂肪吸附量与大豆蛋白相近。然而，在成膜性方面，火麻籽蛋白膜相较于大豆蛋白膜具有较低的总可溶性质量和较高的表面疏水性。蛋白质溶解度对胶态结构的形成有显著影响，包括凝胶特性、起泡特性和乳化性，因此火麻籽蛋白较低的溶解度极大的限制了其在食品工业中的应用。为了扩展火麻籽蛋白在工业上的应用，蛋白质变性可能是一种有效的方法，蛋白质变性是指天然蛋白质受物理或化学等因素的影响，分子内部原有的特定构像发生改变，从而导致其性质和功能发生部分或全部丧失。常见的蛋白变性方法包括酶法、化学和物理变性。近年来研究者尝试用高压处理、脉冲电场、超声、微波、γ辐照、超临界流体挤压、超滤和冷大气等离子体处理对蛋白质进行变性，这些方法通常具有操作环境温度低、能耗小、污染小等优点，能够更加高效的对蛋白质进行变性，且能在更大程度上保持蛋白质的功能特性。

　　不同来源的食源性蛋白质在胃肠道中被消化酶降解，产生生物活性肽，进而对人类健康产生有益的影响，与药物治疗相比，食源性蛋白水解物具有更高的特异性、组织渗透性和亲和力且副作用更少。目前，研究者常采用酶解法和微生物发酵法制备火麻籽蛋白水解物。常见的用于火麻仁蛋白酶解的酶包括胃蛋白酶、碱性蛋白酶、风味蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶，也有研究者将以上的酶进行组合进行复合酶解以制备火麻籽蛋白水解物。现有研究表明火麻籽蛋白水解物具有诸多的生理活性，包括抗氧化、抗高血压、肾脏保护、抑制乙酰胆碱酯酶、降糖、抗癌、抗疲劳、免疫调节、抗高胆固醇血症、神经保护以及脂质代谢紊乱的调节作用等（图3）。

　　Tang等采用碱性蛋白酶、风味蛋白酶、胃蛋白酶、中和酶、复合蛋白酶和胰蛋白酶等6种蛋白酶对火麻籽蛋白进行酶解，以评价和比较水解产物的抗氧化活性。分析结果表明不同蛋白酶类型和不同水解时间的水解产物均表现出不同程度的抗氧化活性（评价了DPPH自由基清除能力、还原能力和Fe2+螯合能力），其中胃蛋白酶作用得到的火麻籽蛋白水解物的活性最高。此外，Xu等人报道了用13种火麻制备的火麻种子水解物具有不同的DPPH清除活性，清除活性范围为0.37% ~ 28.78%。因此，蛋白质水解产物的抗氧化性能在很大程度上取决于蛋白酶的类型和特异性、水解条件、水解程度和火麻种子品种。此外，Girgih等人发现，用火麻种子蛋白水解物处理的自发性高血压幼鼠，血浆超氧化物歧化酶和过氧化氢酶活性显著改善。有趣的是，未水解的火麻籽蛋白治疗自发性高血压大鼠也能减轻氧化应激损伤，但效果不如火麻籽蛋白水解物。说明火麻籽蛋白水解物是一种比全蛋白更有效的降低哺乳动物细胞氧化应激的营养辅助物。

　　血管紧张素转化酶（ACE）又称为血管紧张素转移酶，它又称为激肽酶，是血管内皮细胞结合的一种酶。在人体当中，血管紧张素转移酶主要是将人体内当中的血管紧张素Ⅰ转化为血管紧张素Ⅱ。当血管紧张素Ⅱ升高时会导致人体血管收缩，血压升高，所以现在认为血管紧张素转化酶与高血压密切相关。肾素（Renin），也被称为血管紧张素原酶，是肾小球旁器（也称球旁复合体）的球旁颗粒细胞释放的一种蛋白水解酶，是肾素-血管紧张素系统的组成部分。肾素作用于血浆内的血管紧张素原，产生无活性的血管紧张素Ⅰ，血管紧张素Ⅰ在血管紧张素转换酶的作用下水解为有活性的血管紧张素Ⅱ。血管紧张素Ⅱ可引起小动脉血管收缩，促进肾上腺皮质合成和分泌醛固酮。肾素-血管紧张素系统既存在于循环系统中，也存在于血管壁、心脏、中枢、肾脏和肾上腺等组织内。肾素-血管紧张素系统成分主要包括肾素、血管紧张素转换酶（ACE）、血管紧张素原和血管紧张素Ⅱ，心肌、血管平滑肌、骨骼肌、脑、肾、性腺等多种器官组织中均富含血管紧张素转换酶和血管紧张素Ⅱ受体。除全身性肾素-血管紧张素系统外，在心血管等器官组织中还存在相对独立的局部肾素-血管紧张素系统，这种局部肾素-血管紧张素系统可通过旁分泌和（或）自分泌方式，更直接、更重要地对心血管活动进行调节。所以抑制肾素和ACE活性是评价活性物质抗高血压活性的常用指标。体内外研究均表明火麻籽蛋白水解物具有降压作用。Girgih等人研究并比较了火麻籽蛋白水解物及其分级组分的体内外降压活性，体外研究结果表明与分级组分相比，火麻籽蛋白水解物具有更强的ACE和肾素抑制活性。蛋白水解物及分级组分ACE和肾素IC50值分别为0.67和0.81 mg/mL，1 kDa的分级组分对ACE和肾素的IC50值分别为1.05和2.52 mg/mL，而分子量在1 ~ 3 kDa的ACE和肾素肽段的IC50值分别为1.17和1.89 mg/mL。同时，作者采用了动物模型评估和比较了三者的体内降压活性。用火麻籽蛋白水解物和不同肽组分处理自发性高血压大鼠，在2、4、6、8、24 h时采用尾袖容积法测量收缩压。研究表明，火麻籽蛋白水解物处理组的收缩压显著低于多肽分级组分组。Sunday等人进行的另一项研究发现，未经处理的蛋白质没有表现出显著的降压作用，这表明是消化的肽组分而不是天然蛋白具有降压作用。

　　除了抗氧化和降压活性外，火麻籽蛋白/水解物还可通过抑制乙酰胆碱酯酶、α-葡萄糖苷酶、二肽基肽酶 IV等发挥神经保护和降糖作用。通过诱导Akt和GSK-3β磷酸化，下调β-catenin表达发挥抗癌作用。同时火麻籽蛋白/水解物还具有抗炎、护肝、抗疲劳、免疫调节等生理功能（图3）。

　　随着饮食习惯的改变和食物营养要求的提高，食品行业对天然植物蛋白的需求和对非传统蛋白质来源的研究正在增加。据统计，2019年全球植物蛋白市场规模为53.22亿美元，预计2025年将达到高达89.46亿美元。火麻籽蛋白因其极高的营养价值、较高的消化能力和独特的理化特性，在科学和工业领域引起越来越多的关注。首先，籽蛋白具有较高的营养价值，是配方食品中较理想的营养和功能添加剂，添加其可提高产品的品质属性。其次，火麻籽蛋白适用于术后、烧伤、高血压和心血管疾病患者，因为火麻籽蛋白含有比例均衡的所有必需氨基酸，同时，籽蛋白中的精氨酸和含硫氨基酸的含量也大大高于大多数植物蛋白，包括大豆和小麦蛋白成分。此外，相较于大多数植物蛋白火麻籽蛋白过敏原性低且不含抗营养因子，安全性高，因此火麻籽蛋白是蛋白质相关食品中较好的替代品（图5）。目前，火麻籽蛋白产品在食品行业的应用主要包括五大类：烘焙食品、膨化食品、饮料、乳制品和婴儿配方奶粉以及加工肉类产品。然而，其在保健品或特殊医疗食品中的应用仍需探索。

　　然而，火麻籽蛋白想广泛的应用于食品等领域还需要解决目前仍存在的一些问题。首先，随着提取pH值、温度和干燥方法的改变，火麻籽蛋白产品的颜色可能从浅褐色到深褐色。蛋白质的颜色影响了火麻籽蛋白质产品的外观和消费者的接受程度，因此也影响了它们在食品工业中的适用性（图5）。为了解决这一问题，建立一个提取效率高且过程稳定的提取方法是十分有必要的。其次，人们对火麻籽蛋白的化学成分、营养和健康活性、加工特性以及在食品加工中的功能行为的仅有了初步的认识，但是还是不够清楚，很多的科学问题也还没有完全解释清楚，包括火麻籽蛋白的氨基酸序列、晶体结构以及功能特性等。因此，未来需要更加系统的研究来探索火麻籽蛋白的化学成分、结构、功能和营养学特性。此外，火麻籽蛋白具有很高的营养价值，但它们在中性pH值条件下的溶解度较差，限制了它们在食品工业中的应用。因此，需要探索一种能够最大程度保持火麻籽蛋白营养特性又能提高其溶解性的蛋白变性方法。同时，关于麻籽类食品对人体的营养影响及其作用机制的相关研究还很缺乏，有必要开展结合分子、细胞和动物模型方法，深入探索蛋白质结构与其健康促进作用之间的关系。此外，人们对 “工业”和“毒品”之间的区别仍然缺乏认识，特别是在公众中，大家还是“闻麻色变”，因此欲拓展火麻籽的开发应用还需要加强对“工业”和“毒品”区别的宣传教育。

　　近年来，植物生物活性肽已经成为化妆品、医疗和食品行业的热门话题，活性肽也被证实具有多种生物活性，包括抗氧化、抗菌、免疫调节、抗疲劳、抗焦虑、抗肥胖、抗炎症、抗动脉硬化、抗高血压和抗糖尿病等。传统的酶解蛋白质获取活性肽仍是生物活性肽挖掘应用最为广泛的方法。然而，这种传统的方法还是存在很大的弊端的，包括需要对降解蛋白质的蛋白酶进行反复筛选、生物活性肽分离纯化过程繁杂且盲目性较大、功能活性的验证工作量大且耗时耗力等问题。因此，亟需建立一种新的方法来加速生物活性肽的挖掘。近年来，随着生物信息技术的发展以及高端仪器的研发应用，研究人员尝试开发基于多组学技术、生物信息学、分子对接及机器学习相结合的方法应用于生物活性肽挖掘：采用转录组学获得蛋白质序列，并将其作为蛋白质组学鉴定的数据库，结合模拟酶解和功能注释，更有效地获得注释肽的结构和功能，分子对接和机器学习则能够快速的对具有某种特定功能的多肽序列进行快速且靶向的筛选（图6）。与传统的自上而下的酶解方法相比，后者的挖掘策略应用于活性肽挖掘可以大大减少筛选目标肽的实验次数，缩短研究周期，提高研究效率，加速包括火麻籽活性肽在内的天然蛋白质资源的活性肽的挖掘效率。

　　综上所述，火麻籽蛋白以其较高的营养价值、优良加工性能和属药食同源，正成为食品和保健品行业重要的植物蛋白来源。随着饮食习惯的改变和对天然食品成分需求的增加，对火麻籽蛋白的需求预计将迅速增长。然而，要充分发挥火麻籽蛋白的竞争优势，促进其在食品工业中的应用还需要解决以下几个关键问题：开发绿色经济的方法实现能够在工业规模下对火麻籽蛋白进行高效的提取和分离，并保留其原有的功能特性；在循证医学的基础上，明确其构效关系；创新生物活性肽的挖掘和制造技术；明晰火麻籽蛋白及其水解物发挥生理作用的具体机制。

　　陈海红，女，南昌大学博士，清华大学博士后。主要研究方向：基于分子对接和机器学习的活性多肽高效、靶向挖掘；多糖、多肽的降糖、降脂活性评价及作用机制解析；人源性干细胞诱导类器官的培养。主持国家自然科学基金1项，《食品中复杂碳水化合物》编委，在《Food Hydrocolloids》、《Journal of Agricultural and Food Chemistry》、《Molecular Nutrition & Food Research》、《Food Research International》等期刊发表论文三十余篇。

　　邢新会，工学博士，日本东京工业大学院化学工程专业工学博士。清华大学化工系教授，生物医药与健康工程研究院主持工作副院长、博士生导师。主要研究领域：生物化工，生物育种及高通量微流控细胞培养/筛选技术与装备、酶工程、多糖多肽创制。团队坚持以问题为导向的工程科学思路，形成了基础和应用研究、技术和装备并重的学术特色，通过基础研究支撑应用转化，成功实现了多项科研成果的产业化应用。已在国内外学术刊物发表论文300余篇，H因子48（WoS），合作著书8本，译著教材2部，英文专著1部，获得发明专利80余件，其中3件国际专利，10余件专利转化应用。2002年至今担任清华大学化工系生物化工研究所所长，2009年至2018年6月担任清华大学化工系副主任。2019年6月至今，担任清华大学深圳国际研究生院生物医药与健康工程国际研究院教授。曾任第十、十一、十二届全国政协委员，现任中国侨联委员，北京市侨联副主席，清华大学侨联主席，北京市侨联特聘专家。担任《Journal of Future Foods》科学主编，《Biochemical Engineering Journal》副主编，《合成生物学》、《中国酿造》、《食品科学》、《生物工程学报》、《Food Sciences and Human Wellness》、《Enzymatic and Microbial Technology》、《Journal of Biotechnology》、《Industrial Biotechnology》、《Microorganisms》编委。

　　王怡，女，日本大阪大学医学博士。清华大学化工系生物化工研究所助理教授、清华大学无锡应用技术研究院中心主任。主要研究领域为天然活性多糖与多肽药物创制，微流控类器官培养技术、装备及其应用等。目前已在《Carbohydrate Polymer》、《Food Chemistry》、《Food Science and Human Wellness》、《Cancer Medicine》以及《Cell Biochemistry and Function》等SCI收录刊物上发表论文20余篇，公开和授权发明专利12项，负责或参与科技部、国家自然科学基金委员会以及地方基金等项目13项。担任《Journal of Future Foods》、《Journal of Food Quality》、《食品工业科技》、《食品研究与开发》青年编委。

　　为构建多元化食物供给体系并兼顾生态环境保护，并形成以生物多样性保护促进食品生产的可持续性，北京食品科学研究院和中国食品杂志社将与北方民族大学、皖西学院、宿州学院、滁州学院于 2023年5月13-14日在中国宁夏银川 共同举办“ 生态保护与食品可持续发展国际研讨会 ”。本届研讨会将围绕新资源食品挖掘、动植物、微生物可替代蛋白、食用菌等食物资源的开发现状、重要创新进展及存在的问题开展研讨，探讨未来食品发展方向，通过展示我国生态保护与食品可持续发展等领域的最新科研成果，搭建科研单位与企业产学研结合的平台，共同促进我国食品产业发展快速踏入新里程。

　　Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。