荞麦是一种隶属于蓼科荞麦属禾谷类谷物，按照口感主要分为甜荞和苦荞两个品种。作为全球广泛种植的粮食作物，主要集中在北半球地区，尤其中国、俄罗斯和乌克兰。目前，中国的荞麦种植面积已达180万 hm2，产量约270万 t，总产值约为120亿 元。其中，苦荞作为药食同源作物，其种植面积和产量均位居世界第一。相较于甜荞，苦荞具有更高的营养和活性成分，如蛋白、多酚、黄酮、植物甾醇、矿物质及维生素等。其中，苦荞蛋白所含的必需氨基酸（EAA）符合联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）推荐的理想蛋白EAA模式，是一种优质的全价蛋白。更为重要的是，与其他谷物蛋白相比，苦荞蛋白中精氨酸和天冬氨酸的含量更为丰富，同时还含有谷物中通常缺乏的第一限制性氨基酸——赖氨酸，其独特的氨基酸构成赋予了苦荞蛋白较高的营养价值、药用价值和广泛的应用潜力。研究发现，苦荞蛋白能显著促进胆汁酸的排泄，同时抑制胆固醇吸收，有效降低体内胆固醇水平，进而抑制胆结石形成。苦荞蛋白还具有抗肿瘤、抗衰老、抗疲劳、抗氧化、降血压、降血脂、调节血糖等多种功效。然而，苦荞蛋白的结构与功能关系复杂，目前对于苦荞不同部位蛋白结构差异、体外消化以及功能活性相关研究相对较少，并且对于不同部位蛋白的结构特征、理化性质、消化特性和功能活性之间的关系尚不清楚，这极大地限制了苦荞蛋白在功能性食品领域的开发与应用。
西南民族大学药学与食品学院的张子豪、阳辉蓉*和西昌学院农业科学学院的李静*等人以苦荞全粉、苦荞皮粉和苦荞芯粉为原料，通过碱提酸沉法提取不同部位蛋白，系统研究苦荞不同部位蛋白的结构特征、理化特性；通过模拟蛋白质在人体胃肠道的消化，分析苦荞不同部位蛋白的消化特性、结构变化及消化前后功能活性的变化规律，并探究其构效关系，以期为苦荞蛋白在功能性食品领域的开发与应用提供理论依据。
1 苦荞全粉、皮粉和芯粉蛋白含量及提取分析
从表1可以看出，苦荞全粉、皮粉和芯粉的蛋白质含量存在显著差异，其中皮粉蛋白质量分数最高，为25.90%，其次是苦荞全粉蛋白，质量分数为8.59%，芯粉蛋白质量分数最低，为5.44%，3 种样品蛋白含量与文献报告的相似。采用碱溶酸沉的提取工艺对3 种苦荞粉蛋白进行提取，3 种蛋白的提取率和提取蛋白的纯度均在70%左右，其中皮粉具有最高的提取率和纯度，分别为72.46%和76.37%，而芯粉的提取率和纯度最低。
2 苦荞不同部位蛋白营养价值评价
如表2所示，苦荞全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的EAA之间大多存在显著差异（P＜0.05）。3 种蛋白中苏氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸和色氨酸的AAS均远大于1，其中色氨酸最高，均达到WHO/FAO模式的3 倍以上，而蛋氨酸+胱氨酸（含硫氨基酸）的AAS最低，均低于1，说明含硫氨基酸是苦荞的第一限制性氨基酸，这一结果与文献报道一致。不同部位苦荞蛋白质的营养价值均与WHO/FAO推荐氨基酸模式相近，其中皮粉蛋白表现出较好的营养价值。
研究显示，鸡蛋和母乳中的蛋白质含有最接近人体所需的EAA比例，其利用率可达近100%。因此，它们常被用作评估其他蛋白质量的“AAS”参考标准。通过比较待测样品中EAA的含量与标准蛋白质中相应氨基酸的比值，可以对样品的蛋白质量进行评定。表2结果显示，3 种苦荞蛋白中的大多数EAA的CS均大于0.75，其中色氨酸均显示出最高的EAA评分，其含量分别是全蛋蛋白的2.216、1.932 倍和2.271 倍；其次是赖氨酸，含量分别是全蛋蛋白的1.118、1.023 倍和1.190 倍；而蛋氨酸+胱氨酸（含硫氨基酸）评分最低，其含量分别只有全蛋蛋白的45.1%、46.5%和46.1%，进一步说明含硫氨基酸是苦荞的第一限制性氨基酸。
RC评价模式能有效展示样品中氨基酸偏离程度以及EAA对蛋白质平衡的影响。由表2可知，3 种蛋白中的色氨酸RC均大于2，明显高于模式蛋白，具有较大偏离程度；其中蛋氨酸+胱氨酸（含硫氨基酸）的RC最低，均在0.55左右，与模式氨基酸相比偏离程度较大；赖氨酸的RC在1左右，与模式氨基酸的偏离程度最小。
3 不同部位苦荞蛋白质的溶解度
蛋白质溶解性描述的是蛋白分子在水中的分散程度，这是评价其功能特性的核心指标。这是因为溶解性是其他功能特性表现的基础。此外，蛋白质溶解性与其功能性有关，还为蛋白质的提取、分离与纯化过程提供了重要依据。如图1所示，全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的溶解度在pH 2.0～8.0时均呈现“V”字形变化趋势。在碱性条件下，3 种苦荞蛋白表现出较高的溶解度，并在pH 9.0时趋于稳定，维持在90%左右。这一结果表明，苦荞蛋白的溶解性受pH值变化的显著影响，并在碱性环境中具有更优的溶解性能。同时，3 种蛋白在pH 2～9的溶解度之间存在显著性差异（P＜0.05）。其中，在pH 4.0时，皮粉蛋白和芯粉蛋白的溶解度最低；在pH 5.0时，全粉蛋白的溶解度最低。这是主要归因于苦荞蛋白的等电点位于pH 4.5附近，当pH值接近4.5时，由于静电斥力减弱，苦荞蛋白分子更易发生聚集，从而降低溶解度；而当pH值偏离4.5时，静电斥力增强，苦荞蛋白分子则趋向分散，从而提高了溶解度。
4 不同部位苦荞蛋白体外消化率
如图2所示，苦荞不同部位蛋白的消化率不同，芯粉蛋白的消化率显著高于全粉蛋白和皮粉蛋白的消化率（P＜0.05），而全粉蛋白和皮粉蛋白间的消化率差异不显著。芯粉蛋白的消化率为73.63%，比全粉蛋白和皮粉蛋白分别高出14.81%和12.40%。这可能是苦荞不同部位蛋白质的氨基酸组成和结构特征存在差异导致。芯粉蛋白中亲水氨基酸比例较高（表2），有利于提高蛋白质的酶切位点的暴露；而全粉和皮粉疏水氨基残基含量偏高，易形成紧密构象，降低了消化酶的可及性。
5 苦荞不同部位蛋白FTIR分析
FTIR光谱在分子水平上与结构性质的变化（包括构象转变、溶解性及消化特性等）密切相关。如图3所示，3 种苦荞蛋白质光谱的峰位置基本不变，但峰的强度显著不同。表明苦荞不同部位蛋白的总体结构相似，但其二级结构存在差异。FTIR技术常被用于评估蛋白质的二级结构，其中酰胺I区（1 700～1 600 cm-1）主要来源于酰胺基团的C＝O伸缩振动，可作为分析蛋白二级结构的重要指标。如图3所示，全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的酰胺I带有明显变化，这表明3 种蛋白的二级结构可能有所不同。因此，本研究采用PeakFit version 4.0对3 种蛋白的酰胺I区光谱进行峰拟合，分析二级结构（α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规卷曲结构）的差异。如图4所示，3 种苦荞蛋白质的β-折叠均占比最大，分别为35.19%、35.71%和41.25%；其次是β-转角，β-结构（β-折叠和β-转角）占比均达到60%以上，表明β-结构是苦荞蛋白的主要二级结构。这可能是导致苦荞蛋白消化性差的原因，因为有研究表明蛋白中的β-结构相对于α-螺旋和无规卷曲较难消化。这个结果与上述消化结果相符。
6 苦荞不同部位蛋白质的平均粒径
有研究表明，蛋白质的平均粒径与其多种功能性质（溶解度、乳化性、功能活性等）密切相关，并且平均粒径也能直观地反映出蛋白溶液的物理稳定性。图5显示了不同部位苦荞蛋白消化前和消化后粒度分布的情况。消化前的全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的平均粒径之间存在显著差异（P＜0.05），其中全粉蛋白的平均粒径最大，为493.67 nm，芯粉蛋白的平均粒径最小，为453.33 nm。这也可能是导致全粉蛋白消化率低的原因，因为蛋白颗粒越大，越不利于消化吸收。经过胃肠道模拟消化后的3 种蛋白的平均粒径相较于消化前极显著降低（P＜0.001），且消化后的全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的平均粒径也存在显著差异（P＜0.05），分别为242.67、221.33 nm和202.66 nm。这些结果进一步说明苦荞不同部位的蛋白分子结构存在差异。
7 苦荞蛋白质消化前后的Zeta电位
Zeta电位是评估蛋白质分子表面电荷性质的重要指标。Zeta电位的绝对值越大，蛋白分子间静电斥力越强，体系的稳定性越好。通常情况下，当蛋白质表面带负电荷的氨基酸多于带正电荷的氨基酸时，蛋白质的Zeta电位表现为负值，反之亦然。苦荞不同部位蛋白消化前和消化后Zeta电位的变化情况如图6所示。结果显示，所有样品的Zeta电位均为负，这说明苦荞蛋白溶液中，负电荷的氨基酸相较于正电荷的氨基酸占主导地位。此外，消化前和消化后皮粉蛋白和芯粉蛋白的Zeta电位均显著低于全粉蛋白（P＜0.05）；并且3 种蛋白经过胃肠道模拟消化后Zeta电位极显著降低（P＜0.001），分别降至-49.00、-59.33 mV和-59.67 mV，说明苦荞蛋白消化后更多带负电荷的氨基酸残基暴露出来。这些结果说明，全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白的分子组成存在差异。
8 紫外吸收光谱
在274～280 nm的波长区间中，观察到的特征吸收峰主要源于酪氨酸（约275 nm）、色氨酸（约279 nm）的贡献，而苯丙氨酸的特征吸收位于约257 nm。图7显示，全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白消化前和消化后吸光度均存在明显差异，皮粉蛋白消化前和消化后均具有最高吸光度，而全粉蛋白消化前和消化后的吸光度均最低，这可能是蛋白结构不同导致。有研究表明，蛋白质的三维结构状态显著影响在280 nm处的吸收，因为蛋白质的折叠状态、色氨酸和酪氨酸残基的暴露程度不同影响吸收强度。其中，消化后蛋白质的吸收强度明显高于消化前，这可能是由于胃肠道模拟消化破坏了蛋白质结构，释放出色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸及相关基团。
9 苦荞蛋白荧光光谱
蛋白质结构的差异在一定程度上可以通过其内源性荧光光谱反映。蛋白质的荧光光谱主要源于色氨酸残基，本研究选择295 nm作为激发波长处进行荧光光谱分析。由图8可知，消化前3 种蛋白的荧光强度明显低于消化后，表明胃肠道模拟消化后蛋白的结构发生明显变化，增大了色氨酸残基暴露程度和荧光强度。全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白消化前和消化后的荧光强度均存在差异，这说明3 种蛋白之间的发色基团存在差异，进一步说明蛋白结构和分子组成存在差异。
10 体外抗氧化活性
抗氧化活性是评价蛋白质生物功能性的重要指标之一。蛋白质的抗氧化活性可以通过测定其对自由基的清除能力和还原力衡量，清除率和还原力越高，表明抗氧化性能越强。如图9所示，消化前和消化后3 种蛋白之间的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率、羟自由基清除率和还原力均存在显著差异（P＜0.05），并且3 种蛋白消化后的DPPH自由基清除率、ABTS阳离子自由基清除率、羟自由基清除率和还原力均极显著高于消化前（P＜0.001）。这可能是由于胃肠道模拟消化过程中3 种苦荞蛋白均被分解，一些具有抗氧化活性的蛋白肽和游离氨基酸被释放，从而增强了抗氧化能力。其中，全粉蛋白消化前DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基的清除率均最低，分别为28.07%、19.79%和22.77%，而消化后清除率分别提升1.37、1.85 倍和1.84 倍，而芯粉蛋白在消化前后均显示出较好的DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基清除率，在消化前自由基清除率分别为35.88%、34.97%和30.37%，消化后分别提升至68.66%、63.49%和72.21%。3 种蛋白中皮粉蛋白在消化前和消化后均显示了较高还原力，而芯粉蛋白消化前后均显示了较低的还原力。结果表明，3 种蛋白之间的抗氧化能力存在显著差异，并且胃肠道消化能极显著提高苦荞蛋白的抗氧化活性。此外，蛋白肽的抗氧化能力与其氨基酸组成、肽链长度及序列特征密切相关，因为不同氨基酸残基的排列方式、肽链的长度及其内部相互作用共同调控其清除自由基的效率。
11 体外降血糖活性
α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶是调节体内碳水化合物消化代谢的关键酶，其活性水平与血糖调控密切相关。抑制这些酶的活性被认为是控制糖尿病及代谢综合征的一种潜在策略。全粉蛋白、皮粉蛋白和芯粉蛋白消化前后对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性情况如图10所示。
消化前，3 种蛋白之间的α-葡萄糖苷酶抑制率存在显著差异（P＜0.05），且抑制率均较低，其中全粉蛋白的抑制率最低，仅为22.06%，而皮粉蛋白和芯粉蛋白的抑制率分别为28.90%和34.68%（图10A）。然而，经过胃肠道模拟消化后，所有蛋白的α-葡萄糖苷酶抑制率均显著提升（P＜0.001），分别提升2.02、1.54、1.16 倍。图10B反映了不同蛋白对α-淀粉酶的抑制能力。消化前和消化后3 种蛋白之间的抑制率均存在显著差异（P＜0.05），且消化前3 种蛋白对α-淀粉酶的抑制率均较低，而消化后，所有蛋白的α-淀粉酶抑制率均极显著增加（P＜0.001），全粉蛋白抑制率从20.26%提升至65.16%；皮粉蛋白由29.38%增加至66.33%；芯粉蛋白的抑制率达到67.68%，略高于其他两种蛋白。这些结果说明苦荞蛋白具有降血糖活性，且消化有助于提高苦荞蛋白降血糖功效。这一现象可能与苦荞蛋白消化过程中产生的小分子肽或游离氨基酸的作用相关，这些蛋白消化物可能与酶结合位点发生竞争性或非竞争性抑制作用，从而增强抑制效果。
结论
本研究以苦荞全粉、皮粉和芯粉为原料，采用碱溶酸沉法提取蛋白质，系统比较了不同部位蛋白质的营养价值、结构特性、消化性能及功能活性。研究结果表明，3 种苦荞的蛋白质含量和EAA组成存在显著差异。AAS和CS结果表明，3 种苦荞蛋白均是优质植物蛋白，且第一限制性氨基酸均为含硫氨基酸（蛋氨酸+胱氨酸）。溶解度分析显示，3 种苦荞蛋白在不同pH值时溶解度存在显著差异，且在碱性环境中表现出更优的溶解性能。FTIR分析表明，3 种蛋白质的二级结构以β-折叠和β-转角为主。体外模拟消化结果说明，3 种蛋白的消化率存在显著差异，并且消化能显著降低3 种苦荞蛋白的平均粒径和Zeta电位。紫外光谱和荧光光谱分析进一步揭示了消化过程中蛋白质构象的变化，证实了3 种蛋白的结构和组成存在差异。此外，3 种苦荞蛋白均显示出DPPH自由基、ABTS阳离子自由基和羟自由基清除能力和还原力，且消化能极显著增强其抗氧化能力。同时，3 种蛋白质均表现出显著的α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶抑制活性，尤其是消化后极显著提升了抑制活性（P＜0.001），这个结果提示苦荞蛋白具有潜在的降血糖作用。上述研究结果表明，3 种苦荞蛋白的结构和组成成分存在差异，导致其理化性质、消化性和功能活性存在差异；且消化能显著影响苦荞蛋白的结构特征和理化性质，增强其功能活性。
作者简介
通信作者：
李静，教授、博士，西昌学院农业科学学院院长，西华师范大学校外硕导，凉山州第七批学术和技术带头人后备人选，凉山科技英才。长期致力于苦荞、魔芋、马铃薯、水稻等凉山州特色农作物高产栽培与综合利用研究，以及《土壤肥料学》《职业发展与就业指导》等课程的教学工作。先后主持、主研省级、厅（州）级项目23 项，公开发表学术论文30余篇；主编、副主编专著《苦荞栽培实用技术》《魔芋栽培及病虫害防治技术》等9 部、教材《作物栽培学》《植物生长环境》等7 部；获得国家发明专利授权9 项，实用新型专利授权14 项；获凉山州科技进步奖二等奖2 项，三等奖2 项。
通信作者：
阳辉蓉，硕导，西南民族大学药学与食品学院教师，博士毕业于华南理工大学。先后入选“天府峨眉计划”青年人才，国家民委青年拔尖人才，四川省“三区”人才等。主要从事食品生物技术、农产品资源开发等相关研究。发表SCI论文50余篇，中文核心论文10余篇，授权国家发明专利8 项。先后主持及参与国家级项目3 项，主持省部级项目5 项，参编教材1 部，副主编专著1 部。
第一作者：
张子豪，本科毕业于西南民族大学，现为西南民族大学药学与食品学院硕士研究生，研究方向为畜产品加工与安全。
引文格式：
张子豪, 沈蔷宇, 孙果, 等. 苦荞不同部位蛋白质的营养、结构与消化特性比较及其生物活性分析[J]. 食品科学, 2026, 47(1): 195-204. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250713-096.
ZHANG Zihao, SHEN Qiangyu, SUN Guo, et al. Comparative study on nutritional, structural, digestive properties and bioactivities of tartary buckwheat protein fractions[J]. Food Science, 2026, 47(1): 195-204. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250713-096.
实习编辑：王雨婷；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网
为系统提升我国食品营养与安全的科技创新策源能力，加速科技成果向现实生产力转化，推动食品产业向绿色化、智能化、高端化转型升级，由北京食品科学研究院、中国食品杂志社《食品科学》杂志（EI收录）、中国食品杂志社《Food Science and Human Wellness》杂志（SCI收录）、中国食品杂志社《Journal of Future Foods》杂志（ESCI收录）主办，合肥工业大学、安徽省食品行业协会、安徽大学、合肥大学、合肥师范学院、北京工商大学、中国科技大学附属第一医院临床营养科、安徽粮食工程职业学院、皖西学院、滁州学院、蚌埠学院共同主办的“ 第六届食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2026年8月15-16日（8月14日全天报到） 在 中国 安徽 合肥 召开。
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