花生蛋白质改性方法与应用策略

花生蛋白质改性方法与应用策略
李玉珍;肖怀秋;赵谋明
【摘要】花生蛋白质是重要的植物蛋白质资源,具有消化利用率高、富含人体必需氨基酸和抗营养因子少等优点,由于传统加工方法蛋白质变性严重,限制了其在食品
工业中的应用,而且不同食品加工体系对蛋白质功能特性要求不同,因此,对花生蛋白质进行改性来制备或满足食品加工需要是花生蛋白质资源精深加工的重要内容.文
章从花生蛋白质改性机理、改性蛋白应用以及存在问题等方面进行系统论述,并对
花生蛋白改性的研究方向进行了分析,以期为花生蛋白质的综合利用提供帮助.
【期刊名称】《廊坊师范学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2016(016)004
【总页数】6页(P48-53)
【关键词】花生蛋白质;蛋白质改性机理;物理改性;化学改性;酶法改性
【作者】李玉珍;肖怀秋;赵谋明
【作者单位】湖南化工职业技术学院,湖南株洲412004;湖南化工职业技术学院,湖
南株洲412004;华南理工大学,广东广州510640;华南理工大学,广东广州510640【正文语种】中文
【中图分类】Q51
蛋白质是细胞组成结构和细胞生物学功能发挥的重要物质基础，具有重要的营养功能，是食物最重要组分之一，对食品加工品质有重要的影响。

通过改变氨基酸顺序、种类和比例以及肽链长短可合成功能多样的蛋白质产物，蛋白质组成复杂性和结构
多元化是蛋白质生物功能多样性的重要结构基础。

在食品加工过程中，不同食品加工体系对蛋白质功能特性有不同要求，如液态乳饮料要求蛋白质有良好的乳化分散性，而肉制品要求蛋白质具备良好的凝胶性和持水力，而任何一种蛋白质都不可能兼具所有加工特性，因此，在加工过程中，需平衡不同来源蛋白质的加工属性。

如何将蛋白质资源，特别是植物源蛋白质应用到不同加工类型的食品体系中，其核心技术就是对蛋白质进行改性处理［1］。

蛋白质改性就是人为地对蛋白质结构进行修饰。

从分子层面看，蛋白质改性实质是蛋白质分子主链或侧链基团的重构，通过氨基酸残基和多肽链的改变引起蛋白空间结构和理化性质的变化，从而改善其生物学功能和营养价值［2］。

常用蛋白质改性技术有物理改性、化学改性和酶法改性等。

此外，利用基因工程技术也可对蛋白质进行空间结构的修饰改性。

花生是豆科落花生属的一年生草本植物，富含蛋白质（含量约24%～36%），是继大豆后又一重要的植物蛋白质资源。

花生蛋白质含量虽低于大豆，但蛋白质可消化率和赖氨酸可吸收率更高，且富含人体必需的8种氨基酸（如表1），比大豆蛋白质抗营养因子更少，可作为乳糖不耐症等特殊群体的蛋白质营养基料［3］。

花生在传统热榨工艺下其蛋白质变性严重，“碱溶酸沉”法提取花生蛋白过程中也易造成蛋白质变性，限制了其在食品加工中的应用。

花生蛋白质主要加工功能特性有溶解性、持水/持油性、乳化及乳化稳定性、起泡及起泡稳定性以及凝胶性等［4］，由于不同食品加工体系对蛋白质功能特性要求不尽相同，所以，通过对蛋白质进行改性来制备或满足食品加工需要是花生蛋白质深加工的重要研究内容［5］。

研究表明［6，7］，花生蛋白质经改性后可获得较好加工特性，有利于花生蛋白质的精深加工。

1.1 物理改性
物理改性是指利用热处理、挤压处理、高压处理、超声波处理等物理手段来改变蛋白质高级结构及蛋白质分子间的聚集状态从而实现改善蛋白质功能特性与提高营养
价值的目的，一般只对次级键产生影响，不会对蛋白质一级结构造成大的影响，具有加工成本低、安全性高、无毒副作用、作用时间较短和营养损失较少等优点，但存在改性效果不理想和难以产业化等不足。

热处理改性是指在高温或高压条件下，使花生蛋白质肽键水解、氨基酸侧链改性及蛋白质与其它分子的缩合等结构性变化，从而改善蛋白质功能特性的改性技术。

在高温条件下，由于分子重排而发生复性使蛋白质分散性、乳化性和溶解性等加工特性得到改善。

热处理可破坏或减弱氢键、静电力和范德华力等相互作用力，尤其是氢键。

而高压处理技术是通过对蛋白质营养基料施以500MPa～1000MPa的高压破坏或形成蛋白质的非共价键来实现修饰改性的处理技术。

高压处理过程中产生的高速剪切力和热量可加速蛋白质的溶解性，其机理是高压处理可破坏分子间的非共价键从而使不溶性蛋白转化为可溶性蛋白。

在高温和（或）高压条件下，蛋白质三、四级空间结构结合力变弱，分子形状由折叠状变为直线状，非晶态的球蛋白变成有序的定向排列结构，从而改善蛋白质的物理及流变学特性［8］。

肖怀秋［9］等
人对低温冷榨花生蛋白质进行热处理改性发现，可以有效提高酶法改性的改性效率。

Tu Zongcai等人［10］研究了超高压微射流处理对花生蛋白质理化性质和结构的影响，研究认为，超高压微射流处理后，蛋白质内部基团被破坏，蛋白质功能特性发生明显改变。

Dong XinHong等人［11］研究了高压处理对花生蛋白质功能特性的影响。

研究发现，经高压改性处理后，在pH4－7范围内，花生蛋白质溶解
性明显增加，在pH8－10范围内，溶解性差异不明显。

研究还发现，高压改性处理后，乳化指数和起泡能力得到改善，但乳化稳定性和起泡稳定性下降。

此外，高压改性处理后持水能力明显提高。

超声波改性是利用大功率超声波的“声空化”作用于介质，并产生高压、剪切力以及热作用使蛋白质分子结构发生裂解或重构实现蛋白质功能特性的改善的改性方法［12］。

Zhang Qiu－Ting［12］等人研究了超声波处理对花生分离蛋白乳化性
和蛋白质结构的影响。

研究发现，超声波处理后，乳化性得到明显改善，平均粒径由474.7nm减少到255.8nm，但蛋白质分子量没有受到影响。

内源性荧光光谱
和表面疏水性分析发现，超声处理可减少花生蛋白质三级空间结构的改变。

乳化指数和乳化稳定指数与表面疏水值（H0）有良好的相关关系（r分别为0.712和
0.668）。

邵悦［13］等人用超声波处理花生蛋白粉溶液并测试了超声处理对花生蛋白功能特性的影响，研究发现，超声波处理20min，起泡性从30%增加到60%，泡沫稳定性从17%增加到50%，超声处理15min，乳化性从38.9%增加到
49.3%，超声处理6min，吸油性从0.91mL/g增加到1.51mL/g，超声处理8min 使1g/100mL蛋白溶液溶解性由0.10g增加到0.35g，2g/100mL蛋白溶液溶解
性由0.23g增加到0.48g。

pH＞4时和NaCl浓度为0.2～0.4 mol/L时超声可促
进花生蛋白质的乳化。

1.2 化学改性
化学改性针对－NH2、－OH、－SH及－COOH等活性官能团，通过化学试剂作用使蛋白质肽链部分断裂或引入新的活性官能团使蛋白质分子结构、荷电特性、亲疏水基团等发生改变，从而改善蛋白质功能性。

常用改性方法有酰基化、磷酸化、接枝反应等［14］。

化学改性具有改性操作方法简单、应用较广泛和效果较好等
优点，但存在副产物多样、有毒产物难以去除、对环境不友好以及能耗相对较高等缺陷。

酰基化改性是花生蛋白质重要的改性手段，常见酰基化反应有乙酰基化反应和琥珀酰化反应［15］。

Beuchat，Larry R等人［15］研究了pH7.4－8.0条件下花生
蛋白质与不同浓度琥珀酸酐进行酰基化改性对蛋白质功能特性的影响。

研究发现，琥珀酰改性后，花生蛋白质主要组分断裂成亚基，NSI在pH＜4下降，而在
pH6.0－7.0范围内NSI呈增加趋势，改性后持水性、吸水性和乳化性等蛋白质功能特性明显改善，蛋白质溶液黏度也有所增加。

阎杰［16］等人对花生蛋白质进
行非水环境的乙酰化改性，改性条件为乙酸酐/蛋白0.095mol/g，85℃，20min，花生蛋白乙酰化可达到27.72mol/kg，经改性后，花生蛋白质功能特性可得到有
效改善。

磷酸化改性是在蛋白质分子中引入磷酸根基团，可增加蛋白质分子的电负性和蛋白质分子间的电荷斥力，蛋白质分子的分散性得到加强，从而提高蛋白质加工体系的乳化性、起泡性以及溶解度等加工特性［14］。

Yu Lina［14］等人研究了三聚磷酸钠改性对花生蛋白质功能特性的影响。

研究发现，磷酸化改性后，乳化活性指数为65.04m2/g，乳化能力也得到极大提高，FTIR，XRD，TG/DTA，NMR－31P 和SEM分析表明，丝氨酸残基、苏氨酸残基以及赖氨酸残基参与了磷酸化改性的反应。

张健磊［17］采用三聚磷酸钠对花生蛋白进行化学改性。

研究发现，通过
化学改性使花生蛋白质溶解性达到2.01g/ mol，乳化度为56.98%，乳化稳定性
为55.54%，均优于未改性的花生蛋白。

接枝改性也是蛋白质化学改性的重要手段，常进行蛋白质与糖的接枝反应［18，19］。

该反应主要是利用氨基酸侧链的自由氨基与糖分子还原性末端的羰氨发生Maillard反应进行蛋白质的改性。

接枝改性后蛋白质部分可有效吸附在油－水界
面并降低表面张力，共价接枝的多糖部分则在吸附膜周围形成立体网状构造，增加膜的机械性能，接枝形成的复合物结构中含有大量羟基，产物溶解性和乳化特性也得到改善［18］。

Liu Yan［6］等人基于Maillard反应研究了花生蛋白与葡聚糖接枝反应对蛋白质功能特性的影响。

研究发现，花生分离蛋白与葡聚糖（1∶1）
接枝后分子量增加，球蛋白不利接枝反应。

接枝改性后蛋白质热稳定性明显改善，空间结构也更紧密。

在pH4.5－6.0范围内溶解性显著提高，乳化性和起泡性显著改善（P＜0.05）。

Li Chen等人［19］在研究了花生分离蛋白与葡甘露聚糖接枝反应对功能特性的影响，研究发现，超声辅助下接枝物溶解性和乳化性明显改善，赖氨酸残基和精氨酸残基含量随接枝反应的进行呈下降趋势，接枝产物空间结构以
α－螺旋形式存在较少，而更多以β－结构和无规则卷曲为主，表面疏水值增加，
蛋白质空间结构更松散。

1.3 酶法改性
酶法改性是指蛋白质在酶的作用下高级结构发生改变，从而实现蛋白质功能特性的改善与营养价值提高的目的。

酶法改性一般会涉及蛋白质一级结构的改变，是修饰蛋白质空间结构、实现蛋白质功能多元化以及提高蛋白质附加值的最有价值的方法之一［7］，分为酶法降解改性与酶法聚合改性两种。

酶法聚合改性主要是通过转谷氨酰胺酶作用于花生蛋白质，催化赖氨酸分子结构中的ε－氨基与谷氨酸的γ－羟酰胺基形成共价键，从而改变蛋白质的加工性能［20，21］。

Feng Xiao－Long等人［22］研究了转谷氨酰胺酶催化的交联改性反应对arachin和coarachin理化性质的影响。

研究发现，coarachin含量高有利于蛋白聚集，改性处理后的arachin和富含coarachin的花生蛋白质，其溶解性分别降低了66.13%和36.91%，改性温度均有轻微上升，表面疏水性均有降低，改性后微观结构更为致密。

Zhao Guanli等人［7，23］研究了Alcalase 2.4L、木瓜蛋白酶和Protamex蛋白对花生蛋白质进行限制性降解并对其功能特性的影响，研究发现，木瓜蛋白酶和Protamex蛋白酶水解度为4%和8%时，乳化活性指数最大，不同
水解度的酶法改性样本的起泡能力和起泡稳定性有显著提高（P＜0.05）。

他们还研究了酶法改性对构象和功能特性的影响。

研究发现，酶促改性后，球蛋白热稳定性和二硫键增加，而巯基减少。

内源荧光光谱分析表明，改性后花生蛋白质三级结构更灵活，功能特性得到改善，如溶解性和成胶能力增强，而乳化活性指数下降。

花生蛋白改性后可降低其过敏源和提高其营养与加工特性，可作为功能性食品基料在大宗食品（如肉类制品、米面制品和焙烤食品等）以及营养配方食品（如婴幼儿强化食品、口感和风味增强剂、肽饮料等）加工中广泛应用。

花生蛋白经经改性后，其功能特性和营养价值、消化利用率等均得到提升，应用于各类加工体系中，如花
生蛋白馒头［24］、面制品［25，26］、肉类制品［27］、腈纶服饰［28］、微胶囊粉末油脂［29］、肽饮料和醒酒肽［3］、葡萄汁和苹果汁［30］、蛋白标签胶［31］、花生蛋白凝胶食品［32］、花生蛋白露［33］、可食性蛋白膜［34］、婴幼儿食品［35，36］、酸奶［37］、仿生肉制品［38］以及作为呈味基料［39］等。

物理改性主要是改变加工环境来重构蛋白质的空间结构作用力（特别是氢键），化学改性则对蛋白质所处加工环境进行直接修饰，改变蛋白质离子键结合并对构象进行结构修饰，而酶法改性则主要通过酶的特异性对蛋白质分子结构的特定位点进行酶促催化从而改善蛋白质的功能性质，主要涉及蛋白质空间构象的改变。

物理改性虽具有加工成本低、安全性高、对蛋白质营养损失少等优点，但却存在改性效果不理想以及难以实现产业化等弊端，而化学改性却存在化学试验专一性不好，反应试剂残存以及产物有毒等问题，主要用于非食品用途，如化工涂料、粘合剂、可降解塑料、纺织加工、油墨助剂、皮革加工、农药分散剂、感光材料稳定性、药品涂层以及缓释材料等方面［40］。

酶法改性具有酶解过程温和，较好地保持蛋白质原
有功能特性，酶促水解产物经平衡后，含盐较少。

任何一种改性技术都很难完美地对花生蛋白质进行定性改性并满足食品不同加工体系的需要。

为了满足不同食品加工体系对蛋白质功能特性的需求，花生蛋白质改性技术可以从以下几方面进行研究［41］：（1）实施花生蛋白质的定向改造［42］和限制性酶解［43］。

通过蛋
白质的限制性可控酶解和选择特定的酶实现蛋白质功能特性的定向改性。

（2）开发新的化学改性试剂和实施定向化学结构修饰［44］。

由于常规化学改性存在化
学试验专一性不好、反应试剂残存以及产物有毒等问题，因此，开发一些新的环境友好型的化学改性试剂，避免对环境的污染，同时可基于蛋白质应用的食品加工体系所需要的功能特性进行化学定向改造［44］。

（3）研究改性条件与改性效果的非线性关系，实现花生蛋白质改性的规程化操作。

如深入系统研究花生蛋白质的酶
促水解参数与花生蛋白质功能特性（如乳化性、乳化稳定性、起泡性、起泡稳定性、持水/持油力、溶解性等）的非线性关系，构建多阶非线性回归方程，探讨改性效
果与改性工艺的对称性。

（4）采取复合改性的技术。

由于单一改性技术的改性效果受限，可考虑采取2种或2种以上的改性技术联用来达到预期的改性预期效果。

如Hu X等人［5］用高压微射流和（或）转谷氨酰胺酶对花生分离蛋白进行复合
改性，研究发现，复合改性可导致花生蛋白质的解折叠，α－螺旋和β－转角空间
结构减少，而β－折叠和无规则卷曲有所增加，显著增加了花生改性蛋白的乳化稳定性（20天），且复合改性后蛋白质空间结构变得更加松散，其理化性质和功能
性质得到有效改善。

Li Chen［18］等人采取了物理（超声波改性）与化学改性（接枝改性）对花生蛋白质功能特性的影响。

研究发现，复合改性产物其溶解性和乳化性有效提高，空间结构研究发现，蛋白质的α－螺旋空间结构减少，而β空
间结构有所增加，产物有更高的表面疏水值，蛋白空间结构更松散。

（5）改性脱敏研究。

花生蛋白质由于有过敏源的存在，制约了其在食品工业的应用，开展花生蛋白改性联合脱敏研究对于花生蛋白质的精深加工具有非常深远的影响。

采取改变加工工艺［45］或通过基因工程手段修饰致敏源蛋白质结构［46］可降低其致敏性，有利于花生蛋白质的精深加工，也有利于拓宽花生蛋白质在食品加工中的应用范围。

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