花生蛋白的开发与利用

花生学报　2005,34(4):12～16
　J ournal of Peanut Science,Vol.34,No.4,2005
　文章编号:100224093(2005)0420012205
花生蛋白的开发与利用3
张宇昊,王　强
(中国农业科学院农产品加工所,北京100094)
摘要:从营养学角度,论述了花生蛋白开发利用的必要性;评价了花生蛋白利用的现状;介绍了生产花生蛋白产品的各种技术;并对花生蛋白深加工产品尤其是花生生物活性短肽的开发进行了展望。

关键词:花生蛋白;开发;利用;展望
中图分类号:S565.209 文献标识码:A
Exploitation and Utility of Peanut Protein
ZH ANG Y u2hao,WANG Qiang
(Agriculture Produce Proceeding Researching Institute,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing100094,China) Abstract:This article discussed the necessity of utility of peanut protein;evaluated the present situation of utility of peanut protein and introduced some kinds of technique of producing peanut protein;the deep2processed productions of peanut protein,especially biologic active peptide of peanut,were viewed.
K ey w ords:peanut protein;exploitation;utility;viewing
1　前　言
花生是我国六大油料作物之一,上世纪90年代以来,我国花生生产得到持续发展,年均递增率2.7%,是全球增长最快的国家。

2003年全国花生播种面积达到5056.7khm2,总产量达15006kt,总产量居世界首位,种植面积居世界第二位[1]。

目前我国花生加工和综合利用主要用于榨油,且相当大的部分是被众多小型榨油厂消耗掉,由于技术落后,影响了花生营养的开发利用,蛋白质浪费较大。

继大豆蛋白被人们充分认识和深度利用后,花生蛋白开始进入人们的视野并逐渐引起重视,花生正在成为优质食用植物蛋白资源。

我国“十一五”发展目标明确提出2005～2010年,我国花生加工业主要由数量的增长转变为质量的提高,产品品种和经济效益同步增长,提高深加工转化率和利用率;进一步优化产业结构和产品结构,着重提高生产技术水平和产品的科技含量。

因此,就要求在花生加工的过程中高效彻底地分离蛋白和油脂且尽可能减少对原料本身营养成分产生影响。

另一方面,进一步开发花生蛋白产品,加强花生蛋白精深加工技术和设备方面的应用基础研究。

2　花生蛋白的研究现状
2.1　花生蛋白及其组分
花生中含有25%～36%的蛋白质。

对于花生蛋白质的种类,国内报道大多将花生蛋白分为两大类即水溶性蛋白和盐溶性蛋白,其中大约有10%的蛋白质是水溶性蛋白,称之为乳清蛋白,其余的90%为盐溶性蛋白。

韦一能等[2]采用聚丙烯酰胺凝胶电泳、醋酸纤维薄膜电泳、等电聚焦和等电聚焦后分别取不同等电点的蛋白质进行聚丙烯酰胺凝胶电泳(PA GE)和十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS2PA GE)分析,研究花生蛋白的主要种类,结果显示花生蛋白有两种主要组分和一种次要组分。

国内大多报道认为盐溶蛋白的主要成分包括花生球蛋白和伴生花生球蛋白,花生球蛋白为两个亚基组成的二聚体,伴生花生球蛋白是由6～7个亚基所组成[3]。

杨晓泉等[4]通过SDS2PA GE分析显示花生的盐溶蛋白主要由花生贮藏性蛋白质组成,包括花生球蛋白、伴花生球蛋白和2S蛋
3收稿日期:2005206226
作者简介:张宇昊(19782),男,河北保定人,中国农业科学院农产品加工所在读博士,主要从事农产品加工研究。

白。

SDS 2PA GE 显示花生球蛋白有两个酸性亚基和三个碱性亚基组成,伴花生球蛋白仅有一个亚基,而2S 蛋白由6个多肽组成;其通过激光质谱法测定了花生2S 蛋白各组分的分子量,确认2S 蛋白六个主要多肽是以离解形式而非亚基形式存在。

花生中的蛋白的营养价值与动物性蛋白质差异不大,而且不含胆固醇,花生蛋白的生物价(BV )为58,蛋白效价(PER )为1.7(酪蛋白为2.5),比面粉(1.0),玉米(1.2)均高[5],其营养价值在植物性蛋白质中仅次于大豆蛋白。

2.2　花生蛋白氨基酸组分
花生蛋白中氨基酸分布广泛(见附表),并含有人体必需的八种氨基酸,属于完全蛋白。

在人体必需的八种氨基酸中,除蛋氨酸含量较低外,赖氨酸,色氨酸,苏氨酸含量均接近联合国粮农组织所规定的标准,而其他四种氨基酸含量也接近或超过了此标准,赖氨酸含量比大米、小麦、玉米高3～8倍,其有效利用率达98.94%,而大豆中的赖氨酸有效利用率仅为78%。

花生蛋白质中谷氨酸含量高达19.9%,天门冬氨酸达14.1%,这两种氨基酸对脑细胞发育和增强记忆力有良好的促进作用。

花生蛋白的功能性与大豆蛋白接近,却比大豆蛋白更易吸收。

花生蛋白的不消化糖、棉子糖和水苏糖含量只相当于大豆蛋白的1/7,不会产生食用大豆蛋白后常出现的腹胀和嗝气反应,消化系数达90%。

另外,花生蛋白色泽洁白,可溶性蛋白质和氮溶解指数高,不管添加到动物性食品或植物性食品中,都能起到改善食品品质、强化食品营养的作用。

附表　花生、花生分离和花生浓缩蛋白的氨基酸组成(g/16g N )[3]
Table Amino acids in peanut protein 、peanut protein concentrate and peanut protein separation
氨基酸Amino acids
花生3Peanut protein 花生分离蛋白Peanut protein separation 花生浓缩蛋白Peanut protein concentrate FAO/W HO (1973)赖氨酸Lysine
3.0 3.0 3.0 5.5组氨酸Histidine
2.3 2.4 2.4—精氨酸Arginine
11.312.812.6—天门冬氨酸Asparagine
14.112.312.5—苏氨酸Threonine
2.5 2.5 2.5 4.0丝氨酸Serine
4.9
5.1 5.2—谷氨酸G lutamicacid
19.921.420.7—脯氨酸Proline
4.4 4.8 4.6—甘氨酸G lycine
5.6 4.1 4.2—丙氨酸Alanine
4.2 3.9 4.0—胱氨酸Cystine
1.3 1.4 1.4—缬氨酸Valine
4.5 4.4 4.5
5.0蛋氨酸Met hionine
0.9 1.0 1.0 3.5异亮氨酸Isoleucine
4.1 3.6 3.4 4.0亮氨酸Leucine
6.7 6.6 6.7
7.0酪氨酸Tyrosine
4.1 4.3 4.4—苯丙氨酸Phenylalanine
5.2 5.6 5.6
6.0色氨酸Trytophan
1.0 1.0 1.0 1.0化学评分Chemical score 555555— 注:3用己烷在低温下脱脂的花生。

2.3　花生蛋白的应用
从具有代表性的欧美等发达国家的花生产业的发展历程来看,花生生产目的是以油用为主逐步向食用方向发展的,花生生产不单是为了榨油,而是为了获得高蛋白的营养食品。

我国对于花生蛋白的开发利用起步较晚,但经过广大科技工作者的努力,近年来,我国在花生蛋白的加工技术及其利用方面,取得了一定的进展。

2001年河南久宝生物工程公司研制开发出常温环保一步法“花生制油与蛋白提取”技术,使我国在花生蛋白质的研究方面取得了进展。

这种技术在一定程度上解决了传统工艺中存在的蛋白质变性等难点。

武汉天天生物制品公司已研制出花生蛋白功能肽。

内蒙古蒙牛乳业集团已经成功制成花生蛋白饮料,拟与牛奶混和,制成新型动植物蛋白混合饮料推向市场。

国内利用花生仁经低温脱脂、水循环冷却磨粉工艺制取的花生蛋白粉,功能性与大豆蛋白粉接近,是食品加工中的理想原料。

目前,国内已经开发出多种花生蛋白制品。

我国花生蛋白产量在国内各种油料植物蛋白中居第二。

专家预测,在我国随着花生蛋白开发的逐渐深入,花生作为天然植物蛋白资源的作用将得到充分发挥。

31　4期 张宇昊,等:花生蛋白的开发与利用
41 花　生　学　报 34卷　
在欧美等发达国家,花生主要被用来制作花生酱、花生蛋白制品以及各种糖果糕点、休闲食品,由于花生蛋白良好的功能性质和营养特性以及花生的良好风味,花生蛋白已经被应用于许多食品加工中[6]。

发达国家的一些研究机构,相继开发出各种高蛋白食品、减肥食品等花生深加工产品。

美国、日本在花生分离蛋白技术方面研究居世界领先地位,他们可以生产注射、乳化、凝胶、分散、肉粒、肉粉等80多种类型的产品,广泛应用于肉食品、乳制品、焙烤食品和保健食品等行业。

近几年,具有生物降解和环保特性的可食性蛋白膜正日益引起人们的重视,与化学合成膜相比,大部分蛋白膜具有良好的阻气性。

由于花生中的蛋白含量较高,因此花生蛋白膜的研究已成为国外研究的热点,A.Jangchud[7]等经过试验证明甘油是蛋白凝集过程中良好的可塑剂,并认为花生蛋白膜在维持中等湿度食品的潮湿特性上具有良好的前景。

Chin2chi liu[8]等认为蛋白成膜的功能特性与一些因素如蛋白的成分和结构、热敏性、亲水能力等有密切的关系,并通过不同的物理化学改性改善了花生蛋白膜的一些特性。

随着花生蛋白在食品中的广泛应用,美国的花生过敏现象在日益增加,而近十年来欧洲的花生过敏现象也普遍存在[9]。

因此花生蛋白的过敏原和如何减轻花生蛋白过敏现象的研究正成为国外研究的另一个热点。

Burks W[10]等认为Arah1、Arah2和Arah3是主要的花生蛋白过敏原;J.Mouecoucou[11]等认为多糖的适当添加可以减轻花生蛋白的过敏现象。

3　花生蛋白的制取
花生具有富油富蛋白的双重性质,我国长期以来一直重视花生油的生产和加工,但由于压榨工艺落后,影响花生饼粕蛋白质的利用,造成花生蛋白质浪费严重。

因此如何高效彻底地分离蛋白和油脂且尽可能不对原料本身营养成分产生影响,是我国花生蛋白加工与开发的基础。

我国制取花生蛋白的原料一般有两种[12]:一是以脱脂或部分脱脂后的饼粕作为原料直接制取花生蛋白粉;二是以花生仁为原料,采用一定的方法,同时分离出油脂和蛋白。

花生蛋白制品多种多样,目前我国以粉状花生蛋白为主要产品,如花生蛋白粉、花生浓缩蛋白、花生分离蛋白等。

3.1　花生蛋白及花生蛋白粉的制备
在制取花生蛋白的过程中,目前常用的技术有冷榨法、浸出法、水剂法、膜分离技术、水酶法等。

3.1.1　冷榨法 冷榨法即在60℃以下的低温状态下,对去红衣的花生进行压榨以实现在尽量保持原料本身营养前提下的花生油和花生蛋白的分离。

冷榨法可以较好的保持花生蛋白的营养,降低蛋白的变性,但其出油率较低,脱脂不太彻底,饼中的含油量较大[13],因此常与浸出法同时使用。

在国外,德国的油料冷榨技术发展最快[14],德国CIMBRIA SKET公司与埃森综合大学合作已研制生产出KR26型螺旋冷榨机并用于生产食用植物油。

在国内,武汉工业学院与安陆市天星粮油机械设备有限公司也已经联合研制开发出L YZX系列螺旋冷榨机,张世鸿等[15]利用此冷榨机生产出低变性花生粉。

陆晓彬等[16]利用低温冷榨技术脱脂生产出低变性花生蛋白粉并作为食品品质改良剂应用于食品加工中。

青岛长寿食品有限公司采用“低温物理压榨制取花生蛋白同步提取原花生油的技术”,同时生产出了花生蛋白粉和花生油,并且已经商品化。

3.1.2　浸出法 浸出法可分为直接浸出法和预榨浸出法。

低温浸出和脱溶工艺,出油率较高,生产的花生饼粕中的蛋白变性小,所得的花生粉水溶性蛋白含量高。

但其采用挥发性易燃溶剂,工艺要求复杂,成本较高,易有残留有机溶剂污染。

樊云霞等[13]采用预榨浸出法利用4号溶剂浸出制取了花生脱脂蛋白粉。

3.1.3　水剂法 水剂法是一种利用水剂作用把油、蛋白质和碳水化合物分离的新工艺。

我国自上世纪80年代开始,对水剂法提取花生蛋白工艺进行了广泛研究,并且先后在福建、山东、河北等地建立起了数家以水剂法提取花生蛋白的企业。

与传统工业相比,水剂法不用易燃易爆溶剂,提高了生产的安全性,降低了对空气的污染;可以同时生产出蛋白粉、油脂等产品,缩短了生产过程,出油率一般为92%～94%,蛋白质回收率可达70%以上;生产出的花生油纯度高、磷脂含量低、色泽浅、酸值及过氧化值也低。

但实践证明,水剂法也存在一些限制其进一步发展的问题,如出油率低于溶剂浸出法(约为浸出法的95%)、蛋白与油脂分离能耗大、生产过程中的卫生要求高,并且生产中还产生大量的乳清液及废水尚需回收处理。

最主要的一点是,蛋白产品具有较高的含油率,这使贮藏变得困难,油的氧化酸败给蛋白质带来了不利的气味和味道,严重限制了花生蛋白的应用。

徐茂军等曾对水剂法提取花生蛋白进行改进,使所生产的花生蛋白纯度升高,废水的固形物含量下降。

3.1.4　膜分离技术 膜分离技术主要是与水剂法结合使用,经水剂法分离出蛋白,油脂及不溶物,而后用超滤
技术提取蛋白,再用反渗透处理废液,可提高所得的蛋白氮溶解指数,并使整个原料无废料流出。

3.1.5　水酶法 随着生物工程技术的发展,酶制剂逐渐在食品工业上得到应用。

用酶处理法取得油脂是近几年来开始研究和应用的一种新工艺。

在植物油料中,油脂存在于细胞内,并通常构成脂多糖等脂类复合体。

采用能降解植物细胞壁的酶或对油脂复合体有降解作用的酶处理原料,在机械破坏的基础上,细胞被进一步“打开”,使
释放油脂更为完全。

这一类酶有纤维素酶(CE )、半纤维素酶(H E )、果胶酶(PE )、蛋白酶(PR )、α2淀粉酶(α2AM )、α2
聚半乳糖醛酸酶(α2P G )和β2葡聚糖酶(β2G L )等。

这方面的研究,国外一直在继续,其研究成果也日趋成熟。

1983
年Fullbook 等人用蛋白水解酶等制取西瓜籽、大豆和油菜籽的蛋白质和油脂,取得较为满意的结果。

近年来的研究表明,应用水酶法取油与传统取油工艺相比,具有一定优越性。

处理条件较为温和,使粕饼中的其他成分(尤其是蛋白质)变性小,可利用价值高;可提高油的得率,而且所提取的植物油质量较高;可以提高设备的处理能力,降低能耗。

总之水酶法可以为克服水剂法提取花生蛋白中尚存在的问题提供一条新的思路。

刘志强等[17]以维素酶为主体包含果胶酶的复合酶系处理花生水剂法制油过程中碾磨后的油料,显著提高了花生油收率及花生蛋白得率。

王瑛瑶等[18,19]用蛋白酶配合碱提工艺的方法提取花生蛋白质和花生油取得了较好的效果。

3.2　花生浓缩蛋白和花生分离蛋白的制备
花生浓缩蛋白和花生分离蛋白是以粗花生蛋白或花生蛋白粉为原料制得,其蛋白质含量较高,具有较好的功能性,能作为食品添加剂及粮食强化剂用于食品工业中。

花生浓缩蛋白的制备方法[20]主要包括酸沉淀制备法、乙醇洗涤制备法、酸沉淀和醇沉淀相结合制备法和己烷/含水乙醇混合溶剂制备法。

这些方法都是以花生蛋白粉或冷榨花生饼为原料,通过调节p H 值或有机溶剂沉淀的方法除去少量水溶性糖分、灰分和其他可溶性成分,而淀粉和纤维素随凝集的蛋白质集中为一体;随后再通过低温干燥、粉碎即制得花生浓缩蛋白。

刘大川等[21]曾采用一步法制备花生浓缩蛋白,制得的产品品质和功能性质较佳,尤其是溶解性较好。

花生分离蛋白的蛋白含量高于花生浓缩蛋白,但由于其生产成本较高,所以应用不如花生浓缩蛋白广泛。

其制备方法主要包括碱浸提酸沉淀制备法和超滤膜制备法。

前者是通过调节p H 值,利用碱提酸沉的方法不仅除去可溶性糖分,还除去淀粉、纤维素等成分,所得产品蛋白质含量较高(>90%);后者则是在碱性条件下,根据花生蛋白与其他物质分子量上的差别,通过超滤的方法来分离花生蛋白质,通常与碱提酸沉法结合使用。

4　展　望
粉状花生蛋白产品在我国食品工业中通常都是被作为添加剂使用,如经常应用于[22]肉制品加工、谷物焙烤制品的生产、植物蛋白饮料和冷饮冷食的生产以及副食品、调味品、休闲食品的生产中。

尽管可以起到改善产品的质地和营养结构、提高产品营养价值的作用,但这与我国“十一五”的花生加工发展目标还具有相当的差距。

2005～2010年,我国花生加工业将由数量的增长转变为质量的提高,产品品种和经济效益同步增长,提高深加工转化率和利用率,着重提高生产技术水平和产品的科技含量。

因此我们应当在生产粉状花生蛋白产品的基础上深入开展花生深加工产品的应用研究,增加花生蛋白质深加工产品品种,从而提高花生加工制品的附加值。

随着营养科学在蛋白质与氨基酸领域科学研究的不断发展,蛋白短肽作为一种生命活性物质的诸多功能日益被人们所认识。

目前国内对大豆肽的生产工艺、功能性质及生理活性等研究较多,而对以同为植物蛋白的花生蛋白为原料生产花生短肽的研究较少。

花生肽可以从花生中直接提取,X.Y.Ye [23]等从花生中分离出一种抗菌肽,命名为Hypogin ,这种肽可抑制多种真菌的生长,而且对人体免疫缺损病毒(HIV )的转录活性以及与HIV 感染有关的甘油水解酶的活性都有抑制作用。

根据大豆肽的生产经验,酶解法应当是可以在食品工业中应用的花生肽产品生产的主要方法。

武汉肽类物质研究所的科技人员在美国科学家的配合下,利用内切酶修饰复合酶技术,对花生蛋白进行定向酶切处理,制得花生肽的持水性非常好,在糕点、休闲食品中适量添加还可以改善口感和风味,提高蛋白质含量。

该花生肽分子量在10000以上,严格说并不属于花生活性短肽,但其说明了通过酶解法制备花生活性短肽的可行性。

当然通过大豆肽的研究经验来看,要想生产花生短肽产品,还有许多难点。

比如苦味肽的问题。

蛋白质酶水解物往往产生一种令人难以接受的苦味,因而成为影响蛋白质酶水解技术推广应用的重要障碍之一。

关于苦味产生的原因[24],许多研究者进行了研究,一般来说,随着肽链中疏水性氨基酸残基数量的增加,苦味程度有增加倾向,
5
1　4期 张宇昊,等:花生蛋白的开发与利用
61 花　生　学　报 34卷　
特别是当疏水性氨基酸残基位于C末端时,其苦味程度增加更为明显。

另有研究表明苦味肽的苦味不仅与其疏水度有关,而且与氨基酸排序顺序以及苦肽的空间结构有关。

有文献报道大豆蛋白的疏水性氨基酸含量为31.5%,而根据附表可计算出花生蛋白的疏水氨基酸含量为39.8%,因此,花生蛋白的水解物很有可能会产生苦味。

蛋白质水解物中含有的苦味肽会随蛋白质以及水解所用的内切型蛋白酶的种类不同而有所不同。

目前为止,蛋白水解物的苦味脱除方法大体有以下几种[25]:①选择性分离法:利用苦味肽的疏水性,采用乙醇抽提或疏水性树脂吸附,取出苦味;②掩盖法:采用环状糊精,多磷酸盐,谷氨酸,天门冬氨酸等物质来掩盖苦味肽的苦味;③类蛋白反应:Plastein反应是将蛋白水解液置于适当的反映环境中,再添加蛋白酶,就会产生胶体状的大分子物质。

经过该反应后,会使疏水性多肽聚集而形成不溶于水且苦味大大降低的类蛋白,从而使水解液的苦味降低;④膜分离法:其实也是一种选择分离法,利用苦肽一般分子量较小的特性,进行超滤分离;⑤酶法:利用外切型蛋白酶作用分解疏水性多肽的方法。

选择分离法和类蛋白反应去除苦肽一般会造成一定的经济损失,而掩盖法脱苦也存在需要加入较多量掩盖剂的缺点。

至于酶法脱除苦味也存在风味差的缺限,因酶作用过程中会游离出相当量的氨基酸以及低分子肽。

蒲云健[26]等通过添加活性炭、β2环糊精、苹果酸和柠檬酸等对大豆寡肽溶液进行脱苦,处理后的大豆寡肽溶液口味良好;朱海峰[27]等则利用端肽酶与内切酶的协同作用有效的降低了大豆水解液的苦味。

对于花生短肽的生产过程中如何控制苦味以及脱苦的方法未见报道,因而对此还要进行深入研究。

花生短肽的生产只是花生深加工产品的一部分,我们对花生短肽的生理活性进行进一步了解后,可以对花生短肽进行进一步的分离提取,争取开发出具有不同生理活性的花生活性肽功能食品。

我国作为花生大国,可以预期花生活性短肽系列产品的生产前景是广阔的。

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