马铃薯蛋白及其酶水解物的功能性质

分类号：密级：学校代号： 10538 学号：硕士学位论文马铃薯蛋白及其蛋白酶水解物的功能性质培养学院：食品科学与工程学院学科专业：食品科学与工程研究方向：分子营养学论文提交日期： 2016年5月20日Functional properties of potato protein and its hydrolysatesFood Science and EngineeringinCentral South University of Forestry and Technology 498 Shaoshan South Road，Tianxin DistrictChangsha Hunan 410004，P.R. CHINAMay, 2016摘要随着我国“马铃薯主粮化”战略的实施，开发利用马铃薯蛋白这一曾作为马铃薯加工业废弃物的资源已成为研究热点。

本文对马铃薯蛋白的组成、功能性质及其蛋白酶解产物的性质等方面对马铃薯蛋白的研究进展进行了概述。

关键词：马铃薯蛋白，功能性质，酶解产物ABSTRACTAs the strategy of Potato Staple Food in China was Implemented, exploitation of potato protein, one has been served as a potato processing industry waste, will become a hot topic.In this paper, the composition and functional properties of the potato protein and its hydrolysates will be overview.Key words：Potato protein; Functional properties;hydrolysates1 绪言马铃薯（Solanum tuberosum L.），又称地蛋、土豆、洋山芋等，属茄科多年生草本植物，其块茎可供食用。

原产于南美洲的秘鲁安第斯山区。

由于其具有耐旱、耐寒、耐瘠薄、适应性广、营养丰富、粮菜兼用和加工用途广等特性，故广泛分布于100多个国家和地区，并与小麦、稻谷、玉米、高粱并称为世界五大作物[1]。

当今世界有80%左右的国家种植马铃薯，主要生产国有中国、俄罗斯、印度、乌克兰、美国等。

近年来我国马铃薯生产持续稳定发展，2014年种植面积达577万公顷，鲜薯产量9500多万吨，面积和产量均占世界的四分之一左右，我国已成为马铃薯生产和消费的第一大国。

2015年，中国将启动马铃薯主粮化战略，推进把马铃薯加工成馒头、面条、米粉等主食，计到2020年，我国马铃薯种植面积要翻一番，届时马铃薯将成稻米、小麦、玉米外的又一主粮[2]。

马铃薯蛋白是马铃薯淀粉加工的副产物，每公斤新鲜的马铃薯块茎中含有蛋白质20g[3]。

由于其营养价值高（氨基酸组成合理）且价格低廉，可以作为优质植物性蛋白质资源。

然而随着马铃薯加工业的发展，尤其是在马铃薯淀粉加工业中，马铃薯蛋白经常作为废弃物流失，造成了资源的极大浪费。

目前，植物性蛋白质资源在世界蛋白质资源供应量中占主要地位，达71％，其产量占世界蛋白总产量的80％[4]，如何充分开发利用马铃薯蛋白这一植物性蛋白质资源已成为研究的热点。

本文对马铃薯蛋白及其蛋白酶解产物的功能性质对马铃薯蛋白的研究进展进行了概述，以求抛砖引玉，为我国马铃薯主粮化战略的发展提供参考意见。

2 马铃薯蛋白的组成马铃薯贮藏蛋白中约含25％的马铃薯球蛋白（Tuberin）和40％的马铃薯糖蛋白（Patatin）。

作为马铃薯主要贮藏蛋白之一的马铃薯球蛋白，主要分布在马铃薯块茎，特别是在软组织的液泡中，其含量占整个马铃薯贮藏蛋白的25％左右。

然而在大量的观察中，当马铃薯的块茎和匍匐茎已移除，即仅形成小地上芽时，马铃薯球蛋白才得已被发现[5]。

其它研究也表明，马铃薯糖蛋白可以在马铃薯茎中找到。

马铃薯糖蛋白约占马铃薯贮藏蛋白的40％，其分子量介于40kDa 至45kDa之间据报道，原生凝胶上分析时马铃薯糖蛋白以88-kDa二聚体的形式存在。

然而，当十二烷基硫酸钠（SDS）的存在时，蛋白质被分解成单体单元[6]。

经氨基酸成分分析表明，马铃薯糖蛋白是由大约366个氨基酸构成，这些氨基酸残基具有被整个蛋白质的长度分布的负电荷和正电荷。

马铃薯糖蛋白的等电点已被确定为在pH值4.9，而马铃薯球蛋白存在三个等电点，分别为5.83、6.0和6.7。

马铃薯球蛋白易溶于盐，亮氨酸、赖氨酸和缬氨酸等氨基酸含量较高，其必需氨基酸含量较大多数谷类和植物蛋白更高，且明显高于FAO/WHO的必需氨基酸含量推荐值[7]。

经氨基酸成分分析、Ｘ-粉末晶体衍射、圆二色谱分析和红外光谱分析等结构分析表明，马铃薯糖蛋白的二级结构主要是β-折叠，约占45％，其次是α-螺旋，约占33％。

马铃薯糖蛋白三级结构的稳定温度高达45℃，而当温度超过55℃后，其二级结构开始展开，α-螺旋部分变性。

马铃薯球蛋白二级结构主要是无规则卷曲，占85％以上，β折叠和α螺旋含量接近，β转角含量最低，含硫氨基酸是22kDa马铃薯球蛋白的限制性氨基酸。

与其他常见的蛋白质植物来源相比，马铃薯糖蛋白的营养成分更接近与蛋清，并被认为具有比大豆蛋白更好的乳化性能[8]。

因此，马铃薯蛋白作为一种优质的蛋白质原料来源，在食品加工业中具有很好的应用前景。

同时还有研究表明，马铃薯贮藏蛋白也可以分为酸性组分和碱性组分。

通过透析与等电点沉淀相结合的工艺方法，对马铃薯块茎蛋白组分进行提取分离，并对其蛋白的组成进行检测，马铃薯块茎酸性蛋白组分和碱性蛋白组分的得率分别为0.535%、0.741%；纯度分别为92.5%、89.2%；酸性蛋白组分沉降系数为5S，分子质量为82kDa；碱性蛋白组分沉降系数为8S，分子质量为140kDa。

SDS-PAGE电泳图谱表明5S蛋白组分有1条亚基带；8S蛋白组分有4条亚基带。

5S蛋白组分的表面疏水性、吸油能力、乳化性显著高于8S蛋白组分；而8S蛋白组分的总巯基含量以及起泡性高于5S蛋白组分[9]。

因此，可以分别依据这两种蛋白组分的功能性质，作为蛋白添加原料添加在相应的功能食品中。

3 马铃薯蛋白的功能性质食品蛋白质的功能性质(Functionality)是指在食品加工、保藏、制备和消费期间影响蛋白质在食品体系中的性能的那些蛋白质的物理和化学性质[10]。

目前，国内外科研工作者主要对马铃薯分离蛋白的溶解性、持水性、乳化性、凝胶性和黏度进行了研究。

3.1马铃薯蛋白的溶解性刘素稳的实验结果表明：马铃薯分离蛋白在等电点附近pH值为4.5时，NSI 最低，溶解度最小；在温度为50℃时，蛋白质的溶解度达到最大；在0~0.8 mol/L 的NaCI溶液中，蛋白质的溶解度随着电解质浓度的增大而提高[11]。

朴金苗的实验结果表明：马铃薯分离蛋白在pH1～10(不含pH=4)，在蒸馏水中的溶解度高于在1% NaCl 溶液中的溶解度，在1% CaCl2 溶液中的溶解度受pH 值影响小，都在30% 和40% 左右[12]。

Sissel Løkra的实验结果表明：当pH值从1增加到10时，乳化性在蒸馏水中溶液中仅分别提高67%和41%，这是由于盐析现提高224%，在1% NaCl和1% CaCl2象改变了蛋白质的乳化性质。

由于盐的存在，表现出盐析效果等，溶液中pH值对马铃薯分离蛋白的乳化活性指数(EAI)和乳化稳定指数(ESI)影响较小[13]。

3.2马铃薯蛋白的持水性潘牧的实验结果表明:室温下马铃薯分离蛋白的持水性为3.31g/g，较相同条件下大豆分离蛋白的持水性（4.17g/g）略低[14]。

姚佳的实验结果表明：随着pH值的升高，絮凝蛋白与酸碱沉淀蛋白的持水力均随pH值的增大而减小，当pH值为4时，其持水力最小，pH值继续增大，其持水力也随之增大。

当pH值到达4时，在等电点附近，蛋白质与水相互作用较弱，其持水力最小。

絮凝蛋白与酸碱沉淀蛋白持水力的整体趋势是一致的，pH值对絮凝蛋白与酸碱沉淀蛋白的持水力均有影响，但是酸碱沉淀蛋白所受的pH值的影响要比絮凝蛋白显著[15]。

3.3马铃薯蛋白的乳化性高洁对马铃薯淀粉废水中回收的蛋白质进行实验，其结果表明：蛋白质浓度为0-0.8%时，随着蛋白质浓度的增大，马铃薯蛋白的乳化性增强，但是当浓度大于0.8%时，乳化性开始减弱。

马铃薯蛋白在蛋白质浓度低于0.8%时乳化稳定性变化较小，蛋白质浓度为0.8%时的乳化稳定性最高，蛋白浓度大于0.8%时乳化稳定性减弱[16]。

这意味着马铃薯蛋白质浓度的增大可以提高其乳化性及乳化稳定性。

Koningsveld的实验结果表明：在乳化过程中，有小径粒液滴被检出，这些液滴以糖蛋白催化脂肪分解产物为主，即该催化导致表面活性的脂肪酸和单酸甘油酯从三辛酸甘油酯油相中释放。

此外，单酸甘油酯，特别是脂肪酸，在乳化过程中，会引起比用单独蛋白质的更强更快的界面张力下降，并导致液滴尺寸的急剧下降[17]。

3.4马铃薯蛋白的凝胶性朴金苗的实验结果表明：马铃薯分离蛋白最低凝胶点的蛋白质浓度为6%。

在选用马铃薯蛋白质浓度12%、pH7 .0、加热温度95℃、加热时间15min 条件下制备的凝胶，其凝胶的脆度、硬度、稠度、黏聚性和黏着性考察指标数据最好[18]。

4 马铃薯蛋白酶解产物的功能性质如前文所述，尽管马铃薯蛋白，尤其是马铃薯糖蛋白（Patatin）有一定的持水性、乳化性和凝胶性，但是马铃薯蛋白工业化产品的溶解性较差。

然而，通过对马铃薯蛋白进行酶解，马铃薯蛋白的溶解度有了很大的提高，并且酶解产物的乳浊液显现出一些其他的优良性质。

目前，国内对这一方向鲜有研究；而国外科研工作者主要对马铃薯分离蛋白酶解产物的风味结合性、乳化性、抗氧化性和生物活性进行了研究。

4.1风味结合性赵晶以马铃薯蛋白为底物，用胰蛋白酶进行酶解（酶解条件为pH8．0，水解时间2h，温度55℃，酶用量650U／g），并将酶解物在封闭条件下热反应衍生风味。

结果表明：在温度120℃，时间60min，pH=7.0，L-半胱氨酸盐酸盐和木糖添加量分别为0.8％和15％条件下，合成的风味物质香味浓郁，所得香气具有烤牛肉特征香味[19]。

4.2乳化性Nieto以法兰克福香肠烹饪过程中原始乳剂的损失，质构特性和熟法兰克福香肠的TBARS显色法的显色为指标，对马铃薯蛋白酶解产物在香肠烹饪过程中脂肪氧化的抑制能力进行测定。

其结果表明：添加马铃薯蛋白酶解产物的香肠其颜色较未添加时更暗，且马铃薯蛋白酶解产物在香肠烹饪过程中能显著（P <0.05）降低烹调损失和香肠断裂力，即对香肠烹饪过程中脂质氧化中有显著（P <0.05）抑制效果[20]。