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花生蛋白的功能特性及改性研究概述摘要花生营养丰富,是公认的优质植物蛋白资源。这篇文章对花生蛋白的功能特性及其在食品工业的应用进行综述，并分析了花生蛋白的改性研究现状，对其开发利用前景进行了展望。关键词：花生蛋白；植物蛋白；功能特性；改性BRIEF REVIEW OF STUDIES ON FUNCTIONAL PROPERTIES AND MODIFICATIONS OF PEANUT PROTEINS ABSTRACTIt is well known that peanuts are rich in nutrients and an excellent source of vegetable proteins. The functional properties and applications of peanut proteins in food industries were reviewed in this article. Moreover, studies on present modification of peanut proteins were analyzed and the prospects for the exploitations of peanut proteins in the future were viewed.KEY WORDS: Peanut proteins; Vegetable proteins; Functional properties; Modification第一章 概述1.1 花生蛋白简介花生属于豆科，一年生草本植物，是我国六大油料作物之一,也是重要的蛋白质资源，在植物蛋白资源中，花生蛋白约占蛋白总量的11% 。世界上花生的主产国家有印度、中国、美国、印度尼西亚等。印度种植面积最大，居首位，中国居第2位，尼日利亚居第3位。花生单产，美国居第1位，中国居第2位，阿根廷居第3位。花生中蛋白质的含量为24%36%，与几种主要油料作物相比，仅次于大豆，而高于芝麻和油菜。根据花生蛋白的溶解特性，将其分为两大类即水溶性蛋白和盐溶性蛋白，其中大约10%的蛋白质是水溶性蛋白，称之为清蛋白，其余的90为盐溶性蛋白。制取花生蛋白的原料一般有两种：一是用脱脂或部分脱脂的饼粕作为原料直接制取花生粉或进一步制取浓缩蛋白或分离蛋白；二是以花生仁为原料，直接生产全脂花生粉或采用水剂法同时分离出油脂和蛋白。花生蛋白含有人体必需的8种氨基酸，是一种营养价值较高的植物蛋白，与大豆蛋白相比，具有易消化，含腹胀因子少、无豆腥味等优点；而与菜籽，棉籽蛋白相比，所含毒性物质较少，是一种理想的食品工业基础原料。其中，谷氨酸和天门冬氨酸的含量高于大米、面粉和玉米，其有效利用率高达98.4%。花生中含有比大豆更少的抗营养因子，被认为是一种极具开发潜力的乳糖不耐症消费者的蛋白基料和牛乳等动物奶类的替代品。花生蛋白作为病员食品，对帮助糖尿病、高血压病、动脉硬化症和肠胃病患者恢复健康均有一定的效果。花生蛋白可以大大改善食品的加工特性，是一种广泛应用于食品工业中的食品添加剂。花生蛋白的抗乳化性和保湿性强，成膜性和抗氧化性好，是制备可食性食品保鲜膜的理想基料。1.2 花生蛋白的国内外研究现状目前国内生产的花生蛋白产品无论功能性或是风味均不能满足使用者或消费者的需求，因为脱脂花生粕中的残留脂质很容易在脂肪氧合酶的催化下产生氧，从而引起蛋白质的营养和功能性质发生不期望的变化，为此许多学者正致力于该领域的研究。另外，花生蛋白的产量比较低，无法满足市场需求，仍然依赖于进口，而且产品制备过程中常常造成极大的蛋白质资源浪费和严重的环境污染。因此迫切需要开发花生蛋白的新技术，拓展新的应用领域，提高产品的附加值。近年来，国内外学者对深度开发花生蛋白资源进行了广泛研究，开发出了一系列高蛋白食品、降压食品，以及蛋白膜等蛋白深加工产品。我国对食品蛋白深度开发研究起步较晚，很长一段时间，我国的花生主要用来榨油，而对高含蛋白的花生粕，缺少深度的开发和利用，仅仅简单加工成饲料，大量的优质蛋白资源未能得到充分的利用。尤其在蛋白改性技术及功能性应用方面，与美国、日本等发达国家差距较大。为了提高我国花生蛋白制品在国际市场的竞争力，探讨花生蛋白的改性技术及其功能特性，无疑具有重要的现实意义。第2章 花生蛋白的功能特性及改性2.1 花生蛋白的功能特性花生蛋白的功能特性是指花生蛋白在加工、贮藏、制备和消费过程中影响蛋白质在食品体系中应用的某些物理、化学性质。其功能性质可分为三类：水合性质，主要包括水吸收及保留、湿润性、黏着性、溶解性；蛋白质-蛋白质相互作用有关的性质，这种特性在产生沉淀、凝胶和成膜等过程中起作用；表面性质，这类性质主要跟蛋白表面张力、乳化作用和泡沫特性有关。这些功能特性不仅与蛋白质氨基酸组成、分子大小及结构形态等物理属性有关，而且还与蛋白质相互作用其他食品组分所处的环境情况，如温度、pH、电离强度等有关。2.1.1 持水性和持油性花生蛋白的持水性受到温度、时间和pH 值的影响，持水性随pH值的上升略有上升。石晓等人研究了时间、pH及温度对花生蛋白持水性的影响，结果显示在时间2.5 h、pH 8.0和95的情况下花生蛋白的持水性最好。舒畅等研究发现花生蛋白粉的持油性保持在18112mL/g，持水性在1109/g左右。花生蛋白的肽链骨架使其蛋白质呈现海绵状结构，为水分子提供了大量的存留空间，这种结构越疏松，固定的水分就越多。其次，沿着它的肽链骨架，有很多极性基团，有些极性基团能够离子化，与原料中的各种离子之间相护吸引和排斥，形成松散结构，从而增加保水效果。2.1.2 凝胶性形成凝胶是蛋白质的重要功能性质之一。花生蛋白凝胶的形成受蛋白质浓度、湿度、加热时间、pH值和盐的浓度等因素的影响。冯治平等研究表明，在制备花生分离蛋白凝胶时，蛋白浓度控制在15%左右为宜，加热温度应控制在85左右，在pH值介于36或810范围内，CaCl2浓度为0.20.6mol/L范围内均可以使花生分离蛋白形成凝胶。2.1.3 成膜性花生蛋白质分子中存在着大量的氢键、疏水键、范德华力、离子键以及配位键等作用力，同时具有很多重要的功能性质，使得花生分离蛋白具有较好的成膜性能。2.1.4 乳化性和乳化稳定性蛋白质是一种表面活性剂，它能降低水和油的表面张力，使之易于乳化。另一方面，蛋白质分散在非连续相和连续相之间的界面上，阻止非连续相的聚积，起到稳定乳状液的作用。乳化能力是衡量蛋白质促进油-水型乳状液形成能力的指标。乳化稳定性是指维持乳状液稳定存在的能力。张维农等在花生蛋白产品功能特性研究中发现，花生分离蛋白和花生浓缩蛋白浓度越高，则乳化能力及乳化稳定性越好。随pH值的升高而乳化能力及乳化稳定性增大。在等电点附近pH值为5时，蛋白质的溶解度很小，此状态下的乳化能力及乳化稳定性均很差。当pH 值继续升高时，溶解度迅速增大，所以乳化能力及乳化稳定性也大幅度提高。2.2 花生蛋白的改性天然的花生蛋白质虽表现出一定的功能特性，但往往不能满足工业生产的需要。花生蛋白的改性实质上是蛋白质基团的修饰，即通过改变蛋白质的功能基团、键合作用、空间结构和聚合形式，从而对其理化特性产生重大影响，使蛋白的功能特性和营养特性得到改善。目前常用的改性方法有物理改性、化学改性、酶法改性和复合变性。2.2.1 物理改性物理改性，是指通过热变形、冷冻、机械处理、磁电场、超声波、质构化、低剂量辐射及添加双亲小分子物质等手段来改善花生蛋白质功能特性和提高其营养价值的方法。涂宗财等人研究了动态超高压均质技术对花生蛋白溶液的溶解性和乳化性的影响。实验结果表明，动态超高压均质处理能提高花生蛋白溶液的溶解性和乳化性能，并且在一定压力范围内，随着压力的增大而作用效果愈加显著。综合考虑，应用于大批量的花生蛋白改性时，压力100 MPa处理的花生蛋白溶液有较好的溶解性和乳化性。物理改性方法一般只改变蛋白的高级结构，具有加工费用低、耗时少、无毒副作用，以及对蛋白营养价值破坏小的优点，但改性范围窄。2.2.2 化学改性化学改性是通过化学试剂作用于蛋白质，改变蛋白的结构，使部分肽链断裂或者引入各种功能基团，利用蛋白侧链基团的化学活性，选择性地将某些基团衍生化，从而达到改变蛋白质功能特性的目的。Monteiro P V等人对花生球蛋白经琥珀酰化改性后的功能性进行研究，发现经琥珀酰化改性后，花生球蛋白的等电点前移到3.04.0，溶解性和乳化能力都显著提高。除伴球蛋白外，其他种类球蛋白的发泡性也得到改善。化学改性具有反应简单、效果显著的优点，但是专一性不强，且容易产生化学残留。2.2.3 酶法改性酶法改性是是指采用动植物蛋白酶和微生物酶等，在温和条件下催化蛋白质肽链断裂等生物技术手段来改变蛋白质的功能性。酶法聚合改性主要是利用转谷氨酰胺酶（TGase）聚合植物蛋白和动物蛋白，生产出具有营养互补型工程化蛋自产品。TGase也能使蛋白质产生交联作用，此种作用可产生蛋白质生物聚合物，赋予蛋白质较好功能特性。酶法改性因为专一性高和安全等优点，已经成为当今世界最重要的蛋白质改性技术。2.2.4 复合改性复合改性就是将以上多种蛋白质改性方法联用。Chin-Chi Liu等人采用物理改性和化学改性复合改性制备花生蛋白膜，确定在70下处理膜30min，紫外照射24 h，超声处理10 min，添加甲醛和戊二醛后，膜的抗张强度增大。经过热变性和醛处理后，膜的水渗透性和氧渗透性都减小；经紫外处理后的氧渗透性减小，水渗透性不变。改性作为花生蛋白深加工的核心技术，经过几十年的研究已经有了长足的进步。特别是通过酶法改性，提高了花生蛋白功能，更是近年来食品科学领域关注的热点。但由于酶法改性的专一性和易产生苦味物质的特性，近几年来人们开始探索其他新型改性的方式(如基因工程改性方法)。由于技术周期长、见效慢，目前基因工程改性法仍然处于实验室阶段。2.3 花生蛋白在食品工业的应用花生蛋白粉是肉类制品的良好粘合剂、填充剂，将其添加到香肠、鱼肉肠、火腿中，可有效保持肉汁水分不流失，加工中风味物质不损失，可促进脂肪吸收，其制品不产生走油现象。将花生蛋白粉作为营养剂添加到馒头的生产中，改善了馒头的品质，加入花生蛋白粉的馒头的弹性及恢复性均高于未加入的。在饮料中添加花生蛋白粉，因其不含胆固醇，还有丰富蛋白质、人体必需氨基酸、维生素和不饱和脂肪酸，易被人体吸收，是一种具有保健功能的饮料。在欧美等发达国家，花生主要被用来制作花生酱、花生蛋白制品及糖果糕点、休闲食品等。第三章 展望我国花生资源丰富，在原料来源上有较大优势，但其深加工开发相对落后，如何利用蛋白质改性技术对花生进行精深加工，对我国花生产业发展、农产品结构调整、具有重要意义。目前花生蛋白改性方法研究较单一，其功能性改善受到限制，因此今后应注重开发以下方向：(1)改进花生蛋白的提取方法，使蛋白提取率和纯度均有所提高，并对其进行一定的生物化学改性，使其具有较好的加工特性，以便更好的应用于食品下业中。(2)花生粕的综合利用，利用挤压膨化技术，生产出高营养、高附加值的花生膨化休闲食品。(3)在物理和化学改性基础上，结合适宜酶对花生蛋白进行特异性和限制性改性，制备具有高乳化性、强凝胶性的改性花生蛋白。 (4)开发更多不同功能特性的花生蛋白产品。将改性后花生蛋白添加到食品中，扩大花生蛋白利用途径，提高花生蛋白利用率。参考文献杜寅，王强木，刘红芝，等2013不同品种花生蛋白主要组分及其亚基相对含量分析食品科学，34(9):42冯治平，吴士业2009花生分离蛋白凝胶形成条件及凝胶特性研究中国粮油学报，24(7):77-80高焕春，李文英，吕晓玲1995花生蛋白质稳定性及加工品工艺条件的研究中外技术情报，(12):39-40李新华，刘雄2011粮油加工工艺学郑州大学出版社，(1):21李颖2009花生蛋白馒头加工工艺的研究中国粮油学报，24(9):132-136刘大川1992花生蛋白及其产品的功能性粮食与油脂，(1):7-11刘志强，邓光柄1999花生水酶法蛋白质提取及制油研究中国油脂，24(2):3-6陆恒1986国外花生蛋白的利用食品与开发，(5):32潘秋琴，沈蓓英，程霜1997花生蛋白质的磷酸化改性中国油脂，22(1):25-27舒畅，沈群2010花生蛋白粉的功能特性及对面粉品质的影响食品丁业科技，31(2):160-162石晓，浮吟梅2006花生蛋白持水性研究粮油加工，(9):56-57石晓，周瑞宝，张春晖2006花生蛋白在火腿肠中的应用研究粮油加工与食品机械，(6):82-84涂宗财，张雪春2007动态超高压均质对花生蛋白溶解性乳化性的影响食品工业科技， (6):88-89王若兰2000植物蛋白类食品保鲜膜特性及保鲜效果的研究食品科学，21(3):58-60王章存，康艳玲2007花生蛋白研究进展粮食与油脂，(7):12吴海文，王强，周素梅2007花生蛋白及其功能性研究进展中国油脂，32(9):7-11张维农，刘大川，胡小泓2002花生蛋白产品功能特性的研究中国油脂，27(5):60-65郑红艳，钟耕2009花生蛋白改性研究及开发前景粮食与油脂，(1):14-15纵伟，陈怡平2007不同f燥方法对花生蛋白功能特性的影响食品工程，(3):48-50周雪松2005花生蛋白改性研究粮食加工，(3):42-44Aminigo E R,Ogundipe H O. 2003.Effect of heat treament on functional characteristics of peanut(Arachis hypogeae) meal. 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