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豌豆蛋白的改性及其开发利用研究进展

【怎样写生物教学论文】[摘 要] 文章论述了关于豌豆蛋白改性研究的理论成果,综述了国内外最新关于豌豆蛋白开发利用的研究进展。 [关键词]豌豆蛋白;改性;开发利用 众多研究发现,过多摄入动物蛋白会增加糖尿

[摘 要]文章论述了关于豌豆蛋白改性研究的理论成果,综述了国内外最新关于豌豆蛋白开发利用的研究进展。
[关键词]豌豆蛋白;改性;开发利用
众多研究发现,过多摄入动物蛋白会增加糖尿病、心脑血管疾病和消化系统疾病等的患病概率,因此人们正逐渐倾向于摄入低脂、低热量的植物源蛋白。作为人类食品和动物饲料,豌豆产量在豆类农作物中排名第四。它是一种优质的营养食品,富含蛋白质、淀粉和粗纤维,同时含有较高含量的矿物质元素(铜和铬)和维生素(VB和 VC)。豌豆蛋白是近年来新兴的一种优质蛋白,不仅价格低廉、营养价值高,还具有低毒性、低致敏性等特点,越来越受到食品加工者和消费者的青睐。
豌豆蛋白占豌豆干重的22%~25%,其中清蛋白比例为18%~25%,球蛋白比例为55%~65%。清蛋白含有较多的色氨酸、赖氨酸、苏氨酸和其他含硫氨基酸;球蛋白含有较多的精氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸。豌豆蛋白的生物价(BV)为48%~64%,功效比(PER)为0.6~1.2,高于大豆。整体而论,豌豆蛋白的氨基酸组成比较平均,接近FAO/WHO推荐的标准模式,因而是一种较好的必需氨基酸来源。
1 豌豆蛋白的改性研究进展
目前为止,我国豌豆加工的重点主要是对豌豆淀粉的提取利用,制备淀粉后残渣中的蛋白质,目前绝大部分仅作饲料之用,这造成蛋白质资源的极大浪费。而在加工过程中,豌豆蛋白受热易变性,其水溶性变差。另外,天然的豌豆蛋白起泡性和乳化性也并不理想,不能满足工业要求,应用范围也受到一定限制,因此,对豌豆蛋白进行改性就显得尤为重要,改性后的豌豆蛋白可应用于食品加工各个领域,如肉制品加工、焙烤制品加工和休闲食品加工等。目前,蛋白质改性技术主要包括物理改性、化学改性及酶法改性。
1.1 物理改性
物理改性就是利用热、电磁场、射线等物理作用形式改变蛋白质的高级结构和分子间的聚集方式,一般不涉及蛋白质的一级结构。Cserhalmi等研究了豌豆蛋白的热变性温度,同时对蛋白的乳化性进行了研究。Tǒmǒskǒzi等研究了豌豆蛋白粉的功能性质得出,豌豆蛋白的功能性质不如大豆分离蛋白,但是通过氨基酸分析,确定豌豆蛋白的氨基酸组成比较均衡,尤其赖氨酸的含量较高。OKane等研究了pH、温度、热变性和离子强度等因素对豌豆蛋白凝胶性的影响。何希强等研究了蛋白质浓度、离子强度、pH、温度等因素对豌豆蛋白质起泡性与乳化性的影响。Taherian等采用超滤和渗滤方法得到高蛋白、低植酸含量的豌豆蛋白,发现其溶解性、起泡性、乳化稳定性均得到明显的提高。Osen等研究发现,豌豆蛋白可在水分湿度55%条件下挤压成高度类似肌肉质地的纤维状产品,且产品质地可通过调节烹调温度加以控制。不同功能性质和粒径大小的豌豆蛋白在成纤维过程中差别不大。因此,豌豆蛋白可以作为肌肉制品中肉类的良好替代品,从而满足消费者对低脂、低热量的选择需求。
Choi等对豌豆蛋白进行成膜前预加热处理,改善了蛋白膜的拉伸强度,降低了膜的弹性模量和吸水率。原因是加热处理促进了分子间二硫键的形成,增加了膜的完整性和机械强度。Donsì等利用高压均质技术制备了高度稳定的豌豆蛋白乳状液产品,并可将其进一步开发为运载维生素E的微胶囊材料。研究表明,高压处理提高了豌豆蛋白降低油水界面张力的能力,有利于打断分子间二硫键,并暴露出更多疏水基团,因此,乳化能力大幅提高。黄科礼采用喷射蒸煮处理法改善商用豌豆蛋白粉的溶解性和乳化性。NSI从25%提高到75%,乳液粒径从1.37μm下降到0.456μm。随后他又对喷射蒸煮技术进行调整,采用非蛋白酶酶解―喷射蒸煮处理工艺,所得蛋白的NSI为80%,蛋白溶液稳定,不会分层,即是非蛋白酶酶解―喷射蒸煮处理工艺可制备具有较好可溶性的豌豆蛋白。
1.2 化学改性
化学改性就是通过化学试剂作用于蛋白质,使部分肽键断裂或者引入各种功能基团,利用蛋白质侧链基团的化学活性,选择地将某些基团转化为衍生物,以此来达到改变蛋白质功能性质的目的。Johnson等采用酰化对豌豆分离蛋白进行改性。研究表明,通过酰化,可以降低豌豆分离蛋白的等电点,提高豌豆分离蛋白的乳化性。Gueguen通过调节豌豆球蛋白的pH(酸性条件),得到了分子结构展开的变性蛋白,该变性蛋白具有增大的表面疏水性,因此,蛋白的界面性质(起泡性和乳化性)得到了改善。Baniel等对豌豆蛋白进行糖基化改性,提高了豌豆蛋白的黏度、溶解度以及起泡性和乳化性。研究发现,糖基化作用增加了豌豆蛋白的流体力学体积及与水分子的相互作用,糖链的引入改善了蛋白亲水―疏水平衡,提高了蛋白的界面活性。郭兴凤等采用豌豆磨浆后酸沉再干燥的方法得到蛋白含量为85%的豌豆蛋白粉,并对其功能特性进行了研究,经此方法制得的豌豆蛋白的功能特性较好。
一般来说,蛋白质的功能性质与其溶解性密切相关。溶解性越好,越利于其他功能性质的发挥。Shand等报道,在pH7~10范围内,豌豆蛋白的溶解度可达60%~95%。可见,豌豆蛋白具有较好的溶解特性。Sun等采用低变性盐萃取的方法从豌豆粉中提取豌豆蛋白,得到的豌豆蛋白与等电点沉淀法、喷雾干燥制得的豌豆蛋白相比,其提取的豌豆蛋白形成凝胶的能力较强。Swivatecka等采用动态振荡式流变仪以及示差扫描量热法研究pH(3.0~10.0)和NaCl(0~2.0mol/L)对豌豆蛋白凝胶性的影响,在pH为4.0,NaCl浓度为0.3mol/L时凝胶强度最大。离子强度过高或过低、pH值过高或过低都会降低凝胶强度。
1.3 酶法改性
酶法改性通常是利用蛋白酶对蛋白进行部分水解或者在蛋白分子上导入(切除)部分基团,以增加蛋白分子内或分子间交联或连接特殊功能基因,改变蛋白质的功能特性。Shand等采用转谷氨酰胺酶(TGase)交联豌豆蛋白,显著改善了豌豆蛋白凝胶的流变特性,尤其是胶弹性。研究表明,在酶添加量0~0.7%(w/w)时,凝胶的剪切应力和应变随酶添加量的增加而不断增大,达到了与大豆蛋白凝胶和商品bologna以及素香肠相似的流变性质。然而,TGase的加入并不影响豌豆蛋白的热稳定性。2011年,郭金凤等利用蛋白酶对豌豆蛋白粉进行深度水解改性,研究了水解条件对水解度的影响,并对豌豆蛋白的酶水解产物的抗氧化性能进行了研究,研究发现豌豆蛋白酶解产物具有抗氧化性,具有广阔的发展潜力,且对于今后制备植物源抗氧化剂具有现实意义。2014年,她又采用Alcalase改性豌豆蛋白粉,结果表明,酶水解产物的泡沫特性和溶解性在不同pH和NaCl浓度时均高于未水解样品,和大豆蛋白相当。改性后产物的分子量分布也有较大改变,小于10000部分所占比例由22.22%提高到79.39%,而相对分子质量小于2000的比例提高了11.55%。Barac等用蛋白酶适当水解豌豆蛋白,改善了蛋白的溶解性、乳化性和起泡性等。
豌豆蛋白水解物具有显著抑制ACE酶活力和抑制脂肪氧化的能力,因此,也可作为营养保健因子添加到食品或保健品中。Vermeirssen等体外模拟了胃肠道消化环境,先后用胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶消化豌豆蛋白,得

豌豆蛋白水解物具有显著抑制ACE酶活力和抑制脂肪氧化的能力,因此,也可作为营养保健因子添加到食品或保健品中。Vermeirssen等体外模拟了胃肠道消化环境,先后用胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶消化豌豆蛋白,得到了具有高ACE酶活力的多肽段。Li等分别用碱性蛋白酶和嗜热菌蛋白酶水解豌豆蛋白,获得了具有抑制ACE酶活力、肾素活力及钙调蛋白依赖性磷酸二酯酶活力的降血压生物活性肽。Pownall等用嗜热菌蛋白酶水解豌豆蛋白,并根据极性将水解物进行分离。结果发现,豌豆蛋白水解物及其各分离组分均具有抑制亚油酸氧化的能力,这些产物可作为潜在的抗氧化剂添加到保健食品中,以帮助抑制因细胞氧化所引起的慢性疾病的发生、发展。Humiski等研究表明,酶的种类是影响豌豆蛋白水解物功能性质、营养特性和苦味生成的主要因素。在比较的五种蛋白酶(胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、风味蛋白酶和碱性蛋白酶)中,木瓜蛋白酶和胰凝乳蛋白酶制备的水解物具有最低的苦味和最高的ACE酶抑制作用及较好的自由基清除能力。除此之外,S'wi atecka等利用胃蛋白酶水解豌豆蛋白,获得了具有调控小肠微生物菌群平衡的活性肽产品。这些水解物不仅能够抑制肠道有害菌的生长,更能促进有益的乳酸菌的生长,从而维持人体肠道菌群的生态平衡。
2 豌豆蛋白的开发利用研究进展
豌豆蛋白的氨基酸比例平衡,全部或部分添加,可优化产品营养成分、改善产品质构、增强产品稳定性。豌豆蛋白具有良好的溶解性,分散性、发泡性和低黏度等功能特性,加工方便,可广泛应用于肉制品、水产品、焙烤食品、乳制品、饮料、冰激凌、糖果、高级宠物食品等生产领域。以豌豆为原料加工豌豆制品时,豌豆蛋白质不仅有助于凝胶的形成,更能促成表面疏水性的形成,产生脂肪的口感,从而可作为脂肪替代品应用于食品中,生产低能量产品,减少膳食脂肪的摄入量,降低肥胖、动脉粥样硬化以及恶性肿瘤之类的发病率。欧美发达国家把豌豆蛋白作为保健食品逐渐风行起来,其消耗量每年高达65万吨,占全部豆类消耗量50%。美国农业部研究发现通过摄入豌豆蛋白,可以有效改善国民的膳食质量,在其发起的儿童成年保健食品计划中,号召国民每天摄入0.5c的豌豆蛋白,不仅可以保证充足的营养,且能有效地预防慢性疾病。
阚德义、陈宝江以及Verland等人曾研究将豌豆蛋白粉应用在鸡、鱼饲料中;Valencia等将豌豆蛋白与大豆蛋白作为小猪的饲料进行了比较,结果发现在小猪的体重增长和消化特性方面二者具有几乎相同的影响,其表明豌豆蛋白可成为大豆蛋白的替代品。Su等将经豌豆蛋白预乳化的脂肪添加到法兰克福香肠中,研究了产品的质地和功能特性。结果表明,添加豌豆蛋白的产品比对照样(纯肉香肠)具有更好的热稳定性和更大的剪切硬度,且降低盐浓度对产品的剪切硬度无影响。Marco等研究发现,将豌豆蛋白添加到大米粉面团中可改善面团的黏弹性和流变性质。若与转谷氨酰胺酶(TGase)联用,能进一步促进面团中蛋白质空间网络结构的形成。孙聃等研究把豌豆蛋白及豌豆粉添加到馒头中,能有效改善面粉的粉质特性,提高馒头的营养价值,延长馒头的货架期;Mercier等把豌豆蛋白添加到面条中,改善了面粉的粉质特性,提高了面条的营养价值。Nunes等采用豌豆蛋白替代牛奶蛋白,并结合κ.卡拉胶或结冷胶制备布丁,得到了质地和口感均良好且更加营养健康的蔬菜凝胶甜点。
Francois等人研究从豌豆中提取的豌豆蛋白有减轻胃肠积气和改善矿物质生物利用度的功效,特别适合作为婴幼儿的食品蛋白源;Davidsson等报道,豌豆蛋白植酸含量低,对铁元素的吸收影响较小,且不会产生过敏反应,可作为婴儿食品配方中最佳的蛋白质来源。Niehues等在豌豆生物活性肽对幽门螺杆菌抗附着性的研究中发现,从黄豌豆中分离的生物活性肽具有较好的抗附着能力,可作为功能性成分来抵抗幽门螺杆菌对婴儿和儿童的感染。
John B.Lasekan等研究表明,同酪蛋白相比较,豌豆蛋白更能有效降低血浆中胆固醇(61%),甘油酯(47%),肝中胆固醇(94%),同时也可以降低饮食中27%的胆固醇,采用豌豆蛋白代替蛋清蛋白制备巧克力蛋糕,可以有效减少对脂肪的摄取。S'wi atecka等人将豌豆蛋白糖基化,能够改善肠道环境,能够促进肠道中益生菌的生长,特别是双歧杆菌和乳酸菌,促使益生菌产生更多有益人体健康的短链脂肪酸(乳酸和醋酸乙烯酯、丙酸丁酸),有助于保养肠道。Dominika等人研究发现将豌豆蛋白进行水解,所得水解产物具有较强的生理活性,可以促进乳酸菌的生长。钙调蛋白激酶II能催化各种细胞蛋白质磷酸化,若其活性失调,易使人得慢性病,因而通过调节其活性,有助于人们治疗慢性疾病。
目前,在食品蛋白中,酪蛋白水解多肽是唯一应用于调节Ca MKⅡ活性的多肽,Huan Li等人研究表明,由于豌豆蛋白富含赖氨酸和精氨酸,将豌豆蛋白水解可得到阳离子多肽,可有效调节Ca MKⅡ活性,因而将豌豆蛋白多肽开发为保健品,应用于心血管疾病的预防,具有广阔的市场。Fatou等人研究发现,豌豆蛋白进行水解后,其水解物能明显抑制巨噬细胞产生的NO,其量高达20%。研究表明,豌豆蛋白水解物具有高效的抗氧化性和抗炎性。Samson等以豌豆蛋白为原料进行水解,获得具有ACE抑制活性肽,长期服用,有助于治疗高血压,且无副作用,对正常血压无影响。因而,将豌豆蛋白进行深加工制备多肽,可以作为增强人体免疫力,预防疾病的高级保健品。
3 结 论
综上所述,豌豆蛋白具有多功能性,采用不同方法,对豌豆蛋白进行改性,可充分发挥豌豆蛋白的功能特性,扩展其在食品加工中的应用范围。利用豌豆蛋白不同的功能特性,可改善传统食品的加工性能,提高食品风味、品质,降低成本,而在食品保健等方面的应用,更扩展了豌豆蛋白的应用领域。相信,随着对豌豆蛋白改性的进一步研究,豌豆蛋白的应用领域将会越来越广泛。

 
 
 
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