花生蛋白制备和应用研究

芦 鑫，张丽霞，孙 强，宋国辉，黄纪念

(河南省农科院农副产品加工所，河南郑州450002)

花生蛋白制备和应用研究

芦 鑫，张丽霞，孙 强，宋国辉，黄纪念*

(河南省农科院农副产品加工所，河南郑州450002)

花生蛋白是营养价值高、资源丰富的植物蛋白，具有广泛的应用前景。为推进花生蛋白的应用研究，对花生蛋白提取方法、花生蛋白改性方法和花生功能性肽的研究进展进行了概述，并指出急需解决的问题。

花生蛋白，提取，改性，功能性肽

花生是世界主要种植农作物之一，2009年全球花生产量为34.40×106t。我国是花生的生产大国，花生产量位居世界第一，2009年花生产量为14.30× 106t。花生营养丰富，富含优质油脂和蛋白。花生蛋白含量为24%～34%，消化率可达99%，含人体必需的8种氨基酸，是营养价值高、资源丰富的植物蛋白［1］。在我国，花生除直接食用外，60%的花生用于花生油，其余用于生产花生酱、糖果、小食品和做种［2］。由于我国长期将花生当作次要的经济作物，因而对花生在营养、加工、应用等方面的相关研究不深入，花生深加工技术和产业化水平低，新技术的渗透有限。花生蛋白的加工利用也是如此。此外我国居民对浓香花生油有嗜好性消费，富含蛋白的花生粕大多为热压榨花生粕，花生蛋白变性严重，限制了花生蛋白的利用，故国内花生榨油后的花生粕用于动物饲料，产品附加值低，资源浪费严重。因此，为了促进我国花生蛋白的应用和花生工业的发展，本文对花生蛋白的制备、改性及其精深加工进行了介绍和分析。

1 花生蛋白的制备

花生蛋白的制备方法包括传统水剂法、碱溶酸沉法、有机溶剂洗涤法、水酶法和膜过滤法等。碱溶酸沉、水酶法和有机溶剂洗涤法制备的花生蛋白纯度较高，蛋白提取率高，利于工业化推广。

1.1 碱溶酸沉法

碱溶酸沉法是利用花生蛋白在碱性条件下具有高的溶解度，使花生蛋白溶入提取液中，实现与水不溶性杂质的分离，随后将提取液pH调节到花生蛋白的等电点附近，使蛋白沉淀，通过离心或者过滤，除去水溶性杂质，得到的花生蛋白通过水洗中和，干燥后获得花生蛋白。这种制备方法中，碱提时间、碱提pH、碱提温度和提取次数会影响花生蛋白的产率和纯度［3－4］。

花生饼粕的品种也会影响碱溶酸沉提取花生蛋白的产率和品质。碱溶酸沉分别提取高温花生粕和低温花生粕中的蛋白时，低温花生粕经过一次分离，提取物蛋白含量可达到90%以上，得率41.3%;而高温花生粕需要采用两次分离，才能使最终产物中的蛋白含量达到90%以上，得率30.8%，这可能与高温花生粕中可溶性氮含量较低有关。两种分离蛋白化学组成大体相同，但功能特性存在明显差异。高温花生粕提取的分离蛋白的乳化性和乳化稳定性好于低温花生粕提取的分离蛋白，但溶解性低于低温花生粕制备分离蛋白。这可能是花生蛋白在高温下变性，空间结构松散，疏水基团暴露，提高与油的结合，从而提高乳化特性。疏水基团暴露会降低氮溶解指数，从而导致溶解度下降［5］。

高pH条件虽然有利于蛋白的提取，但会增加设备投资和污染治理的费用，并影响产品的品质。因此，熊柳等研究采用超声波辅助在低碱条件下制备花生蛋白。相同条件下，超声波作用可以提高碱溶酸沉制备蛋白效果。在pH 8.5超声波辅助的条件下，花生分离蛋白得率达到37.27%，蛋白含量为95.4%，NSI为76.34%［6］。

1.2 有机溶剂洗涤法

有机溶剂法是利用原料中花生蛋白在有机试剂中发生沉淀，实现与寡糖等可溶性成分的分离，通过离心或过滤，获得富含蛋白的沉淀物，去溶剂，干燥获得花生蛋白。由于存在多糖杂质，产品纯度较低，在70%左右。

马铁铮等人研究了二次乙醇浸提生产花生蛋白的工艺，浸提过程中，乙醇浓度和料液比影响因素显著。最优条件下，制品的蛋白干基含量平均值为70.41%［7］。为了提供浸提效率，刘玉兰等采用正已烷和乙醇的混合试剂制备花生蛋白。在此过程中，萃取次数和溶剂比影响显著，所得产品的粗蛋白含量70.50%，NSI为20.78%［8］。

1.3 水酶法

水酶法提取花生蛋白是在机械破碎基础上，利用纤维素酶、果胶酶或蛋白酶等酶解花生细胞，使蛋白质和油脂游离出植物组织，减少蛋白和油脂之间的联接，使油与蛋白达到分离的目的［9］。由于此过程条件温和、经济效益高且能获得高品质的蛋白质，成为植物蛋白提取和油脂加工研究的热点［10］。

影响水酶法提取效果的主要因素是花生品种和工具酶种类。芮闯等分析水酶法提取蛋白效果与花生品种的关系，发现8种花生的蛋白得率有差异，这与不同品种花生的蛋白组成存在差异有关［11］。国内外用于提取花生蛋白的酶类有:碱性蛋白酶、中性蛋白酶、木瓜蛋白酶、纤维素酶等，其中碱性蛋白酶的应用较广，效果较好［12］。分析碱性蛋白酶水解花生蛋白机理、花生蛋白水解度与蛋白得率和蛋白组成的关系发现:酶解模式是one－by－one;随花生蛋白的DH从15%上升到20%，等电点处花生蛋白溶解度上升，蛋白分子量总体分布无显著变化［13］。

为了提高碱性蛋白酶提取花生蛋白的效果，人们研究碱性蛋白酶与其他工具酶的复酶水解。Jiang L H等进行Alcalase碱性蛋白酶和AS1.398中性蛋白酶复配制取蛋白的研究，结果表明通过复配使蛋白提取率从71.38%上升到79.32%［14］。通过纤维素酶和碱性蛋白酶复配也可以提高蛋白产率［15］。

研究人员结合我国国情，研究以烘烤的花生为原料，水酶法提取花生香油与花生蛋白。研究表明220℃烘烤会降低Alcalase提取花生蛋白的产率。在最优烘烤条件和水解条件，蛋白水解物80.1%［16］。此外，为了推动水酶法提取花生蛋白的工业化，江利华等进行了水酶法提取花生油与蛋白的中试研究，通过三相分离机和碟片分离机分离，冷冻解冻破乳，蛋白得率为55.10%［17］。

2 花生蛋白的改性

花生蛋白功能性受其自身组成和提取工艺的影响，不能满足某些食品体系的要求，需要进行改性［18－19］。主要的改性方式有:物理改性、化学改性和酶法改性。

2.1 物理改性

物理改性，是指通过热变形、机械处理、电磁场、超声波、质构化、挤压膨化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。物理改性通常只改变蛋白的高级结构，加工费用低、耗时少、无毒副作用，缺点是改性范围低［20］。

干燥方式会影响花生蛋白的界面特性。Ahmedna等发现，喷雾干燥的花生浓缩蛋白比真空干燥的花生浓缩蛋白具有更好的乳化能力和起泡能力，其持油能力和起泡能力与市售大豆浓缩蛋白相当［21］。微波可以改善花生蛋白的功能性。张晓丽等报道超声波改性后花生浓缩蛋白NSI从20.78%上升到53.26%，显著提高了吸油性、乳化性和乳化稳定性，并显著降低吸水性［22］。花生蛋白不能形成热凝胶，为提高花生蛋白的凝胶性，朱晓磊等利用微波共混使花生蛋白粉和玉米淀粉相互作用形成了复合物，提高花生蛋白凝胶性，改性后花生蛋白粉凝胶硬度为186.285g/cm2，弹性为0.995［23］。

此外，通过挤压组织化改性使得花生蛋白具有了较强吸水、吸油性，咀嚼性也有所提高。魏益民等研究表明花生蛋白挤压组织化过程中，疏水作用和氢键起主要作用，其次是二硫键，原有的二硫键含量降低［24］。

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，从而达到改变蛋白质功能特性的目的。化学改性可以通过烃化、氧化、酰化、酯化和氨基化反应实现［25］。

蛋白质的磷酸化是有选择地在蛋白质侧链的活性基团接进磷酸基团，由于磷酸根基团增加了蛋白质的电负性，因此蛋白质分子之间的静电斥力得以提高，使之易分散，提高了溶解度和聚结稳定性，降低了等电点。磷酸化改性后花生蛋白的等电点从4.85下降到3.21，溶解度、乳化能力和乳化稳定性显著提高［26］。沈宁等通过磷酸化花生蛋白发现:改性后的花生蛋白的溶解性和乳化性分别从13.09%上升到78.97%、44.57%上升到71.42%［27］。

为提高花生蛋白的凝胶性，熊柳等采用戊二醛对花生蛋白和花生组织蛋白进行化学交联改性，改性后形成的花生组织蛋白凝胶具有较好的硬度和弹性，硬度和弹性分别达到179.803g/cm2和0.948［28］。

2.3 酶法改性

酶法改性是指酶催化蛋白质肽链断裂或引入功能基团来改变蛋白的功能性的生物技术。酶法改性不改变食物营养成分，条件温和，具有专一性强和安全的特点，成为目前重要的蛋白改性技术［18］。

采用有限酶水解花生蛋白可以提供花生蛋白的溶解性和界面特性。马铁铮以木瓜蛋白酶有限酶解改性花生蛋白，改性后花生蛋白溶解度上升，其氮溶指数为86.32%［29］。有研究表明:中性蛋白酶适当水解后，花生蛋白具有更强的起泡性和乳化性，泡沫稳定性和粘度比传统水剂法花生蛋白低［30］。

在酶法聚合改性方面，利用转谷氨酰胺酶使花生蛋白质发生交联，赋予花生蛋白质更强的凝胶性和界面性质［31］。谷氨酰胺转胺酶改性后花生蛋白的凝胶性比对照提高了279%，溶解性和乳化性分别降低了44%和31%，乳化稳定性提高了8.5%［32］。

此外，为了改善水酶法提取花生蛋白的口感，人们开展了酶法脱苦研究。Flavourzyme对多种蛋白酶酶解花生蛋白均有良好的脱苦效果;且水解度较低时，脱苦效果理想;而且对由Alcalase处理的花生蛋白具有最佳的脱苦效果［33］。

3 花生蛋白功能性肽的研究

花生蛋白已经应用于制作乳饮料、早餐食品、肉制品、功能性肽等领域，其中将花生蛋白进行适当酶解生产功能性肽类是研究的热点。研究发现，水解花生蛋白主要产生具有抗氧化、血管紧张素转化酶(ACE)抑制活性肽。

3.1 抗氧化活性肽

自由基引起的机体氧化会损害人体健康和生命。因此，研发食源性抗氧化功能因子是食品研究和开发的热点。花生蛋白水解物具有抗氧化和清除自由基的活性，这已经通过多种氧化体系和动物实验的验证。如花生蛋白酶解产物在羟自由基、亚油酸、邻二氮菲－Fe2+三种体系中都具有显著的抗氧化能力［34］。抗氧化花生多肽可以通过升高小鼠胸腺指数和脾脏指数，显著提高谷胱甘肽和超氧化物歧化酶的活力，降低血液和肝脏中的丙二醛含量，起到了抗氧化功能［35］。抗氧化花生肽可以显著地抑制由铜离子导致的密度脂蛋白氧化［36］。

蛋白酶的种类会显著影响花生多肽的抗氧化活性。Shue比较Esperase和Neutrase水解产生的抗氧化花生多肽的活性，Esperase水解获得的肽段抗氧化能力要强于Neutrase水解的样品［36］。Hwang等人分析多种蛋白酶水解脱脂花生蛋白产生抗氧化肽活性发现:Esperase水解得到的样品在亚油酸测定体系中具有最强的抗氧化特性，其3～5u肽段的抗氧化活性是抗坏血酸的2.89倍［37］。这可能是由于酶的酶解位点不同，导致花生蛋白的酶解途径和最终产物的氨基酸组成和结构存在差异，从而引起活性差异［38］。

3.2 ACE抑制活性肽

在调节血压方面，ACE能催化血管紧张素Ⅰ转化为具有强效升压的血管紧张素Ⅱ，并降解具有降压作用的舒缓激肽，从而使血压上升。因此治疗高血压的药物基本是抑制ACE活性。花生蛋白经过适当水解具有ACE抑制活性。

花生ACE抑制肽的活性受水解酶类和水解程度的影响。采用Alcalase和胃蛋白酶－胰蛋白酶水解脱脂天然和烘烤后花生粉，测定水解产物ACE的抑制活性发现，Alcalase水解天然花生蛋白和烘烤花生蛋白花生肽的ACE抑制活性(IC50)分别为8.7～122μg/mL和12～235μg/mL，而胃蛋白酶－胰蛋白酶水解二者产生的花生肽IC50分别是7.9～65.9μg/mL和11～36μg/ mL［39］。黎观红等人研究发现，Neutrase水解所得的水解物显示弱ACE抑制活性，Alcalase水解物具有强的ACE抑制活性，且水解0.5h时水解物活性最高［40］。何东平等人发现碱性蛋白酶水解产物 ACE抑制活性明显高于胰蛋白酶和中性蛋白酶。随酶解时间延长，碱性蛋白酶水解产物的ACE抑制活性呈现先升高后下降，最后稳定的变化趋势［41］。但有些研究认为花生多肽的ACE抑制活性随着水解程度的增大而上升［42］。为了研究花生蛋白酶解产生的ACE抑制肽的机理，国外开展了构效关系研究。Jimsheena等发现花生ACE抑制活性肽的肽链中，碳链末端的Pro和碳链长度会显著影响肽段的ACE抑制活性［43］。

4 展望

花生蛋白是营养价值高、资源丰富的植物蛋白，且具有良好的加工特性。因此，开展花生蛋白提取、改性和精深加工研究，不但有利于资源的有效利用;而且在拓展花生产品市场和改善居民的体质上起到积极作用。我国在花生蛋白的提取、改性和功能性肽类的研究虽然取得了长足的进步，但是仍有些问题亟待解决。在花生蛋白制取方面，高温花生粕中花生蛋白的提取率较低，以及高温花生蛋白的应用和改性;水酶法的工业化推广、酶法改性的脱苦和品质调控、化学改性的安全性、花生功能性肽段的筛选和构效关系等方面还需要深入研究。

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Research of the preparation and application of peanut protein

LU Xin，ZHANG Li－xia，SUN Qiang，SONG Guo－hui，HUANG Ji－nian*
(Institute of Agricultural Processing，Henan Academy of Agricultural Sciences，Zhengzhou 450002，China)

Peanut protein is a nutritional and abundant plant protein，which has a widely application prospect.In order to promote the application research of peanut protein，methods of isolating and modifying peanut protein，and functional peptides of peanut were reviewed.Some problems that needed urgent solution were pointed.

peanut protein;isolation;modification;functional peptide

TS201.2+1

A

1002－0306(2012)08－0444－04

2011－05－19 *通讯联系人

芦鑫(1981－)，男，博士，研究方向:植物蛋白加工。

河南省省院科技合作项目(102106000035)。