水产蛋白的提取及其改性研究进展

摘要 综述了水产蛋白的提取方法和物理方法、化学方法、酶法及基因工程等技术手段在水产蛋白的改性的应用及最新进展。

关键词 水产蛋白；提取方法；蛋白改性；功能特性

中图分类号 S986.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2014）11-03401-03

Abstract The extraction method of aquatic protein and application of modification technologies such as physical， chemical， enzymatic and genetic engineering methods in aquatic protein and uptodate progress were summarized.

Key words Aquatic protein； Extraction method； Protein modification； Functional properties

水产蛋白来源丰富，其所含必需氨基酸种类丰富、营养均衡，有陆地蛋白资源无法替代的优越性。作为食物来源和食品成分，由于它们的功能和营养特性，如鲑鱼和鳕鱼在亚洲国家有潜在的商业市场。虽然水产蛋白具有一些较好的功能特性，如乳化性和成凝胶能力等，但快速的细菌腐败、脂质氧化、蛋白质氧化，从而使水产蛋白的热稳定性和化学稳定性比脊椎动物蛋白和植物蛋白均低，在蛋白质发生变性以后，它的功能特性也会随之降低，这很大程度上制约着水产蛋白的广泛利用。

蛋白质原料的质量和特征或成品高度依赖于肌肉蛋白的来源和处理过程。为了更好地利用蛋白资源，国内外开展了大量提取水产蛋白的研究，但很多方法不同程度导致功能特性的损失，因此，处理的方法专注于留住有价值的功能特性蛋白质成为首选目标。蛋白质的主要提取方法包括酶解法[1]、加热浸提法[2]、酸/碱溶解-等电点沉淀法[3]。加热浸提法和酶解法是较为传统的方法，现在多用酸碱调节法提取分离蛋白。同时由于蛋白原料本身的性质，选择较好的提取方法，尽量减少蛋白的变性和功能特性的损失，一些蛋白的功能特性还是不能较好地用于食品加工中，因此，为了扩宽水产蛋白的加工利用范围，采用一些蛋白改性手段，加强或弱化一些功能特性，便于水产蛋白的更好利用。笔者在此对国内外有关水产蛋白的提取以及改性技术的应用进行总结。

1 水产蛋白提取方法

1.1 水浸提法

水浸提法提取蛋白是一种传统方法，通常采用热水浸提，能较完全提取蛋白质，但对蛋白质有一定的热变性影响。Sathivel等采用热水浸提法提取比目鱼和鲱鱼的蛋白，并研究其功能特性，发现提取的蛋白有较好的营养价值和功能特性[4]。2006年Sathivel等又采用此法提取细鳞大马哈鱼和红大马哈鱼头蛋白[5]。随后Sathivel研究的热水浸提鳕鱼蛋白[6]和鲶鱼蛋白[7]均证明了热水浸提蛋白得率较高。

1.2 有机溶剂萃取法

利用有机溶剂从与其不相混溶的水溶液中把被萃取物提取分离出来的方法称之为有机溶剂液液萃取法。它是一种把物质从一个液相转移到另一个液相的传质过程，常用的有机溶剂有丙酮、乙醇和正乙烷等。叶铭宇用共沸的仲丁醇作为龙头鱼水解液中苦味肤的萃取剂，能较好地提取出苦味肽，提取率较高[8]。高浓度的TCA会导致蛋白严重变性，而有机溶剂使草鱼的肌浆蛋白的沉淀相对更彻底，如丙酮对蛋白的作用就较温和，不致引起蛋白变性[9]。

1.3 酶法

酶法抽提水产蛋白是利用蛋白酶对蛋白的降解和修饰作用，使其变成可溶的肽类而被提取出来，酶法水解生产蛋白条件温和、提取率较高，酶解经常是一种不减弱食品蛋白质营养价值，且又获得更好食品蛋白质功能特性的简便方法，其中部分蛋白质分解成多种氨基酸和许多小肽段。赵海英等采用以酶法为主、热水浸提和酸法浸提为辅的方法提取鳕鱼皮胶原蛋白[10]。Shahidi等用碱性蛋白酶、中性蛋白酶和木瓜蛋白酶酶解毛鳞鱼蛋白，并研究酶解物的特性[11]。Foh等用若干商业蛋白酶酶法处理非洲鲫鱼，并发现酶解物含有丰富的氨基酸和小肽[12]。Ramon等采用碱性蛋白酶对太平洋鳕鱼进行酶解，酶解物具有较好的功能特性，为其成为食品加工原料提供理论依据[13]。Balti等利用酶法提取乌贼蛋白，研究其凝胶特性和乳化性，结果表明酶解物有较好的乳化性及乳化稳定性[14]。

1.4 酸碱调节法

根据溶解性与酸碱度的关系，在加入适量酸或碱，调节pH至一定范围，使所要提取的成分溶解或析出，以达到提取分离的目的。酸/碱溶解-等电点沉淀法是1997年Hultin等首先提出的提取蛋白的新方法[15]，因其制备的蛋白质变性程度低、回收率高、功能特性好等广泛用于蛋白质的提取中。刘俊荣等用pH调节法制备罗非鱼分离鱼蛋白，结果表明pH调节法制备的罗非鱼分离鱼蛋白具有回收效果好、功能性强的特点[16]。刘慧清等以罗非鱼头为原料，采用加热浸提、酶法水解、酸/碱溶解-等电点沉淀法提取鱼蛋白，发现酸/碱溶解-等电点沉淀法可用于制备营养价值高、乳化特性相对较好的鱼分离蛋白[17]。Hordur等用酸碱调节法提取鳕鱼肌肉蛋白，得到较好功能特性的鳕鱼蛋白[18]。Tadpitchayangkoon等通过酸碱调节法提取鲶鱼中的肌浆蛋白，发现酸处理对比碱处理的肌浆蛋白有更严重的蛋白变性，改变蛋白的热特性和流变性[19]。

1.5 复合溶剂提取法

根据蛋白溶解性的不同来提取蛋白，这种方法使用水或磷酸盐缓冲液，能很好地提取水溶性蛋白、盐溶性蛋白和不溶性蛋白，且对蛋白本身的性质影响较小，越来越多的研究者选择此法来提取各蛋白组分。

在1979年，Kanchisa就根据蛋白溶解性的差异，用低浓度的磷酸盐缓冲液提取水溶性蛋白，用三氯乙酸沉淀水溶性蛋白中的肌浆蛋白，用高盐浓度的缓冲液提取肌原纤维蛋白，并用0.1 mol/L NaOH提取碱溶性蛋白、剩下的肌基质蛋白[20]。Zheng等用冰水直接提取马氏珠母贝中的肌浆蛋白，并用NaCl提取其中的肌原纤维蛋白，试验证明有良好的提取效果[21]。Birkeland等以太平洋鲑鱼为原料，用冰水提取水溶性蛋白和1M氯化钠溶液提取盐溶性蛋白[22]。任娇艳用含高盐浓度的KCl的磷酸盐缓冲液提取草鱼中的肌原纤维蛋白[9]。丁玉庭采用日本Satio分离鲤鱼蛋白的方法分离鲢鳙鳊鲫鱼肉蛋白并分析其组成成分[23]。唐小丹采用化学方法从鱼肉中分离出水溶性、盐溶性和不溶性蛋白组分，并对其营养特性和分子量分布进行分析[24]。蓝尉冰等将凡纳滨对虾肌肉蛋白分离成水溶性、盐溶性和基质蛋白[25]。

2 水产蛋白的改性

在开发水产蛋白质资源以满足人们日益增长的需求时，食品科学家逐渐认识到蛋白质功能性质的重要性。然而，这些蛋白质被应用于食品时所表现出来的功能性质却不能充分满足食品加工的要求，因此，采用适当的方法将这些蛋白质改性，使它们能适合于更广泛的应用，已成为开发和利用蛋白质资源的重要研究课题。蛋白质的改性就是基于结构决定功能这一原理，利用各种外界因素使其氨基酸残基和多肽链发生某种变化，引起蛋白质大分子空间结构和理化性质发生改变，从而获得具有较好功能特性和营养特性的蛋白质[26]。目前常用的改性方法有物理改性法、化学改性法、酶法改性和基因工程改性。

2.1 物理改性

物理改性是利用热、机械振荡、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。蒸煮、挤压、搅打等均属于常规的物理改性技术，而微波、超声波、超微粉碎、超临界萃取、超高压处理等这些高新物理技术在蛋白改性方面应用越来越多。实际上，物理改性就是在控制条件下的蛋白质定向变性，无毒副作用，对蛋白营养价值破坏小。胡爱军等以鲢鱼鱼肉为原料，研究了超声波、微波、加热处理对鲢鱼鱼肉蛋白乳化性的影响，发现超声波和微波技术对鲢鱼蛋白乳化性较小[27]。陆海霞等研究了超高压对秘鲁鱿鱼凝胶特性的影响，发现超高压具有促进凝胶形成和改善凝胶特性的作用[28]。

2.2 化学改性

化学改性是通过化学试剂作用于蛋白质，使部分肽键断裂或引入各种功能基团如亲水亲油基团、二硫基团、带负电荷基团等，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。蛋白质的化学改性方法主要包括磷酸化改性、酸碱处理、酞基化改性、去酞胺改性、糖基化改性、烷基化改性。下面就应用较多的化学改性方面进行总结。

2.2.1 糖基化作用。

蛋白质的非酶糖基化是通过糖和蛋白质的α-或氨基共价连接而形成糖基化蛋白的过程，可分为干法糖基化和湿法糖基化。近年来，国内外学者主要研究了糖种类、糖蛋白比例、反应时间等因素对蛋白糖基化的影响。如张爱荣等利用葡萄糖和乳糖等还原性糖与肌原纤维蛋白通过糖基化反应得到了良好功能特性的糖蛋白复合物[29-30]；Saeki等也成功地将还原性糖与肌原纤维蛋白结合制得了较好溶解性的糖蛋白复合物[31-32]；2003年Sato等进一步发现肌原纤维蛋白与海藻多糖通过美拉德反应后可以增强其热稳定性和乳化特性等功能特性[33]。2007年Hirofumi等将糖基化技术运用到冰冻大马哈鱼鱼肉蛋白结合海藻多糖以增强其溶解性的可行性研究上[34]。尤娟等为改善鲢鱼肌原纤维蛋白溶解性和乳化性等功能特性，将鲢鱼肌原纤维蛋白与低聚异麦芽糖进行糖基化作用[35]。陈欣用葡萄糖、乳糖、葡聚糖、壳聚糖和羧甲基纤维素钠作为糖基供体对罗非鱼肌原纤维蛋白糖基化研究，探讨糖种类对其功能特性的影响[36]。Fujiwara等以葡聚糖为糖基供体对鲤鱼肌原维蛋白进行糖基化改性[37]。

2.2.2 磷酸化作用。

蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸与蛋白质上特定的氧原子（Ser、Thr、Tyr 的-OH）或氮原子（Lys的氨基、Arg的胍基末端N）作用形成C-O-Pi 或C- N- Pi 的酯化反应。蛋白质的磷酸化改性可通过化学方法或酶法得以实现。常用的磷酸化试剂有化学磷酸化试剂和蛋白激酶。化学磷酸化试剂有磷酰氯（POCl3）、磷酸、三聚磷酸钠（STP）等，其中大规模应用于工业生产的为POCl3、STP；蛋白激酶有依赖于CAMP 激活的蛋白激酶（CAMPdPK）、酪蛋白激酶（CK-）。磷酸化改性蛋白的研究主要集中在大豆蛋白、花生蛋白和小麦面筋蛋白等，对水产蛋白的研究较少。如刘通讯等研究了低值鱼蛋白磷酸化改性对酶解的影响[38]。

2.2.3 氨基酸共价连接。

共价连接氨基酸是一种提高蛋白质营养价值和功能性质的方法。利用异肽键的形成可以将外源氨基酸导入蛋白质中。将蛋氨酸或半胱氨酸与蛋白质共价连接，所形成的异肽可被肠道氨肽酶水解。因此这种结合可用于蛋白质氨基酸富集[39]。

2.2.4 蛋白质共价交联作用。

人为地将交联键引入食品中，可以改善蛋白质的功能特性。转谷酰胺酶（TGase）是一种催化酰基转移反应的转移酶，刘俊荣等研究了以罗非鱼肌肉蛋白在转谷酰胺酶作用下蛋白凝胶强度的变化，促进蛋白的凝胶化[16]。

2.3 酶法改性

酶法改性通常是蛋白酶的有限水解，改性的程度与加酶量、底物浓度、水解时间等因素密切相关。按照酶解程度和酶解产物分子量分布可分为轻度酶解和深度酶解。深度酶解常用于生产一些功能性小肽和氨基酸，轻度酶解即限制性酶解，主要生产具有良好加工特性的功能性蛋白。Gbogouri等用Alcalase（R）蛋白酶水解三文鱼，结果表明水解度越高，溶解性越好[40]。Quaglia等研究比较沙丁鱼的水解产物与本身蛋白的溶解性，也表明酶解能显著提高溶解性[41]。Sathivel等对红鲑鱼进行酶解试验，研究表明酶解程度加深，溶解性增加，水解度在一定程度上，产物的乳化性最好[42]。杨东等研究鲢鱼水解蛋白同样表明一定程度的酶解提高乳化性，水解度增加反而降低乳化性[43]。戴志远等采用酶法水解小梅鱼可得到较高的水解度，改善了产品风味，且有较高的营养价值，为开发低值鱼资源提供良好的应用前景[44]。邓尚贵等研究了青鳞鱼蛋白复合酶控制水解产物的功能特性，结果表明，复合酶控制水解能够显著地改善水解物的溶解性、乳化活力及起泡性能[45]。

2.4 基因工程改性

基因工程改性是指应用植物育种和分子技术，改变蛋白质分子的结构，进而影响其功能性质的方法。广义的基因工程改性包括基因重组、基因突变和染色体变异；狭义的基因工程改性则是指基因的定点修饰。但由于该技术周期长、见效慢，目前仍处于实验室阶段。

42卷11期 张晶晶等 水产蛋白的提取及其改性研究进展

3 小结

在水产蛋白的提取方法的研究中，热水浸提、酶法和酸碱调节法主要应用于鱼蛋白的提取及其功能特性的研究，而虾类和贝类蛋白的提取研究近年集中于磷酸盐缓冲液提取各组分蛋白。作为传统方法的水浸提和酶法，能较好地提取水产蛋白，但酶法无法用于水产蛋白基本组成的分析，复合缓冲液就可以根据溶解性差异提取水产蛋白并分析水产蛋白的组成，为水产蛋白资源的利用提供理论依据。酸碱调节法大多数应用于全蛋白或分离蛋白的提取，蛋白质得率较高，蛋白质功能特性相对较好。酶法或化学法改性蛋白质，是提高其功能特性的重要途径。在改变结构和功能性方面，化学法比酶法更有效；但酶法改性和物理改性的安全性优于化学改性，现已逐步应用于实际生产。随着酶制剂工业的发展，酶品种及食用级酶也将大增，微囊包埋酶、固定化酶等技术的开发，使酶改性水产蛋白在食品工业中应用有很好的前景。

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