马铃薯蛋白水解工艺及水解产物活性研究进展

李真顺

(长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

覃瑞，刘虹，熊海容

中南民族大学武陵山区特色资源植物种质保护与利用湖北省重点实验室，湖北武汉730074

王靖

(农业部食物与营养发展研究所，中国农业科学院双蛋白工程技术研究中心，北京 100081)

高梦祥

(长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025)

马铃薯是我国重要的农产品，由于其抗逆性强，在我国栽培广泛，成为世界上仅次于小麦、水稻和玉米的第四大粮食作物[1]。马铃薯蛋白作为马铃薯淀粉加工的副产物，其氨基酸组成合理，由19种氨基酸组成。必需氨基酸含量为20.13%，占氨基酸总量的47.9%，与鸡蛋蛋白相当，具有较高的营养价值[2]。马铃薯蛋白主要存在于马铃薯淀粉生产的废弃物中，因此经常作为废弃物流失。近年来，随着人们逐渐对马铃薯蛋白营养价值和功能特性的了解，马铃薯蛋白的提取、水解及功能特性的研究也逐渐深入。笔者对近年来国内外马铃薯蛋白的水解及功能性研究进行了综述，以为马铃薯蛋白的开发利用提供参考。

1 马铃薯蛋白的水解工艺

目前，马铃薯蛋白的水解工艺以蛋白酶水解为主，蛋白酶为常见的碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶等。此外，还有酸水解工艺。

1.1 酶水解

1.1.1 单酶水解

主要为蛋白酶水解，具体水解酶和水解度见表1。文献中主要采用胰蛋白酶、碱性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶进行水解。单酶水解度最高的为赵晶等[3]研究的成果，利用胰蛋白酶水解马铃薯蛋白，通过优化工艺条件，蛋白质水解度可达39.9%。此外，高丹丹等[4]以马铃薯渣为原料，用木瓜蛋白酶水解，通过优化最佳工艺，可得到水解度为20.19%的产物。刘运等[5]利用超声预处理马铃薯，使马铃薯蛋白结构展开，降低了反应的活化能，增加了碱性蛋白酶与底物接触的机会，提高了水解率，提高了水解度，同时Cheng等[6]通过超声预处理还可提高马铃薯蛋白的生物利用率。单酶水解工艺简单，但得到产物的水解度普遍偏低。

1.1.2 复合蛋白酶水解

在单酶水解的基础上，人们又进一步研究复合酶结合一些预处理工艺，发现可提高酶解效果。在氯化钙、乳酸钙和无盐条件下利用碱性蛋白酶和外肽酶水解马铃薯蛋白浓缩物，都产生了相似化学产物，其中加入氯化钙后外肽酶水解效果最好。外肽酶水解可获得60%的水解度，在此基础上再加入碱性蛋白可使水解度提高到70%(表1)，双酶水解效果最好[7]。杨成等[8]利用胰蛋白酶和胃蛋白酶分别水解马铃薯蛋白，再将2种蛋白酶复合使用，虽然水解度比单酶水解有所降低(9.86%)，但是双酶联合水解能够制备更丰富的谷氨酰胺结合肽并获得更高的氮溶指数(54.65%)。

酶水解条件温和，水解度高，其中复合蛋白酶水解效果最好，是目前马铃薯蛋白水解的重要方法。

表1 蛋白酶水解马铃薯蛋白的水解条件

1.2 酸水解

目前酸水解工艺研究资料相对较少。黄闯等[10]利用盐酸水解，优化水解时间、盐酸浓度、料液比、温度等条件，最终测得最优条件下马铃薯蛋白水解度为65.72%，水解液氨基酸组分合理。

2 马铃薯蛋白及其水解产物功能特性

许多多肽具有一定的抗氧化特性，关于马铃薯蛋白水解多肽的功能性主要集中于抗氧化活性的研究，作为蛋白质，马铃薯蛋白功能特性的研究主要涉及到界面特性及溶解性等。

2.1 马铃薯蛋白水解多肽的抗氧化活性

常坤朋等[9]采用碱溶酸沉淀法提取马铃薯蛋白，再分别利用中性蛋白酶、碱性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶这5种酶水解蛋白质，采用DPPH法、羟自由基、超氧阴离子清除和Fe2+螯合法测定水解液的抗氧化活性，测得胰蛋白酶水解物抗氧化活性最高，但未测定水解度。程宇等[11～13]考察了不同水解时间的马铃薯蛋白水解物对大豆油O/W型乳液抗氧化特性，结果表明，水解1h的水解物抗氧化性最好，并表现出较强的ABTS自由基清除能力和亚铁离子螯合能力。

2.2 溶解性及界面特性

潘牧等[2]对马铃薯蛋白的溶解性、持水性、吸油性、乳化性及起泡性等进行了一系列的研究，并与大豆分离蛋白进行比较，发现由于溶解度比较低，马铃薯蛋白的持水性、吸油性、乳化性及起泡性均低于大豆分离蛋白。苏现波等[14]用碱提酸沉法提取马铃薯蛋白，分析其功能特性，发现在等电点附近蛋白质的溶解性最低，乳化性、乳化稳定性和起泡性最差，但泡沫稳定性最好，其起泡性与泡沫稳定性与大豆分离蛋白粉相似。在碱性条件下，氯化钠浓度为0.2mol/L、40℃时，马铃薯蛋白的溶解性最好。Alberto等[15]分析了马铃薯蛋白的界面特性，结果表明马铃薯蛋白溶解性很差，在不同pH条件下，马铃薯蛋白的界面张力(油/水)和表面压力(空气/水)变化不大，但在油水界面的粘弹性显著不同，与pH 2比较，在pH 8时表现出最大的弹性响应。因此，在pH 8时马铃薯蛋白表现出最佳的乳化特性。

为了改善马铃薯蛋白的界面特性，人们进行了一系列理化研究。Anne等[16]利用高均压法处理马铃薯蛋白，压力200～600MPa，在不同温度条件下处理马铃薯蛋白。结果表明，加热(70～80℃)马铃薯蛋白可使溶解度降低21%，600MPa高压处理可使马铃薯蛋白溶解度降低74%。因此，高压处理可加速马铃薯蛋白的变性和聚集。热和高压处理后，马铃薯蛋白的表面疏水性均有所增加。在高压处理后，马铃薯蛋白的起泡性增加到177%，但持续时间不长。有关高压对马铃薯蛋白功能特性的影响还需进一步深入研究。将喷雾干燥的马铃薯蛋白分离成马铃薯糖蛋白和蛋白酶抑制剂2部分，这2部分再利用疏水作用色谱法分别分成低疏水部分和高疏水部分。在pH为3的条件下，这几种分离的蛋白成分都表现出较好的起泡性，但在pH为3和7的条件下起泡性较差。蛋白酶抑制剂的低疏水部分乳化性及乳化稳定性较差，而高疏水部分表现出了较好的乳化性[17]。Miedzianka等[18]研究马铃薯蛋白浓缩物在不同热处理条件下的乙酰化作用，并分析了乙酰化后的化学成分和产物的功能特性。当加热温度从50℃上升到80℃时产生乙酰化作用，同时亮氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和苏氨酸的量明显增加。此外，60℃时乙酰化程度最好(乙酸酐含量为6.37mL/g)。未加热的马铃薯蛋白脱乙酰化后持水力显著增强，但油脂吸附容量降低。乳化能力和乳化稳定性也明显降低。脱乙酰化并不影响马铃薯蛋白的乳化能力和起泡性，但泡沫稳定性有所降低[19]。

为了提高马铃薯蛋白乳液的稳定性，Jenifer等[20]利用瓜尔豆胶稳定马铃薯蛋白制备的乳液，通过流变、光学显微镜和多重光散射法，证明瓜尔豆胶对乳液稳定性具有促进作用。

2.3 其他特性

马铃薯蛋白水解多肽还具有抗心肌肥大的效果。Asokan等[21]从马铃薯蛋白水解物中分离出2种多肽，利用鼠心成肌细胞(H9C2)作为肥大心肌体外模型。结果表明，2种多肽均可有效衰弱H9C2的生长，并初步分析了细胞凋亡机制，认为与其抑制钙调磷酸酶/核因子激活T-细胞媒介信号通路有关。

3 结语

马铃薯蛋白的水解工艺主要以酶水解为主，复合蛋白酶加上水解前的预处理工艺可显著提高蛋白质的水解度，其水解多肽具有较强的抗氧化活性。马铃薯蛋白具有一定的界面活性，但溶解度较低，利用高压、热、乙酰化作用等可明显影响其溶解特性和界面特性。