椰子蛋白質(zhì)的功能特性研究進(jìn)展

張建國(guó)? 趙松林

【摘 要】椰子蛋白質(zhì)功能特性不僅與蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子大小及結(jié)構(gòu)形態(tài)等固有的物理屬性有關(guān)，而且還與其他蛋白質(zhì)相互作用的食物組分以及所處的環(huán)境情況或加工條件有關(guān)。本文主要從椰子蛋白質(zhì)在溶解性、乳化性、起泡性、黏度等方面，分析了pH、離子強(qiáng)度、溫度等常見(jiàn)加工條件對(duì)這些功能特性的影響。試圖為椰子蛋白質(zhì)的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供理論指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】椰子蛋白 功能特性 影響因素 進(jìn)展

蛋白質(zhì)的功能特性是指食品體系在加工、貯藏、制備和消費(fèi)過(guò)程中蛋白質(zhì)對(duì)食品產(chǎn)生需要特征的那些物理化學(xué)性質(zhì)。蛋白質(zhì)的功能特性主要包括吸水性、濕潤(rùn)性、膨脹性、粘著性、分散性、溶解度、粘度、膠凝性、乳化性，起泡性等。由于食品的感官品質(zhì)是由各種食品原料復(fù)雜的相互作用產(chǎn)生的（例如蛋糕的風(fēng)味、質(zhì)地、顏色和形態(tài)等性質(zhì)是由原料的熱膠凝性，起泡、吸水作用、乳化作用、粘彈性和褐變等多種功能性組合的結(jié)果），因而這些功能特性不僅與蛋白質(zhì)的氨基酸組成、分子大小及結(jié)構(gòu)形態(tài)等固有的物理屬性有關(guān)，而且還與其他蛋白質(zhì)相互作用的食物組分，如水、離子、碳水化合物、脂質(zhì)及所處的環(huán)境情況或加工條件，如溫度、pH值、電離強(qiáng)度等有關(guān)。

椰子蛋白質(zhì)（coconut protein）為木本油料種子蛋白，單個(gè)椰子中蛋白質(zhì)含量較少4%～8%（濕基），但世界椰子的產(chǎn)量很大，因而椰子蛋白是來(lái)源豐富的植物蛋白質(zhì)。椰子蛋白含18種氨基酸，必需氨基酸配比合理，L-精氨酸含量較高（14.8g/100g蛋白），前期的研究表明椰子蛋白具有降血脂、降低膽固醇、抑制高血脂癥等保健功能。因而，椰子蛋白質(zhì)是來(lái)源豐富、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高、保健功能較好的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)，開(kāi)發(fā)潛力巨大。從上世紀(jì)40年代開(kāi)始，就有科員人員對(duì)椰子蛋白的功能特性進(jìn)行研究。1930年美國(guó)科學(xué)家Sj?gren和Spychalski從椰子蛋白質(zhì)中分離出一種分子量約208 kDa的球蛋白，并命名為cocosin。Molina等（1976）曾利用酶解-冷凍真空干燥技術(shù)制備了一種不含纖維的椰子濃縮蛋白（coconut protein concentration，CPC），并對(duì)其分子量、溶解性、乳化性、起泡性、凝膠性等功能特性進(jìn)行了分析。鄭亞軍等（2009）曾從脫脂椰肉中制備椰子分離蛋白（coconut protein isolate， CPI），然后分析了pH、溫度、離子強(qiáng)度等因素對(duì)椰子分離蛋白溶解性、乳化性、黏度、起泡性、水合性質(zhì)的影響。Angelia（2012）則從椰子總蛋白質(zhì)中分離出椰子球蛋白（cocosin），并分析了其氨基酸組成、溶解性、乳化性和起泡性及其在巴斯殺菌、加熱等常見(jiàn)加工處理方式中的穩(wěn)定性。本文將對(duì)椰子蛋白各種功能特性的研究進(jìn)展進(jìn)行論述，以期為椰子的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用提供指導(dǎo)。

1椰子分離蛋白的溶解性

溶解性是蛋白質(zhì)最重要的功能特性之一。許多研究表明，蛋白質(zhì)的溶解性不僅決定其應(yīng)用范圍，還與蛋白質(zhì)的其他重要功能特性如乳化性、起泡性、黏度、凝膠性、耐熱性、吸油性、吸水性等密切相關(guān)。而不溶性蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍極其有限。因而，研究蛋白質(zhì)的功能特性，必須從其溶解性入手。影響蛋白質(zhì)溶解性的既有其本身的內(nèi)在固有屬性，如蛋白質(zhì)構(gòu)象、氨基酸組成、表面疏水性、分子大小等；也有pH、溫度、離子強(qiáng)度、溶劑類型等外在因素。因而在測(cè)定一種蛋白質(zhì)的溶解性時(shí)，還要系統(tǒng)分析食品加工中常見(jiàn)外在因素對(duì)其的影響。

鄭亞軍等（2011）從脫脂椰肉中采用緩沖溶液提取椰子蛋白質(zhì)，并對(duì)其溶解性及影響因素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在等電點(diǎn)pH4.0處，大豆分離蛋白和椰子分離蛋白的溶解度最低，其原因是此時(shí)蛋白質(zhì)表面靜電荷為零或接近零，蛋白質(zhì)的極性變小，與水結(jié)合力下降，蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的排斥作用降低，發(fā)生聚集甚至沉淀；當(dāng)pH遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時(shí)，蛋白質(zhì)表面靜電荷數(shù)增大，分子極性變大，水合作用增強(qiáng)，同時(shí)蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的排斥力加強(qiáng)，導(dǎo)致大豆分離蛋白和椰子分離蛋白的溶解度都逐漸升高。在pH2～3時(shí)和pH10～12時(shí)，椰子分離蛋白的溶解度均顯著地大于大豆分離蛋白的，說(shuō)明在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境內(nèi)，椰子分離蛋白的溶解度較好，這可能與椰子蛋白的組成有關(guān)。

在離子強(qiáng)度為0～0.15mol/L時(shí)，離子強(qiáng)度的增大促進(jìn)了蛋白質(zhì)的水合作用，蛋白質(zhì)與水之間的氫鍵作用力加大，蛋白質(zhì)表面的水化膜厚度增大，最終導(dǎo)致椰子分離蛋白的溶解度升高；當(dāng)離子強(qiáng)度大于0.15mol/L時(shí)，椰子分離蛋白的溶解度反而減小。其原因是在過(guò)高的離子強(qiáng)度下，離子與蛋白質(zhì)競(jìng)爭(zhēng)性地與水分子結(jié)合，使蛋白質(zhì)-水之間的氫鍵作用力下降，蛋白質(zhì)表面的水化膜變薄，蛋白質(zhì)的水合作用變?nèi)?，溶解性下降?/p>

在30℃～60℃時(shí)，水分活度上升，椰子分離蛋白的結(jié)構(gòu)蘇展，氨基酸殘基上的極性基團(tuán)與水分子的結(jié)合增加，溶解度隨溫度的升高而增大；當(dāng)溫度超過(guò)70℃后，蛋白質(zhì)開(kāi)始變性，結(jié)構(gòu)解聚，包裹在分子內(nèi)的疏水性殘基外露，疏水作用力增大；同時(shí)蛋白質(zhì)與水之間的氫鍵受到破壞，水合作用下降，溶解度降低。雖然不同植物蛋白的溶解性具有不同的最佳溫度（即溶解度最大時(shí)的溫度），但大量實(shí)驗(yàn)表明，植物蛋白的最佳溶解溫度一般在30～60℃內(nèi)，超過(guò)70℃后極易變性，溶解性下降。

2椰子分離蛋白的乳化性及影響因素

乳化性是決定一種蛋白質(zhì)能否在乳膠狀食品（例如牛奶、冰淇淋、干酪、蛋白飲料等）中發(fā)揮重要作用的關(guān)鍵因素。鄭亞軍等（2011）從脫脂椰肉中采用緩沖溶液提取椰子分離蛋白質(zhì)，并對(duì)其乳化性及影響因素進(jìn)行了分析。

結(jié)果表明，在等電點(diǎn)范圍（pH4左右）內(nèi)，椰子分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性都很差；當(dāng)遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時(shí)，椰子分離蛋白和大豆分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性均得到提高。在所選pH范圍內(nèi)，椰子分離蛋白的乳化性顯著地大于大豆分離蛋白；而椰子分離蛋白的乳化穩(wěn)定性更是極顯著地大于大豆分離蛋白。而當(dāng)離子強(qiáng)度濃度由0.05mol/L增大到0.15mol/L時(shí)，椰子分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性升高，且椰子分離蛋白的乳化性極顯著性地大于大豆分離蛋白；當(dāng)離子強(qiáng)度由0.15mol/L增大到0.3mol/L時(shí)，椰子分離蛋白的乳化性和乳化穩(wěn)定性都降低。在30～70℃的范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，椰子分離蛋白和大豆分離蛋白的乳化性都增高；溫度大于70℃后，大豆分離蛋白的乳化性降低（如圖5）。椰子分離蛋白乳化穩(wěn)定性隨溫度的變化趨勢(shì)與乳化性的變化趨勢(shì)一致，且在測(cè)試的范圍內(nèi)，椰子分離蛋白的乳化性顯著地大于大豆分離蛋白的乳化性。

3椰子分離蛋白的發(fā)泡性質(zhì)及影響因素

發(fā)泡性質(zhì)與乳化性質(zhì)一樣，同屬于蛋白質(zhì)的表面性質(zhì)。在功能特性中，蛋白質(zhì)的發(fā)泡性質(zhì)與其溶解性、黏度、表面疏水性等性質(zhì)密切相關(guān)；同時(shí)，蛋白質(zhì)的起泡性又受到蛋白質(zhì)分子形狀、大小、構(gòu)象、肽鏈的柔韌性等多種因素的影響；此外，食品體系中的鹽類、糖類、脂類、蛋白質(zhì)濃度、機(jī)械處理、加熱、pH等因素也會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)的發(fā)泡性質(zhì)產(chǎn)生影響。劉磊等（2011）以大豆分離蛋白為對(duì)照，對(duì)椰子分離蛋白的發(fā)泡性質(zhì)及pH、離子強(qiáng)度和溫度對(duì)其的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明在等電點(diǎn)pH4.5處，椰子分離蛋白的起泡性最差；遠(yuǎn)離等電點(diǎn)時(shí)，起泡性隨著pH的升高而增大，pH10.5處椰子分離蛋白的起泡性最大，說(shuō)明堿性環(huán)境有利于椰子分離蛋白溶液形成泡沫；而椰子分離蛋白的起泡穩(wěn)定性隨pH的變化趨勢(shì)正好與起泡性的相反，等電點(diǎn)處的泡沫穩(wěn)定性反而最好。

研究還表明，在0.05～0.20mol/L的范圍內(nèi)，椰子分離蛋白的起泡性隨著離子強(qiáng)度的增大而升高；在0.20～0.30mol/L的范圍內(nèi)，起泡性隨離子強(qiáng)度的增大反而變小。這可能是因?yàn)榈碗x子強(qiáng)度對(duì)蛋白的增溶作用加大了它的起泡性；但離子強(qiáng)度的增大導(dǎo)致了蛋白質(zhì)泡沫穩(wěn)定性的下降。因而，離子強(qiáng)度總體上來(lái)說(shuō)是利于泡沫的形成而不利于泡沫的穩(wěn)定。而在40～50℃時(shí)，加熱可小幅度地提高椰子分離蛋白的起泡性，但加熱整體上降低了椰子分離蛋白質(zhì)的泡沫穩(wěn)定性。

4椰子分離蛋白的黏度

黏度是蛋白質(zhì)流體重要的性質(zhì)，蛋白質(zhì)在水溶液中的黏度是影響其起泡性、乳化性以及實(shí)際用途的重要因素，也直接關(guān)系到含蛋白質(zhì)食品如飲料等的表觀性質(zhì)（Boalet et al.，2001）。1930年美國(guó)科學(xué)家從椰子蛋白質(zhì)中分離出其主要成分cocosin，分子量約208 kDa；而后續(xù)的研究表明cocosin的分子量實(shí)際更高，約326 kDa。研究人員還表明cocosin是一個(gè)六聚體球蛋白（hexamer），它由酸性亞基和堿性亞基通過(guò)一條二硫鍵連接而成，在堿性亞基上還結(jié)合著糖基。鄭亞軍等（2009）曾分析了不同品種椰子蛋白質(zhì)中亞基的組成和分子量大小，結(jié)果表明不同品種椰子蛋白亞基的分子量各異，主要分子量范圍為15～52 kDa，屬于中小分子量蛋白。這些結(jié)果為椰子分離蛋白黏度的研究提供了部分基礎(chǔ)。劉磊等（2011）以大豆分離蛋白為對(duì)照，對(duì)椰子分離蛋白的黏度及pH、離子強(qiáng)度、溫度和蛋白質(zhì)濃度對(duì)其的影響進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，蛋白質(zhì)濃度對(duì)椰子分離蛋白的黏度有顯著的影響，隨著濃度的增大，椰子分離蛋白的黏度顯著地變大。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)的濃度超過(guò)6%時(shí)，椰子分離蛋白的黏度幾乎呈幾何式地增大。蛋白質(zhì)濃度增大，增加了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)的相互作用，從而使蛋白液的黏度增大。在相同的濃度條件下，椰子分離蛋白與大豆分離蛋白的黏度無(wú)顯著性差別。在溫度小于70℃時(shí)，隨著溫度的增加，椰子分離蛋白流體的黏度增加；當(dāng)溫度大于70℃以后，溫度升高，黏度反而下降。

5椰子分離蛋白的持水性與吸油性

蛋白質(zhì)的持水性是指每克蛋白質(zhì)結(jié)合、保持水的能力；而持油性是指每克蛋白質(zhì)所能夠吸附和保持的植物油的能力。由于大多數(shù)食品是水合（hydration）體系，而許多食品又是含油性體系，因而食品蛋白質(zhì)的吸油性和保水能力不僅能影響蛋白質(zhì)溶解性、粘度、乳化性等功能特性，而且還會(huì)影響食品的結(jié)構(gòu)、質(zhì)地、風(fēng)味以及產(chǎn)量。因而，持水性與吸油性是食品蛋白質(zhì)研究中重要的內(nèi)容之一。劉磊等（2011）曾測(cè)試椰子分離蛋白的持水性和吸油性，其方法為：精確稱取0.5g 椰子分離蛋白，加入5mL大豆油或蒸餾水，玻璃棒攪拌均勻，靜置30mi后， 4000r/min，離心30min，測(cè)定上清液的體積，扣除后為蛋白質(zhì)的吸油量或吸水量。持水力或吸油性表示為每克椰子分離蛋白能吸附的水或油的毫升數(shù)（mL/g）。結(jié)果表明椰子分離蛋白的持水性為2.8 mL/ g，低于大豆分離蛋白（4.89 mL/g）、綠豆分離蛋白（3.5 mL/g），但優(yōu)于棉籽分離蛋白（2.43 mL/g）和花生分離蛋白（2.6 mL/g）；椰子分離蛋白的吸油性為2.84 mL/ g，明顯高于棉籽分離蛋白（0.77 mL/g）、大豆分離蛋白（1.68 mL/g）、綠豆分離蛋白（1.1 mL/g）和花生分離蛋白（1.25 mL/g）。良好的持油性表明椰子蛋白可以應(yīng)用于壽司、蛋糕、面包或其他焙烤食品和低脂油炸食品，并作為香腸等肉制品的填充物或質(zhì)構(gòu)劑。

此外，Molina等（1976）研究表明，即使在5 g/100mL的高濃度下，椰子分離蛋白也不能形成凝膠。這表明椰子蛋白的凝膠性很差。椰子蛋白質(zhì)中含有18種氨基酸，必需氨基酸配比合理，L-精氨酸含量較高（14.8g/100g蛋白），天冬氨酸、谷氨酸的含量也較高。同時(shí)椰子蛋白的生物效價(jià)為69%～77%，在人體中的消化吸收率為86%～94%，接近于全蛋白，因而椰子蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高（Samson et al.， 1971；Kwon et al.， 1996；Roberta et al.， 2005）。Kwon等（1996）曾利用差式掃描量熱儀（differential scanning calorimetry， DSC）分析椰子蛋白的熱穩(wěn)定性，所用椰子蛋白質(zhì)濃度為2mg/ mL，加熱速度為5℃/分鐘，掃描溫度范圍為30～130℃。結(jié)果表明椰子蛋白分別在82℃和98℃出現(xiàn)吸收峰，吸收熱涵值分別為12.5和16.4 mJ/mg。

綜合以上分析，椰子蛋白具有較好功能特性，可廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中。而pH、溫度、離子強(qiáng)度等因素對(duì)這些功能特性的影響較大。

參考文獻(xiàn)：

[1] 闞建全.食品化學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1997.

[2] 王璋，許時(shí)嬰，湯堅(jiān).食品化學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2008.

[3] Yajun Zheng， Yan Li， Youlin Zhang， Runguang Zhang， Yufeng Zhang， Songlin Zhao. Effects of limited enzymatic hydrolysis， pH， ionic strength and temperature on physicochemical and functional properties of palm （Elaeis guineensis Jacq.） kernel expeller protein， Journal of Food Science and Technology，2015，4，1～10.

[4] Sakanaka S. and Tachibana Y.Active oxygen scavenging activity of egg-yolk protein hydrolysates and their effects on lipid oxidation in beef and tuna homogenates， Food Chem.，2006，95，243～249.

[5] Molina， M. R.； Lachance， P. A.； Bressani， R.Some chemical and functional characteristics of a fiber-free coconut protein extract obtained by enzymic chemical process， J. Agric. Food Chem.，1996，24，614～617.

[6] Yajun Zheng， Yan Li， Youlin Zhang， Runguang Zhang， Qingan Zhang， Yufeng Zhang， Songlin Zhao.Fractionation， Physicochemical Properties， Nutritional Value， Antioxidant Activity and ACE Inhibition of Palm Kernel Expeller Protein， RSC Advances，（2015），5，12613～12623.

[7] Kwon， K.； Park， K. H.； Rhee， K. C.. Fractionation and characterization of proteins from coconut （Cocos nucifera L.）， J. Agric. Food Chem.，1996，44，1741～1745.

[8] 趙松林主編.椰子綜合加工技術(shù)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2007， 131～140.

[9] 鄭亞軍，李艷，馬子龍 等. 酶法提取椰子蛋白質(zhì)及其對(duì)亞基的影響.果樹(shù)學(xué)報(bào)，2009，26，1，113～118.

[10] 鄭亞軍，趙松林，李艷 等.椰子分離蛋白提取工藝的研究.食品工業(yè)科技，2009，30，1， 226～230 .

[12] 鄭亞軍，趙松林，馬子龍 等.椰子果肉蛋白亞基的組成.熱帶作物學(xué)報(bào)，2008，29，6， 704～709.

[13] Rasyid F， Manullang M， Hansen PMT. Isolation and characterization of coconut protein， Food Hydrocolloids， 1992， 30， 1， 112-118.

[14] 劉磊，鄭亞軍，李艷 等.椰子分離蛋白起泡性、粘度及其影響因素的研究.熱帶作物學(xué)報(bào)，2011，32，1035～1038.