干法分離植物源蛋白質(zhì)研究進(jìn)展

王 媛，朱紅廣，李再貴*，佟立濤

（1 中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 100083 2 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所 北京 100193）

動(dòng)物蛋白由于優(yōu)異的食用品質(zhì)和營養(yǎng)成分使其成為人類不可或缺的食物。因能量傳遞效率有限，故每生產(chǎn)1 kg 動(dòng)物蛋白需要消耗6 kg 植物蛋白[1]。隨著世界人口數(shù)量增長，預(yù)計(jì)全球蛋白質(zhì)需求量未來幾十年內(nèi)將翻1 番[2]。隨著動(dòng)物蛋白質(zhì)生產(chǎn)帶來的環(huán)境承載壓力逐漸接近極限，用植物源蛋白質(zhì)替代部分動(dòng)物蛋白，有利于經(jīng)濟(jì)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展[3]。植物源蛋白質(zhì)營養(yǎng)豐富且全面，從營養(yǎng)品質(zhì)來說亦是良好的蛋白質(zhì)來源[4]。大量研究表明，植物源蛋白質(zhì)占比多的膳食模式能夠改善高血脂和心血管疾病[5]。植物源蛋白質(zhì)在食品工業(yè)中也有廣泛應(yīng)用，如利用其溶解性、乳化性、起泡性和水/油結(jié)合等特性開發(fā)各種食品[4，6]。

濕法是分離植物源蛋白質(zhì)最常用的方法，其蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度高，然而需消耗大量的水和能量，產(chǎn)生廢液，并造成水溶性蛋白質(zhì)流失和蛋白質(zhì)變性失活。利用濕法分離羽扇豆蛋白時(shí)，每獲得1 kg蛋白至少消耗80 kg 水、22.4 kg 己烷、40 g NaOH和40 g HCl，并產(chǎn)生大量廢液[7]。因pH 值和溫度的劇烈變化，蛋白質(zhì)易變性而失去其天然功能特性[8-9]。干法分離是一種利用蛋白質(zhì)與其它細(xì)胞組分物理性質(zhì)差異進(jìn)行分離的方法，其步驟簡單，條件溫和，且蛋白質(zhì)產(chǎn)物組成完整、變性度低，具有更廣的應(yīng)用范圍。本文綜述植物源蛋白質(zhì)的干法分離，分析相關(guān)影響因素和蛋白質(zhì)產(chǎn)物功能特性，提出干法分離技術(shù)面臨的問題和未來研究發(fā)展趨勢，以期為高效分離植物源蛋白質(zhì)提供參考。

1 干法分離的過程

1.1 粉碎

粉碎可減小物料粒度，增大比表面積，使細(xì)胞組分充分暴露出來。如圖1所示，豌豆子葉細(xì)胞中，淀粉顆粒粒徑約25 μm，蛋白質(zhì)體顆粒粒徑約1～3 μm[11-12]。粉碎時(shí)將淀粉和蛋白質(zhì)顆粒從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中釋放出來，蛋白質(zhì)體顆粒比淀粉顆粒更小且?guī)щ娦愿鼜?qiáng)，進(jìn)而利用淀粉與蛋白質(zhì)的物理特性差異進(jìn)行分級。

圖1 豌豆細(xì)胞及其粉碎產(chǎn)物示意圖[10]Fig.1 Schematic drawing of cells of pea and the fragments after milling[10]

沖擊式粉碎機(jī)、氣流式粉碎機(jī)和介質(zhì)攪拌磨是常用的干法粉碎設(shè)備。沖擊式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子上的沖擊元件（棒、錘、葉片等）對物料劇烈地沖擊，產(chǎn)生高頻強(qiáng)力沖擊、剪切等作用[13-15]。氣流式粉碎機(jī)使物料顆粒以及顆粒與室壁間在高速流體作用下發(fā)生碰撞、沖擊和研磨而產(chǎn)生強(qiáng)烈粉碎作用[16]。氣流粉碎得到的粉末粒徑分布范圍窄，且粉碎過程中會產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，粉碎溫度較低，不易破壞物料天然功能特性[17]。介質(zhì)攪拌磨主要由研磨介質(zhì)（鋼球、陶瓷球、玻璃球等）和攪拌器構(gòu)成，攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，攪動(dòng)研磨介質(zhì)產(chǎn)生沖擊力，在磨介自身重力以及產(chǎn)生的擠壓力作用下對物料進(jìn)行沖擊、研磨、剪切[16，18]。對于不同植物原料需要針對性選擇粉碎設(shè)備，將子葉或胚乳充分破碎的同時(shí)，減少對于細(xì)胞組織（如淀粉顆粒）的破壞[19]。Sosulski 等[20]研究發(fā)現(xiàn)砂磨（介質(zhì)攪拌磨的一種）小麥粉中破損淀粉含量低于針磨（沖擊式粉碎機(jī)的一種）。Létang 等[21]研究表明，與針磨相比，氣流噴射磨（氣流式粉碎機(jī)的一種）能夠?qū)④涃|(zhì)和硬質(zhì)小麥細(xì)胞組分更好地分離，且綜合能效更好。氣流式粉碎機(jī)可以將物料粉碎得很細(xì)，粒度分布均勻，適合粉碎綠豆等硬度大的豆類。沖擊式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，粉碎能力較強(qiáng)，然而由于機(jī)件高速運(yùn)轉(zhuǎn)及顆粒沖擊碰撞，不可避免產(chǎn)生磨損問題，一般不適用于處理硬度太高的物料。

1.2 分級

1.2.1 氣流分級 氣流分級基于粉碎后蛋白質(zhì)和淀粉顆粒粒度和密度差異，將粉碎后細(xì)胞組分分級。在分級機(jī)中，粉末懸浮在氣流中，通過分級機(jī)輪葉片高速旋轉(zhuǎn)形成的離心逆流分離區(qū)，氣流產(chǎn)生的阻力和分級機(jī)葉輪產(chǎn)生的離心力共同決定了最終形成產(chǎn)物粒徑大小。氣流分級機(jī)依據(jù)分級原理可分為離心式分級機(jī)、旋風(fēng)式分級機(jī)和渦流式分級機(jī)[22-24]。

利用干法粉碎和氣流分級從豆類或谷物中分離蛋白質(zhì)的研究結(jié)果如表1所示。谷物蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度為21%～28%，產(chǎn)率為6%～20%[25-26]。豆類蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度可達(dá)44%～70%，產(chǎn)率可達(dá)21%～35%[8，27-30]，效果優(yōu)于小麥等谷物。這是因?yàn)槎诡愔械鞍踪|(zhì)含量高，且細(xì)胞結(jié)構(gòu)中淀粉和蛋白質(zhì)結(jié)合松散，更有利于分離[25]。理論上，豆類通過氣流分級獲得的最大蛋白質(zhì)純度可以達(dá)到蛋白質(zhì)實(shí)際含量（70%～88%）[31-32]，而目前還存在很大提升空間。

表1 通過氣流分級得到的幾種豆類和谷物蛋白質(zhì)產(chǎn)物Table 1 Protein enrichment by air classification for several legumes and grains

1.2.2 靜電分級 靜電分級是另一種研究較多的分級方法，基本原理是基于顆粒間帶電性差異。蛋白質(zhì)氨基酸殘基、N-末端和C-末端存在可電離基團(tuán)，易于帶電荷。而淀粉、膳食纖維等組分的化學(xué)結(jié)構(gòu)中沒有可電離基團(tuán)，所以蛋白質(zhì)顆粒帶電荷能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它顆粒[33]?？筛鶕?jù)電場中不同顆粒受到不同電場力來分級。靜電分級技術(shù)已經(jīng)在塑料、金屬垃圾回收等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并在分離麥麩和米粉等方面展現(xiàn)出良好前景[34-35]。

靜電分級前一般采用感應(yīng)充電、電暈充電或摩擦充電的方式對物料施加電荷[36-38]。感應(yīng)充電基于粒子極性和導(dǎo)電性，使物體在靜電場的作用下發(fā)生電荷再分布。Remadnia 等[39]利用金屬帶式輸送機(jī)和連接負(fù)高壓電源的旋轉(zhuǎn)輥電極對粉末進(jìn)行感應(yīng)充電，開發(fā)出從小麥粉中分離麩皮和蛋白質(zhì)分級技術(shù)。電暈充電基于離子轟擊分開導(dǎo)電粒子和非導(dǎo)電粒子[36]，并已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中種子除雜和選種[40]。摩擦充電是顆粒在介質(zhì)中相互碰撞而發(fā)生電子轉(zhuǎn)移[41]。物料發(fā)生物理接觸時(shí)，功函數(shù)較高的粒子帶負(fù)電，功函數(shù)較低的粒子帶正電[42]。不同材料由于其蛋白質(zhì)體形狀、粒徑和表面特性等差異，摩擦充電特性不同。在麥麩中，糊粉層和胚乳蛋白質(zhì)顆粒在摩擦充電后帶正電荷，麩皮中纖維顆粒帶負(fù)電荷[43]，而水稻的蛋白質(zhì)體顆粒摩擦充電后帶負(fù)電荷[44]。

Tabtabaei 等[33]設(shè)計(jì)了一種摩擦充電式靜電分級器用于分離菜豆蛋白（圖2），包括流化床進(jìn)料系統(tǒng)、摩擦加料管、垂直銅板電極和分級室。用磁力攪拌器攪拌物料粉末使其流態(tài)化，氣動(dòng)輸送入摩擦充電管。顆粒通過顆粒-管壁和顆粒-顆粒相互接觸摩擦而帶電荷后，以流態(tài)化帶電顆粒的形式進(jìn)入分級室。分級室中的垂直銅板被施以直流電壓，顆粒在重力和電場共同作用下，不帶電、富含碳水化合物的顆粒落入分級室底部，富含蛋白質(zhì)的顆粒帶正電荷，吸附在帶負(fù)電的銅板上或少部分落入分級室底部。菜豆粉分級試驗(yàn)顯示蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度可達(dá)47.0%，為原菜豆粉（25.4%）的2倍，而蛋白質(zhì)（17.1%）的產(chǎn)率仍然較低。Mayr 等[45]通過優(yōu)化單級和兩級摩擦靜電分級，菜豆蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度分別達(dá)到38%和60%[46]。還有研究將類似的靜電分級系統(tǒng)用于提取玉米纖維和小麥阿拉伯木聚糖[43，47]。

2.3 A組與B組分娩結(jié)局對比 A組除剖宮產(chǎn)、產(chǎn)褥期感染率外，其余不良結(jié)局發(fā)生率均低于B組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見表3。

圖2 摩擦充電式靜電分級器的工藝流程示意圖[33]Fig.2 Process flow diagram of the tribo-electrostatic separator[33]

2 影響干法分離效果的因素

2.1 物料特性

不同植物細(xì)胞中淀粉與蛋白質(zhì)顆粒粒徑和結(jié)合形態(tài)不盡相同[48]。小麥淀粉顆粒的粒徑呈雙峰分布，其中大部分以20～35 μm 透鏡狀顆粒存在，少數(shù)以2～10 μm 小球形顆粒存在。粉碎后顆粒可分為2 個(gè)部分，粒徑較大部分（10～40 μm）淀粉顆粒更多，而較小部分（＜10 μm）是蛋白質(zhì)碎片和嵌入其中的小淀粉顆粒，蛋白質(zhì)純度也較低[49]。與小麥等谷物不同，豆類子葉細(xì)胞中淀粉顆粒粒徑約為25～40 μm，大小分布均勻，蛋白質(zhì)以1～10 μm蛋白質(zhì)體顆粒的形態(tài)存在，粉碎過程中淀粉和蛋白質(zhì)顆粒能夠更好地分開[3]。Pelgrom 等[12]經(jīng)干法粉碎制得不同粒徑的豌豆、黃豆、鷹嘴豆和扁豆粉再進(jìn)行分級，結(jié)果顯示當(dāng)粉碎后顆粒粒徑分布曲線與淀粉顆粒粒徑分布曲線最大程度地重疊時(shí)，最有利于分級過程。與軟質(zhì)小麥相比硬質(zhì)小麥中淀粉和蛋白質(zhì)基質(zhì)結(jié)合更加緊密，分離效果相對較差，這表明物料硬度會影響干法分離效果[49]。Tyler 等[50]研究了8 種豆類的硬度與粉碎質(zhì)量及分級效率的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)豆類的硬度與蛋白質(zhì)分級效率呈負(fù)相關(guān)。

物料中其它組分（油脂、水分等）也是影響干法分離效果的重要因素。油脂通過增強(qiáng)黏性和毛細(xì)管橋接作用使粉末間黏附力增強(qiáng)，不利于顆粒分散[51]。油脂還能夠軟化物料，導(dǎo)致粉碎需要消耗更多能量。羽扇豆、大豆、鷹嘴豆和皺豌豆等油脂含量較高的豆類都有相似的研究結(jié)果[52]。Booth等[53]將羽扇豆脫脂后分離得到純度為61%的蛋白質(zhì)產(chǎn)物。Challa 等[54]報(bào)道了脫脂后大豆蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度僅從53.9%提升到55.3%～55.7%。降低物料中水分含量會使細(xì)胞組織韌性降低，脆性增加[55]。Tyler 等[11]研究表明，干燥后物料在粉碎過程中易產(chǎn)生小顆粒，通過氣流分級蛋白質(zhì)產(chǎn)率更高，且能耗更低。Pelgrom 等[12，56]研究發(fā)現(xiàn)羽扇豆和豌豆水分含量低與氣流分級蛋白質(zhì)純度降低有關(guān)。在干法分離前，應(yīng)根據(jù)物料特性來確定前處理方法（脫脂、干燥等）和最佳處理?xiàng)l件。

2.2 粉碎程度

氣流和靜電分級效果都受到粉碎程度影響。Pelgrom 等[9]研究發(fā)現(xiàn)，黃豆氣流分級的蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度隨粉碎程度增加而提高，這是由于粉碎程度增加可使蛋白質(zhì)更好地與淀粉分離。然而，過度粉碎會形成過細(xì)、比表面積過大的顆粒，導(dǎo)致顆粒間范德華力增強(qiáng)，流動(dòng)性變差，不利于顆粒分散。顆粒更容易粘在分級機(jī)內(nèi)壁造成產(chǎn)率下降[27，57]。過度粉碎還會導(dǎo)致形成更多破損淀粉，分級時(shí)破損淀粉易進(jìn)入蛋白質(zhì)產(chǎn)物中，引起產(chǎn)物純度下降[52]。Wang 等[58]研究了粉碎機(jī)分級輪速對靜電分級效果的影響，分別以2 500，4 000，6 000 r/min 的分級機(jī)輪速粉碎羽扇豆，再經(jīng)靜電分級后蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度相似。然而，以8 000 r/min 的輪速粉碎，分級后蛋白質(zhì)沒有富集，可能是由于過度粉碎的顆粒粒徑過小，且脂質(zhì)被充分暴露，使顆粒摩擦充電時(shí)容易團(tuán)聚。Wang 等[59]研究表明，小粒徑顆粒比表面積大，對氣流更敏感，比大粒徑顆粒更容易帶上電荷。粉碎過程需要調(diào)節(jié)粉碎參數(shù)設(shè)置，使物料中蛋白質(zhì)體得到充分釋放又不會使顆粒過度團(tuán)聚，從而提高分級效率。

2.3 分級條件

氣流分級機(jī)葉輪速是影響氣流分級效果的重要因素。Pelgrom 等[9，51]研究發(fā)現(xiàn)提高分級機(jī)輪速能使細(xì)級分粒徑下降，蛋白質(zhì)純度提高，然而會導(dǎo)致產(chǎn)量下降。與過度粉碎時(shí)相似，可能是由于細(xì)級分流動(dòng)性差，易吸附在分級機(jī)內(nèi)壁，且易發(fā)生團(tuán)聚[58]。使用流動(dòng)性助劑（如馬鈴薯淀粉）吸附在大顆粒表面，使顆粒之間距離增大，吸引力減小，能有效提高氣流分級過程中蛋白質(zhì)分離效率[51]。

靜電分級器參數(shù)，如氣流速度、摩擦充電管材料及長度、極板電壓等都會影響靜電分級效率。提高氣流速度能防止顆粒團(tuán)聚[43]，增強(qiáng)顆粒-管壁和顆粒-顆粒碰撞[33]，使顆粒帶電量更大。Wang 等[59]將靜電分級羽扇豆粉的氣流速度從10 L/min 增加到20 L/min，蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度增加。Tabtabaei 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，雖然較高流速可以增加菜豆粉顆粒的充電密度，而氣流湍流導(dǎo)致顆粒聚集形成帶正電的團(tuán)聚體吸附到極板上，導(dǎo)致蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度降低。Tabtabaei 等[33]研究發(fā)現(xiàn)較長的聚四氟乙烯材料的摩擦充電管摩擦帶電效率最高。其原因是聚四氟乙烯有效功函數(shù)高于其它材料[38，60]，足夠長的摩擦充電管是保證蛋白質(zhì)分級效果的基礎(chǔ)。Tabtabaei 等[33]還發(fā)現(xiàn)，摩擦充電條件恒定時(shí)，增大極板電壓可增加電場對帶正電蛋白質(zhì)顆粒的吸引力，提高蛋白質(zhì)純度和分離效率?？偟膩碚f，以適宜氣流速度，使用足夠長的聚四氟乙烯材料摩擦充電，施加較高極板電壓，有利于提高靜電分級的蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度和產(chǎn)率。

3 干法分離蛋白質(zhì)產(chǎn)物的功能特性

蛋白質(zhì)天然功能特性有助于食品品質(zhì)的保持和改良[3，10，61]。理論上，組分越全、純度越高的蛋白質(zhì)功能特性越豐富，而實(shí)際上從分子尺度實(shí)現(xiàn)某種組分完全物理分離是難以實(shí)現(xiàn)的[3]。食品品質(zhì)的形成往往需要多種組分間復(fù)雜的相互作用，蛋白質(zhì)在大部分食品中的應(yīng)用并不需要其具有100%的純度。研究干法分離還需更多的關(guān)注蛋白質(zhì)天然功能特性，而不僅僅是追求更高純度。

與濕法分離相比，通過干法粉碎和氣流分級得到的各種豆類（如蠶豆、羽扇豆、海軍豆、斑豆和大豆等）蛋白質(zhì)能夠更好的保持天然功能特性[52，62-63]。豆類蛋白質(zhì)富含白蛋白，具有與蛋清類似的優(yōu)良泡沫特性[4]。Pelgrom 等[51]研究表明，氣流分級羽扇豆蛋白質(zhì)泡沫的半衰期比經(jīng)過濕法處理和加熱干燥的蛋白質(zhì)長2.3 倍，表明其具有良好的泡沫穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)肽鏈間相互作用是影響泡沫穩(wěn)定性的重要因素，通過分子間及分子內(nèi)相互作用形成一層維持泡沫穩(wěn)定的界面膜[64-65]。經(jīng)濕法分離并干燥后的蛋白質(zhì)易形成聚集體，使肽鏈難以在水-空氣界面展開，泡沫穩(wěn)定性差。Pelgrom 等[9]利用氣流分級豌豆蛋白質(zhì)產(chǎn)物制備了可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25.7%的濃縮液，經(jīng)加熱處理可獲得高持水性凝膠，適用于肉類或魚糜中代替部分肌原纖維蛋白[66]。

蛋白質(zhì)產(chǎn)物的質(zhì)量高低也體現(xiàn)在消化率上。Opazo-Navarrete 等[67]比較了堿法提取和粉碎-氣流分級提取的藜麥蛋白質(zhì)在體外胃液中的消化率，結(jié)果表明干法分離藜麥蛋白質(zhì)消化速度快于濕法分離。可能由于濕法分離干燥過程會使蛋白質(zhì)變性形成聚集體，使得蛋白質(zhì)不易被水解。Lambers 等[68]研究發(fā)現(xiàn)預(yù)加的酪蛋白在模擬胃液中消化速度減慢，亦可證明這一推斷。

其它組分（如淀粉、油脂和膳食纖維等）的存在也與蛋白質(zhì)功能特性密切相關(guān)。Han 等[62]研究了氣流分級后淀粉和蛋白質(zhì)的功能特性，富含淀粉的粗級分具有更好的保水性、氮溶指數(shù)和冷糊黏度，而富含蛋白質(zhì)的細(xì)級分則具有更好的乳化性和泡沫特性。氣流分級過程中除蛋白質(zhì)和淀粉外，其它組分也會進(jìn)入產(chǎn)物中。豌豆經(jīng)過氣流分級后，細(xì)級分中油脂和膳食纖維含量顯著高于原豌豆[8]。Tyler 等[30]和Wright 等[69]研究也發(fā)現(xiàn)相似趨勢。Pelgrom 等[51]觀察到氣流分級羽扇豆蛋白質(zhì)產(chǎn)物與原羽扇豆粉相比黏度較低，可能是產(chǎn)物中膳食纖維含量較高所致。羽扇豆蛋白較低的黏度有利于其在植物蛋白飲料中應(yīng)用[70]。

Jafari 等[28]研究證實(shí)靜電分級能夠保留原菜豆粉氨基酸分布和蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)，而濕法分離會使蛋白質(zhì)構(gòu)象發(fā)生顯著變化。Tabtabaei 等[71]研究發(fā)現(xiàn)，與濕法分離菜豆蛋白相比，干法粉碎和靜電分級菜豆蛋白產(chǎn)物中含有更多白蛋白，具有較高氮溶指數(shù)和優(yōu)良的乳化性、泡沫特性，而吸水性和吸油性較差。濕法菜豆分離蛋白具有較高吸水性和吸油性，可能是由于蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致暴露出更多非極性側(cè)鏈所致[72]。

總之，干法分離蛋白質(zhì)天然功能特性的保留，使其在食品加工中擁有廣闊的應(yīng)用前景。高溶解度可用于植物蛋白飲料，而其乳化性、泡沫特性及黏性等可用于烘焙食品、植物肉、冰淇淋等產(chǎn)品中[19]。干法分離蛋白產(chǎn)物中還有較多膳食纖維和微量營養(yǎng)素，能夠?yàn)楦纳菩庐a(chǎn)品配方、口味和營養(yǎng)價(jià)值帶來益處。

4 干法分離技術(shù)存在的問題及發(fā)展趨勢

蛋白質(zhì)產(chǎn)物的純度和產(chǎn)率低是制約干法分離技術(shù)廣泛應(yīng)用最主要的問題，其原因在于難以精確預(yù)測和控制粉碎和分級過程中顆粒的狀態(tài)。干法分離技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于研究細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、組分間相互作用及其機(jī)械性能，這對于解析植物細(xì)胞組織的物理分離過程有重要意義。未來的研究需要結(jié)合植物原料的特點(diǎn)，優(yōu)化分離過程、粉碎過程，以期獲得純度更高、產(chǎn)率更高、功能特性更優(yōu)的蛋白質(zhì)產(chǎn)物，提升蛋白質(zhì)分離效率和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

4.1 定量優(yōu)化粉碎過程

粉碎過程優(yōu)化依賴于對細(xì)胞組分形態(tài)，以及在粉碎過程中發(fā)生的（微） 破碎行為的進(jìn)一步研究。通過分析組織細(xì)胞蛋白質(zhì)和淀粉結(jié)合方式、黏附性和硬度等信息，優(yōu)化設(shè)備參數(shù)[73]。原子力顯微鏡（AFM）可用來研究材料表面結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能[74]，可測量固體表面并得到三維表面形貌信息。已有研究表明小麥中蛋白質(zhì)和淀粉結(jié)構(gòu)特征及力學(xué)性能與粉碎效果有關(guān)[75]。激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）是新興的原子發(fā)射光譜分析技術(shù)，通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，對等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析以確定樣品組成，可據(jù)此估計(jì)蛋白質(zhì)產(chǎn)物的物理性能[76]。Martelli 等[77]利用LIBS 技術(shù)確定了小麥組織力學(xué)性質(zhì)與粉碎過程有關(guān)。另一種優(yōu)化方法是建立模型，例如：用離散單元法（DEM）模型研究粉碎過程顆粒的流動(dòng)。通過計(jì)算作用在單個(gè)顆粒上的力所引起的一系列顆粒運(yùn)動(dòng)，精準(zhǔn)預(yù)測顆粒的固體動(dòng)力學(xué)特征，理解顆粒流動(dòng)和破碎行為[78]。Topin 等[79]用韌性參數(shù)表征淀粉-蛋白質(zhì)的結(jié)合方式和黏附性，模擬小麥胚乳破碎過程，優(yōu)化小麥制粉加工工藝。

4.2 開發(fā)改進(jìn)分級設(shè)備

針對豆類或谷物顆粒結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)，對氣流分級機(jī)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)和改造，開發(fā)出高精度分級設(shè)備[80]。分級設(shè)備產(chǎn)率主要是由粗、細(xì)級分的分離程度，以及設(shè)備中殘留物料量決定，前者可通過改進(jìn)分級機(jī)輪設(shè)計(jì)來解決，后者則可以考慮設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)刮板等輔助設(shè)備以減少物料顆粒吸附在設(shè)備內(nèi)壁。

4.3 多種分離方式相結(jié)合

不同分離方式在提升蛋白質(zhì)純度與產(chǎn)率方面具有不同優(yōu)勢，可利用不同分離方式的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行組合來提升分離質(zhì)量。Pelgrom 等[27]等將氣流分級后的豌豆蛋白質(zhì)再進(jìn)行靜電分級以除去膳食纖維，提升蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度。理論上利用干法實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)組分完全物理分離幾乎是不可能的，未來還可以考慮干濕法分離相結(jié)合。已有研究利用干濕結(jié)合的雙酶法制備出富含多酚的蕎麥蛋白，蛋白質(zhì)產(chǎn)率顯著高于堿提酸沉的濕法分離，且產(chǎn)物具有良好的功能特性[81]。

5 結(jié)語

植物源蛋白質(zhì)的干法分離主要包括粉碎和分級（氣流分級、靜電分級）2 個(gè)過程，物料特性、粉碎程度以及分級條件均會影響干法分離效果。與濕法分離相比，干法分離蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度雖較低，但能夠更好地保持蛋白質(zhì)天然結(jié)構(gòu)及功能特性。評價(jià)蛋白質(zhì)分離效果不能僅僅局限于純度，而應(yīng)研究其在實(shí)際加工應(yīng)用中的作用。干法分離技術(shù)目前還存在純度和產(chǎn)率低的問題，這就要求在未來研究中更加關(guān)注物料組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，優(yōu)化干法分離粉碎過程，改進(jìn)分級設(shè)備，將多種分離方式結(jié)合都有助于提升分離效果。綜上所述，干法分離在可持續(xù)生產(chǎn)植物源蛋白質(zhì)方面有著巨大的開發(fā)和應(yīng)用潛力，在完善干法分離技術(shù)、提升蛋白質(zhì)產(chǎn)物純度和產(chǎn)率以及拓展干法分離技術(shù)在食品中的應(yīng)用等方面都有待深入研究。