植物清蛋白的制備、功能特性及其在食品中的應(yīng)用進展

張根生 黃昕鈺 李琪 李月明 韓冰 費英敏

摘要：植物清蛋白是一種球形的單純蛋白，溶于水，遇熱凝固，廣泛分布在自然界中，幾乎存在于所有植物中。文章綜述了植物性清蛋白的制備過程及其功能特性，并根據(jù)植物清蛋白的功能特性介紹其在食品中的應(yīng)用，旨在為高效利用植物清蛋白提供研究思路。

關(guān)鍵詞：植物清蛋白；制備；特性；應(yīng)用

中圖分類號：TS201.21? ? ? 文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1000-9973（2023）05-0202-06

Abstract： Plant albumin is a spherical simple protein， which is soluble in water and coagulates in heat， it is widely distributed in nature and almost exists in all plants. In this paper， the preparation process and functional properties of plant albumin are reviewed， and according to its funtional properties， its application in food is introduced， aiming to provide research ideas for the efficient utilization of plant albumin.

Key words： plant albumin; preparation; properties; application

收稿日期：2022-11-24

基金項目：黑龍江省“百千萬”工程科技重大專項（2019ZX07B03-3）

作者簡介：張根生（1964－），男，教授，碩士，研究方向：畜產(chǎn)品研究與綜合利用。

通信作者：費英敏（1973－），女，副教授，碩士，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

清蛋白（又名白蛋白）是可溶于水中的一種蛋白質(zhì)，也被命名為水溶性蛋白[1]。種子清蛋白因其沉降系數(shù)為2左右，可與動物清蛋白進行區(qū)分，因此被稱為2S清蛋白[2]。2S清蛋白廣泛存在于單雙子葉植物種子中，是一種重要的種子貯藏蛋白（SSPs），是種子發(fā)育早期和后期所必需的蛋白質(zhì)，在萌芽過程中提供氨基酸和其他營養(yǎng)物質(zhì)。2S清蛋白含半胱氨酸，能夠保持蛋白質(zhì)溫度、pH值以及水解時的穩(wěn)定性，且富含α-螺旋和帶正電荷的三維結(jié)構(gòu)，具有較強的抗菌性[3]。2S清蛋白由四對二硫鍵形成穩(wěn)定的空間結(jié)構(gòu)，使其具有較強耐熱、耐酸堿等物理性質(zhì)以及較強的抗氧化性，其二硫鍵結(jié)構(gòu)的存在使其空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，一般變性溫度遠高于其他蛋白質(zhì)。2S清蛋白具有較強的熱凝固性，類似于動物的卵清蛋白和乳清蛋白，因而也稱為植物清蛋白[4]。不同2S清蛋白具有的功能特性不同，其中歸納為溶解性、抗氧化性、持水性、持油性等。代表性的植物清蛋白有麥清蛋白、豆清蛋白和從菜豆種子中提取的菜豆清蛋白等[5]。本文主要介紹了植物清蛋白的制備方法及其特性，并根據(jù)其特性介紹了在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用。

1 植物清蛋白的制備

植物清蛋白的制備主要有3個步驟：原料的預(yù)處理、植物清蛋白的提取與植物清蛋白的分離純化。

1.1 原料的預(yù)處理

植物提取蛋白時存在一些特殊問題，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的提取率較低[6]。因為植物材料中除目的蛋白外還含有大量脂肪等雜質(zhì)，因此提取蛋白前必須對植物進行預(yù)處理，以確保原料的質(zhì)量和產(chǎn)品的提取率[7]。提取植物清蛋白時原料的預(yù)處理主要為脫脂，通常采用石油醚、正己烷、乙醚等有機溶劑[8]。喬寧等[9]分級分離綠豆中的蛋白質(zhì)時，采用石油醚對磨碎后的綠豆粉進行脫脂以進行蛋白的提取。而顧鑫慧等[10]在提取火龍果種子清蛋白時采用乙醚對種子粉進行脫脂后晾干，并在－20 ℃下貯存?zhèn)溆谩４送?，刁大鵬等[11]在探究小麥胚芽清蛋白提取工藝時，按料液比 1∶1 加入正己烷對麥胚進行脫脂來提取清蛋白。除了有機溶劑脫脂外還有其他脫脂方法，如乳化脫脂、堿法脫脂等，但目前報道的植物清蛋白提取研究的預(yù)處理方法均為有機溶劑法，其他方法還有待開發(fā)。

1.2 植物清蛋白的提取

目前用于提取植物清蛋白的方法為Osborne分級分離法，它是基于4種蛋白組分的溶解性不同，將4種蛋白組分分離[12-14]。1909年Osborne首次對小麥蛋白進行分級提取，依次得到溶于水的清蛋白、溶于鹽溶液的球蛋白、溶于稀酸稀堿的谷蛋白以及溶于乙醇溶液的醇溶蛋白[15]。隨后，Osborne分級提取法得到科學(xué)工作者們的關(guān)注，眾多學(xué)者采用連續(xù)分級提取法在植物籽粒蛋白提取方面開展了廣泛的研究，取得了良好的成果[16-18]。2013年呂春茂等[19]采用Osborne分離法對平歐榛子蛋白進行分級提取，發(fā)現(xiàn)清蛋白占榛子總蛋白的67.18%；2016年Ajibola等[20]通過改進Osborne分級分離法，成功提取出了非洲豆籽粒清蛋白并分析了其功能特性。2017年田旭靜等[21]選用Osborne分級分離法輔以超聲波對藜麥清蛋白進行提取，結(jié)果顯示藜麥清蛋白提取率可達63.91%；2018年彭倩[22]采用Osborne分級分離法提取得到了純度為84.59%的澳洲堅果清蛋白，其得率在2.4%左右。2019年張舒等[23]以綠豆為原料，采用Osborne法從綠豆中提取清蛋白，并在最佳工藝條件下發(fā)現(xiàn)，綠豆清蛋白純度可達88.33%，提取率約為86.79%。2021年王海東等[24]采用 Osborne法提取五味子各組分蛋白，但五味子中清蛋白含量較低，僅占1.75%。綜合而言，Osborne分級分離法操作簡單，方法成熟，可以作為分離植物中4種蛋白的方法，且從第一級提取中即可得到清蛋白，其Osborne分級提取流程圖見圖1。

由于各種蛋白質(zhì)組分、含量不同，等電點以及提取條件存在差異，所得蛋白純度也不同，因此可根據(jù)蛋白質(zhì)的性質(zhì)，在Osborne分級分離法的基礎(chǔ)上改進工藝，以獲得純度、提取率更高的蛋白樣品[25]。

1.3 植物清蛋白的分離純化

植物清蛋白粗提液除了含有清蛋白外，還含有其他雜蛋白，因此需要去除這些雜蛋白，并保持蛋白質(zhì)的生物活性，以獲得高純度的清蛋白[26]。對于動物清蛋白，半飽和（NH4）2SO4、飽和NaCl、飽和MgSO4都不能使之沉淀，而植物性清蛋白經(jīng)這些處理便會沉淀，顯示出鹽析性[27]。要從植物中分離純化清蛋白，通常采用鹽析結(jié)合離心、透析等方法，可將粗提液用硫酸銨或其他鹽溶液鹽析，將鹽析物用水透析，得到的透析濾液通過冷凍干燥，就可以得到自然狀態(tài)的植物清蛋白[28]。俞超等[29]分3次將硫酸銨粉末添加到粗花生清蛋白提取液中，第一次使其鹽析至飽和度為45%，將得到的鹽析懸濁液離心，取上清液透析24 h，得到一級沉淀花生清蛋白AHP1；第二次向AHP1中加入硫酸銨粉末，使其飽和度達到65%，將所得鹽析液離心，取上清液透析24 h，得到二級沉淀花生清蛋白AHP2；第三次向AHP2中加入硫酸銨粉末至飽和度為85%并離心，取上清液透析24 h，得到三級沉淀花生清蛋白AHP3；冷凍干燥至粉末，得到花生清蛋白精粉。刁大鵬等[11]在對小麥胚芽清蛋白進行分離純化時，首先透析再進行噴霧干燥得到清蛋白粗粉；向其中加入一定量的硫酸銨飽和溶液，經(jīng)離心后取沉淀，將沉淀溶解在水中，繼續(xù)透析得到清蛋白濃縮液，冷凍干燥，得到清蛋白精粉。

目前用于分離純化清蛋白常采用硫酸銨進行鹽析，其中硫酸銨的濃度是分離蛋白的關(guān)鍵，此法已應(yīng)用于各種植物清蛋白的提取。用于提取扁豆種子清蛋白時，最佳提取條件是濃度為90%的硫酸銨[30]；用于分離富硒大豆蛋白組分時，60%硫酸銨沉淀效果最好[31]；用于提取小麥胚芽清蛋白時，利用60%飽和硫酸銨鹽析后得清蛋白[32]。結(jié)果表明，提取植物清蛋白時硫酸銨的最適飽和度與清蛋白的溶解度有關(guān)，硫酸銨沉淀法操作簡單、效果明顯，適合分離小分子量清蛋白，能夠較好地保留植物清蛋白的活性。

2 植物清蛋白的功能特性

蛋白質(zhì)作為一種關(guān)鍵的營養(yǎng)物質(zhì)，在食品中表現(xiàn)出多種功能特性，植物清蛋白的功能性質(zhì)主要包括溶解性、抗氧化性、起泡性、乳化性及乳化穩(wěn)定性等，它們都決定著清蛋白的應(yīng)用范圍。

2.1 溶解性

溶解性屬于蛋白質(zhì)的水合性質(zhì)，多以氮溶解性指標（NSI）來評價，植物清蛋白的溶解性是植物清蛋白非常重要的屬性之一，是其應(yīng)用于許多食品，特別是飲料的重要功能，也是其他功能，如發(fā)泡和乳化特性的先決條件[33-34]。姚海霞[35]在對竹豆清蛋白的功能特性進行研究時發(fā)現(xiàn)，竹豆清蛋白具有良好的溶解性，在pH 6～8時，竹豆清蛋白依靠靜電斥力高度分散，溶解度不斷提高，且優(yōu)于大豆分離蛋白。

2.2 抗氧化性

植物蛋白抗氧化活性可以保護組織免受氧化損傷，防止細胞老化。植物種子被用于制備優(yōu)良的天然抗氧化活性物質(zhì)，其中的VE、酚類等活性物質(zhì)可以接受自由基，使大量自由基停止鏈式反應(yīng)，從而起到抗氧化作用[36-37]。Zhu等[38]研究了麥胚清蛋白的抗氧化活性，結(jié)果表明麥胚清蛋白在多種體外抗氧化體系中均表現(xiàn)出較強的抗氧化活性。Tian等[39]用膜分離和凝膠層析法純化小麥胚芽清蛋白水解物并對抗氧化活性進行評價時發(fā)現(xiàn)，小麥胚芽清蛋白的蛋白酶水解產(chǎn)物具有最強的自由基清除能力，接近抗氧化劑，在功能性食品開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛的研究。目前對于清蛋白的抗氧化能力研究較為廣泛，已有大量研究表明清蛋白具有抗氧化能力，可完全代替動物蛋白應(yīng)用于各行業(yè)中。

2.3 起泡性

蛋白質(zhì)的起泡性是由于蛋白質(zhì)表面含有的親水基團和疏水基團與水分子之間的作用，降低水的表面張力，從而形成豐富的泡沫[40]。易建華等[41]在起泡性等方面分析桃仁清蛋白功能性質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，桃仁清蛋白具有良好的起泡性，且適合作為食品添加劑或配料。Yang等[42]比較了綠豆、花生和黃豌豆的清蛋白和球蛋白發(fā)泡特性，發(fā)現(xiàn)清蛋白的發(fā)泡性能良好，與乳清蛋白或蛋清蛋白相似甚至優(yōu)越。

2.4 乳化性及乳化穩(wěn)定性

蛋白質(zhì)由于含有親水和疏水基團，具有乳化活性，是食品加工中重要的乳化劑[42]。乳化性作為檢測蛋白質(zhì)理化性質(zhì)和功能特性的基本指標之一，是指蛋白質(zhì)將油和水結(jié)合在一起形成乳液的性能，而乳化穩(wěn)定性則是指油水乳液保持穩(wěn)定的能力[43]。楊海霞[44]依據(jù)Osborne分級提取流程，分離得到甜蕎麥各貯藏期蛋白，在對其乳化性進行研究時發(fā)現(xiàn)甜蕎麥清蛋白、球蛋白、谷蛋白均具有良好的乳化性及乳化穩(wěn)定性。喬寧等[9]在綠豆中對蛋白質(zhì)進行分級提取及功能性質(zhì)研究時發(fā)現(xiàn)，清蛋白較其他3種蛋白具有最好的乳化性，可與部分動物蛋白相比較。

3 植物清蛋白在食品中的應(yīng)用

近些年來，人們開始開發(fā)水溶性植物清蛋白，將它作為動物清蛋白的優(yōu)質(zhì)替代產(chǎn)品[45]。藜麥籽粒清蛋白與蛋清蛋白具有相似的溶解度，且遠高于乳清蛋白；具有較強抗氧化能力的蕎麥清蛋白清除自由基的能力也遠高于蛋清蛋白和乳清蛋白；5%的麥胚清蛋白起泡能力為同濃度蛋清蛋白的6倍；5%的玉米胚芽清蛋白乳化及乳化穩(wěn)定性為同濃度乳清蛋白的3倍。通過對比可以發(fā)現(xiàn)植物清蛋白具有良好的水溶性、抗氧化能力、起泡性和乳化性，同時植物清蛋白還具有分散穩(wěn)定、易吸收、生物活性強等特點，因而可代替動物清蛋白廣泛應(yīng)用于肉制品、冰淇淋、乳制品、面制品等食品中，由于其乳化能力強，保水性能好，可在高溫下膠體化，并且可完全溶于水，因此可以提高乳飲料的乳化穩(wěn)定性，也可用于制作肉丸、紅腸、漢堡包等食品[46-47]。

3.1 在肉制品中的應(yīng)用

近年來，我國對肉制品的需求越來越大，對其品質(zhì)要求也越來越高。高雪琴[65]發(fā)現(xiàn)在肉制品中加入乳清蛋白可提高產(chǎn)品的保水性、凝膠性，最大化地提高肉制品的出產(chǎn)率。王可等[66]發(fā)現(xiàn)蛋清蛋白具有優(yōu)良的乳化性能，能夠用作乳化劑，具有填充作用，添加到肉制品中時，可代替一部分精肉，使肉制品在不改變蛋白質(zhì)含量的前提下，降低膽固醇含量，減少成本。同時有研究表明，長期攝入較多動物蛋白會增加患Ⅱ型糖尿病的風(fēng)險，而攝入較多植物蛋白卻不會產(chǎn)生此風(fēng)險，因此，越來越多的學(xué)者更推薦攝入植物蛋白[67]。Nicholas等[68]發(fā)現(xiàn)菜籽清蛋白可部分替代乳清蛋白，不僅保證了產(chǎn)品的穩(wěn)定性，而且降低了其動物蛋白的含量。同時有研究發(fā)現(xiàn)將小麥清蛋白添加到火腿腸中可增加其凝膠性和彈性，提高蛋白質(zhì)含量，也可代替動物蛋白應(yīng)用于肉制品中[69]。因此，以改善肉制品品質(zhì)和減少動物蛋白攝入的理念出發(fā)，可以利用植物清蛋白來代替乳清蛋白或蛋清蛋白應(yīng)用于肉制品中。

3.2 在面制品中的應(yīng)用

如何讓面制品變得松軟可口、營養(yǎng)豐富是在制作面制品時面臨的一大問題。在焙烤食品中添加植物清蛋白可起到面團松馳劑的作用，能夠降低面團的和面時間，使之比較容易成型，防止收縮，進而提高焙烤食品加工廠的生產(chǎn)率，對工廠的經(jīng)濟效益極其重要。徐清寧[70]通過在面粉中添加不同比例的小麥清蛋白并分析其對面粉流變特性的影響，發(fā)現(xiàn)將1.5%的小麥清蛋白添加到面粉中能夠大大提高面粉的流變學(xué)特性，其饅頭制成品效果最佳；同時Khatkar等[71]在探究小麥中的蛋白對面包的影響時發(fā)現(xiàn)小麥中的清蛋白含量與面包體積、質(zhì)量評分均有較大關(guān)系。因此，在面制品中添加一定量的植物清蛋白，可以增加面團的蓬松效果，提高面包的可口程度，同時也可以改善面包的口味，增加面包的營養(yǎng)價值[72]。

3.3 在飲料中的應(yīng)用

目前我國市場上飲料品種趨于多樣化，且隨著人們健康意識的不斷提升，傳統(tǒng)的碳酸飲料在市場中呈下降趨勢，因此一部分研究者不斷挖掘植物蛋白飲料，并不斷改善其乳化穩(wěn)定性，提高植物蛋白飲料品質(zhì)。陳安明[73]通過添加小麥清蛋白解決了乳飲料的乳化穩(wěn)定性低的問題，并且具有應(yīng)用簡單方便、食用安全等優(yōu)勢，應(yīng)用前景廣泛；研究結(jié)果表明，添加0.5%以上的小麥清蛋白可明顯改善乳飲料的乳化穩(wěn)定性，但是水溶性的小麥清蛋白略有異味，需要使用香精掩蓋其不佳的風(fēng)味。慕鴻雁等[74]利用大豆乳清蛋白進行乳飲料的研制，將大豆乳清蛋白添加到乳飲料中，與牛乳蛋白結(jié)合制成復(fù)合蛋白飲料，實現(xiàn)了動植物蛋白的互補作用，提高了其營養(yǎng)價值。因此，可利用植物清蛋白添加到乳飲料中提高其乳化穩(wěn)定性。

3.4 在功能性食品中的應(yīng)用

植物清蛋白具有較強的抗氧化性，因此常被制成抗氧化肽，它可以提高機體的免疫功能，是一種很好的非特異性免疫激活劑[75]。陳思遠等[76]從麥胚清蛋白中分離制備高活性的抗氧化肽，發(fā)現(xiàn)小麥清蛋白具有較強抗氧化活性和抗腫瘤活性，可分離出抗氧化活性多肽。有研究人員對正常健康的大白鼠分別飼喂苦蕎麥清蛋白、球蛋白和谷蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，清蛋白組的脂肪組織重量最低，表明苦蕎麥清蛋白對脂肪的蓄積有良好的抑制作用，在降血糖、降血脂保健食品等功能性食品中應(yīng)用廣泛[77]。Saito等[78]研究了深夜口服小麥清蛋白后的夜間能量代謝，完成了一項試驗，對健康參與者進行單次口服攝入小麥清蛋白，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)小麥清蛋白可在夜間將脂肪平衡轉(zhuǎn)移得到更高的碳水化合物，但尚不清楚這是否會導(dǎo)致體重或身體成分的任何變化?？傊?，由植物清蛋白制備的天然抗氧化活性多肽具備低毒、高效等性能，可作為食品添加劑和保健食品因子應(yīng)用于食品領(lǐng)域，具有廣闊的開發(fā)前景。

3.5 在其他食品中的應(yīng)用

植物清蛋白除了在上述食品行業(yè)中有所應(yīng)用外，在其他食品中也有部分應(yīng)用。藜麥清蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性都處于較高的水平，當濃度達到一定程度時，其起泡穩(wěn)定性甚至可以達到或超越蛋清蛋白的水平，因此可以利用藜麥清蛋白代替蛋清蛋白用于蛋糕等食品的制作，來滿足對蛋清蛋白過敏的人群的飲食需求[79]。而以苦蕎為主要原料的苦蕎醋是新時代最具潛力的綠色食品，不添加任何化學(xué)試劑，其中清蛋白含量最高，長期食用可以治療高血壓、糖尿病，有助于治療疼痛等多種病癥[80]。

4 總結(jié)與展望

植物清蛋白是一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前用于分離清蛋白的方法主要為Osborne分級分離法，也有部分學(xué)者對此方法進行改進以提高各組分蛋白提取率，但是從提取率、提取工藝、加工成本等方面考慮，植物清蛋白的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)尚未明確。部分植物清蛋白具有極高的營養(yǎng)價值，抗氧化性強，是天然的抗氧化劑，對調(diào)控血脂、血糖水平作用明顯，具有清除自由基、提高體內(nèi)抗氧化酶活性和降低血脂水平等功能，因此還需要對植物清蛋白及其作用機制進行更加深入的研究，深入挖掘清蛋白的營養(yǎng)保健成分，科學(xué)研究其藥理活性，開發(fā)設(shè)計出更多、更好的深加工產(chǎn)品。同時植物清蛋白具有良好的功能特性，可以用來代替動物清蛋白，由于動物清蛋白價格較貴以及市場需求的不斷擴增，植物清蛋白在食品行業(yè)中的應(yīng)用也具有較大潛力。

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