菜籽蛋白功能性質及抗氧化的研究進展

黃明亮，王雪瑩，孫 穎，羅佳麗，吳文標

(西南大學食品科學學院，重慶400715)

菜籽蛋白功能性質及抗氧化的研究進展

黃明亮，王雪瑩，孫 穎，羅佳麗，吳文標*

(西南大學食品科學學院，重慶400715)

菜籽蛋白是一種完全蛋白，其營養價值高，總體品質優于大豆蛋白，甚至與動物蛋白或酪蛋白不相上下。菜籽蛋白不僅具有良好的功能性質如溶解性、乳化性、起泡性和凝膠性等，還具有良好的抗氧化活性，在食品工業和醫藥領域有很好的應用前景。但國內對于菜籽蛋白功能性質的研究相對較少，多集中在蛋白回收率的提高以及對有毒成分硫苷、植酸、多酚等的脫除。通過綜述菜籽蛋白功能性質和抗氧化活性的研究進展，為今后菜籽蛋白的應用研究提供參考。

菜籽蛋白，功能性質，抗氧化性，多肽

Abstract:Rapeseed protein is a complete protein which has high nutritional value.In term of the overall quality，rapeseed protein is better than soy protein，but similar to animal protein and casein.Many researches have reported that rapeseed protein which had good functional properties such as solubility，emulsification，foaming，gelation and good antioxidant activity had a good application prospect in food and medicine industry.However，the study of functional properties of rapeseed protein was relatively insufficient，mostly focuses on improving of the recovery of protein and removing of toxic ingredient.The latest researches of rapeseed protein about functional properties and antioxidant activity for future applications were summarized.

Key words:rapeseed protein;functional properties;antioxidant activity;polypeptide

菜籽蛋白(Rapeseed protein)是指從油菜籽中提取的多種蛋白質的總稱，80%為儲藏蛋白，其余為膜蛋白。儲藏蛋白質主要為占蛋白總量25%～65%的12S球蛋白(cruciferin)和占蛋白總量20%的2S清蛋白(napin)，以及一些較小蛋白質，如胰島素抑制劑和脂質轉移蛋白(LTP)［1］。菜籽蛋白營養價值高，是一種完全蛋白，無限制性氨基酸，且氨基酸組成合理，尤其是含有足夠的堿性氨基酸(Lys)和含硫氨基酸(Met)［2］，基本符合 FAO 與 WTO 的推薦模式［3］。菜籽蛋白總體品質優于大豆蛋白，與酪蛋白或動物蛋白不相上下，在消化率(TD)、生物價(BV)、蛋白質有效率(PER)、凈蛋白質利用率(NPU)等方面也優于其他植物蛋白［4-5］。蛋白質的功能性質是指除營養價值外的對食品需宜特征有利的蛋白質的物理化學性質，如溶解性、吸水性、保水性、膨潤性、乳化性、吸油性、黏度、膠凝性和起泡性等。蛋白質的功能性質影響著食品的感官質量，尤其是質地，也對食品成分制備、食品加工或貯藏過程中的物理特性起著重要作用，其功能特性的優劣受蛋白質本身的大小與結構、環境因素以及其他成分存在的影響［6］。與大豆蛋白類似，菜籽蛋白也具有較好的溶解性、吸水性、吸油性、起泡性、乳化性和凝膠性等功能性質。本文系統闡述了近期菜籽蛋白功能性質及其抗氧化活性的研究情況，為今后菜籽蛋白的應用研究提供參考。

1 菜籽蛋白的水合性質

1.1 溶解性

溶解性是蛋白質水解液最重要的性質，不僅影響天然蛋白的提取、分離和純化，對其他功能性質如乳化性、起泡性和凝膠作用也有顯著影響［7］。作為有機大分子化合物，蛋白質溶解性以在水中的分散量或分散水平為指標，表示方法有蛋白質分散指數(PDI)、氮溶解指數(NSI)、水可溶性氮(WSN)。

菜籽蛋白具有很好的溶解性，且在高濃度條件下保持較好的流動性［8］，主要影響因素有pH、離子強度、溫度等，主要通過蛋白質的水解或變性，降低分子大小和改變疏水性，暴露極性基團，從而改變蛋白質溶解性［9-10］。與其他植物蛋白不同，菜籽蛋白組成復雜，含有多個等電點，主要集中在pH3.7和pH7.5附近［11-12］，因此在提取菜籽蛋白時往往采用雙等電點法。在等電點pH3.7之前，菜籽蛋白溶解性隨pH升高而降低;等電點pH3.7與pH7.5之間，菜籽蛋白溶解性隨pH升高略有升高;在等電點pH7.5之后，蛋白質溶解性隨pH升高而增加，且在堿性條件下具有較高的溶解性。不同的離子對菜籽蛋白溶解性和持水性強弱的影響也各不相同。常見的金屬離子中，對其溶解性強弱的影響順序為:Mg2+＞Ca2+＞Na+，且溶解性和持水性隨離子濃度的提高而增加，但當濃度超過1.0mol/L時，其溶解性和持水性很低，且曲線平緩［11］。菜籽蛋白與其他植物蛋白一樣，在高溫條件下發生變性作用，蛋白質結構被破壞而產生沉淀，使得溶解性大幅度降低。KHATTAB等［13］測得菜籽蛋白NSI值為66.42%，但經過烘烤和沸水兩種熱處理后，NSI值分別降低了29.07%和25.61%，但此結果與楊國燕等［14］研究結果有差異。楊國燕等研究表明，菜籽分離蛋白和菜籽蛋白肽的水溶性隨溫度變化不大，在小于100℃時，均對熱穩定。

1.2 吸水性與吸油性

吸水性是指蛋白質吸附或攝取水分的能力，以每克蛋白質吸附水分的質量(g)或體積(mL)表示，影響因素有蛋白種類和來源、顆粒大小、溫度、pH、加工方法等;吸油性是指蛋白質吸附油的能力，以每克蛋白質吸附油的質量(g)或體積(mL)表示，影響因素有蛋白質含量、疏水性、溫度和pH等［15-16］。提高蛋白質吸水性或吸油性可有效保留食品風味，增強口感和降低水分或脂質的損失［17］。

菜籽蛋白含有大量的多糖物質，能有效提高持水能力，因此吸水性良好，但因品種不同而有所差異，一般可達209%～382%;而吸油性與蛋白顆粒大小、表面張力有關，且與吸水性呈負相關性，可達188%～203%［18-19］。提高菜籽蛋白吸水性和吸油性的方法主要有蛋白質改性和熱處理。蛋白質改性主要通過限制性水解蛋白質，改變蛋白質空間結構和理化性質，從而提高其功能特性，其中酶法水解是常用的方法之一。菜籽蛋白在水解前期由于多肽鏈斷裂，分子結構改變，釋放部分氨基和羧基，暴露疏水基團，致使限制性水解蛋白吸水性和吸油性顯著提高。但隨著水解度增大，多肽鏈被降解成更短的肽段，電荷數量增加，極性增強，不利于形成凝膠網絡結構，導致吸油性與吸水性降低。以中性蛋白酶和堿性蛋白酶對菜籽蛋白水解時，只有適當的水解度才能提高菜籽蛋白的吸油性和吸水性［20-21］。熱處理提高吸水性和吸油性可能是由蛋白質的變性暴露出大量結合位點或者在高溫下多糖物質的凝膠作用和粗纖維的溶脹作用所引起［13］，但YOSHIE-STARK等比較了不同品種和處理方式下菜籽蛋白的吸水和吸油性，結果表明蒸汽處理降低菜籽蛋白吸油性，對吸水性影響不顯著，但卻均高于前人用酶水解蛋白的吸水和吸油性［10，22］。

1.3 黏度

蛋白質的黏度、稠度是流體食品如飲料、湯汁等的主要功能性質，影響食品的品質、質地，對蛋白質食品加工過程有實際意義。大量研究發現，堿性環境和蛋白質部分變性能使蛋白質黏度增加［23-24］，且蛋白黏度隨著濃度呈指數方式增加。劉志強等測定通過水劑法和水酶法所得的菜籽蛋白在不同濃度下的表觀黏度，結果表明菜籽蛋白黏度與蛋白質質量濃度關系密切，質量濃度在10%以下黏度相對較低，且變化較小，大于10%則黏度顯著增加，而和水劑法相比，水酶法能有效降低菜籽蛋白黏度，尤其在較高濃度區域，而20%水相酶解法菜籽蛋白的黏度與15%水劑法菜籽蛋白的黏度相當，即使達到40%，其流動性也較好［25］。

2 菜籽蛋白的結構性質

凝膠是處于固態和液態間的一種狀態，蛋白質凝膠作用則是變性蛋白質發生的有序聚集，在許多食品的制備中起著重要作用。蛋白質凝膠具有三維網狀結構，由蛋白質-蛋白質之間相互作用、蛋白質-水之間相互作用以及鄰近肽鏈之間的吸引力和排斥力這三類作用達到平衡。多數情況下，熱處理是蛋白質形成凝膠的必要條件，在形成凝膠的過程中，適當的酸、鹽可提高凝膠形成速度和強度。

國內外對于菜籽蛋白凝膠特性的研究較少。PINTERITS等研究谷氨酰胺轉氨酶(TG)對菜籽蛋白凝膠性的影響，結果表明，在處理溫度40℃時，隨著蛋白濃度和TG添加量的增加，菜籽蛋白凝膠性可以得到改善［26］。國內學者也有通過采用TG改性菜籽蛋白凝膠特性的研究，結果表明:反應溫度和pH對菜籽分離蛋白(RPI)凝膠性的影響顯著，同時TG改性菜籽蛋白凝膠特性的最佳工藝條件為:RPI質量濃度 1.5g/10mL、加酶量 50U/g RPI、pH 9.0、反應溫度40℃、反應時間20min［27］。而在菜籽蛋白凝膠體狀食品體系中，添加不同添加劑也能有效增強其功能特性。URUAKPA［28］研究了菜籽蛋白濃度、pH、NaCl和κ-卡拉膠對食品凝膠作用的影響，結果表明，菜籽蛋白-卡拉膠凝膠的形成與pH、NaCl和κ-卡拉膠有顯著的相關性，在 pH6、0.05mol/L NaCl、3% κ-卡拉膠和15%菜籽蛋白條件下，凝膠作用最好，且菜籽蛋白和κ-卡拉膠形成的網狀結構非常有彈性，很適合應用到復合食品體系中。此外，有學者對酚類化合物與菜籽蛋白之間的交互作用進行了研究，得到酚類物質可能會導致熱生成的菜籽蛋白凝膠發生降解作用［29］。

3 菜籽蛋白的表面性質

3.1 乳化性和乳化穩定性

乳化性是蛋白質的一種重要功能性質，包括乳化活性指數、乳化容量和乳化穩定性三種評價指標。日常的許多食品都是蛋白質穩定的乳狀液，形成的分散系有油包水型(W/O)或水包油型(O/W)。一般認為，蛋白質疏水性越大，界面吸附的蛋白質濃度越大，界面張力越小，乳狀液體系也就越穩定。研究表明，菜籽蛋白的乳化性能比卵清蛋白或羽扇豆蛋白的乳化性能低［22］。

菜籽蛋白質大分子主鏈分布著親水基團和疏水基團，這種特殊結構決定了蛋白質分子的表面活性特性，它能降低水與油、水與空氣的表面張力，易于形成穩定的乳狀液［30］。蛋白質的乳化穩定性取決于界面膜的穩定性，而蛋白質溶解是界面膜形成的重要先決條件［25］，因此改善蛋白質溶解性有助于提高乳化性。國內學者分別研究了菜籽粕在不同酶解條件下的乳化性和乳化穩定性，結果均表明水解開始時菜籽蛋白的乳化性和乳化穩定性指數均有提高，但隨著水解度的增加，水解形成的小肽不易吸附在油水界面，使乳化性和乳化穩定性都下降［20-21，31］。以中性蛋白酶處理時，水解度為2%的限制性水解菜籽蛋白乳化性最好，其在測定的pH范圍內乳化性均較菜籽蛋白提高40%以上;以堿性蛋白酶處理時，水解度為2%的水解蛋白乳化性最好，且pH6.0和pH8.0時乳化指數分別為0.43和0.49，比原蛋白乳化指數分別高0.13和0.11;以微波輔助酶水解時，水解度為10%的乳化能力指數和乳化穩定性指數最大。此外，蛋白質與多糖結合也可顯著提高其乳化性能。URUAKPA等分別以1%的κ-卡拉膠和1%的瓜爾豆膠與菜籽分離蛋白結合，測定結合前后菜籽蛋白乳化性能，結果表明二者均提高菜籽分離蛋白的乳化活性指數和乳化穩定性［32］。

熱處理對菜籽蛋白質乳狀液的穩定性是雙向的，加熱能降低吸附于界面上蛋白質膜的黏度，使菜籽蛋白乳化性能下降;同樣加熱還能使菜籽蛋白凝膠作用，導致黏度和硬度提高，從而提高乳化穩定性。低分子表面活性劑不利于菜籽蛋白的乳化穩定性，不僅會與菜籽蛋白在界面競爭吸附，還會降低蛋白質吸附于油水界面的作用力，降低蛋白膜黏度，從而降低乳化穩定性。

3.2 起泡性和氣泡穩定性

泡沫常指氣體在連續液相或半固相中分散形成的分散體系。蛋白質起泡性的評價指標有發泡力和泡沫穩定性兩種。一般而言，蛋白質發泡能力好，其泡沫穩定性就差，而發泡能力差的蛋白質，其泡沫穩定性就好。

蛋白質溶解性是影響其起泡性的重要因素。蛋白質濃度在2%～8%范圍內起泡性最好，超過10%就會影響其起泡性。研究發現，限制性水解可提高菜籽蛋白的起泡性與泡沫穩定性，在pH7.0時，水解度為4%的水解蛋白起泡性能最好，達到162.5%，繼續增加水解度，則起泡性下降，水解度為2%～8%的菜籽蛋白的泡沫穩定性變化不大，在放置90min后仍然可以保持30%左右的泡沫［21］。

熱處理不利于泡沫的形成，因為加熱使氣體膨脹、黏度降低，導致氣泡破裂。KHATTAB等研究菜籽粕、大豆粕和亞麻籽粕的起泡性，結果表明菜籽粕的起泡性比大豆粕和亞麻籽粕都要好，起泡能力達到56.44%，但加熱處理后，起泡能力和泡沫穩定性都顯著下降，分析原因可能是加熱導致的蛋白質變性，這一結果印證了 Lin 等的研究結果［13，33］。

蛋白質的改性在一定程度上也能提高其乳化性能。KRAUS通過乙酰化、琥珀酰化和磷酸化改性菜籽分離蛋白，使菜籽蛋白在堿性pH范圍內溶解性增加，且酰化作用降低界面張力，提高了菜籽蛋白起泡能力和膨脹性能［34］。GRUENER也進行了類似的研究，通過乙酰化和琥珀酰化改性菜籽濃縮蛋白，增強了發泡能力，但卻降低了泡沫的穩定性［35］。

此外，pH會影響蛋白質的起泡性和泡沫穩定性。pH在3～7內，菜籽分離蛋白起泡性差;偏離這一范圍，起泡性隨著pH上升而提高，這說明菜籽分離蛋白起泡性與其溶解性存在一定關聯［36］。

4 菜籽蛋白抗氧化活性

生命活動在氧化代謝過程中不斷產生各種自由基，其中·OH是體內最活潑的活性氧，它幾乎能與所有的細胞成分發生反應，引起氧化損傷，導致細胞衰老、死亡和機體病變［37］。菜籽水解蛋白具有顯著的還原能力和清除DPPH·和·OH能力(p＜0.05)，且呈量效關系，其作用機制很可能是直接提供質子和自由基反應后將其轉變為更為穩定的物質，而發揮自身清除自由基的能力［8］。研究發現，由于菜籽蛋白經酶水解為不同分子量的片段，具有不同程度的抗氧化性，因此菜籽水解蛋白的抗氧化性與其水解度不是呈簡單的線性關系［38］。李菊芳等［31］研究菜籽水解蛋白對·OH的清除能力時發現，當水解度較小時，對·OH的清除能力弱，當水解度為12.54%時，對·OH清除能力達91%;接著·OH的清除能力迅速下降，當水解度為16%時，對·OH的清除能力達到最低，然后又迅速升高，當水解度約為25%時，對·OH清除能力約為88%，且清除能力均保持恒定。

菜籽蛋白不僅本身具有很強的抗氧化活性，還可添加到食品中防止食品氧化。SALMINEN等研究了菜籽蛋白對豬肉火腿中脂質和蛋白質氧化的抑制作用，發現每100g火腿中添加0.5g和0.7g菜籽蛋白能有效抑制蛋白質和脂質氧化［39］。除添加到食品外，菜籽蛋白還可在醫藥領域進行應用。研究發現，菜籽蛋白不僅具有很好的抗氧化性，而且對藥物的滲透作用沒有影響，對巨噬細胞和Caco-2腸細胞也沒有毒性［40］。

5 展望

菜籽蛋白含量豐富，營養品質高，其在食品行業應用前景可觀。但和大豆蛋白研究相比，國內外對菜籽蛋白的理化性質和生理功能的研究較少，多集中于回收率的提高以及對有毒成分硫苷、植酸、多酚等的脫除［41-42］。為了擴大菜籽蛋白的利用率，必須對菜籽蛋白進行更深層次的研究，可通過化學改性或酶法改性來提高菜籽蛋白的功能性質，并對其作用機理進行分析。此外，菜籽蛋白及其多肽具有較強的抗氧化作用，將其應用到醫藥領域，可以充分發揮菜籽蛋白的價值，也是十分值得研究的課題。總之，加強菜籽蛋白的研究不僅可以避免資源的浪費，還能為我們提供豐富的食品和醫藥原材料。

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Review on functional properties and antioxidant of rapeseed protein

HUANG Ming-liang，WANG Xue-ying，SUN Ying，LUO Jia-li，WU Wen-biao*
(College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China)

TS201.2

A

1002-0306(2012)12-0405-05

2012-01-10 *通訊聯系人

黃明亮(1988-)，男，在讀碩士，研究方向:食品化學與營養學。