豌豆蛋白的改性及其開發利用研究進展

馬寧　魏姜勉

[摘 要]文章論述了關于豌豆蛋白改性研究的理論成果，綜述了國內外最新關于豌豆蛋白開發利用的研究進展。

[關鍵詞]豌豆蛋白；改性；開發利用

眾多研究發現，過多攝入動物蛋白會增加糖尿病、心腦血管疾病和消化系統疾病等的患病概率，因此人們正逐漸傾向于攝入低脂、低熱量的植物源蛋白。作為人類食品和動物飼料，豌豆產量在豆類農作物中排名第四。它是一種優質的營養食品，富含蛋白質、淀粉和粗纖維，同時含有較高含量的礦物質元素（銅和鉻）和維生素（VB和 VC）。豌豆蛋白是近年來新興的一種優質蛋白，不僅價格低廉、營養價值高，還具有低毒性、低致敏性等特點，越來越受到食品加工者和消費者的青睞。

豌豆蛋白占豌豆干重的22%～25%，其中清蛋白比例為18%～25%，球蛋白比例為55%～65%。清蛋白含有較多的色氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和其他含硫氨基酸；球蛋白含有較多的精氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。豌豆蛋白的生物價（BV）為48%～64%，功效比（PER）為0.6～1.2，高于大豆。整體而論，豌豆蛋白的氨基酸組成比較平均，接近FAO/WHO推薦的標準模式，因而是一種較好的必需氨基酸來源。

1 豌豆蛋白的改性研究進展

目前為止，我國豌豆加工的重點主要是對豌豆淀粉的提取利用，制備淀粉后殘渣中的蛋白質，目前絕大部分僅作飼料之用，這造成蛋白質資源的極大浪費。而在加工過程中，豌豆蛋白受熱易變性，其水溶性變差。另外，天然的豌豆蛋白起泡性和乳化性也并不理想，不能滿足工業要求，應用范圍也受到一定限制，因此，對豌豆蛋白進行改性就顯得尤為重要，改性后的豌豆蛋白可應用于食品加工各個領域，如肉制品加工、焙烤制品加工和休閑食品加工等。目前，蛋白質改性技術主要包括物理改性、化學改性及酶法改性。

1.1 物理改性

物理改性就是利用熱、電磁場、射線等物理作用形式改變蛋白質的高級結構和分子間的聚集方式，一般不涉及蛋白質的一級結構。Cserhalmi等研究了豌豆蛋白的熱變性溫度，同時對蛋白的乳化性進行了研究。Tǒmǒskǒzi等研究了豌豆蛋白粉的功能性質得出，豌豆蛋白的功能性質不如大豆分離蛋白，但是通過氨基酸分析，確定豌豆蛋白的氨基酸組成比較均衡，尤其賴氨酸的含量較高。OKane等研究了pH、溫度、熱變性和離子強度等因素對豌豆蛋白凝膠性的影響。何希強等研究了蛋白質濃度、離子強度、pH、溫度等因素對豌豆蛋白質起泡性與乳化性的影響。Taherian等采用超濾和滲濾方法得到高蛋白、低植酸含量的豌豆蛋白，發現其溶解性、起泡性、乳化穩定性均得到明顯的提高。Osen等研究發現，豌豆蛋白可在水分濕度55%條件下擠壓成高度類似肌肉質地的纖維狀產品，且產品質地可通過調節烹調溫度加以控制。不同功能性質和粒徑大小的豌豆蛋白在成纖維過程中差別不大。因此，豌豆蛋白可以作為肌肉制品中肉類的良好替代品，從而滿足消費者對低脂、低熱量的選擇需求。

Choi等對豌豆蛋白進行成膜前預加熱處理，改善了蛋白膜的拉伸強度，降低了膜的彈性模量和吸水率。原因是加熱處理促進了分子間二硫鍵的形成，增加了膜的完整性和機械強度。Donsì等利用高壓均質技術制備了高度穩定的豌豆蛋白乳狀液產品，并可將其進一步開發為運載維生素E的微膠囊材料。研究表明，高壓處理提高了豌豆蛋白降低油水界面張力的能力，有利于打斷分子間二硫鍵，并暴露出更多疏水基團，因此，乳化能力大幅提高。黃科禮采用噴射蒸煮處理法改善商用豌豆蛋白粉的溶解性和乳化性。NSI從25%提高到75%，乳液粒徑從1.37μm下降到0.456μm。隨后他又對噴射蒸煮技術進行調整，采用非蛋白酶酶解—噴射蒸煮處理工藝，所得蛋白的NSI為80%，蛋白溶液穩定，不會分層，即是非蛋白酶酶解—噴射蒸煮處理工藝可制備具有較好可溶性的豌豆蛋白。

1.2 化學改性

化學改性就是通過化學試劑作用于蛋白質，使部分肽鍵斷裂或者引入各種功能基團，利用蛋白質側鏈基團的化學活性，選擇地將某些基團轉化為衍生物，以此來達到改變蛋白質功能性質的目的。Johnson等采用酰化對豌豆分離蛋白進行改性。研究表明，通過酰化，可以降低豌豆分離蛋白的等電點，提高豌豆分離蛋白的乳化性。Gueguen通過調節豌豆球蛋白的pH（酸性條件），得到了分子結構展開的變性蛋白，該變性蛋白具有增大的表面疏水性，因此，蛋白的界面性質（起泡性和乳化性）得到了改善。Baniel等對豌豆蛋白進行糖基化改性，提高了豌豆蛋白的黏度、溶解度以及起泡性和乳化性。研究發現，糖基化作用增加了豌豆蛋白的流體力學體積及與水分子的相互作用，糖鏈的引入改善了蛋白親水—疏水平衡，提高了蛋白的界面活性。郭興鳳等采用豌豆磨漿后酸沉再干燥的方法得到蛋白含量為85%的豌豆蛋白粉，并對其功能特性進行了研究，經此方法制得的豌豆蛋白的功能特性較好。

一般來說，蛋白質的功能性質與其溶解性密切相關。溶解性越好，越利于其他功能性質的發揮。Shand等報道，在pH7～10范圍內，豌豆蛋白的溶解度可達60%～95%。可見，豌豆蛋白具有較好的溶解特性。Sun等采用低變性鹽萃取的方法從豌豆粉中提取豌豆蛋白，得到的豌豆蛋白與等電點沉淀法、噴霧干燥制得的豌豆蛋白相比，其提取的豌豆蛋白形成凝膠的能力較強。Swivatecka等采用動態振蕩式流變儀以及示差掃描量熱法研究pH（3.0～10.0）和NaCl（0～2.0mol/L）對豌豆蛋白凝膠性的影響，在pH為4.0，NaCl濃度為0.3mol/L時凝膠強度最大。離子強度過高或過低、pH值過高或過低都會降低凝膠強度。

1.3 酶法改性

酶法改性通常是利用蛋白酶對蛋白進行部分水解或者在蛋白分子上導入（切除）部分基團，以增加蛋白分子內或分子間交聯或連接特殊功能基因，改變蛋白質的功能特性。Shand等采用轉谷氨酰胺酶（TGase）交聯豌豆蛋白，顯著改善了豌豆蛋白凝膠的流變特性，尤其是膠彈性。研究表明，在酶添加量0～0.7%（w/w）時，凝膠的剪切應力和應變隨酶添加量的增加而不斷增大，達到了與大豆蛋白凝膠和商品bologna以及素香腸相似的流變性質。然而，TGase的加入并不影響豌豆蛋白的熱穩定性。2011年，郭金鳳等利用蛋白酶對豌豆蛋白粉進行深度水解改性，研究了水解條件對水解度的影響，并對豌豆蛋白的酶水解產物的抗氧化性能進行了研究，研究發現豌豆蛋白酶解產物具有抗氧化性，具有廣闊的發展潛力，且對于今后制備植物源抗氧化劑具有現實意義。2014年，她又采用Alcalase改性豌豆蛋白粉，結果表明，酶水解產物的泡沫特性和溶解性在不同pH和NaCl濃度時均高于未水解樣品，和大豆蛋白相當。改性后產物的分子量分布也有較大改變，小于10000部分所占比例由22.22%提高到79.39%，而相對分子質量小于2000的比例提高了11.55%。Barac等用蛋白酶適當水解豌豆蛋白，改善了蛋白的溶解性、乳化性和起泡性等。

豌豆蛋白水解物具有顯著抑制ACE酶活力和抑制脂肪氧化的能力，因此，也可作為營養保健因子添加到食品或保健品中。Vermeirssen等體外模擬了胃腸道消化環境，先后用胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶消化豌豆蛋白，得到了具有高ACE酶活力的多肽段。Li等分別用堿性蛋白酶和嗜熱菌蛋白酶水解豌豆蛋白，獲得了具有抑制ACE酶活力、腎素活力及鈣調蛋白依賴性磷酸二酯酶活力的降血壓生物活性肽。Pownall等用嗜熱菌蛋白酶水解豌豆蛋白，并根據極性將水解物進行分離。結果發現，豌豆蛋白水解物及其各分離組分均具有抑制亞油酸氧化的能力，這些產物可作為潛在的抗氧化劑添加到保健食品中，以幫助抑制因細胞氧化所引起的慢性疾病的發生、發展。Humiski等研究表明，酶的種類是影響豌豆蛋白水解物功能性質、營養特性和苦味生成的主要因素。在比較的五種蛋白酶（胰凝乳蛋白酶、胰蛋白酶、木瓜蛋白酶、風味蛋白酶和堿性蛋白酶）中，木瓜蛋白酶和胰凝乳蛋白酶制備的水解物具有最低的苦味和最高的ACE酶抑制作用及較好的自由基清除能力。除此之外，S'wi atecka等利用胃蛋白酶水解豌豆蛋白，獲得了具有調控小腸微生物菌群平衡的活性肽產品。這些水解物不僅能夠抑制腸道有害菌的生長，更能促進有益的乳酸菌的生長，從而維持人體腸道菌群的生態平衡。

2 豌豆蛋白的開發利用研究進展

豌豆蛋白的氨基酸比例平衡，全部或部分添加，可優化產品營養成分、改善產品質構、增強產品穩定性。豌豆蛋白具有良好的溶解性，分散性、發泡性和低黏度等功能特性，加工方便，可廣泛應用于肉制品、水產品、焙烤食品、乳制品、飲料、冰激凌、糖果、高級寵物食品等生產領域。以豌豆為原料加工豌豆制品時，豌豆蛋白質不僅有助于凝膠的形成，更能促成表面疏水性的形成，產生脂肪的口感，從而可作為脂肪替代品應用于食品中，生產低能量產品，減少膳食脂肪的攝入量，降低肥胖、動脈粥樣硬化以及惡性腫瘤之類的發病率。歐美發達國家把豌豆蛋白作為保健食品逐漸風行起來，其消耗量每年高達65萬噸，占全部豆類消耗量50%。美國農業部研究發現通過攝入豌豆蛋白，可以有效改善國民的膳食質量，在其發起的兒童成年保健食品計劃中，號召國民每天攝入0.5c的豌豆蛋白，不僅可以保證充足的營養，且能有效地預防慢性疾病。

闞德義、陳寶江以及Verland等人曾研究將豌豆蛋白粉應用在雞、魚飼料中；Valencia等將豌豆蛋白與大豆蛋白作為小豬的飼料進行了比較，結果發現在小豬的體重增長和消化特性方面二者具有幾乎相同的影響，其表明豌豆蛋白可成為大豆蛋白的替代品。Su等將經豌豆蛋白預乳化的脂肪添加到法蘭克福香腸中，研究了產品的質地和功能特性。結果表明，添加豌豆蛋白的產品比對照樣（純肉香腸）具有更好的熱穩定性和更大的剪切硬度，且降低鹽濃度對產品的剪切硬度無影響。Marco等研究發現，將豌豆蛋白添加到大米粉面團中可改善面團的黏彈性和流變性質。若與轉谷氨酰胺酶（TGase）聯用，能進一步促進面團中蛋白質空間網絡結構的形成。孫聃等研究把豌豆蛋白及豌豆粉添加到饅頭中，能有效改善面粉的粉質特性，提高饅頭的營養價值，延長饅頭的貨架期；Mercier等把豌豆蛋白添加到面條中，改善了面粉的粉質特性，提高了面條的營養價值。Nunes等采用豌豆蛋白替代牛奶蛋白，并結合κ.卡拉膠或結冷膠制備布丁，得到了質地和口感均良好且更加營養健康的蔬菜凝膠甜點。

Francois等人研究從豌豆中提取的豌豆蛋白有減輕胃腸積氣和改善礦物質生物利用度的功效，特別適合作為嬰幼兒的食品蛋白源；Davidsson等報道，豌豆蛋白植酸含量低，對鐵元素的吸收影響較小，且不會產生過敏反應，可作為嬰兒食品配方中最佳的蛋白質來源。Niehues等在豌豆生物活性肽對幽門螺桿菌抗附著性的研究中發現，從黃豌豆中分離的生物活性肽具有較好的抗附著能力，可作為功能性成分來抵抗幽門螺桿菌對嬰兒和兒童的感染。

John B.Lasekan等研究表明，同酪蛋白相比較，豌豆蛋白更能有效降低血漿中膽固醇（61%），甘油酯（47%），肝中膽固醇（94%），同時也可以降低飲食中27%的膽固醇，采用豌豆蛋白代替蛋清蛋白制備巧克力蛋糕，可以有效減少對脂肪的攝取。S'wi atecka等人將豌豆蛋白糖基化，能夠改善腸道環境，能夠促進腸道中益生菌的生長，特別是雙歧桿菌和乳酸菌，促使益生菌產生更多有益人體健康的短鏈脂肪酸（乳酸和醋酸乙烯酯、丙酸丁酸），有助于保養腸道。Dominika等人研究發現將豌豆蛋白進行水解，所得水解產物具有較強的生理活性，可以促進乳酸菌的生長。鈣調蛋白激酶II能催化各種細胞蛋白質磷酸化，若其活性失調，易使人得慢性病，因而通過調節其活性，有助于人們治療慢性疾病。

目前，在食品蛋白中，酪蛋白水解多肽是唯一應用于調節Ca MKⅡ活性的多肽，Huan Li等人研究表明，由于豌豆蛋白富含賴氨酸和精氨酸，將豌豆蛋白水解可得到陽離子多肽，可有效調節Ca MKⅡ活性，因而將豌豆蛋白多肽開發為保健品，應用于心血管疾病的預防，具有廣闊的市場。Fatou等人研究發現，豌豆蛋白進行水解后，其水解物能明顯抑制巨噬細胞產生的NO，其量高達20%。研究表明，豌豆蛋白水解物具有高效的抗氧化性和抗炎性。Samson等以豌豆蛋白為原料進行水解，獲得具有ACE抑制活性肽，長期服用，有助于治療高血壓，且無副作用，對正常血壓無影響。因而，將豌豆蛋白進行深加工制備多肽，可以作為增強人體免疫力，預防疾病的高級保健品。

3 結 論

綜上所述，豌豆蛋白具有多功能性，采用不同方法，對豌豆蛋白進行改性，可充分發揮豌豆蛋白的功能特性，擴展其在食品加工中的應用范圍。利用豌豆蛋白不同的功能特性，可改善傳統食品的加工性能，提高食品風味、品質，降低成本，而在食品保健等方面的應用，更擴展了豌豆蛋白的應用領域。相信，隨著對豌豆蛋白改性的進一步研究，豌豆蛋白的應用領域將會越來越廣泛。