馬鈴薯蛋白水解工藝及水解產(chǎn)物活性研究進(jìn)展

李真順

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

覃瑞，劉虹，熊海容

中南民族大學(xué)武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢730074

王靖

(農(nóng)業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院雙蛋白工程技術(shù)研究中心，北京 100081)

高夢祥

(長江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北 荊州 434025)

馬鈴薯是我國重要的農(nóng)產(chǎn)品，由于其抗逆性強(qiáng)，在我國栽培廣泛，成為世界上僅次于小麥、水稻和玉米的第四大糧食作物[1]。馬鈴薯蛋白作為馬鈴薯淀粉加工的副產(chǎn)物，其氨基酸組成合理，由19種氨基酸組成。必需氨基酸含量為20.13%，占氨基酸總量的47.9%，與雞蛋蛋白相當(dāng)，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值[2]。馬鈴薯蛋白主要存在于馬鈴薯淀粉生產(chǎn)的廢棄物中，因此經(jīng)常作為廢棄物流失。近年來，隨著人們逐漸對馬鈴薯蛋白營養(yǎng)價(jià)值和功能特性的了解，馬鈴薯蛋白的提取、水解及功能特性的研究也逐漸深入。筆者對近年來國內(nèi)外馬鈴薯蛋白的水解及功能性研究進(jìn)行了綜述，以為馬鈴薯蛋白的開發(fā)利用提供參考。

1 馬鈴薯蛋白的水解工藝

目前，馬鈴薯蛋白的水解工藝以蛋白酶水解為主，蛋白酶為常見的堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶等。此外，還有酸水解工藝。

1.1 酶水解

1.1.1 單酶水解

主要為蛋白酶水解，具體水解酶和水解度見表1。文獻(xiàn)中主要采用胰蛋白酶、堿性蛋白酶、木瓜蛋白酶、胃蛋白酶進(jìn)行水解。單酶水解度最高的為趙晶等[3]研究的成果，利用胰蛋白酶水解馬鈴薯蛋白，通過優(yōu)化工藝條件，蛋白質(zhì)水解度可達(dá)39.9%。此外，高丹丹等[4]以馬鈴薯渣為原料，用木瓜蛋白酶水解，通過優(yōu)化最佳工藝，可得到水解度為20.19%的產(chǎn)物。劉運(yùn)等[5]利用超聲預(yù)處理馬鈴薯，使馬鈴薯蛋白結(jié)構(gòu)展開，降低了反應(yīng)的活化能，增加了堿性蛋白酶與底物接觸的機(jī)會，提高了水解率，提高了水解度，同時(shí)Cheng等[6]通過超聲預(yù)處理還可提高馬鈴薯蛋白的生物利用率。單酶水解工藝簡單，但得到產(chǎn)物的水解度普遍偏低。

1.1.2 復(fù)合蛋白酶水解

在單酶水解的基礎(chǔ)上，人們又進(jìn)一步研究復(fù)合酶結(jié)合一些預(yù)處理工藝，發(fā)現(xiàn)可提高酶解效果。在氯化鈣、乳酸鈣和無鹽條件下利用堿性蛋白酶和外肽酶水解馬鈴薯蛋白濃縮物，都產(chǎn)生了相似化學(xué)產(chǎn)物，其中加入氯化鈣后外肽酶水解效果最好。外肽酶水解可獲得60%的水解度，在此基礎(chǔ)上再加入堿性蛋白可使水解度提高到70%(表1)，雙酶水解效果最好[7]。楊成等[8]利用胰蛋白酶和胃蛋白酶分別水解馬鈴薯蛋白，再將2種蛋白酶復(fù)合使用，雖然水解度比單酶水解有所降低(9.86%)，但是雙酶聯(lián)合水解能夠制備更豐富的谷氨酰胺結(jié)合肽并獲得更高的氮溶指數(shù)(54.65%)。

酶水解條件溫和，水解度高，其中復(fù)合蛋白酶水解效果最好，是目前馬鈴薯蛋白水解的重要方法。

表1 蛋白酶水解馬鈴薯蛋白的水解條件

1.2 酸水解

目前酸水解工藝研究資料相對較少。黃闖等[10]利用鹽酸水解，優(yōu)化水解時(shí)間、鹽酸濃度、料液比、溫度等條件，最終測得最優(yōu)條件下馬鈴薯蛋白水解度為65.72%，水解液氨基酸組分合理。

2 馬鈴薯蛋白及其水解產(chǎn)物功能特性

許多多肽具有一定的抗氧化特性，關(guān)于馬鈴薯蛋白水解多肽的功能性主要集中于抗氧化活性的研究，作為蛋白質(zhì)，馬鈴薯蛋白功能特性的研究主要涉及到界面特性及溶解性等。

2.1 馬鈴薯蛋白水解多肽的抗氧化活性

常坤朋等[9]采用堿溶酸沉淀法提取馬鈴薯蛋白，再分別利用中性蛋白酶、堿性蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶和胰蛋白酶這5種酶水解蛋白質(zhì)，采用DPPH法、羥自由基、超氧陰離子清除和Fe2+螯合法測定水解液的抗氧化活性，測得胰蛋白酶水解物抗氧化活性最高，但未測定水解度。程宇等[11～13]考察了不同水解時(shí)間的馬鈴薯蛋白水解物對大豆油O/W型乳液抗氧化特性，結(jié)果表明，水解1h的水解物抗氧化性最好，并表現(xiàn)出較強(qiáng)的ABTS自由基清除能力和亞鐵離子螯合能力。

2.2 溶解性及界面特性

潘牧等[2]對馬鈴薯蛋白的溶解性、持水性、吸油性、乳化性及起泡性等進(jìn)行了一系列的研究，并與大豆分離蛋白進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)由于溶解度比較低，馬鈴薯蛋白的持水性、吸油性、乳化性及起泡性均低于大豆分離蛋白。蘇現(xiàn)波等[14]用堿提酸沉法提取馬鈴薯蛋白，分析其功能特性，發(fā)現(xiàn)在等電點(diǎn)附近蛋白質(zhì)的溶解性最低，乳化性、乳化穩(wěn)定性和起泡性最差，但泡沫穩(wěn)定性最好，其起泡性與泡沫穩(wěn)定性與大豆分離蛋白粉相似。在堿性條件下，氯化鈉濃度為0.2mol/L、40℃時(shí)，馬鈴薯蛋白的溶解性最好。Alberto等[15]分析了馬鈴薯蛋白的界面特性，結(jié)果表明馬鈴薯蛋白溶解性很差，在不同pH條件下，馬鈴薯蛋白的界面張力(油/水)和表面壓力(空氣/水)變化不大，但在油水界面的粘彈性顯著不同，與pH 2比較，在pH 8時(shí)表現(xiàn)出最大的彈性響應(yīng)。因此，在pH 8時(shí)馬鈴薯蛋白表現(xiàn)出最佳的乳化特性。

為了改善馬鈴薯蛋白的界面特性，人們進(jìn)行了一系列理化研究。Anne等[16]利用高均壓法處理馬鈴薯蛋白，壓力200～600MPa，在不同溫度條件下處理馬鈴薯蛋白。結(jié)果表明，加熱(70～80℃)馬鈴薯蛋白可使溶解度降低21%，600MPa高壓處理可使馬鈴薯蛋白溶解度降低74%。因此，高壓處理可加速馬鈴薯蛋白的變性和聚集。熱和高壓處理后，馬鈴薯蛋白的表面疏水性均有所增加。在高壓處理后，馬鈴薯蛋白的起泡性增加到177%，但持續(xù)時(shí)間不長。有關(guān)高壓對馬鈴薯蛋白功能特性的影響還需進(jìn)一步深入研究。將噴霧干燥的馬鈴薯蛋白分離成馬鈴薯糖蛋白和蛋白酶抑制劑2部分，這2部分再利用疏水作用色譜法分別分成低疏水部分和高疏水部分。在pH為3的條件下，這幾種分離的蛋白成分都表現(xiàn)出較好的起泡性，但在pH為3和7的條件下起泡性較差。蛋白酶抑制劑的低疏水部分乳化性及乳化穩(wěn)定性較差，而高疏水部分表現(xiàn)出了較好的乳化性[17]。Miedzianka等[18]研究馬鈴薯蛋白濃縮物在不同熱處理?xiàng)l件下的乙酰化作用，并分析了乙酰化后的化學(xué)成分和產(chǎn)物的功能特性。當(dāng)加熱溫度從50℃上升到80℃時(shí)產(chǎn)生乙?；饔茫瑫r(shí)亮氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和蘇氨酸的量明顯增加。此外，60℃時(shí)乙?；潭茸詈?乙酸酐含量為6.37mL/g)。未加熱的馬鈴薯蛋白脫乙?；蟪炙︼@著增強(qiáng)，但油脂吸附容量降低。乳化能力和乳化穩(wěn)定性也明顯降低。脫乙?；⒉挥绊戱R鈴薯蛋白的乳化能力和起泡性，但泡沫穩(wěn)定性有所降低[19]。

為了提高馬鈴薯蛋白乳液的穩(wěn)定性，Jenifer等[20]利用瓜爾豆膠穩(wěn)定馬鈴薯蛋白制備的乳液，通過流變、光學(xué)顯微鏡和多重光散射法，證明瓜爾豆膠對乳液穩(wěn)定性具有促進(jìn)作用。

2.3 其他特性

馬鈴薯蛋白水解多肽還具有抗心肌肥大的效果。Asokan等[21]從馬鈴薯蛋白水解物中分離出2種多肽，利用鼠心成肌細(xì)胞(H9C2)作為肥大心肌體外模型。結(jié)果表明，2種多肽均可有效衰弱H9C2的生長，并初步分析了細(xì)胞凋亡機(jī)制，認(rèn)為與其抑制鈣調(diào)磷酸酶/核因子激活T-細(xì)胞媒介信號通路有關(guān)。

3 結(jié)語

馬鈴薯蛋白的水解工藝主要以酶水解為主，復(fù)合蛋白酶加上水解前的預(yù)處理工藝可顯著提高蛋白質(zhì)的水解度，其水解多肽具有較強(qiáng)的抗氧化活性。馬鈴薯蛋白具有一定的界面活性，但溶解度較低，利用高壓、熱、乙?；饔玫瓤擅黠@影響其溶解特性和界面特性。