植物蛋白工艺学

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1、植物蛋白工艺学,必修课 20（理论）+12（实验）学时 教学实习0.5周 参考书目 江连洲主编，植物蛋白工艺学，科学出版社，2011。 1 周瑞宝主编，植物蛋白功能原理与工艺，化学工业 出版社，2008。 2 汪世华主编，蛋白质工程，科学出版社，2008。 3 迟玉洁，朱秀清，李文滨主编，大豆蛋白加工新技 术，科学出版社，2008。,第一章 绪论,一、植物蛋白加工的意义 二、国内外植物蛋白生产与加工现状 三、发展我国植物蛋白产品的建议,动物蛋白与植物蛋白,自然界的蛋白质分为植物蛋白和动物蛋白，二者各有利弊。 动物蛋白，具有较多优点，其原料富含较高的脂肪和胆固醇，不仅不能很好地被人体利用，还容易

2、使人发胖、诱发心脑血管等疾病。 植物蛋白， 具有“低糖、低脂肪、低热量、不含胆固醇”的特点，且在自然界存量丰富，在人们日益追求健康的今天，植物蛋白相对动物蛋白越来越体现出其优势。,各类食物中蛋白质含量（）,从成分看，在众多植物蛋白和动物蛋白中，大豆是一种优质蛋白来源，是具代表性的植物蛋白品种。,一、植物蛋白加工的意义,(一) 定义 西方学术界把植物蛋白分为两类， plant protein，指花、草、树木、灌木等植物中所含的蛋白质； vegetable protein,指大豆、花生等可食性果实或油料中所含的蛋白质。 中国的文献将两者统称为植物蛋白质。,（二）植物蛋白开发加工的意义,1.植物蛋白

3、物美价廉 2.植物蛋白生理功能 抗肿瘤作用 降低胆固醇的作用 降低心血管疾病的发生 对肝炎后进行性肝硬化的营养支持作用 对肾脏病的有益作用,容易被人体消化吸收，不含胆固醇，和动物蛋白在氨基酸的组成上具有互补性。 良好的加工特性,二、国内外植物蛋白生产与加工现状,美国：最早进行SPI研究和工业化生产的国家 日本：国内60%-70%的食品不同程度利用了大豆蛋白，每年消耗大豆蛋白达60余万吨。 我国：我国出口的大豆蛋白已经占世界食品大豆蛋白50%的市场。 2007年，全国大豆加工销售额上亿元的只有7家，2008年有13家，2009年达到24家，加工国产大豆比2008年增长64%，销售额相应增加40%

4、。在全国首个“中国食品大豆蛋白产业加工基地”山东德州，拥有大豆加工企业达到60余家，大豆年加工能力220万吨。,云梦蛋白有限公司,杜邦漯河双汇蛋白有限公司 杜邦郑州蛋白有限公司,江苏南通光合生物技术公司,三江食品有限公司,吉林不二蛋白有限公司,宁波索宝食品有限公司,甘肃天元植物蛋白有限责任公司,哈高科大豆食品有限责任公司,大庆日月星蛋白有限公司,辽宁开原大豆蛋白有限公司,天津实发冠华生物科技有限公司,秦皇岛金海食品工业有限公司,天津不二蛋白有限公司,益海（防城港）大豆工业有限公司,山东万得福实业集团,山东谷神集团有限公司,山东香驰集团有限公司,德州大王集团蛋白食品有限公司,临沂山松生物制品有限

5、公司 山东三维大豆蛋白有限公司,山东新嘉华集团有限公司,山东禹王实业有限公司,山东冠华蛋白有限公司,禹城金冠蛋白食品有限公司,二、国内外植物蛋白生产与加工现状,（一）植物蛋白加工的特点 加工原料来源丰富、营养丰富 油料作物（大豆、花生、油菜）、谷物胚、干果、食用菌、螺旋藻 加工产量不断增大 高新技术与传统技术不断发展 应用领域不断扩大、产品品种日渐丰富,阿月混子,二、国内外植物蛋白生产与加工现状,（二）我国植物蛋白发展中存在的问题 1.产量不足，资源利用率不高 2.植物蛋白加工技术与装备有待提高 3.科技投入不足，科研深度不够 4.企业的生产水平没有完全发挥出来 5.科技成果推广和宣传力度不够

6、，应用范围尚需扩大 6.植物蛋白产品的市场格局尚未稳定,三、发展我国植物蛋白产品的建议,1.提高植物蛋白单产、增加总产、充分利用国土资源 2.大力提高加工技术水平 3.加强科学研究，不断推出新技术成果 4.大力推广植物蛋白的应用 5.加强企业管理和质量管理 6.提倡多项联合，走集团化发展的道路 7.提高植物蛋白和贮藏和保鲜水平 8.加强国际间的学术与信息交流,第一章 植物蛋白资源概述,第一节 主要油料蛋白资源 一、大豆蛋白质 二、花生蛋白质 三、其他油料蛋白质 第二节 主要谷物蛋白资源 一、小麦蛋白质 二、米蛋白质 三、玉米蛋白质 四、其他谷类蛋白质 第三节 新植物蛋白资源 一、藻类蛋白质 二

7、、叶蛋白质 本章重点：主要的油料、谷物蛋白资源及其在食品中的应用,第一节 主要油料蛋白资源,一、大豆蛋白质 （一）营养价值 分类：结构、贮存、生物活性蛋白 大豆球蛋白、白蛋白 营养： 氨基酸比例较合理、氨基酸与动物蛋白相似 含硫氨基酸含量较低 限制性氨基酸：蛋氨酸、（半）胱氨酸和苏氨酸。 赖氨酸含量丰富 消化率与抗营养因子、纤维含量、生熟程度、烹调方式等有关。 变应原性（热处理、超高压、酶）,（二）生物活性,调节血脂、降低胆固醇和甘油三酯 美国食品药品监督局（FDA）发表声明：每天摄入25克大豆蛋白，有减少患心脑血管疾病的风险。 抑制高血压 防止骨质疏松 减少中性脂肪、预防肥胖,（三）大豆多肽

8、,“肽基大豆蛋白水解物”，是大豆蛋白质经蛋白酶作用，再经特殊处理而得到的蛋白质水解产物。其必需氨基酸组成与大豆蛋白质完全一样,含量丰富而平衡，且多肽化合物易被人体消化吸收，并具有防病治病、调节人体生理机能的作用。 平均肽链长度2-10aa，多数2-3aa，分子量低于1KD 溶解性、黏度、渗透压、吸湿性、保湿性,大豆多肽生物活性,易吸收及营养价值 降低血脂及胆固醇的作用 低过敏性 降低血压大豆多肽在促进脂质代谢的同时可抑制血管紧张素转换酶（ACE）的活性。由于血管中的ACE能使血管紧张素x转换成为y，而血管紧张素x能使末梢血管收缩，血压升高。 大豆多肽对正常血压没有降压作用，所以它对有心血管疾病

9、的患者疗效显著，而对正常人体又无害处，且 安全可靠。 增强肌肉运动力和加速肌红蛋白恢复的能力 促进脂肪代谢 促进肠道双歧杆菌、乳酸菌增值 其他作用,二、花生蛋白质,1.花生蛋白营养 花生仁含2236蛋白质，蛋白含量仅次于大豆，高于芝麻和油菜。 10%清蛋白，90碱性蛋白，由花生球蛋白和伴花生球蛋白组成，其中 约63是球蛋白，33是伴花生球蛋白. 生物价（BV）为58，蛋白质效价（PER）为17,比面粉和玉米高。 花生蛋白质的营养价值与动物蛋白相近，其蛋白质含量比鲫鱼、瘦猪肉、 鸡蛋都高，且不含胆固醇。 赖氨酸、苏氨酸、含硫氨基酸为限制性氨基酸，氨基酸组成不均衡。,2.花生蛋白活性肽 二肽、三肽

10、 活性： 抗衰老、抗氧化 提高人体免疫力 增强肌肉运动力、降低胆固醇 3.影响品质成分 黄曲霉毒素（引起肝脏病变致癌）美国限量20mg/Kg 胰蛋白酶抑制剂、血细胞凝集素、甲状腺素 胀气因子,三、其他油料蛋白,芝麻蛋白质 棉籽蛋白（棉酚） 棉酚 游离态：具有活性醛基和羟基 结合态：结合蛋白、糖 脱毒：化学法（热榨、混溶、硫酸亚铁、氧化）、 微生物法、物理法 菜籽蛋白（硫代葡糖苷、植酸、粗纤维） 葵花籽蛋白（绿原酸、咖啡酸）,第二节 主要谷物蛋白资源,植物蛋白70%为谷物蛋白。 谷物蛋白：从谷物的胚乳及胚中分离提取处理的蛋白质 一、小麦蛋白质 小麦蛋白质含量是禾谷类中最高的。,（一）小麦蛋白,小

11、麦蛋白是小麦淀粉生产的副产物，主要集中在胚乳，按其溶解特性可分为清蛋白(albumin)、球蛋白(globulin)、醇溶蛋白(gliadin)和谷蛋白(glutenin)。 醇溶蛋白为单体蛋白，呈球形，约占蛋白质总量的4050，富有粘性、延展性和膨胀性。 麦谷蛋白溶于稀酸或稀碱,但不溶于水、盐及醇溶液。3645%，纤维状，由多个亚基通过分子间二硫键相互连接成的大分子物质。麦谷蛋白在稀酸或稀碱溶液中的溶解性随肽链上二硫键数目的增加而减小，富有弹性。 清蛋白、球蛋白含量少，统称可溶性蛋白。,（二）面筋蛋白的化学改性,原因：因面筋蛋白含有较多疏水性氨基酸，分子内疏水作用区域较大，溶解性较低，限制其

12、在食品中应用。因此，可利用物理、生物、化学手段以改善面筋蛋白某些生物化学性质，提高其功能特性，拓宽小麦面筋蛋白应用范围，提高产品附加值，以期获得较高经济效益。,1物理改性,物理方法是通过改变蛋白质聚集体形态、蛋白 质构象和多肽链松散度以改善功能性质。 物理改性主要包括蛋白质超声波、高压 处理、热处理、挤压、高温处理、微波处理及 -射线照射等。 优点：没有人为添加杂质，安全性高； 缺点：改善效果不明显。,2.化学改性,主要是通过改变氨基酸残基改善小麦面筋蛋白功能 性质。主要包括酸法、碱法、脱酰胺改性、磷酸化、 糖基化、酰化改性等。 化学方法由于引入化学试剂，对产品会造成一定程 度污染，使产品安全

13、性问题上升，且化学改性后处 理工序较复杂，处理不当易造成环境污染。,3.生物改性,生物法现主要是酶改性法，酶改性是目前最安全、使用 最广泛技术。 包括酶法水解改性、酶法去酰胺改性及酶法交联改性等。 经不同酶改性后，其功能性质均有很大程度改善。 复合改性,二、米蛋白,含量低、营养价值高 优质食用蛋白，氨基酸组成平衡合理，符合 WHO/FAO推荐的理想模式， 其中蛋氨酸含量较高，是其它植物蛋白所无法比拟的。米蛋白和米糠蛋白 的生物价很高，它们的营养价值可与鸡蛋、牛乳相媲美。 保健作用 能显著降低血清中的胆固醇、甘油和磷脂的浓度。 二甲基苯并蒽（DMBA）是乳腺癌的诱变剂。米蛋白能抵抗 DMBA诱导

14、的 癌变作用。 过敏性反应很低 低抗原性蛋白，不会产生过敏反应，婴幼儿大米蛋白营养粉,（一）大米蛋白（大米含8%左右） 贮藏性蛋白：醇溶蛋白、谷蛋白（稀酸、碱溶液） 代谢活性蛋白：清蛋白、球蛋白（0.5MNaCl） （二）米糠蛋白 （三）米蛋白的应用,三、玉米蛋白质,（一）玉米蛋白的组成 玉米醇溶蛋白(50-55%) 、谷蛋白(30-35%)、球蛋白(10-20%)和清蛋白(2-10%)组成。 玉米醇溶蛋白在90%-93%乙醇中溶解度最大，其它谷类醇溶蛋白仅溶于70%-80%乙醇。 赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量较低 为其限制性氨基酸。 （二）玉米蛋白的生理功能 谷氨酸健脑 谷胱甘肽,四、其他谷类

15、蛋白,高粱蛋白：消化率低，不完全蛋白 大麦蛋白：不完全蛋白 小米蛋白：不完全蛋白，亮、色氨酸高，赖氨酸含量低 燕麦蛋白：必需氨基酸的含量高于、接近推荐值，营养价值高,第三节 新植物蛋白资源,一、藻类蛋白质 二、叶蛋白（leaf protein concentrate, LPC） 苜蓿叶蛋白 水生植物叶蛋白 紫云叶蛋白,由于植物叶蛋白的组成和结构特点，使它带有一种强烈的青草味。 试验表明当食品中叶蛋白的加入量超过10%时，使口感令人难以接受。 叶蛋白的溶解度较低，消化率和生物效价远不及牛奶、鸡蛋等动物蛋白。 叶蛋白在医疗方面尤其在抗衰老、抗肿瘤、治疗关节炎、心脑血管病、肺气肿、老年性白内障等也有

16、重要疗效,第二章 植物蛋白质的结构与特征,第一节 蛋白质的基本结构 一、一级结构 二、维持蛋白质构象的作用力 三、二级结构 四、超二级结构和结构域 五、三级结构 六、四级结构 七、蛋白质变性,蛋白质的结构具有多种结构层次，包括一级结构和空间结构，空间结构又称为构象。空间结构包括二级结构、三级结构和四级结构。在二级与三级之间还存在超二级结构和结构域这两个结构层次。,蛋白质一级结构 从N-端至C-端的氨基酸排列顺序，主要以肽键结合 决定高级结构,蛋白质二级结构 多肽链借助氢键排列成特有的 螺旋和折叠股片段,蛋白质三级结构 多肽链借助非共价键弯曲、折叠成有特定走向紧密球状结构 非共价键：疏水键、离子键、 氢键、Van der Waals力,蛋白质四级结构 寡聚蛋白质中各亚基 在空间上的结合方式 与相互关系,氨基酸,蛋白质结构的层次,一、蛋白质的一级结构,蛋白质的一级结构（Primary structure）又称为共价结构或化学结构。它是指蛋白质中的氨基酸按照特定的排列顺序通过肽键连接起来的多肽链结构。 国际纯化学与应用化