菜籽蛋白深加工技术及综合利用(1)

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1、目录一、前言2二、菜籽蛋白的改性4（一）菜籽蛋白的物理改性 5（二）菜籽蛋白的化学改性5（三）菜籽蛋白的酶改性6（四）菜籽蛋白的生物工程改性8三、改性菜籽蛋白在食品工业中的应用 8（一）食品保鲜8（二）肉制品9（三）蛋白饮料9（四）焙烤制品9（五）其它90四、结论与展望 101参考文献112菜籽蛋白深加工技术及综合利用摘要：菜籽蛋白是一类潜在营养价值极高的植物蛋白资源，具有很高的营养价值，其氨基酸含量与 组成模式可与联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WH0）推荐的模式蛋白质媲美。本文根据 菜籽蛋白的加工技术与综合利用的最新研究及应用现状，综述了菜籽蛋白改性技术的研究进展，包 括物理改性、

2、化学改性、酶改性及工程基因改性，详细概括了目前菜籽蛋白在食品行业的应用现状， 最后对菜籽蛋白的研究以及应用发展作出了前景展望。关键词：菜籽蛋白；深加工；综合利用；改性；功能性质、前言油菜为十字花科、芸苔属、一年生草本植物。可分为芥菜型油菜、白菜型油菜和甘 蓝型油菜三大品种。中国油菜种植面积和产量均居世界第一位，且种植面积分布极为广 泛，遍及全国各地，北至黑龙江迄海南岛，西起新疆维吾尔自治区，东抵沿海各省，从 平原到海拔4600多米的西藏高原都有油菜的种植。油菜籽是世界三大油料作物之一，我 国改革开放以来，油菜籽历经了徘徊不前和持续增长的两个阶段。1950-1977年，我国 油菜籽年产量于97万

3、t左右徘徊，1978-2004年产量迅速增大，达到1318万t,占我国油 料总产量的42.9%1。我国油菜籽产量虽然很高，但仍不能满足国内需求，从1996年开始， 我国每年进口油菜籽约250万t,近年来数量更有大幅度上升的趋势i,2。在现代工业条 件下，油菜籽加工成菜籽油后可得到55%左右的菜籽粕，每年全球菜籽粕产量为2800万t 左右。研究资料表明，菜籽粕是一类潜在营养价值极高的植物蛋白资源，其氨基酸含 量与组成模式可与联合国粮农组织（FA0）和世界卫生组织（WHO）推荐的模式蛋白质媲 美。据报道，菜籽粕中含粗蛋白35-45%，碳水化合物24-32%，纤维素8.1-9%，粗脂肪 2-3%，灰

4、分 4.5-5%1-3。目前，菜籽粕大部分被当作肥料使用，这是由于菜籽粕中含有多酚、植酸、硫甙等 抗营养因子使其在饲料中的应用受到限制，更不能作为食品加工原料来使用。菜籽粕 是菜籽榨油后的主要副产物，我国每年产菜籽粕超过600万七2。菜籽粕中最具利用价值 的成分是菜籽蛋白，其含量约为35-45%i-3。菜籽蛋白中不存在限制性氨基酸，属于完 全蛋白质。据资料记载，菜籽蛋白的营养价值能与联合国粮农组织（FAO）和世界卫生 组织（WHO）推荐的模式蛋白质媲美。近年来，国内外学者进行了一些相关研究，如选 育双低油菜品种、菜籽粕的脱毒、菜籽蛋白的分离纯化等，生产出能供人类食用的菜籽 浓缩蛋白、分离蛋白、

5、组织蛋白以及供禽畜共用的饲用蛋白。其可能的应用主要表现在 以下几个方面： 食品保鲜：由于菜籽蛋白具有一定的成膜性，通过添加适量助剂（如甘油），在一 定条件下，可用于制备保鲜膜，并应用于糕点、肉制品的加工生产中。 肉制品：菜籽蛋白是一种两亲物质，具有乳化稳定性和持水功能，利用此功能可 用于火腿肠或传统香肠、午餐肉和肉脯生产，防止在加工生产中流失水分，并可减少脂 肪的溢出，增强口感，提高品质。另外，菜籽分离蛋白还可作为脂肪替代物、增味剂、 乳化剂、组织改良剂等。 蛋白饮料：利用菜籽蛋白分离液可制备菜籽蛋白营养乳，通过二次均质不仅可 以提高乳化稳定性还具有人们喜欢的花生香味。 焙烤制品：菜籽蛋白具有

6、一定的结合油和结合水的能力，利用此特性可以将菜籽蛋白应用于饼干、糕点等焙烤食品的制作中。二、菜籽蛋白的改性菜籽蛋白功能性质是指菜籽蛋白在配制、加工、储藏和制取过程中的理化性质，包 括溶解性、吸水性、保水性、吸油性、乳化性、粘度、胶凝性、起泡性等，显而易见， 这些性质将决定菜籽蛋白在食品中的应用A3,5。影响蛋白质功能性质的因素很多，包括 蛋白质本身的分子大小和结构，诸如氨基酸组成和序列、净电荷分布、结构和构象、表 面疏水性等，环境因素（浓度、pH值、离子强度等）以及食品中的其他成分（水、糖、气 味等）。不同植物蛋白功能性质不同，诸多功能性质之间也并非完全独立，而是相互 影响、相互作用并且与其来

7、源、加工方法等有关。一些蛋白的某些功能性质好，另一些 功能性质差，在食品加工中需要根据蛋白的功能性质来确定它适合做什么食品，有时为 了提高蛋白的某些功能性质，需要通过改性来满足食品加工的需要，以充分发挥它的应 用价值。由于蛋白质的功能性质与其本身结构关系极大，蛋白质改性就是使用物理方法、化 学方法或生物方法使蛋白质的结构发生改变从而达到改善其功能性质的目的。具体的 说，就是通过改性使氨基酸残基和多肽链发生某种变化，改变蛋白质分子大小、组成和 空间结构，引起蛋白质理化性质的改变，从而获得较好的功能性质和更广泛的用途。目 前植物蛋白改性常用的方法为物理改性，化学改性，酶法改性，以及生物工程改性7-

8、9。（一）菜籽蛋白的物理改性物理改性是利用加热、机械作用、声波等方式改变蛋白质的高级结构和分子间的聚 集方式，一般不涉及蛋白质的一级结构。它具有费用低、无毒副作用、作用时间短以及 对产品营养性质影响小等优点，常用的物理改性方法有热处理、超声改性、超高压改性、 微波改性等。目前尚未有关于菜籽蛋白物理改性的报道。其他植物蛋白如大豆蛋白，通 过适当的热处理可以提高大豆蛋白的表面活性和乳化性，张春红I0等在对大豆分离蛋白 热处理中发现，85*热烘10min,可以提高大豆分离蛋白的凝胶性，充N2水浴加热也能 明显提高凝胶性和粘度。王伟Mi 等人在研究超高压改性对鸡蛋蛋白液起泡及物理性质的 影响时发现，静

9、态超高压作用使蛋白质发生了凝集效应，这种凝集效应在一定的范围内 可以提高蛋白液的起泡性质，使其黏度和表面张力升高，降低蛋白液的明度，然而，当 超过此范围后，随着蛋白的大量凝聚，会导致起泡性质降低，失去其应用的价值，并且 研究发现，新鲜蛋白液经350MPa，保压15min起泡性质最好。（二）菜籽蛋白的化学改性化学改性就是通过化学方法在蛋白中引入各种功能基团，使蛋白质的结构、净电荷、 疏水基团等发生改变，从而影响蛋白的功能性质，包括溶解性、表面性质、热稳定性等。 化学改性具有反应简单、应用广泛和效果显著等特点，改性方法主要有：酰化、脱酰胺、 磷酸化、糖基化即Mallaid、共价交联等12-14。化

10、学改性因存在一定安全性，因此选择 适当的改性方法以及安全无毒的改性试剂显得尤为重要，鉴于酰化改性时添加的乙酸 酐、丁二酸酐等试剂是食品法规中允许添加的，因此下面重点介绍酰化改性。自20世纪70年代以来，人们就开始从事于蛋白质的酰化研究，其本质是蛋白质分子 中游离的氨基或羟基与酰化试剂发生亲核取代反应，从而导入新功能基团，由于酰化过 程使蛋白质分子表面的净负电荷增多，减弱了蛋白质分子间的作用力，使蛋白分子展开， 空间结构发生改变，从而影响了蛋白质的某些功能性质。目前，丁二酸酐和乙酸酐是最 为常用的酰化剂，并且是食品法规中允许添加的。Krause 等报道菜籽分离蛋白经过化学改性后，其在碱性条件下的

11、溶解性有所增加，乙酰基可以增加蛋白的表面张力，丁二酰化作用对蛋白性质的影响最大，乙酰化和 磷酸化作用可以增加泡沫稳定。姚玉静12等人研究发现，超声丁二酰化复合改使大豆分 离蛋白的乳化性得到改善，进一步优化工艺条件，可以明显提高大豆分离蛋白的乳化性 及乳化稳定性。酰化改性的优势在于改变蛋白质功能性质的同时不损害蛋白的质量和营 养价值，还有助于改善植物蛋白的色泽和不良气味。此外，酰化改性因其原料易得，操 作简便、反应条件温和、精制方法简单等优点，正越来越多地被应用于化学改性中。但 是目前国内研究大豆蛋白酰化改性的文献较多，还没有有关菜籽蛋白的酰化改性方法及 其对功能性质影响的文献，因此应该加强这方

12、面的研究，改善菜籽蛋白的功能性质，开 发菜籽蛋白的应用潜能并开拓菜籽蛋白加工利用新途径，以适应食品工业发展之需求。（三）菜籽蛋白的酶改性1.酶改性酶法改性是指采用动植物蛋白酶和微生物酶等，在温和条件下催化蛋白质肽链断裂 等生物技术手段来改变蛋白质的功能性质。目前，酶法改性是食物蛋白改性的研究重点， 具有反应速度快，条件温和，专一性强，安全性高而且易于控制的优点。蛋白酶法改性 包括聚合改性和酶解改性，其中酶解改性是提高食物蛋白功能性质的主要手段，更是近 年来食品科学领域关注的重点17-191。研究发现，植物蛋白在水解过程中，底物浓度不同、 酶用量不同、反应条件不同，则所得水解度不同，水解度不同则

13、表现出的功能特性不同。 王素雅20等人采用碱性蛋白酶对高温菜籽粕蛋白进行限制性水解改性后，蛋白的溶解性 随水解度增大而增大；水解蛋白的乳化性和吸油性也都有所提高；DH为8%的水解蛋白吸 油性最好，比原蛋白提高了近2. 9倍，但所有改性蛋白的乳化稳定性并无改善。另外， 两种蛋白酶用于大豆蛋白的水解时其水解度要比任何单酶都高，但是菜籽蛋白过度水解 可导致水解物苦味的产生，这是由于疏水性氨基酸大量暴露出来的结果，所以在菜籽蛋 白的酶法改性过程中要注意控制水解度和对水解物的精制处理。此外，由于植物蛋白质 在生物酶法条件下，能水解生成多肽及氨基酸等物质，而多肽除了具有易被人体消化吸 收的特性，还具有很强

14、的抗氧化、降低胆固醇等功能特性。2.酶水解食品中的脂类氧化不仅影响风味，还能降低食品的营养价值，甚至可能产生有毒 物。此外，生物体内脂质发生过氧化或自由基反应也是导致癌症、冠心病等慢性疾病和 衰老的原因之一。因此，防止生物体和食物不饱和脂的氧化引起了广泛的研究。一些合 成抗氧化剂如BHA、BHT等已作为食品添加剂防止油脂氧化，但是出于安全性考虑，人 们更倾向于开发研究天然抗氧化剂211。生物活性肽具有多种生理活性，是当前国际医 药界和食品界热门的研究课题。动植物蛋白不仅营养价值高，而且可以通过酶水解将其 中具有生物活性的多肽释放出来，根据多肽的结构、氨基酸组成和排列次序不同，具 有免疫调节、降

15、血压和抗氧化等多种功能一。目前已报道有多种动植物蛋白水解物具有 抗氧化功能，包括大豆蛋白、小麦蛋白、糠蛋白和鱼蛋白等21。菜籽蛋白是优质植物 蛋白质，其氨基酸组成符合FA0要求，同时富含豆类和谷物蛋白通常缺乏的含硫氨基酸 和赖氨酸。菜籽蛋白水解物易于被人体吸收，且可能具有抗氧化或抑制ACE降低血压等 生物活性。不同植物蛋白质的氨基酸组成和结构不同，因此，所使用的酶也应有所不同。按 水解蛋白质的方式不同，蛋白酶可分为内切酶和外切酶。据相关资料，内切酶对菜籽蛋 白水解的特征是，水解初期反应速度很快，但随后逐渐减慢，直至停滞。为了进一步 提高菜籽蛋白的水解度，鞠兴荣22等人研究多种酶水解，如采用碱性

16、蛋白酶和酸性蛋白 酶分步水解菜籽粕，水解度提高了 5%。后来又研究了碱性蛋白酶（内切酶）和复合风味酶 （外切酶）分步水解清蛋白，并对水解条件进行优化，得到最大水解度28%,水解液苦味 有所降低，风味较好。显然先后使用内切酶和外切酶水解，可以提高蛋白水解度，从而 影响水解物的生物活 性。Bell JMg 1等人以菜籽分离蛋白为底物，依次用内切蛋白酶和 外切蛋白酶水解菜籽蛋白，水解产物在pH 2.5-7之间完全可溶，最终的水解度为 60%，通过凝胶过滤色谱测定水解产物的分子量，发现在水解过程中有大量小分子的肽 和游离氨基酸生成，且部分短肽具有生物活性。（四）生物工程改性基因工程法是通过重组植物蛋白的合成基因来改变蛋白质的功能性质的方法，由于 该技术周期长，见效慢，目前仍处于实验室阶段