植物蛋白资源的开发利用

文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 【关键字】资源植物蛋白资源的开发利用摘要：植物蛋白是蛋白质的一种，来源是从植物里提取的，营养与动物蛋白相仿，但是更易于消化。本文 论述了植物蛋白的种类和主要特征，以大豆蛋白为例介绍了植物蛋白的加工方法和植物蛋白工程新技术， 并探讨了今后植物蛋白工程发展方向。关键词：植物蛋白；基本性质；开发利用The Development and Exploitation of the Resource of Vegetable ProteinAbstract: As a kind of protein, Vegetable protein comes from plants and is kind of similar with animal protein on nutrition. However it is easily to digest. In this text, the classification and the principal character of vegetable protein is discussed, the process and the novel technology of vegetable protein is introduced with soy protein as an example. And the future development direction of vegetable protein is also discussed.Keywords: vegetable protein; principal character; exploitation1 前言 蛋白质是人类生命活动的重要物质基础。随着世界人口的不断增长，蛋白质供给出现了严重不足。据联合国粮农组织资料，成年人每天摄取蛋白质应在75g以上，而世界人均水平才达到68.8g。以我国为例， 我国医学科学院卫生研究所认为我国人民的营养标准每人每天要摄取蛋白质72g,美国在100g以上，日本 90g以上，而我国目前平均仅60g1。为了解决蛋白质供给不足这一问题，世界各国尤其是不发达国家和地区，积极采取措施，试图从可以 得到的食物中获得有营养和廉价的蛋白质。在世界范围的蛋白质资源供给中，大部分为植物蛋白，占蛋白 质总量的 70%，而动物蛋白仅占30%。另外，由于植物蛋白具有经济性、营养性、功能性等优点，其在建 立健康的饮食结构方面所起的作用也越来越受人们重视。2. 植物蛋白质的种类及基本特性 食品中的蛋白质具有3个方面的特性，既营养性、加工特性及有益于人体健康的功能特性2。蛋白质 的营养价值，主要是取决于其所含必需氨基酸是否平衡。一般来说，动物蛋白质中的必需氨基酸比较平衡， 而植物蛋白往往是赖氨酸、苏氨酸、色氨酸和蛋氨酸的含量相对不足。加工特性主要是指食品在加工过程中和加工过程后所表现出的物理性质，如物料或制品的保水性、乳 化性、弹性和粘结性等。植物性蛋白质，特别是油料蛋白质具有良好的加工特性，既可以单独制成食品， 也可以与蔬菜或肉类等相组合加工成各种各样的食品。他们在加工过程中，赋予制品保水性和保型性，防 止加热调理收缩变形，使制品有较好的物性品质。动物性蛋白质主要来源于肉、鱼、蛋、奶等食物，这些食物一方面由于价格较贵，另一方面由于肉制 品含有较多的易导致心血管疾病的饱和脂肪酸和胆固醇，因而不利于健康。而来源于植物的蛋白质虽然有 的缺少某种氨基酸，但可同其他食物配合使用，是营养效果互相补充。而且植物性蛋白质食物如大豆，不文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 但不含胆固醇，而且还会降低人体中的胆固醇，减少心血管疾病的发病率，还含有抗癌因子，因此大豆蛋 白比动物蛋白质更具有保健的特性。2.1 油料种子蛋白质 油料种子主要包括大豆、花生、芝麻、油菜籽、向日葵、棉籽、红花、椰子等。其中大豆、油菜籽产量最 大，各种油料种子的蛋白特性如表1 所示3。2.2 豆类蛋白质 豆类蛋白质中谷氨酸、天门冬氨酸等酸性氨基酸含量较多，而碱性氨基酸含量较少，因此豆类中等电 点偏向弱酸性的蛋白质含量多。豆类中的主要蛋白质是球蛋白，从其类似性来划分，可分为豆球蛋白和半 豆球蛋白两种，两者共占蛋白质总含量的80%左右4。除此之外，还含有2S球蛋白质，植物凝集素，清蛋 白质。2.3 谷类蛋白质 谷物蛋白质的特征如表2所示。谷物中的蛋白质不溶于水或盐溶液，其主要成分分为能溶于酒精的醇 溶蛋白和能溶于碱溶液的谷蛋白。醇溶蛋白含量最多的是黍类植物。玉米、黍子种子蛋白质中含有50%60%醇溶蛋白，30%45%谷 蛋白。小麦、大麦、黑麦等禾谷类作物种子的蛋白质中，醇溶蛋白与谷蛋白的含量基本相同，为30% 50%5。在种子灌浆成熟过程中，这些蛋白质存在于蛋白质体中，一旦种子成熟后，蛋白质体消失，蛋白 质便存在于种子的胚乳中。大麦和稻米的蛋白质已能溶解于碱性溶液的谷蛋白为主要成分。再稻谷中，它作为一种储存蛋白质存 在于内胚乳的蛋白质中。荞麦种子中的蛋白质，以具有水溶性和盐溶性的蛋白为主要成分。虽然荞麦不属 于禾本作物，但因为其性质与用途与谷类相似，所以在食品科学中，荞麦被纳入谷物类中。种类主产地机能特性加工上的问题（对策）营养问题大豆美国富于凝胶性、保水性、乳化性、起难以除去苦味、青草臭味（脂肪抑制剂（因加热失活），中国泡性等种种功能特性氧化酶加热失活）含硫氨酸量少花生印度中国溶解性、热稳定性、发泡性因霉而产生毒素，注意黄 曲霉毒素蛋氨酸、赖氨酸含量少芝麻中国 印度溶解性低、机能特性低难以除去草酸（完全脱皮）蛋氨酸含量高油菜籽加拿大欧洲保水性、乳化性产生阻碍因子致甲状腺肿物（酶 的失活，品种改良）必需氨基酸含量均衡， 蛋白含量高向日葵俄罗斯欧洲发泡性、组织形成性，凝胶化性低难以除去石炭酸（溶剂提取）灰 色外观赖氨酸、异亮氨酸含量少棉籽美国印度在中性氨基酸中难溶，在酸性氨基 酸中溶解机能特性低产生毒性物质棉籽醇（品种改良，加热失活）赖氨酸、蛋氨酸含量少文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.难以除去苦味成分和致泻性物红花美国与棉籽相似，在酸性氨基酸中溶解十宀、丄赖氨酸含量少质（溶剂提取）丄亠+纤维的除去（依靠酸沉淀分离蛋 赖氨酸、含硫氨基酸含椰子东南亚 乳化性白质）量少表1油料种子蛋白质原料的特性Table 1 The characteristics of protein in oil plant seeds表 2 谷类蛋白质含量与构成成分Table2 The compositions and contents of vegetable protein2.4 螺旋藻螺蛋白螺旋藻是最近被食品界较为关注的蛋白质源。它是一种外观为蓝色、旋状单细胞水生植物。生物学家 和营养学家长期研究认为，螺旋藻是最具有潜力生产单细胞蛋白质的藻类。螺旋藻营养价值高，其蛋白质 含量高达 70%，所含氨基酸种类比较理想，能为人和动物提供所必需的赖氨酸和苏氨酸。螺旋藻细胞壁极 薄，易消化，消化率可达 80%2,17。螺旋藻处可作为食品、食品添加剂、饲料外，还可作为医药原料。 现在市场上有许多螺旋藻保健食品。2.5 大豆蛋白质大豆的蛋白质含量比小麦、玉米、大米高出25倍，并含有多种氨基酸。大豆蛋白质的氨基酸组成 比较完全，与谷类相比较，赖氨酸含量较多，除蛋氨酸和半胱氨酸含量较少外其余必需氨基酸含量均达到 或超过了世界卫生组织推荐的必需氨基酸需要水平量。我国的大豆蛋白质含量一般在40%左右，有些品种 可以达到50%以上。按40%计算，1kg大豆的蛋白质含量相当于2.3kg猪瘦肉或2kg瘦牛肉的含量，所以， 人们将大豆誉为“植物肉”6。另外现代营养学研究证实，大豆蛋白质具有降低胆固醇、减少心血管病发生的功效。由大豆蛋白质调 制的多肽具有促进营养吸收和降血脂作用。大豆含有的皂苷、异黄酮等生理活性成分具有抗老化、防衰老、 提高免疫力、促进钙吸收等功能7。因此无论在人口不断增长的发展中国家，还是在西方发达国家，大豆 在解决蛋白质供给不足和改善饮食模式及膳食结构中的营养平衡等问题上都占有重要的位置。3 植物蛋白质的制取在各类植物蛋白中，研-种类蛋白质量清蛋白质球蛋白质醇溶蛋白质谷蛋白质究最深玉米713微量5650553045入、开发和应用最黄米716101110115730广泛的莫小麦10153561040503040过于大豆蛋白了。大麦10163462035453545大豆蛋白的提取技黑麦91491451030503050术，特别是大豆分米810微量28158590离蛋白和燕麦131131868大豆浓缩蛋白的提荞麦111513541132取技术是植物蛋白工业中一种新兴技术。其开发研究早，实现了工业化生产。下面以大豆蛋白质的制取为例，介绍食物蛋白 的提取方法和工艺。3.1 大豆分离蛋白的制取文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 大豆分离蛋白(soy protein isolate,SPI)是指除去大豆中的油脂、可溶性及不可溶性碳水化合物、灰分 等的可溶性大豆蛋白质8。提取过程比较复杂，主要包括浸提、除渣、酸沉、分离解碎、中和、杀菌及喷 雾干燥等工艺。在分离蛋白的制取工艺中，首先用弱碱溶液浸泡低温脱溶豆粕，使可溶性蛋白质、碳水化 合物等溶解出来，利用离心机除去溶液中不能溶解的纤维及残渣。在已经溶解的蛋白质溶液中，加入适量 的酸液，调节溶液的pH达到4.5,使大部分的蛋白质从溶液中沉析出来，这时只有大约10%的少量蛋白质 仍留在溶液中，这部分溶液称为乳清。乳清中除含有少量蛋白外，含有可溶性糖分、灰分以及其他微量成 分。然后将用酸沉析出的蛋白质凝聚体进行破碎、水洗，送入中和罐内，加碱中和溶解成溶液状态。将蛋 白质溶液调节到何时浓度，由高压泵送入加热器中经闪蒸器快速灭菌后，再送入喷雾干燥塔中脱除水分， 制成分离蛋白质9。分离蛋白质生产工艺过程见图1。3.2 大豆浓缩蛋白的制取浓缩蛋白质(SPC, soy protein concentrate)主要是指以低温脱溶豆粕为原料，通过不同的加工方法， 除去底纹粕中的可溶性糖分、灰分以及其他可溶性的微量成分，是蛋白质的含量从45%50%提高到70% 左右而获得的制品10。大豆浓缩产品可分为三类：第一种为保守的SPC产品，此种产品是使用含水乙醇浸提脱脂豆片的方法 加工出来的；第二种产品是功能性浓缩蛋白，明显地不同于保守的SPC产品，具有很强的乳化脂肪和水的 功能，称为功能性FSPC产品；第三种是组织化浓缩蛋白，它是通过热塑膨化制成的，称为膨化TSPC11。图1 分离蛋白质生产工艺Figure 1 The process of SPI4 植物蛋白制品开发利用新趋势4.1 大豆蛋白饮料新产品与新技术豆乳生产中，豆腥味的脱除问题是豆乳加工过程中的关键难题围绕这一问题人们做了很多研究，并提 出了一些新的豆乳制备方法，加酸两次蒸煮法的特点是脱皮后的大豆不用水浸泡而直接加酸蒸煮12，这 样就可以防止浸泡过程中水溶性蛋白的流失及由脂肪氧化酶引起大豆油脂水解可能产生的豆腥味。具体制法是：往脱皮大豆中添加约占大豆质量 2%的有机酸、 3%的磷酸和 200%的水，然后通入热蒸 汽直接蒸煮。有机酸可用柠檬酸、苹果酸、醋酸和富马酸等，其中以柠檬酸的效果则最好。有机酸添加的 目的在于阻止大豆蛋白在加热过程中形成不溶性的S-S二硫键，而磷酸的作用是利用其缓冲性防止蒸煮过 程中可溶性蛋白的流失13。加酸蒸煮后，用热水进行冲洗，以去除湿热处理过程中形成的能引起豆腥味的挥发性与水溶性化合物， 然后加入热水再次蒸煮，煮后排去蒸煮水，再次用热水冲净，之后进入磨浆机内进行磨浆分离，去除不溶 性豆渣后便得豆乳。往这种豆乳中添加0.1%的蛋白质分解酶与合成酶和5%的乳酸菌，将温度调节至40C 保持2h,再加入适量乳化剂升温至70C，进入均质机进行均质处理，在经高温瞬时杀菌即得终产品豆乳 饮料14。4.1.2 干热处理法将整粒生大豆用干热方式在120C200C保持1030s,这种处理法能使脂肪氧化酶失活、胰蛋白酶抑 制剂分解，还可改良大豆的风味，提高其嗜好性。经干热处理后的大豆用破碎机进行粗粉碎，分离去除豆皮后，将粉碎颗粒用0.5%1%碱性钾盐（苛 性钾、重碳酸钾或碳酸钾）热水溶液（5090C）浸泡317h。然后用水冲洗数次，在pH88.5磨浆， 过滤除去不溶性残渣后所得的豆乳通入蒸汽升温至90 C并保持一段时间，此时可加入适量的甜味剂玉峰危 机进行调味；之后通过胶体磨将豆乳蛋白微粒化，加柠檬酸、醋酸或酒石酸中和后经49MPa高压均质机在 50C进行均质，最后，在120C保持3s进行杀菌处理后，即为终产品豆乳15。4.2 大豆蛋白组织化生产新工艺-喷丝成型法将大豆分离蛋白溶解在碱液中，然后使溶解的大豆分离蛋白液通过有数千个小孔的隔膜，通过小孔挤 压到含食盐的醋酸溶液中，使蛋白质凝固析出，在形成丝状的同时使之延伸，并使分子在一定程度上定向 排列，从而形成组织化大豆蛋白产品16。以它为原料便可加工出口感类似畜肉的仿肉制品。单独食用大豆组织蛋白加工仿肉食品时要添加各种 辅料。为使人造肉食用时又松软的口感，需添加植物油，使植物油在纺丝液中乳化。另外，还要使着色剂、 调味料和香辛料为纤维所吸收。5 小结植物蛋白能够提供营养而廉价蛋白质，世界各国正积极开发植物蛋白资源以解决蛋白质 资源不足的现状。笔者在查阅资料过程中发现，目前对蛋白资源的开发途径不外乎两种：采 用高新技术对植物蛋白资源的应用进行研究；采用高新技术对传统产品进行改造。 但目前植物蛋白在国际上发展较慢，蛋白饮料、蛋白浓缩物之类的蛋白制品在欧美等国并不 受欢迎。笔者认为主要原因有以下三点：（1）大豆蛋白有令人难以接受的气味，因此豆腥味 的脱除问题，是豆乳等制品能否推广的关键。（2）现有的商品分离蛋白、浓缩蛋白、脱脂大 豆粉，不仅不同程度均存在异味，特别在营养价值方面大大下降，蛋白质受损失，营养成分 不全面。（3）废物的处理：生产浓缩大豆蛋白和分离大豆蛋白时会产生一些废物，这些废物 一直到现在没有得到较好的处理。一方面污染环境, 另一方面许多营养成分于废物之中流失, 实为资源的浪费。因此需要我们逐步去解决完善，使植物蛋白的故乡继续发扬光大, 对世界 做出贡献。参考文献1 徐豹. 美国对植物蛋白利用和研究 J. 食品工业科技，2000，（7）：37392 李新华，董海洲.粮油加工学M.北京：中国农业大学出版社2005： 293301金英资.玉米蛋白生物活性肽的开发J.新疆师范大学学报，2004, 23 （2）： 40424左伟勇，孟婷，陈伟华.植物蛋白活性肽研究进展J.饲料博览，2007，（1）： 2326 吴建平.一种开发米糠蛋白的新方法J.粮食与饲料工业,1997, （10） : 3334.6 Anderson JW， Johnstone BM， Cook-Newell ME. Metaanalysis of the effects of soy protein intake on serum lipids J. N. Engl. J. Med， 1995，333:2762827 Wang M. F， Yamamoto S， Chung H. M， etal. Antihypercholesterlemic effect of undigested fraction of soybean protein in rats J. J. Nutr. 1990， 120:977985 王文侠，奕广忠.大豆深加工技术M.北京：中国轻工业出版社，2004： 2893279 李晓东.功能性大豆食品M.北京：化学工业出版社，2006： 11814010 李里特.大豆加工与利用M.北京：化学工业出版社，2003： 10212111 沈在春，沈群，费晓书等. 粮油深加工食品及国内大豆分离蛋白生产的现状、差距及建 议J.粮食及饲料工业，1998,(3)： 5312 MingH.Cheng,TerryH.Walker,GregoryJ.Hulbert,etal.BiorescourceTechnologyM,1990:101 11013 江和源，吕飞杰.大豆中生物活性成分及其功能J.大豆科学，2000, 19 (2) :16016414 郑建仙.现代功能性粮油制品开发M.北京:科学技术文献出版社,2003:14815715 朱文浩，邹鹤年.日本的豆乳生产新工艺J食品工业科技，1999,(3)： 313316 郑建仙.现代新型蛋白和油脂食品开发M.北京:科学技术文献出版社,2003:899217 李超，叶含英.植物蛋白资源开发利用的主攻方向M.大豆通报，1994, (3) :2425此文档是由网络收集并进行重新排版整理.word可编辑版本！