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蛋白质改性技术的发展

摘　要：本文综述了蛋白质的各种改性技术，包括物理改性、酰化作用改性、磷酸化作用改性、糖基化作用改性、酶法水解改性、共价交联作用等6种蛋白质改性技术及其最新进展。在改变结构和功能性方面，化学法比酶法更有效，酶法改性和物理改性的安全性优于化学改性。
关键词：蛋白质；改性；技术

0 前言

食品工业的飞速发展, 迫切需要大量具有功能特性 和营养特性的蛋白质, 作为食品的原料成分或添加基料。因此, 一方面要大力开发具有优良特性的蛋白质资源; 另一方面就是要对现有的蛋白质( 尤其是植物蛋白质) 进行改造, 以满足人类的特殊要求, 这就是通常意义上的改性蛋白质蛋白质的改性。从分子水平看，改性实质是切断蛋白质分子中主链或是对蛋白质分子侧链基团进行修饰，使其氨基酸残基和多肽链发生某种变化，从而引发蛋白空间结构和理化性质改变，使蛋白功能特性和营养特性得到改善。
目前常用的蛋白质改性技术有物理改性、化学改性、酶法改性和基因工程改性等。通过适当的改性技术，可以获得较好功能特性和营养特性的蛋白质，拓宽蛋白质在食品工业中的应用范围。下面即是蛋白质的几种改性技术及其应用进行综述。
1 物理改性

所谓蛋白质物理改性是指利用热、机械振荡、电磁场、射线等物理作用形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。如蒸煮、搅打等均属于物理改性技术质构化(texturization)也是一种物理改性，即是将蛋白质经水等溶剂溶胀、膨化后在一定温度下进行强剪切挤压或经螺杆机挤出或造粒的过程，通常用于食品加工，使蛋白质的密度降低，吸水率和保水性提高。 物理改性主要用于蛋白的增溶和凝胶。据报道，小麦质构化蛋白产品，被切成薄片时，可吸收3倍于自重的水分，它们已成功地配用于汉堡包、咖喱调味食品、炖制辣味肉制品、油炸鸡胸脯和鸡块等制品的加工。[1]
2　化学改性

蛋白质化学改性是通过改变蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，从而改变其功能性质，将化学试剂作用于蛋白质, 使部分肽键断裂或者引入各种功能基团如亲水亲油基团、二硫基团、带负电荷基团等, 利用蛋白质侧链基团的化学活性, 选择地将某些基团转化为衍生物。通过酰化、脱酰胺、磷酸化、糖基化(即美拉德反应)、共价交联、水解及氧化等方法，改变蛋白质的溶解性、表面性质、吸水性、凝胶性及热稳定性等。
2.1 酰化作用改性
蛋白质的酰化作用是蛋白质分子的亲核基团( 例如氨基或羟基) 与酰化试剂中的亲电子基团( 例如羰基) 相互反应, 而引入新功能基的过程。琥珀酸酐和乙酸酐是最常使用的酰化试剂。目前, 酰化作用已被用于多种蛋白质的改性[2] 。酰化后的蛋白质分子表面电荷下降,多肽链伸展和空间结构改变, 导致分子柔韧性提高[3] , 从而增加了蛋白质的溶解性、持水束油性、乳化性和发泡性, 改善了蛋白产品的风味。特定功能特性的改善程度取决于反应条件, 尤其是酰化作用的类型和程度。乙酰化程度的提高, 有效地“掩盖”了赖氨酸残基, 使内部疏水性基团暴露, 导致亚基分离。最近,酰化作用还被用于蛋白水解液的脱苦。Yeom等[4] 将大豆分离蛋白的赖氨酸残基酰化后,再进行水解, 苦味显著下降。Dua等[5] 对油菜蛋白粉进行酰化, 结果发现随着酰化试剂浓度的提高, 其抗营养成分含量显著下降。
2.2 磷酸化作用改性
蛋白质的磷酸化作用是无机磷酸与蛋白质上特定的氧原子( Ser、Thr、Tyr 的-OH) 或氮原子( Lys 的氨基、Arg 的胍基末端N) 作用形成C-O- Pi 或C-N- Pi 的酯化反应。蛋白质的磷酸化改性可通过化学方法或酶法予以实现。常用的磷酸化试剂有化学磷酸化试剂和蛋白激酶。化学磷酸化试剂如磷酰氯(POCl3)、磷酸、三聚磷酸钠(STP)等, 其中大规模应用于工业生产的为POCl3、STP。蛋白激酶如依赖于CAMP 激活的蛋白激酶(CAMPdPK)、酪蛋白激酶(CK- )。据报道, 用STP 改性的小麦面筋蛋白的溶解度、乳化性及乳化稳定性、起泡性等都较未改性的面筋蛋白有显著提高[6]。
2.3 糖基化作用改性
蛋白质一般对热、水解作用很不稳定, 但与碳水化合物或生物多聚物的交联能变得稳定, 也能被赋予一些新的特性。蛋白质的非酶糖基化正是通过糖与蛋白质的a-或￡-氨基共价连接而形成糖基化的过程。
Naotoshi等[7]在60 ℃干热, 相对湿度79% 得到鱼精蛋白-半乳甘露糖结合体,其乳化活性和稳定性分别是鱼精蛋白的6倍和10 倍, 而且在酸性及高盐溶液中仍比商业乳化剂高, 即使到90 ℃ 仍保持良好的乳化性, 同时还没有失去本身的杀菌性。这可能是由于糖类( 特别是多糖的添加) 可增加油/ 水乳化系统中水相的粘度, 同时也会稍微降低油/ 水界面张力, 从而增加了乳化液的乳化稳定性。糖基化改性也提高了蛋白质的热稳定性及溶解性.
3 酶法改性

3.1 酶法水解改性作用
酶改性的方式有很多种，酶法改性通常是蛋白酶的有限水解，改性的程度与酶量、底物浓度、水解时间等因素密切相关。通过蛋白酶催化的蛋白质水解作用能提高蛋白质的溶解度, 这主要是由于形成了较少的, 弱亲水的和较易溶剂化的多肽单位[8]。一般说来, 蛋白酶的限制性水解可提高蛋白质的溶解性、乳化性和发泡性。合理地控制蛋白水解反应, 生产生物活性肽, 尤其是磷酰肽, 具有促进钙、铁及其他微量元素吸收, 防止骨中钙流失的作用。并且酶解过程十分温和，不会破坏蛋白质原有的功能性质，蛋白水解物易被人体消化吸收且具有特殊的生理功能[9]。
3.2 共价交联作用
人为地将交联键引入食品中，可以改善蛋白质的功能特性[10]。通过一定化学试剂或催化剂，使蛋白质分子内或分子间产生交联反应(cross—linking)，从而起到改善蛋白质功能特性目的。转谷氨酰胺酶(TGase)、过氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)和脂肪氧化酶(LO)等都能使蛋白质发生交联作用。TG是一种专对蛋白质谷氨酰胺残基的交联催化酶，催化亲核反应，已被用于β－乳球蛋白、酪蛋白、大豆球蛋白、小麦麦谷蛋白的交联作用，以及不同食品蛋白间，如肌球蛋白、大豆蛋白、酪蛋白或谷蛋白间的交联作用。
4 应用前景

酶法或化学法改性蛋白质，是提高其功能特性的重要途径。在改变结构和功能性方面，化学法比酶法更有效。磷酸化、糖基化、共价交联反应，有利于提高蛋白质功能特性。但酶法改性和物理改性的安全性优于化学改性，现已逐步应用于实际生产。随着酶制剂工业的发展，酶品种及食用级酶也将大增，微囊包埋酶、固定化酶等技术的开发，使酶改性在食品工业中应用前景可观。生物工程可以从根本上改变蛋白质的性质，具有很大的发展潜力。此外，使用两种或两种以上的改性方法也是今后蛋白质改性的—个主要发展方向。此外，蛋白质经改性后, 其功能特性得到了显著地提高, 一方面拓宽了蛋白质的应用领域, 另一方面可以作为一些昂贵原材料的替代品, 因此在食品工业中具有广阔的应用前景。改性大豆蛋白分子在分散液中表现较强的界面活性, 具有一定程度降低界面张力的作用。改性蛋白质的溶解度在整个PH 范围内有不同程度的提高, 而且具有良好的起泡性和乳化性, 可代替鸡蛋白用于低脂肪搅打产品, 如杏仁糖、冷冻甜品等, 也可替代酪蛋白钠用于生产高脂肪粉和咖啡伴侣[11]。然而, 关于改性所产生的营养和毒理学上的问题研究得还比较少, 这可能会阻碍蛋白质改性的迅速发展。

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