菜籽餅粕蛋白的提取、功能特性及其在食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

翟曉娜，師建芳，趙慧凝，邵 廣，謝奇珍

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121）

油菜籽，十字花科（Cruciferae）蕓薹屬（Brassica）作物油菜的種子，世界第三大植物油原料。我國現(xiàn)種植油菜品種有Brassica campestrisL（白菜型，258個(gè)），Brassica junceaCzern.et Coss（芥菜型，300 個(gè)）及Brassica napusL.（甘藍(lán)型，1497 個(gè)）三種，其中甘藍(lán)型為主栽品種，含油率約35%～45%[1]。油菜籽根據(jù)其芥酸和硫甙含量分為普通油菜籽和雙低油菜籽，我國于2014 年基本實(shí)現(xiàn)雙低種植普及[2?3]。餅粕作為油菜籽榨油的主要副產(chǎn)物根據(jù)制油工藝的不同可分為浸提菜籽餅粕和壓榨菜籽餅粕，兩者主要在殘油率、蛋白質(zhì)量及硫甙含量三方面有所差異，其中壓榨粕蛋白質(zhì)量較好、硫甙含量較低，但殘油率高，一般為7%～15%，甚至高達(dá)20%，受產(chǎn)業(yè)鏈條的經(jīng)濟(jì)效益影響，目前市場(chǎng)上仍以浸提菜籽餅粕為主[4]。

據(jù)USDA 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2019～2020 交易年度全球菜籽餅粕產(chǎn)量約0.39 億噸，其中我國菜籽餅粕消費(fèi)總量達(dá)0.11 億噸[5]。菜籽餅粕與棉籽粕、葵花籽粕等相比營養(yǎng)豐富，一直在飼料領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其粗蛋白含量較高，氨基酸組成均衡、含有豐富的含硫氨基酸及一定量的賴氨酸，蛋白質(zhì)效價(jià)比值高于大豆蛋白，是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源[2,6]。高附加值利用菜籽蛋白對(duì)提高油菜籽產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈意義重大。

長期以來，菜籽蛋白提取物因含有芥酸、硫甙等抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)而應(yīng)用受限。目前，隨著人們消費(fèi)觀念的轉(zhuǎn)變及政策支持，植物蛋白市場(chǎng)潛力巨大?！秶駹I養(yǎng)計(jì)劃（2017-2030）》指出：到2030 年，我國居民膳食中要減少50%動(dòng)物蛋白攝入量；放眼國際市場(chǎng)，Innova Market Insights 指出“植物基革命”為2020年第二大趨勢(shì)[7]、Markets and Markets? 2020 年植物蛋白報(bào)告預(yù)測(cè)未來五年植物蛋白市場(chǎng)將以14%年復(fù)合增長率發(fā)展，且分離蛋白將會(huì)是市場(chǎng)主導(dǎo)產(chǎn)品[8]。自2010 年以來，雖已有菜籽蛋白產(chǎn)品被FDA 批準(zhǔn)公認(rèn)安全的（generally regarded as safe，GRAS）[9]，但這并不意味著可廣泛使用菜籽蛋白，且目前該類產(chǎn)品仍較為稀缺。本文綜述了以菜籽餅粕為原料提取菜籽蛋白的制備方法、功能特性及其在食品中的應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為菜籽餅粕蛋白的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 菜籽蛋白

菜籽蛋白作為一優(yōu)良植物的蛋白質(zhì)，具有較好的營養(yǎng)特性，含豐富的含硫氨基酸和賴氨酸，且氨基酸組成平衡，其可消化氨基酸評(píng)分值（DIAAS）與乳清蛋白接近，或?yàn)檫m用于6 月至3 周歲嬰幼兒及年齡大于3 周歲可食用的高質(zhì)量優(yōu)質(zhì)植物蛋白[10]，油菜籽中的蛋白質(zhì)主要由60%菜籽球蛋白（cruciferin）、20%菜籽白蛋白（napin）及少量油脂蛋白、硫堇蛋白、胰蛋白酶抑制劑和脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白組成[2,9]。其中Cruciferin（菜籽球蛋白）為11/12S 球蛋白，富含賴氨酸和甲硫氨酸，平均分子量約300～360 kDa，具有良好的凝膠特性，可在高離子強(qiáng)度（≥0.5）和中性pH 條件下保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并在極端pH 下降解為6個(gè)亞基，每個(gè)亞基由α-（30～40 kDa，含254～296 個(gè)氨基酸）和β-（20 kDa，含189～296 個(gè)氨基酸）兩條多肽鏈以二硫鍵鏈接組成。Napin（菜籽白蛋白）為1.7/2S 白蛋白，富含脯氨酸、谷氨酰胺和半胱氨酸，平均分子量約14 kDa，由兩條不同分子量（10～12 kDa與3～6 kDa）的肽鏈通過4 個(gè)二硫鍵作用形成，具有良好的溶解性、成膜性、較高的熱穩(wěn)定性及耐胃蛋白酶特性[11?12]。通常菜籽餅粕中的蛋白質(zhì)含量主要取決于油菜品種及榨油工藝，而從菜籽餅粕中提取得到蛋白的含量及組分主要取決于制備方法。

2 菜籽蛋白的制備方法

菜籽餅粕在具備高蛋白含量同時(shí)，還含有一定量的纖維、酚酸酯、硫甙及植酸等抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)，提高菜籽蛋白提取得率的同時(shí)盡可能降低其抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的含量、保證提取物良好的理化特性及功能特性是非常有必要的。菜籽榨油的工藝直接決定了菜籽餅粕的蛋白質(zhì)質(zhì)量，已有研究表明冷榨菜籽粕蛋白的得率明顯高于高溫粕[13?14]。植物蛋白的提取關(guān)鍵在于細(xì)胞壁的破碎使蛋白質(zhì)最大量的溶出，一般可輔助采用單一球磨、高壓均化處理，物理法（微波、研磨、超聲、滲透休克、靜電分離）與酶解法結(jié)合或強(qiáng)酸/堿化學(xué)處理[15?16]，而去殼、有機(jī)溶劑（如乙醇、甲醇等）或果膠酶、半纖維素酶、植酸酶等菜籽粕前處理工藝已被證明能有效去除部分纖維、還原糖，減低硫甙含量，提高蛋白提取率及純度[17?18]。目前菜籽蛋白的提取方法主要包括pH 分段控制法、鹽溶法、Osborne（OSB）法及酶解法等，結(jié)合膜分離、色譜、電泳等分離純化技術(shù)[19]，關(guān)鍵流程工藝可總結(jié)為圖1。

圖1 菜籽餅粕蛋白提取流程Fig.1 A schematic of the protein extraction from canola/rapeseed meal

2.1 pH 分段控制法

pH 分段控制法是蛋白工業(yè)化生產(chǎn)的常用方法[20]。根據(jù)初始蛋白質(zhì)增容pH 的不同可分為堿溶法和酸溶法。

2.1.1 堿溶法 堿溶酸沉是制備菜籽分離蛋白的典型方法，一般包括浸提/分離、沉淀/分離及純化等工序[17]。通常增容階段會(huì)利用NaOH 將pH 控制在9～12.5，然后通過鹽酸、檸檬酸等稀酸溶液調(diào)節(jié)浸提液pH 至3～6 進(jìn)行等蛋白質(zhì)電點(diǎn)沉淀，提取過程中可輔助添加NaCl 等中性鹽離子提高蛋白質(zhì)溶出率、添加Na2SO3等抗氧化劑減緩蛋白質(zhì)黃化、輔助乙醇洗脫去除部分多糖及酚類物質(zhì)等。由于該過程中蛋白質(zhì)仍會(huì)與纖維、細(xì)胞膜等相互作用，一定程度上會(huì)影響蛋白的提取率，通常可采用微波、超聲、超濾或膜分離等手段來提高蛋白得率及純度[2,21?22]。此外，若以冷壓榨菜籽餅粕原料，通常會(huì)進(jìn)行己烷脫脂前處理[23]，且蛋白回收率明顯高于高溫壓榨粕[24]。不同提取工藝研究如表1 所示。

表1 菜籽餅粕堿法制備菜籽蛋白產(chǎn)品示例Table 1 Examples of alkali extraction for the products of rapeseed protein from rapeseed meal

早在1990 年，Tzeng 等[28]就采用堿溶酸沉結(jié)合膜過濾法制備了不含硫甙、淺色澤的菜籽蛋白，并依據(jù)氮物質(zhì)溶出率較高且植酸溶出率低的原則，推薦高強(qiáng)度堿溶浸提工藝；這主要是因?yàn)橹菜崤c菜籽蛋白中的賴氨酸（pKa=10.53）、精氨酸（pKa=12.48）分別通過-NH2、-CN3H4相互作用，隨著堿溶階段pH（10～12.5）的增大，蛋白-植酸的穩(wěn)定性會(huì)逐漸下降。而弱堿性（pH<9）的浸提環(huán)境對(duì)蛋白質(zhì)提取率并無顯著影響，只有當(dāng)pH 增加至11 后，蛋白質(zhì)提取率才會(huì)明顯提升約9%～12%[29?30]。在酸沉工藝優(yōu)化中Ghodsvali等[29]發(fā)現(xiàn)菜籽蛋白在pH4.5～5.5 間回收率最高（50%～67%），但由于菜籽白蛋白的pI 約為3～4[31]，該條件下所得蛋白溶解性和可消化率較差。Zhang等[32]則從菜籽蛋白的營養(yǎng)性和應(yīng)用特性出發(fā)對(duì)其堿溶酸沉工藝進(jìn)行了優(yōu)化，同樣發(fā)現(xiàn)堿溶階段蛋白的提取率與pH 成正比，但隨著pH 增大會(huì)出現(xiàn)蛋白結(jié)構(gòu)瓦解、抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)溶出增加、色澤加深等現(xiàn)象，綜合考慮優(yōu)選pH9 堿溶、pH4.5 酸沉工藝，該工藝制備的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)完整、D 型氨基酸含量最低、抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)含量最低（硫甙2.85 mmol/kg、植酸1.05 mg/g、芥子酸膽堿0.68 mg/g）。此外，堿溶前輔助酸洗或酸沉過程中添加CaCl2（0.05～0.15 mol/L）可有效降低蛋白產(chǎn)品中植酸的含量[17,33]。總體而言，堿溶酸沉法作為植物蛋白質(zhì)的經(jīng)典制備方法，雖已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，但產(chǎn)品色澤及溶解性差、能耗高仍是其主要缺點(diǎn)[34]。對(duì)此，諸多學(xué)者已嘗試采用如超聲、（高壓）脈沖電場(chǎng)等輔助工藝[35?37]，如Boukroufa 等[38]系統(tǒng)對(duì)比了常規(guī)提?。╬H7.4，30 ℃，30 min）、超聲輔助、微波輔助、亞臨界提取及壓濾提取等可溶性蛋白的制備效果，發(fā)現(xiàn)超聲前處理（5.6 W·cm?2、35 ℃）可將提高蛋白質(zhì)的得率近24.6%，且?guī)缀醪挥绊懙鞍踪|(zhì)中12S/2S 的比率。利用超聲輔助制備菜籽蛋白在工業(yè)化應(yīng)用上雖較為容易實(shí)現(xiàn)，但同時(shí)也對(duì)終端產(chǎn)品缺乏選擇性。

2.1.2 酸溶法 Boukroufa[39]綜合考慮黑芥子酶分子量大、酸性條件酶活性低，硫甙分子量小、pI≈5，植酸的螯合屬性以及菜籽白蛋白酸溶性好的特點(diǎn)，采用酸提取、三相螺旋沉降分離、超濾、膜過濾及離子交換色譜等手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)十字花科種子中黑芥子酶、硫甙、蛋白等的分離提取。Rehder 等[40]采用該專利方法在中試規(guī)模上獲得了不可溶蛋白組分（富含菜籽球蛋白）及可溶性蛋白組分（富含菜籽白蛋白）兩類蛋白產(chǎn)品，如表2 所示，所得產(chǎn)品硫甙含量較低，且可溶性蛋白組分分散系數(shù)高達(dá)85%±2%，媲美大豆蛋白。且采用該方法制備的可溶性蛋白組分與乳清蛋白混合使用后可大大提高其體外消化率[41?42]。利用酸溶法制備的菜籽蛋白，尤其是可溶性蛋白具有較好的溶解性及色澤較好的優(yōu)點(diǎn)，但蛋白得率與堿溶法相比較低、成本較高。

2.2 鹽溶法

蛋白質(zhì)在強(qiáng)酸強(qiáng)堿環(huán)境中極易發(fā)生水解變性而影響其理化特性、限制其應(yīng)用范圍。鹽溶法作為目前唯一工業(yè)化制備可食用菜籽蛋白的方法，一是通過調(diào)整溶液中的鹽離子濃度促進(jìn)蛋白質(zhì)自發(fā)形成膠束而析出，輔以超濾及膜過濾，可獲得純度高且抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)含量偏低的菜籽球蛋白組分和菜籽白蛋白組分兩種產(chǎn)品[9]；二是浸提鹽溶液直接進(jìn)行膜過濾、超濾而獲得菜籽分離蛋白[43]。Andersen 等的專利闡述到，菜籽餅粕經(jīng)低酸鹽溶液處理后其上清液通過膜分離（5 MWCO）可獲得蛋白質(zhì)含量>90%的菜籽白蛋白組分，殘?jiān)俨捎脡A溶膜分離法可獲得蛋白質(zhì)含量>85%的菜籽球蛋白組分[39]。James 等[44]指出了“鹽溶-蛋白膠束法”制備菜籽蛋白的關(guān)鍵工藝參數(shù)，主要包括料液比（5%～15% w/v）、溶解pH（3～5）、離子強(qiáng)度（0.15～0.6）、提取溫度（5～35 ℃）、提取時(shí)間（10～60 min）及膠束形成蛋白濃度（≥200 g/L）等，所得蛋白產(chǎn)品包括PMM（gelatinous gluten-like protein micellar mass，膠束蛋白）及PMM-D（PMM-derived canola protein isolate，溶液中未形成膠束蛋白部分），其中PMM 主成分為球蛋白，蛋白干物質(zhì)含量約90%（以N×6.25 計(jì)），7S 占比約60%～98%、12S 占比1%～15%、2S 占比0%～25%；PMM-D 約含60%～95%的2S、5%～40%的7S 及0%～5%的12S。這與前期研究發(fā)現(xiàn)菜籽球蛋白在酸性環(huán)境中的結(jié)構(gòu)變化為“12S→2×【7S】?6×【亞基】”有關(guān)[45?46]。

Burcon NutraScience Corporation (Canada)在其受讓專利的基礎(chǔ)上（US 20040034200A1）所開發(fā)菜籽蛋白產(chǎn)品于2010 年取得FDA 第一個(gè)GRAS 批準(zhǔn)（GRN000327，2010），目前該公司的Supertein?、Puratein?是目前市場(chǎng)上僅有的兩種食品用菜籽蛋白產(chǎn)品，具體的制備工藝如圖2 所示[47]。另外，DSM公司采用鹽溶液浸提、超濾、膜過濾、亞硫酸鈉漂白等方法制備的菜籽分離蛋白產(chǎn)品也已于2017 年5 月10 日獲得FDA 的GRAS 認(rèn)證[48]。Fetzer 等[29]對(duì)鹽溶法浸提菜籽蛋白工藝條件進(jìn)行了系統(tǒng)探究，發(fā)現(xiàn)料液比在中性浸提條件下不會(huì)顯著影響蛋白質(zhì)的提取得率；在酸性浸提環(huán)境中添加0.25 mol/L NaCl 可將蛋白得率提高近50%，而堿性浸提條件下鹽離子對(duì)蛋白質(zhì)的增溶作用偏弱甚至?xí)p弱蛋白的浸提效果；再者原料粕的狀態(tài)屬性也會(huì)直接影響蛋白提取的時(shí)間，建議采用多次短時(shí)浸提方法來提高蛋白質(zhì)的提取得率?？傮w而言，鹽溶法可實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)提取與“脫毒”同時(shí)進(jìn)行，蛋白質(zhì)損失較少，且過程中不添加其他化學(xué)試劑，安全綠色環(huán)保，得到的兩種菜籽蛋白產(chǎn)品功能特性各異且優(yōu)，但其工藝復(fù)雜，技術(shù)要求高，涉及裝備成本較高，不易推廣復(fù)制。

2.3 其他方法

OSB 法，根據(jù)蛋白質(zhì)的溶解性對(duì)原料采用水、鹽溶液、堿溶液和醇溶液連續(xù)浸提依次獲得球蛋白、醇溶谷蛋白及谷蛋白的方法。Tan 等[49]采用OSB 法以脫脂餅粕為原料，在10 倍水溶液中浸提1 h 后，離心獲得了白蛋白，殘?jiān)来斡?% NaCl、0.1 mol/L NaOH 和70%乙醇浸提獲得了球蛋白、谷蛋白和谷醇溶蛋白各組分，該方法蛋白質(zhì)回收率達(dá)39.18%～67.81%，遠(yuǎn)高于26.70%～47.23%的直接堿溶液提取，但所得蛋白質(zhì)含有較多酚類物質(zhì)。雖然研究顯示，對(duì)餅粕進(jìn)行75%乙醇預(yù)處理可顯著降低硫甙和酚類物質(zhì)的含量，尤其是硫甙（由73.86±4.12 μmol/g下降至5.15±0.34 μmol/g），但蛋白質(zhì)得率卻由26.4%下降至23.6%，這可能與乙醇處理過程中蛋白發(fā)生聚合而溶解性下降有關(guān)[50]。Pudel 等[51]利用膨脹床吸附離子交換色譜法（EBA IEX）技術(shù)成功制備了純度>98%的菜籽白蛋白產(chǎn)品，且菜籽球蛋白純度>95%。此外，醇溶液提取法[52]、反膠束法[53]、微生物發(fā)酵[54]及蛋白酶酶解法[55]等也均有報(bào)道，但目前均限于實(shí)驗(yàn)階段。

3 菜籽蛋白的功能特性

蛋白的功能特性直接決定了其應(yīng)用范圍，研究已表明菜籽蛋白的提取方法不同，其溶解性、乳化性、凝膠性等一般也會(huì)有所差異，如堿溶法蛋白一般溶解性較差，采用超濾獲得的蛋白相比酸沉淀蛋白具有良好的溶解性、乳化性（688～768 mL/g、410～445 mL/g）及成膜性（1834%～2834%、888%～938%），鹽溶法制備的菜籽球蛋白組分具有較好凝膠性[14,23]，對(duì)菜籽蛋白及提取物進(jìn)行化學(xué)改性或酶處理一定程度上可改善其溶解性及乳化性[9]。

表2 菜籽餅粕酸法制備菜籽蛋白產(chǎn)品示例Table 2 Examples of acid extraction for the products of rapeseed protein from rapeseed meal

圖2 Burcon 公司蛋白生產(chǎn)流程及蛋白膠束示意圖Fig.2 Scheme of Burcon’s canola protein isolate production process and precipitation of rapeseed proteins

3.1 溶解性

蛋白質(zhì)及其水解物的溶解性與其氨基酸組成、環(huán)境pH、溫度及離子強(qiáng)度等諸多因素有關(guān)，通常用氮溶解指數(shù)（NSI）或蛋白質(zhì)溶解指數(shù)（PDI）作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。菜籽白蛋白在pH2～10 環(huán)境范圍內(nèi)具有良好的溶解性（>90%），且明顯優(yōu)于菜籽球蛋白，尤其是在堿性條件下[9,45]。Pedroche 等[56]以NSI 為指標(biāo)分析了不同堿溶酸沉工藝下制備的菜籽蛋白溶解性，發(fā)現(xiàn)菜籽蛋白的溶解性在弱酸性或中性條件下最低，而將蛋白的水解程度控制在1%～10%范圍內(nèi)可改善其持水能力[57]。此外，堿溶酸沉工藝中不同酸沉等電點(diǎn)蛋白的溶解性也不同，一般酸沉pH 越高（pH3.0～5.5），蛋白溶解度越大[32]。Cheung 等[58]發(fā)現(xiàn)鹽溶法制備的分離蛋白（富含菜籽球蛋白）在pH3 條件下溶解度最大，約為91%，且不受離子強(qiáng)度的影響（0～100 mmol/L NaCl），這主要與該條件下蛋白（pI≈4.8）具有較強(qiáng)的靜電斥力有關(guān)（Zeta 電位>10 mV）；而在pH5 條件下，50 或100 mmol/L NaCl 的添加量會(huì)將蛋白質(zhì)10.7%溶解度顯著提高至77.4%或88.2%，這與菜籽球蛋白的鹽溶效應(yīng)息息相關(guān)。再者，菜籽分離蛋白中的其他組分如脂肪、纖維等也會(huì)一定程度上影響其溶解特性[40]；除蛋白進(jìn)行阿拉伯膠糖化改性可顯著提高其溶解度外[59]，堿性條件下20 kHz 的超聲處理可通過減小分離蛋白的粒徑、提高表面帶電量提高其溶解度[60]。探究食品基質(zhì)中各組分及加工工藝對(duì)菜籽蛋白特性的影響是非常有必要的。

3.2 乳化性

乳化性作為蛋白質(zhì)的重要功能特性之一，主要因素除有蛋白質(zhì)的分子量、帶電量等外還包括pH、離子強(qiáng)度等。Cheung 等[58,61]系統(tǒng)考察了pH（3、5、7）及離子強(qiáng)度（0、50、100 mmol/L NaCl）對(duì)富含菜籽球蛋白組分（CPI）和富含菜籽白蛋白組分（NPI）乳化性能的影響：就CPI 而言，其疏水性在pH3 環(huán)境中最高，并與離子強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)；pH 5 環(huán)境下其疏水性與離子強(qiáng)度呈正相關(guān)，這可能是因?yàn)樵摋l件下CPI 的表面帶電量幾乎為0，體系中離子強(qiáng)度的增加有助于增加蛋白質(zhì)流動(dòng)性促進(jìn)其構(gòu)象改變；pH7 條件下，其疏水性隨離子強(qiáng)度的增大呈現(xiàn)先增大后減小趨勢(shì)，這與Paulson 等[62]的研究結(jié)果一致；其乳化活性在pH5 條件下最大（21.1 m2/g），并在pH5、7 環(huán)境中隨離子強(qiáng)度的增大而降低，而在pH3 環(huán)境下不受NaCl 濃度的影響，這與該條件下菜籽球蛋白間較強(qiáng)的靜電斥力相關(guān)；其乳化穩(wěn)定性則受離子強(qiáng)度影響較大，在各pH 條件下均表現(xiàn)出隨離子強(qiáng)度增大而降低的趨勢(shì)。NPI 與CPI 相比乳化性較弱，具體表現(xiàn)為其疏水性在酸性條件下隨pH 增大而減小并與NaCl 濃度正相關(guān)；其EAI 在pH 3、5 條件下表現(xiàn)相當(dāng)（18.7～19.4 m2/g），在pH7 條件下顯著下降（12.8 m2/g），而適當(dāng)?shù)柠}離子（50 mmol/L NaCl）可顯著增加其乳化活性；其乳液穩(wěn)定性雖受環(huán)境pH 影響較小，但鹽離子會(huì)顯著加速乳化液的失穩(wěn)。與上述研究不同的是，Kalaydzhiev 等[25]則發(fā)現(xiàn)利用堿溶酸沉法制備的酸沉蛋白（富含菜籽球蛋白）和酸溶蛋白（富含菜籽白蛋白）兩者乳化性能在不同pH（2、4、6、8、10）及NaCl 濃度（0、0.03、0.25 mol/L）環(huán)境中幾乎相當(dāng)（57.46%～63.81%），并均在pH4 條件下最低，但兩者的乳化穩(wěn)定性變化規(guī)律則完全不同，其中酸沉蛋白的乳化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于酸溶蛋白，且?guī)缀醪皇墉h(huán)境pH 的影響，而酸溶蛋白的乳化穩(wěn)定性受環(huán)境pH 影響較大。主成分相同的菜籽蛋白不同的乳化特性可能與其制備工藝及不同的評(píng)價(jià)方法有關(guān)。綜合而言，富含菜籽白蛋白組分與富含菜籽球蛋白組分的乳化穩(wěn)定性均與蛋白表面帶電量呈正相關(guān)，鹽離子的加入不利于乳液穩(wěn)定體系的維持。

3.3 凝膠性

菜籽蛋白的凝膠機(jī)制及凝膠特性與其組成成分、制備工藝及環(huán)境因素息息相關(guān)，如鹽離子有利于提高凝膠穩(wěn)定性但對(duì)凝膠結(jié)構(gòu)不利[19,63]、適當(dāng)高壓處理（200～600 MPa）可降低蛋白的最低凝膠濃度并改善其凝膠性能[64]、尿素可削弱蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的強(qiáng)度等[63]。Yang 等[65]對(duì)分別富含菜籽白蛋白（CP1）和菜籽球蛋白（CP2）的熱誘導(dǎo)凝膠（15%，w/v）進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)酸性條件下的低溫?zé)崽幚砜赏ㄟ^引起蛋白質(zhì)變性后以分形理論機(jī)制形成顆粒絮凝凝膠，高溫處理則可通過破壞蛋白質(zhì)的二硫鍵從而促進(jìn)分子間以二硫鍵、共價(jià)鍵及非共價(jià)鍵等作用形成大孔致密墻網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，并顯著提高凝膠的機(jī)械強(qiáng)度；其中CP1（熱變性溫度106～118 ℃）在pH 5、7、9 條件下的低溫?zé)嵴T導(dǎo)凝膠呈無序顆粒狀絮凝分形結(jié)構(gòu)，持續(xù)熱處理可破壞其二硫鍵使蛋白的活性位點(diǎn)充分暴露，進(jìn)而引起分形結(jié)構(gòu)的“熔化”形成由分子間氫鍵支撐的大孔致密墻網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)，其中pH 9、120℃下凝膠的堅(jiān)實(shí)度和彈性最優(yōu)（20.4 kPa、4.8 mm）；CP2（熱變性溫度83～93 ℃）在pH5、7、9 條件下的熱誘導(dǎo)凝膠形成機(jī)制與CP1 類似，較高負(fù)電荷密度及分子間靜電斥力是其大孔致密墻網(wǎng)狀凝膠結(jié)構(gòu)形成的先決條件；總體而言，CP2 凝膠的堅(jiān)實(shí)度因其蛋白組分分子量較大而高于CP1 凝膠、但凝膠柔韌性較弱。此外研究已表明轉(zhuǎn)氨酶處理[66]、糖化[59,67]和?；幚砜山档筒俗逊蛛x蛋白的最低凝膠濃度、提高凝膠特性[68?69]。

3.4 發(fā)泡性

發(fā)泡性是指蛋白攪打時(shí)捕捉氣體形成泡沫的能力，一般蛋白質(zhì)的較小分子量、柔韌的分子鏈有利于其在空氣/水界面的發(fā)生有效的相互作用，提高發(fā)泡性能[70]。前期研究發(fā)現(xiàn)菜籽蛋白中白蛋白組分含量越高，其發(fā)泡性能相對(duì)較優(yōu)[33,71]，且有研究表明菜籽白蛋白與乳清分離蛋白、大豆分離蛋白相比氣泡性優(yōu)越，0.5%～5%的菜籽白蛋白在pH3～10 環(huán)境條件下均具有>100%發(fā)泡性能，且泡沫穩(wěn)定性較強(qiáng)[9,19]。Fetzer 等[14]采用弱酸溶解超濾分離法從冷榨餅粕中獲得的菜籽分離蛋白表現(xiàn)出較高的發(fā)泡性（體積膨脹率達(dá)1834%～2834%），并高于酸沉蛋白（富含菜籽球蛋白）。Zhang 等[32]研究發(fā)現(xiàn)不同酸沉菜籽分離蛋白的發(fā)泡性及發(fā)泡穩(wěn)定性隨酸沉pH（3.0～5.5）的增大而降低，其中pH3 酸沉蛋白的發(fā)泡性能最優(yōu)，這可能與不同pH 條件蛋白的構(gòu)象不同有關(guān)[72]。而菜籽蛋白不同的改性處理也會(huì)影響其發(fā)泡性能，譬如丁化作用會(huì)同時(shí)降低菜籽球蛋白組分的發(fā)泡體積和泡沫穩(wěn)定性，甲基苯磺酰氯磺胺化（修飾度≥90%）會(huì)在顯著提高其泡沫穩(wěn)定性的同時(shí)幾乎不影響其發(fā)泡體積[73]。此外，菜籽蛋白中的多酚有利于穩(wěn)定其發(fā)泡性、植酸則會(huì)通過與蛋白相互作用而降低其發(fā)泡性能[17]。目前對(duì)菜籽蛋白的起泡性評(píng)價(jià)指標(biāo)不一致，無法進(jìn)行有效的分析比較。

4 菜籽蛋白在食品中的應(yīng)用

關(guān)于菜籽蛋白及其水解產(chǎn)物在食品中的應(yīng)用已有諸多研究報(bào)道，譬如在加工肉制品方面，菜籽濃縮/分離蛋白的應(yīng)用可提高肉質(zhì)品的保水性和產(chǎn)品穩(wěn)定性，Cumby 等[74]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酶解的0.5%的菜籽蛋白水解物可顯著改善豬肉糜的持水能力；菜籽濃縮蛋白可作為香腸配方中干酪素的替代物，用于增強(qiáng)香腸產(chǎn)品的口感和風(fēng)味[75]，且菜籽白蛋白部分替代乳清蛋白在保證產(chǎn)品穩(wěn)定性的同時(shí)降低其動(dòng)物蛋白的含量[76?77]；在烘焙產(chǎn)品方面，菜籽分離蛋白可用作面包產(chǎn)品乳化劑，Kamela 等[78]研究發(fā)現(xiàn)9%菜籽分離蛋白可顯著增大大米面包的體積并改善其蜂窩狀組織結(jié)構(gòu)，同時(shí)提高面包的氨基酸營養(yǎng)價(jià)值；在調(diào)味制品方面，Aluko 等[79]探究發(fā)現(xiàn)用菜籽分離蛋白或其水解產(chǎn)物可替代蛋黃醬中部分蛋黃以提高其乳化性，在不影響產(chǎn)品穩(wěn)定性的條件下，菜籽蛋白、菜籽蛋白水解度為7%和14%水解物的最大添加量分別可達(dá)15%、20%和50%（w/w），但菜籽蛋白添加量的增大會(huì)引起蛋黃醬色澤的加深；在飲料方面，菜籽分離蛋白（組分為：40%～65%菜籽球蛋白與35%～60%菜籽白蛋白）可用于果汁、軟飲、運(yùn)動(dòng)飲料等產(chǎn)品中以增加產(chǎn)品的營養(yǎng)性[48]；此外，甜點(diǎn)、奶酪、冰淇淋、預(yù)制食品等中也可不同程度的添加菜籽蛋白產(chǎn)品以滿足消費(fèi)者的需求。

從2010 以來，歐盟食品安全局及FDA 已先后批準(zhǔn)三家公司的菜籽蛋白產(chǎn)品用于食品行業(yè)，2019年澳新食品標(biāo)準(zhǔn)局也受理了某公司CanolaPRO?作為新型食品的申請(qǐng)。菜籽蛋白作為植物基蛋白在食品行業(yè)有較大潛力，可食用菜籽蛋白產(chǎn)品開發(fā)前景可觀。

5 結(jié)語

菜籽餅粕作為一種優(yōu)質(zhì)植物蛋白資源，長期以來絕大部分被用作動(dòng)物飼料，極大程度的降低了其經(jīng)濟(jì)效益。隨著植物蛋白市場(chǎng)需求的不斷擴(kuò)增、菜籽蛋白產(chǎn)品在歐盟、美國等市場(chǎng)的食品用批準(zhǔn)以及其降血壓、保肝及抗氧化等功能活性的研究，菜籽蛋白前景可觀。當(dāng)前，菜籽餅粕蛋白產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)主要采用鹽溶法輔助超濾及膜分離技術(shù)，該工藝雖綠色環(huán)保，但工藝復(fù)雜且成本較高，一定程度上會(huì)成為其與大豆分離蛋白市場(chǎng)競爭的不利因素，而傳統(tǒng)堿溶法提取靶向性較低，制備所得蛋白產(chǎn)品感官品質(zhì)及物化性能相對(duì)較差，尤其是其口味發(fā)苦、色澤發(fā)黃、溶解性較差。目前山奈酚3-O-（2'''-O-芥子酰-β-槐糖苷）[80]已被確認(rèn)為菜籽蛋白苦味的關(guān)鍵物質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)化菜籽蛋白制備工藝，尋求一種綠色、成本合理且產(chǎn)品性能優(yōu)良的工藝方案是未來趨勢(shì)。再者，菜籽蛋白及其水解物雖可用于增強(qiáng)不同食品的營養(yǎng)和功能特性（如乳化特性、粘結(jié)力等），但其主要組分菜籽白蛋白和菜籽球蛋白特性差異明顯，兩者協(xié)同/拮抗效應(yīng)尚不清晰，明晰兩組分不同復(fù)配體系功能特性有助于擴(kuò)大其使用范圍；且食品基質(zhì)中各組分對(duì)菜籽蛋白功能特性的影響規(guī)律及機(jī)制也有待進(jìn)一步研究。

在后續(xù)研究中，一是可根據(jù)菜籽蛋白的不同制備方法特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行有效組合以提高蛋白的制備質(zhì)量、降低制備成本；二是闡明菜籽白蛋白與菜籽球蛋白不同比例體系的復(fù)配效應(yīng)及影響機(jī)制，充分利用兩組分不同的乳化和凝膠性能，為拓展菜籽蛋白應(yīng)用范圍提供基礎(chǔ)；三是明晰菜籽蛋白中多酚、纖維等組分以及食品基質(zhì)中各組分對(duì)其功能特性的影響規(guī)律機(jī)制，以及食品加工工藝如高壓、高溫、膨化等對(duì)其功能發(fā)揮的影響，為開發(fā)不同食品用菜籽蛋白預(yù)制配方提供理論基礎(chǔ)。