植物蛋白加工科技研究進(jìn)展與展望

江連洲，田 甜，朱建宇，楊晉杰，馮 丹

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院 哈爾濱 150030）

1 植物蛋白及其結(jié)構(gòu)與柔性化加工

1.1 植物蛋白概述

蛋白質(zhì)是所有生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，對人體生理、生化代謝反應(yīng)起重要的調(diào)節(jié)作用[1]。在世界人口迅速增長的情況下，植物蛋白作為普遍而又優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)資源加以利用，成為一種新的發(fā)展趨勢。使用不同來源的植物蛋白開發(fā)更多安全、營養(yǎng)和美味的食品成為市場的主要發(fā)展方向。21世紀(jì)被稱為植物蛋白世紀(jì)，人類對營養(yǎng)高品位和營養(yǎng)均衡的追求日益迫切，主要體現(xiàn)在兩個方面：一是發(fā)達(dá)國家的食品需求趨勢正從單純的動物蛋白向動植物蛋白科學(xué)合理搭配這種結(jié)構(gòu)型調(diào)整和回歸；二是發(fā)展中國家和不發(fā)達(dá)國家正從溫飽型向合理營養(yǎng)結(jié)構(gòu)型發(fā)展。這兩種發(fā)展趨勢均要求植物蛋白工業(yè)給人們提供高品質(zhì)的植物蛋白產(chǎn)品[2]。

1.2 植物蛋白結(jié)構(gòu)解析

蛋白質(zhì)分子作為最重要的生物大分子，具有復(fù)雜的4 級結(jié)構(gòu)。對蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)學(xué)的研究已成為當(dāng)今科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)之一。以大豆蛋白為例，其復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)主導(dǎo)了多種功能特性，高度影響蛋白的品質(zhì)。它是蛋白營養(yǎng)價值、功能特性、儲藏加工性質(zhì)及感官性狀等一系列宏觀品質(zhì)形成的決定性因素。根據(jù)大豆蛋白質(zhì)溶解性可以分為大豆清蛋白（albumin，5%左右）和大豆球蛋白（globulin，90%左右）[5]。大豆蛋白質(zhì)是指貯藏蛋白中的大豆球蛋白（11S，glycinin）和β-伴大豆球蛋白（7S，β-conglycinin），這兩種球蛋白含量占大豆總蛋白約70%，且兩種球蛋白的功能特性存在顯著差異[6-7]。此外，7S 中極性氨基酸含量（53.0%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于11S（28.8%）；弱極性氨基酸的總含量相當(dāng)（7S 為12.1%，11S 為8.7%），而非極性氨基酸總含量則為11S（62.5%）遠(yuǎn)高于7S（34.8%）[8]。只有系統(tǒng)解決植物蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性、功能表達(dá)規(guī)律、構(gòu)效關(guān)系、調(diào)控機(jī)制等基礎(chǔ)科學(xué)問題，才能破解目前植物蛋白領(lǐng)域所面臨的“卡脖子”現(xiàn)狀。

1.3 植物蛋白柔性化加工

蛋白質(zhì)的空間三維結(jié)構(gòu)是其生化功能及細(xì)胞功能的基礎(chǔ)，通過蛋白質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)可以了解蛋白質(zhì)的生物角色、分子間相互作用等重要特征[9]。天然蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不是靜止不動的，它的隨機(jī)運(yùn)動造成蛋白質(zhì)側(cè)鏈構(gòu)象轉(zhuǎn)變，使蛋白質(zhì)表現(xiàn)出一定的結(jié)構(gòu)柔性，在不同環(huán)境條件下，實(shí)現(xiàn)其功能的多樣性[10]。蛋白質(zhì)的柔性區(qū)間一般可以理解為蛋白質(zhì)分子中的空間結(jié)構(gòu)中易于發(fā)生改變的部分，而結(jié)構(gòu)穩(wěn)定固化、不易改變的部分稱為剛性區(qū)間[11]。江連洲團(tuán)隊(duì)首次提出大豆蛋白柔性化加工理論的概念，并發(fā)現(xiàn)大豆蛋白結(jié)構(gòu)存在柔性區(qū)間，且該柔性區(qū)間部分影響大豆蛋白結(jié)構(gòu)折疊/解折疊、亞基聚合/解離等，是決定蛋白加工特性及界面功能高效表達(dá)的關(guān)鍵[11]。此項(xiàng)研究為植物蛋白產(chǎn)業(yè)的整體技術(shù)升級和高價值、高品質(zhì)蛋白產(chǎn)品的開發(fā)提供了有力的科技支撐，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 植物蛋白加工工藝

圖1 植物蛋白的主要來源及多維應(yīng)用[3-4]Fig.1 Main sources and multidimensional applications of vegetable protein[3-4]

植物蛋白具有豐富的營養(yǎng)價值，主要應(yīng)用于食品體系中。然而，天然植物蛋白因自身結(jié)構(gòu)或加工工藝等因素的影響，功能性質(zhì)較差，不能滿足現(xiàn)代食品工業(yè)的需要，需對蛋白質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)改性。目前蛋白質(zhì)改性的工藝有物理改性、化學(xué)改性、生物改性及纖維化改性[11]。

2.1 物理加工

物理改性是一種利用熱、光、電、聲等物理因素改變蛋白質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和分子間作用力的加工方式，具有操作簡單、條件溫和、安全無污染、對蛋白質(zhì)營養(yǎng)破壞較小等優(yōu)點(diǎn)。目前，物理改性處理方法主要包括熱處理、電子束輻照、高壓均質(zhì)、超聲等[12]。

2.1.1 熱處理 熱處理是修飾植物蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的常用方法之一。其原理是通過熱處理導(dǎo)致蛋白多肽鏈展開，使蛋白分子內(nèi)部巰基和疏水側(cè)鏈暴露，進(jìn)而影響植物蛋白功能特性。溫和的加熱條件促進(jìn)蛋白質(zhì)展開，增強(qiáng)蛋白功能，極端加熱條件會導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生不可逆的變化，導(dǎo)致其功能性降低。熱處理可以改善植物蛋白的乳化性、發(fā)泡性和凝膠特性[20]。除傳統(tǒng)加熱處理技術(shù)外，微波加熱[21]、射頻加熱[22]、紅外輻射加熱[23]等新型加熱技術(shù)的研究日益增多。

2.1.2 電子束輻照 電子束輻照技術(shù)是一種可控的非熱加工過程，具有低成本、高效率等特點(diǎn)，主要應(yīng)用于食品材料的滅菌以及輔助提取過程。電子束輻照因高能量而影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的化學(xué)鍵和分子鍵，導(dǎo)致蛋白展開和變性，進(jìn)而改善其功能特性和生物活性[24]。Wang 等[25]發(fā)現(xiàn)電子束輻照對小麥胚芽蛋白乳化性、發(fā)泡性和抗氧化能力產(chǎn)生積極影響。Li 等[26]發(fā)現(xiàn)電子輻照處理后大米蛋白肽的乳化活性從145%提到204%。

2.1.3 高壓均質(zhì) 高壓技術(shù)是一種操作方便、耗能小、效率高的非熱物理加工方法。其主要的作用機(jī)制是蛋白在高壓（100～800 MPa）條件下通過特定寬度均質(zhì)區(qū)，高壓產(chǎn)生的空化效應(yīng)、高速剪切力和碰撞力使蛋白質(zhì)均勻分散，形成細(xì)小液滴[27]。高壓處理使蛋白質(zhì)的極性和疏水氨基酸暴露，進(jìn)而改善植物蛋白理化性質(zhì)和功能性質(zhì)，如溶解度、持水性、發(fā)泡性和乳化性等[28]。高壓均質(zhì)不會影響氨基酸、風(fēng)味化合物等小分子，幾乎不會對蛋白質(zhì)的營養(yǎng)和感官特性造成影響[29]。

2.1.4 超聲波 超聲波技術(shù)是一種增強(qiáng)蛋白質(zhì)分散性的新型物理改性技術(shù)，具有效率高，加工能耗少，反應(yīng)條件平和等特點(diǎn)。其作用機(jī)理：超聲空化過程中產(chǎn)生的剪切力破壞了蛋白質(zhì)的疏水相互作用或分子間二硫鍵，導(dǎo)致蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，影響蛋白的溶解性、乳化性、持水性等功能特性[25]。超聲處理在植物蛋白結(jié)構(gòu)修飾和功能特性改善中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

表1 植物蛋白的物理改性方法Table 1 Physical modification methods of vegetable protein

2.2 化學(xué)加工

化學(xué)改性是一種通過化學(xué)反應(yīng)改變蛋白質(zhì)的理化功能性質(zhì)的改性方法之一。常見的蛋白質(zhì)化學(xué)改性方法包括糖基化、磷酸化、?；⑷ヵ０?、pH 改性等?；瘜W(xué)改性具有效率高，成本低，操作簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，該技術(shù)使用化學(xué)品并產(chǎn)生化學(xué)副產(chǎn)品，對食品安全性和營養(yǎng)方面有不利影響[30]。

2.2.1 糖基化 目前制備蛋白質(zhì)-多糖絡(luò)合物的方法主要有干熱法、濕熱法。干熱法是指通過控制溫度、濕度和糖化時間對固體反應(yīng)底物進(jìn)行加熱[37]。然而，干熱法具有反應(yīng)周期長，成本高，難以大規(guī)模生產(chǎn)等缺點(diǎn)。濕熱法可彌補(bǔ)這一缺陷，該方法是將蛋白和多糖在溶液中進(jìn)行加熱反應(yīng)。大多數(shù)研究表明，由于糖基化后蛋白形成更厚的界面層，更大空間位阻和/或靜電斥力，植物蛋白在與不同糖類綴合后乳化性能得到改善[38]。

2.2.2 磷酸化 磷酸化是一種將磷酸基團(tuán)引入蛋白質(zhì)初級序列中，在很大程度上調(diào)節(jié)其功能的化學(xué)改性手段。植物性蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)在磷酸化后得到改善，且該反應(yīng)對蛋白消化無顯著影響，是一種較實(shí)用、有效的改性方法[39]。磷酸化修飾植物蛋白依賴于pH 值、溫度和磷酸鹽濃度，在較高的pH 值、溫度和磷酸鹽濃度下可以實(shí)現(xiàn)更高程度的磷酸化[40]。

2.2.3 酰化 酞化反應(yīng)是?；噭┡c氨基酸中的親核基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，該過程可根據(jù)所使用的?；瘎┮宜峄蜱晁狒譃橐阴；顽牾；?。?；梢愿淖冎参锏鞍椎亩壓腿壗Y(jié)構(gòu)，有效提高溶解度等功能特性，而不會對其營養(yǎng)產(chǎn)生不利影響。目前，酰化對植物蛋白的影響研究包括燕麥、小麥、大豆、豌豆、葵花籽、花生和葉蛋白等[41]。

表2 植物蛋白的化學(xué)改性方法Table 2 Chemical modification method of vegetable protein

2.2.4 脫酰胺 脫酰胺是將谷氨酰胺基團(tuán)和天冬酰胺殘基轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)內(nèi)的羧基，增強(qiáng)蛋白質(zhì)的負(fù)電荷的化學(xué)改性方法。該方法條件溫和，無需添加額外分子，是一種蛋白質(zhì)的安全修飾方法。He等[42]使用乙酸、酒石酸和檸檬酸的酸性脫酰胺來掩蓋小麥面筋水解物的苦味。Jiang 等[43]利用谷氨酰胺酶脫酰胺改性燕麥蛋白，顯示出較好的溶解度和乳化特性。Kunarayakul 等[44]觀察到谷氨酰胺酶脫酰胺后，椰子蛋白的溶解度、乳化和發(fā)泡特性得到改善。

2.2.5 pH 值偏移 酸性或堿性處理會引發(fā)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)的變化。在極端pH 值條件下，蛋白質(zhì)變性并展開，暴露出巰基和疏水基團(tuán)，這導(dǎo)致其分子和二級結(jié)構(gòu)的變化，改善其功能特性[45]。Lee 等[15]改變蛋白質(zhì)pH 值為12，然后，超聲處理制備納米級大豆蛋白聚集體，其溶解度、表面疏水性和乳化能力顯著增強(qiáng)。通過堿和超聲聯(lián)合處理植物蛋白，其溶解度、乳化性和發(fā)泡性能也得到改善[46]。

2.3 生物加工

酶解和發(fā)酵是一種通行的生物改性技術(shù)，具有環(huán)境友好、能耗低、無毒副產(chǎn)品等特點(diǎn)。除了調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能外，這些方法還具有改善其消化率、生物利用度以及抗氧化和抗菌特性等能力。酶法改性分為酶水解法和酶交聯(lián)法，是改變結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)修飾方法之一。因作用機(jī)制不同，故不同的酶具有不同的最終產(chǎn)品性質(zhì)和功能。Eckert 等[47]觀察到胃蛋白酶水解后蠶豆蛋白的發(fā)泡性和持油性顯著提高。發(fā)酵是一種用于植物蛋白修飾的生物改性方法，不同的發(fā)酵劑被應(yīng)用于發(fā)酵植物蛋白，如乳酸菌、酵母菌、霉菌和芽孢桿菌等。目前，多項(xiàng)研究表明發(fā)酵可改善植物蛋白溶解度、持水性和發(fā)泡性[48-49]。發(fā)酵不僅影響植物蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性，還促進(jìn)其營養(yǎng)特性和生物活性提高。Yang 等[50]發(fā)現(xiàn)花生蛋白發(fā)酵后，其消化率顯著增加。發(fā)酵還可通過降解植物蛋白的過敏原和抗?fàn)I養(yǎng)成分來降低其致敏性[51]。

2.4 淀粉樣蛋白纖維化

淀粉樣蛋白纖維化是通過各種途徑制備的纖維狀蛋白聚集體。其方法是將蛋白在酸性條件下加熱，使其水解并展開，最終自組裝形成淀粉樣蛋白聚集體[52]。由于蛋白質(zhì)原纖維具有高縱橫比和有序結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，包括更穩(wěn)定的物理性質(zhì)、黏度、發(fā)泡性能和乳化活性，以及出色的生物活性，包括抗氧化性、抗菌活性和低致敏性，擴(kuò)大了它們在功能性膠體分散中的潛力[53]。目前，淀粉樣蛋白纖維化主要應(yīng)用于動物蛋白，特別是乳清蛋白，而在植物蛋白中的應(yīng)用較少。pH 值對大豆分離蛋白淀粉原纖維形成有影響，在不同的pH 值下，原纖維具有不同形狀[54]。Tong 等[55]研究了超聲預(yù)處理對大豆蛋白原纖維的影響，發(fā)現(xiàn)超聲輔助EGCG處理的大豆蛋白原纖維具有較好的穩(wěn)定性、黏度和抗氧化活性。雖然植物蛋白的纖維化是一種非常有效、新穎的改性方法，但是淀粉樣纖維具有一定的安全隱患。

3 植物蛋白的應(yīng)用

植物蛋白已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)各領(lǐng)域，如：用作食品成分、補(bǔ)充劑、乳化劑、功能水解物、可食用涂層成分以及各種功能化合物的載體，具體表現(xiàn)為植物蛋白肉、植物蛋白奶、植物蛋、植物蛋白肽以及植物蛋白薄膜等。

3.1 植物蛋白肉

植物蛋白肉即組織化植物蛋白，是人造肉的一種。一般而言，采用低水分?jǐn)D壓技術(shù)制造的產(chǎn)品具有干燥和輕微膨脹的特點(diǎn)，由于設(shè)備成本低且技術(shù)成熟，因此仍是目前應(yīng)用廣泛的加工技術(shù)[56]。而高水分?jǐn)D壓新型植物肉加工技術(shù)，一般要求物料的蛋白質(zhì)含量達(dá)到60%以上，且被擠壓物料的含水量在40%～80%，可生產(chǎn)含水量高、無需再水化、彈性強(qiáng)、營養(yǎng)成分損失少且纖維結(jié)構(gòu)更接近真實(shí)肉類的產(chǎn)品，從而避免了在低水分條件下咀嚼產(chǎn)品時出現(xiàn)的口感和質(zhì)地差的問題。

進(jìn)一步研究需側(cè)重優(yōu)化技術(shù)參數(shù)，改善營養(yǎng)和安全，豐富產(chǎn)品口味，以滿足消費(fèi)者對產(chǎn)品質(zhì)量的需求；各技術(shù)參數(shù)以及蛋白質(zhì)來源對原料間的相互作用，各向異性纖維結(jié)構(gòu)的形成以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量都有很大的影響，并且非蛋白質(zhì)成分對于植物蛋白肉的生產(chǎn)也至關(guān)重要[57]。

在大多數(shù)情況下，擠出物的各向異性程度是擠出質(zhì)量的最重要指標(biāo)之一，也是影響消費(fèi)者接受度的關(guān)鍵因素[58]。Do Carmo 等[59]使用高水分?jǐn)D壓從蠶豆?jié)饪s蛋白生產(chǎn)植物蛋白肉，在130～140 ℃溫度范圍，水與產(chǎn)品進(jìn)料速率之比為4，進(jìn)料速率為11 r/min（1.10 kg/h）下生產(chǎn)的植物蛋白肉具有最好的感官和質(zhì)地特性，符合該產(chǎn)品類別相關(guān)的屬性。Dou 等[60]比較3 種食品膠對大豆蛋白高水分?jǐn)D壓蒸煮法制備的擠壓物品質(zhì)的影響，并確定負(fù)責(zé)形成擠出物的分子鍵類型的重要性排序?yàn)椋憾蜴I≥氫鍵相互作用＞疏水相互作用。此外，該團(tuán)隊(duì)以大豆?jié)饪s蛋白為原料，添加不同比例海藻酸鈉，改變模頭溫度，采用雙螺桿高水分?jǐn)D壓技術(shù)制備植物肉，結(jié)果表明：海藻酸鈉添加量6%時，可制備組織化程度高，蒸煮效果較好的大豆?jié)饪s蛋白擠壓植物肉產(chǎn)品[61]。Zhang 等[62]研究大豆蛋白和小麥面筋混合物的高水分?jǐn)D壓過程中纖維結(jié)構(gòu)形成的潛在機(jī)制，結(jié)果表明：氫鍵和二硫鍵在擠出過程中起主要作用，二硫鍵從分子內(nèi)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿娱g模式，蛋白α-螺旋向β-折疊的轉(zhuǎn)變，保持理想的平衡，這對于纖維結(jié)構(gòu)的形成至關(guān)重要。

雖然植物蛋白肉的研究取得初步成功，但是其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)，除模仿肉類質(zhì)地和風(fēng)味的技術(shù)障礙外，食品安全和營養(yǎng)也存在其它尚未充分解決的潛在障礙[63]。例如：必須對添加的雖廣泛可用但易過敏的植物蛋白質(zhì)，各種其它成分與添加劑，以及可能的微生物污染進(jìn)行系統(tǒng)地考查研究。

圖2 高水分?jǐn)D壓功能區(qū)示意圖[64]Fig.2 Schematic diagram of the high moisture extrusion functional area[64]

表3 大豆蛋白肉類似物的加工參數(shù)和特性Table 3 Processing parameters and characteristics of soy protein meat analogs

3.2 植物蛋白奶

越來越多的消費(fèi)者出于健康原因（如牛奶蛋白過敏、乳糖不耐受）或是對植物性食物的偏好選擇植物蛋白奶，這使全球市場的份額不斷增長并發(fā)展迅速。植物蛋白奶一般是通過在水中提取原材料、分離液體和配制最終產(chǎn)品來制造的，而采用均質(zhì)和熱處理工藝對于提高最終產(chǎn)品的懸浮性和微生物穩(wěn)定性是必不可少的[69]。目前正在研究一些新的非熱加工技術(shù)，如高壓均質(zhì)與超聲波加工，以解決在不使用高溫的情況下延長保質(zhì)期以及乳液穩(wěn)定性、營養(yǎng)完整性和感官可接受性等問題。

Bernat 等[70]研究表明，均質(zhì)化過程雖會減小杏仁和榛子飲料中的粒徑，但產(chǎn)生的乳液不穩(wěn)定，發(fā)生相分離。而當(dāng)將低熱處理（85 ℃/30 min）與均質(zhì)化過程相結(jié)合時，兩種飲料儲存期間的物理穩(wěn)定性和外觀都得到改善，這是因?yàn)樵跓崽幚砥陂g蛋白質(zhì)溶解與隨后變性的關(guān)聯(lián)，有助于穩(wěn)定顆粒分散，避免相分離。Salve 等[71]對新鮮提取的花生奶進(jìn)行不同強(qiáng)度（200，300 W 和400 W，20 kHz）的超聲處理以提高質(zhì)量，這是因?yàn)樵诟吣芰棵芏群统掷m(xù)時間條件下可以提高微生物滅活能力，還可以破壞花生細(xì)胞，增加植物蛋白奶中水解蛋白質(zhì)含量，得到更好的沉降指數(shù)以避免相分離，并通過更小的顆粒和脂肪球尺寸來改善微觀結(jié)構(gòu)。

植物蛋白奶的出現(xiàn)為消費(fèi)者提供了多樣化的營養(yǎng)選擇。作為新興產(chǎn)業(yè)的一員，目前植物蛋白奶仍存在一些阻礙發(fā)展的瓶頸問題，例如存在抗?fàn)I養(yǎng)因子以及產(chǎn)品品類單一化等。鑒于此，采用先進(jìn)的加工技術(shù)來提高植物蛋白奶品質(zhì)尤為重要。

表4 創(chuàng)新技術(shù)對植物基非乳制品替代牛奶的影響Table 4 Impact of innovative technologies on plant-based non-dairy alternative milk

3.3 植物蛋

植物蛋是一種由大豆、高粱、豌豆等植物蛋白適當(dāng)混合調(diào)配而成的粉末狀食品，具有高營養(yǎng)，低膽固醇等特點(diǎn)，其營養(yǎng)價值高且綠色安全，可用于多種食品的烹調(diào)，如炒蛋、甜點(diǎn)烘焙、制作蛋黃醬等[78]。以植物為基礎(chǔ)的植物蛋提供了一種非動物源，健康、環(huán)保的傳統(tǒng)雞蛋替代品。

與人造雞蛋不同，植物蛋不追求外形的逼真，而是模擬真雞蛋的理化和功能屬性。為了達(dá)到真雞蛋在烹飪條件下經(jīng)歷的凝膠轉(zhuǎn)變，植物蛋通常需要更高的溫度和更長的加熱時間才能形成與真雞蛋類似的結(jié)構(gòu)和紋理，這些性質(zhì)通常取決于蛋白質(zhì)類型、濃度與環(huán)境條件[79]。目前，已有研究利用綠豆蛋白和乳化菜籽油生產(chǎn)植物蛋[80]。此外，植物蛋因植物基成分表現(xiàn)出良好的乳化性能而被應(yīng)用于蛋黃醬等調(diào)味品中。

3.4 植物蛋白肽

植物蛋白是生物活性肽生產(chǎn)中動物源蛋白的良好替代品。目前，多肽的制備方法主要有化學(xué)萃取、發(fā)酵、合成和酶水解?；瘜W(xué)萃取技術(shù)成熟且應(yīng)用廣泛，然而，化學(xué)試劑消耗量大、設(shè)備成本高，易引起環(huán)境污染；發(fā)酵方法制備的肽產(chǎn)量高、口感好且成本低，然而，發(fā)酵時間較長，易受微生物感染而引發(fā)安全問題[81]。合成方法制備的多肽純度與成熟度高，然而，方法成本高、收率低[82]。相比之下，酶水解方法反應(yīng)控制簡單、重復(fù)性好、成本低且能耗低，更適合工業(yè)化生產(chǎn)，然而，存在酶解時間長、效率低以及酶對肽純度有影響等缺點(diǎn)[83]。例如：Suetsuna 等[84]用胃蛋白酶水解小麥面筋蛋白，獲得的兩種肽（Leu-Gln-Pro-Gly-Gln-Gln-Gln-Gln-Gln-Gly 和Ala-Gln-Ile-Pro-Gln-Gln-Gln-Gln）具有良好的抗氧化能力。Zhu 等[85]研究表明，用堿性蛋白酶水解小麥胚蛋白，其產(chǎn)物具有良好的自由基清除能力。目前已從豆類蛋白質(zhì)中鑒定出許多抗真菌肽，并對其進(jìn)行抗植物和人類病原體等試驗(yàn)[86]。在Freitas 等[87]的一項(xiàng)研究中，從豆粕蛋白中分離出12 種生物活性肽，它們對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性食源性病原體的生長有抑制作用，體外毒理學(xué)試驗(yàn)表明，大豆抗菌肽對成纖維細(xì)胞和小鼠骨髓均無毒性。Puchalska 等[88]研究大豆肽VLIVP 是通過蛋白酶P 從大豆蛋白水解物中分離出來的，與牛奶肽IPP 和VPP 相比，它具有更高的ACE 抑制活性。Yu 等[89]發(fā)現(xiàn)用堿性蛋白酶水解花生粉獲得的水解產(chǎn)物具有良好的ACE 抑制活性，其小于5 ku 的肽組分比粗水解產(chǎn)物具有更高的ACE 抑制活性。此外，Wen 等[90]從大豆蛋白水解物中鑒定出51 個肽，其中46 個肽被指定為免疫調(diào)節(jié)肽。他們發(fā)現(xiàn)，大豆免疫調(diào)節(jié)肽可在mRNA 水平上調(diào)節(jié)包括TNF-α 和IL-6 在內(nèi)的細(xì)胞因子的功能，促進(jìn)巨噬細(xì)胞的增殖，并提高免疫系統(tǒng)介質(zhì)NO 的水平。

目前雖有許多研究聲稱植物源性蛋白肽對健康有益，但仍需更深入的研究，如體內(nèi)消化與代謝，肽發(fā)揮生物活性的途徑及其作用機(jī)制等。在大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)時，純化是生產(chǎn)植物源性生物活性肽的關(guān)鍵步驟。

3.5 植物蛋白薄膜

植物蛋白具有良好的機(jī)械和功能特性（良好的生物降解性、可再生性和生物相容性），在生物降解包裝系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力，可作為傳統(tǒng)合成聚合物的新興替代品[91]。植物蛋白可食用薄膜具有良好的機(jī)械性能，對氣體（氧氣和二氧化碳）的阻隔性能出色，可保護(hù)食品免受水分和香氣損失[92]。由于可用性和成本較低，植物來源比動物來源的蛋白質(zhì)在制備薄膜時更常用，并可以通過各種物理、化學(xué)和酶法來增強(qiáng)基于蛋白質(zhì)的膜的性能，以提高效率[93]。

Erdem 等[94]以大豆分離蛋白和葵花籽油為原料，開發(fā)了一種基于冷凍干燥的新型生物復(fù)合可食用膜生產(chǎn)方法，該膜具有更高的拉伸強(qiáng)度，即更強(qiáng)的膜結(jié)構(gòu)。Cheng 等[95]研究了高強(qiáng)度超聲處理對豌豆蛋白薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，通過超聲波改變蛋白質(zhì)的二級和三級結(jié)構(gòu)，使其具有更好的透明度、拉伸強(qiáng)度和阻水性能，以達(dá)到改善蛋白薄膜性能的目的。同時，該團(tuán)隊(duì)還將高壓均質(zhì)應(yīng)用于豌豆蛋白的結(jié)構(gòu)改性，并成功利用這種結(jié)構(gòu)改性來形成性能更好的可食用膜[96]。Zhang 等[97]研究了菜籽蛋白水解物對殼聚糖膜抗菌性能的影響，與殼聚糖膜相比，添加蛋白質(zhì)水解物的復(fù)合膜的抗菌活性更高。

目前作為屏障的可生物降解包裝材料的主要局限性在于其滲透性，這值得關(guān)注和深入研究，使其不滲透水蒸氣、氣體和一些有機(jī)分子。此外，大規(guī)模經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)植物蛋白基生物可降解材料仍是一個挑戰(zhàn)，尤其是在加工方面的困難還需更多的研究[98]。

4 存在問題

植物蛋白作為優(yōu)質(zhì)的蛋白資源，具有很好的開發(fā)潛能。因?yàn)樗鼈儽葎游锏鞍赘邇?yōu)勢，特別是在可持續(xù)性和動物福利方面。然而，植物蛋白功能性較差，加工過程中功能特性易受影響，部分具有異味等。這些問題限制了植物蛋白在食品、醫(yī)療、材料等方面的應(yīng)用。針對上述問題，許多研究學(xué)者進(jìn)行深入研究并取得喜人的成果。然而，目前我國植物蛋白加工業(yè)還存在一些亟待解決的問題：

1）由于植物蛋白的結(jié)構(gòu)多樣性和復(fù)雜性，加工技術(shù)與蛋白質(zhì)的高階結(jié)構(gòu)和性質(zhì)之間的關(guān)系仍未確立。

2）目前對植物蛋白的加工改性研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上。雖有一些中試規(guī)模的研究，但改性加工工藝放大到工業(yè)規(guī)模仍需系統(tǒng)研究。

3）植物蛋白精深加工技術(shù)共性裝備與個性設(shè)備的銜接不配套，植物蛋白制品生產(chǎn)工藝與裝備的結(jié)合尚不夠完美。

4）缺乏創(chuàng)新性核心加工技術(shù)。植物蛋白及其產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)品種類單一、質(zhì)量穩(wěn)定性差、特色及功能性差，無法滿足食品加工多領(lǐng)域的需求。此外，國際各大公司實(shí)施嚴(yán)密的技術(shù)封鎖，中國企業(yè)無法通過引進(jìn)、合作等方式獲得其核心技術(shù)。只有依靠自主科技創(chuàng)新，研制出完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的植物蛋白和植物蛋白基食品加工關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)，才能擺脫國外的技術(shù)和產(chǎn)品壟斷。

5 未來展望

食品行業(yè)正在積極尋找替代蛋白質(zhì)的新來源，其部分原因是消費(fèi)者對蛋白質(zhì)的需求增加，以及過度食用肉類對健康的擔(dān)憂和對環(huán)境的影響。植物蛋白在自然界中具有難以置信的巨大可用性，包括快速生產(chǎn)、廣泛可及、高可持續(xù)性、綠色制造等。鑒于對低碳、環(huán)保和更健康飲食的嚴(yán)格要求，目前正在強(qiáng)調(diào)植物蛋白作為動物肉、動物奶等在食品中多維應(yīng)用的潛在補(bǔ)充物。傳統(tǒng)的植物蛋白來源，如大豆、小麥、高粱等正在被再次作為健康和可持續(xù)的解決方案來應(yīng)對這種不斷增長的蛋白質(zhì)需求。目前大豆在植物蛋白方面繼續(xù)占據(jù)主導(dǎo)地位，而基于谷物、其它豆類和堅(jiān)果的一系列新產(chǎn)品也開始涌現(xiàn)。

關(guān)于植物蛋白領(lǐng)域的研究可概括為兩種基本策略，即：蛋白質(zhì)強(qiáng)化和互補(bǔ)。蛋白質(zhì)互補(bǔ)策略被用于混合缺乏必需氨基酸的食品和提供限制性氨基酸的其它產(chǎn)品的各種組合中。許多植物源，如大豆、小麥、水稻、高粱、玉米、芝麻和亞麻籽，被用于分離高質(zhì)量蛋白質(zhì)，并進(jìn)一步用于補(bǔ)充食物。鑒于植物蛋白的功能特性，其被用作穩(wěn)定劑、乳化劑、結(jié)構(gòu)劑和食品質(zhì)地改良劑，用于開發(fā)純素和素食食品，并通過物理、化學(xué)、酶法與聯(lián)合加工過程對蛋白質(zhì)的功能和感官特性進(jìn)行修改。

未來，植物蛋白可在滿足食品蛋白需求方面發(fā)揮更重要的作用，同時有助于增強(qiáng)糧食安全和可持續(xù)環(huán)境。從環(huán)境可持續(xù)性和糧食安全的角度來看，迫切需要增加植物蛋白在人類食品中的直接使用，并通過各種加工過程對蛋白質(zhì)的功能與感官特性進(jìn)行修改。雖然植物蛋白的各種加工技術(shù)已取得很大的成就，但是仍有待開發(fā)完全有效的加工方法，使加工過程精準(zhǔn)化、高效化，以便充分開發(fā)利用具有高營養(yǎng)價值與功能特性的蛋白質(zhì)，進(jìn)而加快推進(jìn)植物蛋白的深度產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。