植物清蛋白的制备、功能特性及其在食品中的应用进展

张根生 黄昕钰 李琪 李月明 韩冰 费英敏

摘要：植物清蛋白是一种球形的单纯蛋白，溶于水，遇热凝固，广泛分布在自然界中，几乎存在于所有植物中。文章综述了植物性清蛋白的制备过程及其功能特性，并根据植物清蛋白的功能特性介绍其在食品中的应用，旨在为高效利用植物清蛋白提供研究思路。

關键词：植物清蛋白；制备；特性；应用

中图分类号：TS201.21      文献标志码：A     文章编号：1000-9973（2023）05-0202-06

Abstract： Plant albumin is a spherical simple protein， which is soluble in water and coagulates in heat， it is widely distributed in nature and almost exists in all plants. In this paper， the preparation process and functional properties of plant albumin are reviewed， and according to its funtional properties， its application in food is introduced， aiming to provide research ideas for the efficient utilization of plant albumin.

Key words： plant albumin; preparation; properties; application

收稿日期：2022-11-24

基金项目：黑龙江省“百千万”工程科技重大专项（2019ZX07B03-3）

作者简介：张根生（1964－），男，教授，硕士，研究方向：畜产品研究与综合利用。

通信作者：费英敏（1973－），女，副教授，硕士，研究方向：农产品加工。

清蛋白（又名白蛋白）是可溶于水中的一种蛋白质，也被命名为水溶性蛋白[1]。种子清蛋白因其沉降系数为2左右，可与动物清蛋白进行区分，因此被称为2S清蛋白[2]。2S清蛋白广泛存在于单双子叶植物种子中，是一种重要的种子贮藏蛋白（SSPs），是种子发育早期和后期所必需的蛋白质，在萌芽过程中提供氨基酸和其他营养物质。2S清蛋白含半胱氨酸，能够保持蛋白质温度、pH值以及水解时的稳定性，且富含α-螺旋和带正电荷的三维结构，具有较强的抗菌性[3]。2S清蛋白由四对二硫键形成稳定的空间结构，使其具有较强耐热、耐酸碱等物理性质以及较强的抗氧化性，其二硫键结构的存在使其空间结构稳定，一般变性温度远高于其他蛋白质。2S清蛋白具有较强的热凝固性，类似于动物的卵清蛋白和乳清蛋白，因而也称为植物清蛋白[4]。不同2S清蛋白具有的功能特性不同，其中归纳为溶解性、抗氧化性、持水性、持油性等。代表性的植物清蛋白有麦清蛋白、豆清蛋白和从菜豆种子中提取的菜豆清蛋白等[5]。本文主要介绍了植物清蛋白的制备方法及其特性，并根据其特性介绍了在食品生产中的应用。

1 植物清蛋白的制备

植物清蛋白的制备主要有3个步骤：原料的预处理、植物清蛋白的提取与植物清蛋白的分离纯化。

1.1 原料的预处理

植物提取蛋白时存在一些特殊问题，导致蛋白质的提取率较低[6]。因为植物材料中除目的蛋白外还含有大量脂肪等杂质，因此提取蛋白前必须对植物进行预处理，以确保原料的质量和产品的提取率[7]。提取植物清蛋白时原料的预处理主要为脱脂，通常采用石油醚、正己烷、乙醚等有机溶剂[8]。乔宁等[9]分级分离绿豆中的蛋白质时，采用石油醚对磨碎后的绿豆粉进行脱脂以进行蛋白的提取。而顾鑫慧等[10]在提取火龙果种子清蛋白时采用乙醚对种子粉进行脱脂后晾干，并在－20 ℃下贮存备用。此外，刁大鹏等[11]在探究小麦胚芽清蛋白提取工艺时，按料液比 1∶1 加入正己烷对麦胚进行脱脂来提取清蛋白。除了有机溶剂脱脂外还有其他脱脂方法，如乳化脱脂、碱法脱脂等，但目前报道的植物清蛋白提取研究的预处理方法均为有机溶剂法，其他方法还有待开发。

1.2 植物清蛋白的提取

目前用于提取植物清蛋白的方法为Osborne分级分离法，它是基于4种蛋白组分的溶解性不同，将4种蛋白组分分离[12-14]。1909年Osborne首次对小麦蛋白进行分级提取，依次得到溶于水的清蛋白、溶于盐溶液的球蛋白、溶于稀酸稀碱的谷蛋白以及溶于乙醇溶液的醇溶蛋白[15]。随后，Osborne分级提取法得到科学工作者们的关注，众多学者采用连续分级提取法在植物籽粒蛋白提取方面开展了广泛的研究，取得了良好的成果[16-18]。2013年吕春茂等[19]采用Osborne分离法对平欧榛子蛋白进行分级提取，发现清蛋白占榛子总蛋白的67.18%；2016年Ajibola等[20]通过改进Osborne分级分离法，成功提取出了非洲豆籽粒清蛋白并分析了其功能特性。2017年田旭静等[21]选用Osborne分级分离法辅以超声波对藜麦清蛋白进行提取，结果显示藜麦清蛋白提取率可达63.91%；2018年彭倩[22]采用Osborne分级分离法提取得到了纯度为84.59%的澳洲坚果清蛋白，其得率在2.4%左右。2019年张舒等[23]以绿豆为原料，采用Osborne法从绿豆中提取清蛋白，并在最佳工艺条件下发现，绿豆清蛋白纯度可达88.33%，提取率约为86.79%。2021年王海东等[24]采用 Osborne法提取五味子各组分蛋白，但五味子中清蛋白含量较低，仅占1.75%。综合而言，Osborne分级分离法操作简单，方法成熟，可以作为分离植物中4种蛋白的方法，且从第一级提取中即可得到清蛋白，其Osborne分级提取流程图见图1。

由于各种蛋白质组分、含量不同，等电点以及提取条件存在差异，所得蛋白纯度也不同，因此可根据蛋白质的性质，在Osborne分级分离法的基础上改进工艺，以获得纯度、提取率更高的蛋白样品[25]。

1.3 植物清蛋白的分离纯化

植物清蛋白粗提液除了含有清蛋白外，還含有其他杂蛋白，因此需要去除这些杂蛋白，并保持蛋白质的生物活性，以获得高纯度的清蛋白[26]。对于动物清蛋白，半饱和（NH4）2SO4、饱和NaCl、饱和MgSO4都不能使之沉淀，而植物性清蛋白经这些处理便会沉淀，显示出盐析性[27]。要从植物中分离纯化清蛋白，通常采用盐析结合离心、透析等方法，可将粗提液用硫酸铵或其他盐溶液盐析，将盐析物用水透析，得到的透析滤液通过冷冻干燥，就可以得到自然状态的植物清蛋白[28]。俞超等[29]分3次将硫酸铵粉末添加到粗花生清蛋白提取液中，第一次使其盐析至饱和度为45%，将得到的盐析悬浊液离心，取上清液透析24 h，得到一级沉淀花生清蛋白AHP1；第二次向AHP1中加入硫酸铵粉末，使其饱和度达到65%，将所得盐析液离心，取上清液透析24 h，得到二级沉淀花生清蛋白AHP2；第三次向AHP2中加入硫酸铵粉末至饱和度为85%并离心，取上清液透析24 h，得到三级沉淀花生清蛋白AHP3；冷冻干燥至粉末，得到花生清蛋白精粉。刁大鹏等[11]在对小麦胚芽清蛋白进行分离纯化时，首先透析再进行喷雾干燥得到清蛋白粗粉；向其中加入一定量的硫酸铵饱和溶液，经离心后取沉淀，将沉淀溶解在水中，继续透析得到清蛋白浓缩液，冷冻干燥，得到清蛋白精粉。

目前用于分离纯化清蛋白常采用硫酸铵进行盐析，其中硫酸铵的浓度是分离蛋白的关键，此法已应用于各种植物清蛋白的提取。用于提取扁豆种子清蛋白时，最佳提取条件是浓度为90%的硫酸铵[30]；用于分离富硒大豆蛋白组分时，60%硫酸铵沉淀效果最好[31]；用于提取小麦胚芽清蛋白时，利用60%饱和硫酸铵盐析后得清蛋白[32]。结果表明，提取植物清蛋白时硫酸铵的最适饱和度与清蛋白的溶解度有关，硫酸铵沉淀法操作简单、效果明显，适合分离小分子量清蛋白，能够较好地保留植物清蛋白的活性。

2 植物清蛋白的功能特性

蛋白质作为一种关键的营养物质，在食品中表现出多种功能特性，植物清蛋白的功能性质主要包括溶解性、抗氧化性、起泡性、乳化性及乳化稳定性等，它们都决定着清蛋白的应用范围。

2.1 溶解性

溶解性属于蛋白质的水合性质，多以氮溶解性指标（NSI）来评价，植物清蛋白的溶解性是植物清蛋白非常重要的属性之一，是其应用于许多食品，特别是饮料的重要功能，也是其他功能，如发泡和乳化特性的先决条件[33-34]。姚海霞[35]在对竹豆清蛋白的功能特性进行研究时发现，竹豆清蛋白具有良好的溶解性，在pH 6～8时，竹豆清蛋白依靠静电斥力高度分散，溶解度不断提高，且优于大豆分离蛋白。

2.2 抗氧化性

植物蛋白抗氧化活性可以保护组织免受氧化损伤，防止细胞老化。植物种子被用于制备优良的天然抗氧化活性物质，其中的VE、酚类等活性物质可以接受自由基，使大量自由基停止链式反应，从而起到抗氧化作用[36-37]。Zhu等[38]研究了麦胚清蛋白的抗氧化活性，结果表明麦胚清蛋白在多种体外抗氧化体系中均表现出较强的抗氧化活性。Tian等[39]用膜分离和凝胶层析法纯化小麦胚芽清蛋白水解物并对抗氧化活性进行评价时发现，小麦胚芽清蛋白的蛋白酶水解产物具有最强的自由基清除能力，接近抗氧化剂，在功能性食品开发领域得到了广泛的研究。目前对于清蛋白的抗氧化能力研究较为广泛，已有大量研究表明清蛋白具有抗氧化能力，可完全代替动物蛋白应用于各行业中。

2.3 起泡性

蛋白质的起泡性是由于蛋白质表面含有的亲水基团和疏水基团与水分子之间的作用，降低水的表面张力，从而形成丰富的泡沫[40]。易建华等[41]在起泡性等方面分析桃仁清蛋白功能性质时发现，桃仁清蛋白具有良好的起泡性，且适合作为食品添加剂或配料。Yang等[42]比较了绿豆、花生和黄豌豆的清蛋白和球蛋白发泡特性，发现清蛋白的发泡性能良好，与乳清蛋白或蛋清蛋白相似甚至优越。

2.4 乳化性及乳化稳定性

蛋白质由于含有亲水和疏水基团，具有乳化活性，是食品加工中重要的乳化剂[42]。乳化性作为检测蛋白质理化性质和功能特性的基本指标之一，是指蛋白质将油和水结合在一起形成乳液的性能，而乳化稳定性则是指油水乳液保持稳定的能力[43]。杨海霞[44]依据Osborne分级提取流程，分离得到甜荞麦各贮藏期蛋白，在对其乳化性进行研究时发现甜荞麦清蛋白、球蛋白、谷蛋白均具有良好的乳化性及乳化稳定性。乔宁等[9]在绿豆中对蛋白质进行分级提取及功能性质研究时发现，清蛋白较其他3种蛋白具有最好的乳化性，可与部分动物蛋白相比较。

3 植物清蛋白在食品中的应用

近些年来，人们开始开发水溶性植物清蛋白，将它作为动物清蛋白的优质替代产品[45]。藜麦籽粒清蛋白与蛋清蛋白具有相似的溶解度，且远高于乳清蛋白；具有较强抗氧化能力的荞麦清蛋白清除自由基的能力也远高于蛋清蛋白和乳清蛋白；5%的麦胚清蛋白起泡能力为同浓度蛋清蛋白的6倍；5%的玉米胚芽清蛋白乳化及乳化稳定性为同浓度乳清蛋白的3倍。通过对比可以发现植物清蛋白具有良好的水溶性、抗氧化能力、起泡性和乳化性，同时植物清蛋白还具有分散稳定、易吸收、生物活性强等特点，因而可代替动物清蛋白广泛应用于肉制品、冰淇淋、乳制品、面制品等食品中，由于其乳化能力强，保水性能好，可在高温下胶体化，并且可完全溶于水，因此可以提高乳饮料的乳化稳定性，也可用于制作肉丸、红肠、汉堡包等食品[46-47]。

3.1 在肉制品中的应用

近年来，我国对肉制品的需求越来越大，对其品质要求也越来越高。高雪琴[65]发现在肉制品中加入乳清蛋白可提高产品的保水性、凝胶性，最大化地提高肉制品的出产率。王可等[66]发现蛋清蛋白具有优良的乳化性能，能够用作乳化剂，具有填充作用，添加到肉制品中时，可代替一部分精肉，使肉制品在不改变蛋白质含量的前提下，降低胆固醇含量，减少成本。同时有研究表明，长期摄入较多动物蛋白会增加患Ⅱ型糖尿病的风险，而摄入较多植物蛋白却不会产生此风险，因此，越来越多的学者更推荐摄入植物蛋白[67]。Nicholas等[68]发现菜籽清蛋白可部分替代乳清蛋白，不仅保证了产品的稳定性，而且降低了其动物蛋白的含量。同时有研究发现将小麦清蛋白添加到火腿肠中可增加其凝胶性和弹性，提高蛋白质含量，也可代替动物蛋白应用于肉制品中[69]。因此，以改善肉制品品质和减少动物蛋白摄入的理念出发，可以利用植物清蛋白来代替乳清蛋白或蛋清蛋白应用于肉制品中。

3.2 在面制品中的应用

如何让面制品变得松软可口、营养丰富是在制作面制品时面临的一大问题。在焙烤食品中添加植物清蛋白可起到面团松驰剂的作用，能够降低面团的和面时间，使之比较容易成型，防止收缩，进而提高焙烤食品加工厂的生产率，对工厂的经济效益极其重要。徐清宁[70]通过在面粉中添加不同比例的小麦清蛋白并分析其对面粉流变特性的影响，发现将1.5%的小麦清蛋白添加到面粉中能够大大提高面粉的流变学特性，其馒头制成品效果最佳；同时Khatkar等[71]在探究小麦中的蛋白对面包的影响时发现小麦中的清蛋白含量与面包体积、质量评分均有较大关系。因此，在面制品中添加一定量的植物清蛋白，可以增加面团的蓬松效果，提高面包的可口程度，同时也可以改善面包的口味，增加面包的营养价值[72]。

3.3 在饮料中的应用

目前我国市场上饮料品种趋于多样化，且随着人们健康意识的不断提升，传统的碳酸饮料在市场中呈下降趋势，因此一部分研究者不断挖掘植物蛋白饮料，并不断改善其乳化稳定性，提高植物蛋白饮料品质。陈安明[73]通过添加小麦清蛋白解决了乳饮料的乳化稳定性低的问题，并且具有应用简单方便、食用安全等优势，应用前景广泛；研究结果表明，添加0.5%以上的小麦清蛋白可明显改善乳饮料的乳化稳定性，但是水溶性的小麦清蛋白略有异味，需要使用香精掩盖其不佳的风味。慕鸿雁等[74]利用大豆乳清蛋白进行乳饮料的研制，将大豆乳清蛋白添加到乳饮料中，与牛乳蛋白结合制成复合蛋白饮料，实现了动植物蛋白的互补作用，提高了其营养价值。因此，可利用植物清蛋白添加到乳饮料中提高其乳化稳定性。

3.4 在功能性食品中的应用

植物清蛋白具有较强的抗氧化性，因此常被制成抗氧化肽，它可以提高机体的免疫功能，是一种很好的非特异性免疫激活剂[75]。陈思远等[76]从麦胚清蛋白中分离制备高活性的抗氧化肽，发现小麦清蛋白具有较强抗氧化活性和抗肿瘤活性，可分离出抗氧化活性多肽。有研究人员对正常健康的大白鼠分别饲喂苦荞麦清蛋白、球蛋白和谷蛋白，结果发现，清蛋白组的脂肪组织重量最低，表明苦荞麦清蛋白对脂肪的蓄积有良好的抑制作用，在降血糖、降血脂保健食品等功能性食品中应用广泛[77]。Saito等[78]研究了深夜口服小麦清蛋白后的夜间能量代谢，完成了一项试验，对健康参与者进行单次口服摄入小麦清蛋白，在调查中发现小麦清蛋白可在夜间将脂肪平衡转移得到更高的碳水化合物，但尚不清楚这是否会导致体重或身体成分的任何变化。总之，由植物清蛋白制备的天然抗氧化活性多肽具备低毒、高效等性能，可作为食品添加剂和保健食品因子应用于食品领域，具有广阔的开发前景。

3.5 在其他食品中的应用

植物清蛋白除了在上述食品行业中有所应用外，在其他食品中也有部分应用。藜麦清蛋白的起泡性和泡沫稳定性都处于较高的水平，当浓度达到一定程度时，其起泡稳定性甚至可以达到或超越蛋清蛋白的水平，因此可以利用藜麦清蛋白代替蛋清蛋白用于蛋糕等食品的制作，来满足对蛋清蛋白过敏的人群的饮食需求[79]。而以苦荞为主要原料的苦荞醋是新时代最具潜力的绿色食品，不添加任何化学试剂，其中清蛋白含量最高，长期食用可以治疗高血压、糖尿病，有助于治疗疼痛等多种病症[80]。

4 总结与展望

植物清蛋白是一种优质植物蛋白，具有广阔的应用前景。目前用于分离清蛋白的方法主要为Osborne分级分离法，也有部分学者对此方法进行改进以提高各组分蛋白提取率，但是从提取率、提取工艺、加工成本等方面考虑，植物清蛋白的产业化生产技术尚未明确。部分植物清蛋白具有极高的营养价值，抗氧化性强，是天然的抗氧化剂，对调控血脂、血糖水平作用明显，具有清除自由基、提高体内抗氧化酶活性和降低血脂水平等功能，因此还需要对植物清蛋白及其作用机制进行更加深入的研究，深入挖掘清蛋白的营养保健成分，科学研究其药理活性，开发设计出更多、更好的深加工产品。同时植物清蛋白具有良好的功能特性，可以用来代替动物清蛋白，由于动物清蛋白價格较贵以及市场需求的不断扩增，植物清蛋白在食品行业中的应用也具有较大潜力。

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