马铃薯蛋白制备及应用研究进展

杨 琦，程述震，杜 明

（大连工业大学食品学院，国家海洋食品工程技术研究中心，辽宁大连 116034）

马铃薯是一年生的茄科草本植物，它与小麦、玉米和稻子被人们评为全球四大重要的粮食作物。马铃薯含有丰富的热量，是因为淀粉占马铃薯块茎成分中的绝大部分，并且有研究表明马铃薯营养丰富，尤其是其中的马铃薯蛋白质，因其具有高营养特性和良好的人体消化吸收率而倍受关注[1]。中国是世界马铃薯总产量最多的国家，“马铃薯主粮化”战略在2015年被明确提出，目的是推进马铃薯主食产品开发和促进马铃薯深加工产业发展，当时预计2020 年全国马铃薯种植面积将突破1 亿亩，将30%以上的马铃薯加工成主食[2]。就我国马铃薯产量来看，近年来是持续增长的状态，我国2021 年的马铃薯产量近1800 万吨，与2011 年相比，增量近两百万吨，增幅达12.22%。我国马铃薯产量增长率在2014 年、2015年、2019 年有一定程度的下滑，其它年份我国马铃薯产量均保持较为稳定的增长态势。2016～2021 年中国马铃薯播种面积及产量如图1[3]。

图1 2016～2021 年中国马铃薯播种面积及产量Fig.1 Sown area and yield of potato in China from 2016 to 2021

马铃薯淀粉的竞争力要远高于其他淀粉，有很多国家的马铃薯产量很高，所用于淀粉加工的马铃薯大约总产量的40%，全世界有25%的淀粉来自马铃薯[4]。但是据统计，在马铃薯淀粉生产过程中，平均6.5 吨的马铃薯可以生产出1 吨的马铃薯淀粉，还会产生1 吨的废渣和9 吨的废水。近几年我国马铃薯淀粉年需求量维持在70 万吨水平，产量保持在40～70 万吨，由此可推算出我国马铃薯淀粉工业中每年产生废水和废渣的量。马铃薯淀粉加工过程是以马铃薯为原料，经过锉磨、提取、浓缩、清洗、干燥、筛分和精制等步骤而成。在淀粉生产的粉碎、浓缩和脱水等步骤会产生很多的废水，它是一种浓度很高、成分多样的有机废水。淀粉废水中蛋白质的含量在2000～8000 mg/L 之间，化学耗氧量（COD）约为6000～30000 mg/L，还有8500～10000 mg/L 的固体悬浮物（SS）。马铃薯淀粉加工分离汁水的化学成分见表1[5]，相较于其他物质来说，加工废水中蛋白含量占比较高，有较好的回收价值。若不对废水进行二次加工处理，不仅浪费水资源和很多有用物质，还会污染环境，所以检测废水中成分并利用合适的方法对其进行回收和利用可以提高副产物利用率，有助于提高我国食品蛋白资源储量，具有重要的社会和经济价值。

表1 马铃薯淀粉加工废水的化学组成[5]Table 1 Chemical composition of potato starch processing wastewater[5]

目前马铃薯蛋白可应用于营养型乳饮料、风味冰淇淋等食品中，并且其在食品保鲜材料和动物饲料的应用也非常广泛，其天门冬氨酸的含量显著，还可以将其应用于治疗高血压和心脏病，或添加于各种清凉饮料。但马铃薯蛋白在食品中的应用种类较少，开发力度不大。因此应进一步对马铃薯蛋白制备及应用进行研究，扩大马铃薯蛋白的市场。本文对马铃薯蛋白各种提取方法及其应用进行了综述，同时结合现有研究和生产工艺流程，拟设计了从马铃薯淀粉废水中蛋白质回收生产设备流程，以期解决蛋白质得率低及超滤法不能连续生产的问题，提高蛋白回收率，降低生成成本。

1 马铃薯蛋白的组成、结构及特性

1.1 马铃薯蛋白的组成

马铃薯中蛋白质含量为2.6%～3.8%。马铃薯蛋白质有三个部分分别是：高分子量蛋白质、糖蛋白和蛋白酶抑制剂，其中高分子量蛋白质的分子量最高，蛋白酶抑制剂最低[6]。很少有学者对高分子量蛋白质进行研究。马铃薯总蛋白大概含有40%的糖蛋白，其中含有32%的糖和64%的蛋白质。研究表明，马铃薯贮藏蛋白也可以分为酸性组分和碱性组分，马铃薯块茎酸性蛋白组分和碱性蛋白组分的得率分别为0.535%和0.741%，纯度分别为92.5%和89.2%；酸性蛋白组分有较好的表面疏水性、吸油能力以及乳化性，而碱性蛋白组分有较高的总巯基含量以及起泡性[7]。

蛋白酶抑制剂含量很高，马铃薯块茎总可溶性蛋白的50%都是蛋白酶抑制剂。近年来发现蛋白酶抑制剂可以抗癌和调节饮食，针对这一功能特性可以进一步开发其在制药和食品工业中的应用。马铃薯蛋白是包含19 种氨基酸的完全蛋白质，其中含有20%左右的必需氨基酸，和鸡蛋蛋白相近，明显高于FAO/WHO 的标准蛋白（36.0%）。马铃薯蛋白的氨基酸组成如表2[8]。

表2 马铃薯蛋白的氨基酸组成[8]Table 2 Amino acid composition of potato protein

现在马铃薯蛋白的生产主要是从马铃薯淀粉废水中进行提取，国外对马铃薯蛋白的废水回收并没有过多的研究，其主要研究在于马铃薯蛋白的应用，例如研究其水解物对心脏的保护作用或将其应用于3D 打印、饮料和面包的制作中等。马铃薯块茎当中各种蛋白组分共同组成了马铃薯浓缩蛋白，但是在加工过程中需要加热，这导致马铃薯浓缩蛋白已经变性。马铃薯浓缩蛋白及其水解物的质量标准见表3[9]。

表3 马铃薯浓缩蛋白及其水解物的质量标准[9]Table 3 Quality standards for potato protein concentrate and its hydrolysates[9]

1.2 马铃薯蛋白的结构

分离纯化马铃薯粗球蛋白以后就可以得到马铃薯球蛋白，它的相对分子量是22 kDa。通过氨基酸成分等结构分析表明，含硫氨基酸是马铃薯球蛋白的限制性氨基酸，其二级结构主要是无规则卷曲，占85%以上，β-折叠和α-螺旋含量接近，β-转角含量最低[10]。

二聚体是自然状态下的马铃薯糖蛋白形态有相似的结构特性和热稳定性，马铃薯糖蛋白最稳定的构象存在于pH 6～8 之间。362 个氨基酸残基组成了马铃薯糖蛋白非常稳定的一级结构，不会受到外界环境因素影响。而二、三级结构不稳定，易受外界环境因素影响。不同条件下马铃薯蛋白的二级结构也不同，马铃薯糖蛋白是一种高热稳定性蛋白；而尿素、DDT 等变性剂会对其二级结构造成巨大破坏，使其结构由有序变成无序[11]。

1.3 马铃薯蛋白的营养特性

新鲜马铃薯的蛋白资源并不被人们所重视。但其营养丰富，产量大，很好的满足人体对蛋白营养的需求。蛋白质的日推荐摄食量为0.8 g/kg 体重/d，成年人蛋白质的可接受宏量营养素分布范围占能量总需求的10%～35%[12]。马铃薯蛋白的营养价值高是因为它必需氨基酸含量高，例如赖氨酸的含量为6.7%～10.10%；苏氨酸的含量为4.6%～6.5%[13]。赖氨酸含量高使得马铃薯作为主食非常具有吸引力，谷物蛋白如作为主食的大米和小麦缺乏赖氨酸，因此用马铃薯作为主粮正好能弥补水稻和小麦等的缺陷。

黏体蛋白是一种多糖蛋白的混合物，它在马铃薯蛋白中含量丰富。黏体蛋白含有12 种清除自由基的氨基酸，包括半胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和组氨酸。黏体蛋白中的色氨酸和半胱氨酸可能与测定的抗氧化活性有关。黏体蛋白具有较高的DPPH 自由基清除活性，其清除活性与强抗氧化剂阿魏酸相当。黏体蛋白还是ACE-和肾素抑制肽的良好前体[14]。并且它的脂肪酶活性可以在巴氏杀菌条件下灭活，而不会产生过量的副产物。因此，将黏体蛋白添加到奶酪或其他发酵产品中，以形成源于短链脂肪酸的风味是很有前景的[15]。黏体蛋白的另一大特点是对心血管系统脂肪沉积进行预防，防止动脉粥样硬化，并对肝脏、肾脏中结缔组织的萎缩有一定预防作用，这使得它在医学领域应用广泛[16]。马铃薯蛋白可明显促进动物的生长发育。因此，马铃薯蛋白质的营养价值非常值得开发利用，它可以作为一种天然的优良蛋白质应用于食品和医药等行业。

1.4 马铃薯蛋白的加工功能特性

市场上马铃薯蛋白主要被用于制成动物饲料。蛋白的功能性质主要包括水合性质，如持水力、溶解度；蛋白质分子间的相互作用，如沉淀作用、凝胶作用和表面性质如乳化性、起泡性。环境因素以及成分间的相互作用均会影响蛋白的功能特性。

在pH2.0～10.0、NaCl 浓度0～1.0 mol/L、温度4～80 ℃范围内，马铃薯蛋白的溶解性会随着pH 的增加呈先降低后升高的趋势，而随NaCl 浓度和温度的升高变化趋势相反。在pH 10.0、NaCl 浓度为0.2 mol/L和温度为40 ℃时，马铃薯蛋白的溶解度最好[17]。

蛋白的持水能力在等电点处最差。马铃薯蛋白在等电点pH4.0 时乳化性和乳化稳定性最差，在远离等电点条件下乳化能力得到提高；在低盐（＜0.2 mol/L）环境中，盐浓度的增加其乳化性和稳定性也会升高，溶液中盐浓度继续增大，则乳化能力降低；随着温度的升高，蛋白的乳化性和稳定性均会先上升后下降，分别在60 和40 ℃时达到最大值[18]。

马铃薯蛋白在等电点pH4.0 附近起泡性最差，但泡沫稳定性较好；NaCl 浓度的增加，马铃薯蛋白的起泡性和泡沫稳定性均有先增加后降低的趋势[19]。

2 马铃薯蛋白回收技术

2.1 块茎中马铃薯蛋白的提取

有五种从马铃薯块茎中提取蛋白质的常用方法，分别是丙酮沉淀法、酚提取法、三氯乙酸（TCA）法、磷酸缓冲液法以及直接提取法。丙酮沉淀法、TCA 法和酚提取法都是提取蛋白质的常用方法，丙酮会降低介电常数，使相反电荷的吸引力增强，然后利用其亲水特质，使马铃薯蛋白表面的水化层被破坏从而达到提取蛋白的目的。在酸性环境中，TCA 可以与马铃薯蛋白结合成不溶性盐，并且TCA 还可以使蛋白的疏水性基团大量暴露，进而分离。

有研究人员认为丙酮沉淀法、TCA 法、酚法等几种方法提取率均不甚理想[20]。但李萌萌等[21]采用不同方法提取马铃薯块茎中的蛋白质，结果显示TCA 法和酚法效果较差，采用改良酚法后结果也并不理想，而直接提取法所得结果较理想。但是得到的蛋白质中纯度很低。另有研究表明TCA 沉淀法和丙酮沉淀提取法蛋白质损失较少，分离效果好。缺点就是蛋白质纯度不高，杂质偏多[22]。醇提取法适用于电泳分析技术，但提取的蛋白含量很少。酚提法较其他方法而言，可最大程度降低对环境的污染。盐提取法提取的蛋白质含量虽高，但是操作复杂，条件苛刻。

2.2 淀粉废液中马铃薯蛋白的提取

当前马铃薯蛋白研究的热点是在马铃薯淀粉废水中提取高纯度马铃薯蛋白的各种方法，若能研究出蛋白质得率高，适合于工业生产的方法非常有利于扩大马铃薯蛋白的应用。而马铃薯蛋白无论是在食品行业还是医药领域都有很大的应用价值，所以在实际生产中定要采用恰当的方法处理马铃薯淀粉废水，实现资源利用最大化。马铃薯蛋白质的提取方法小结如表4。

2.2.1 酸热沉淀法 现在工业上从淀粉废水中提取马铃薯蛋白最常用的方法就是酸热沉淀法。酸热沉淀法主要原理就是利用酸热处理沉淀蛋白质。具体操作是首先将pH 调节至3.5～5.5，再将分离汁水加热至90 ℃以上，然后离心分离收集蛋白质沉淀并烘干，得到马铃薯浓缩蛋白。

黄闯等[23]利用酸热沉淀法处理淀粉废水，得到最佳提取条件为pH1.0、反应时间2 h、固液比1:25、反应温度55 ℃。此时蛋白质得率为57.0%。刘婷婷等[24]优化了酸热沉淀法的工艺，蛋白质得率62.39%的条件为碱沉pH9.2、酸沉pH3.5、酸沉温度42 ℃，此条件下实际回收率也可达61.82%。但张亚军等[25]得到的结果为碱沉淀pH 应在8.0～8.5 之间，酸提取pH 应在4.6～5.0 之间，回收效果最佳。酸热沉淀法经优化后的蛋白质得率有一定提升，但是总体得率不高，若要将其应用于工业生产，则可以将其与其他方法共用以提高得率。

2.2.2 超滤法 超滤法原理是物理筛分作用。利用超滤膜的多孔性，来阻止如蛋白质或胶体等物质的通过。张泽俊等[26]使用切割分子量1.5 万的醋酸纤维素膜对马铃薯废水进行处理，发现它对蛋白质的截留率为85%；吕建国等[27]使用相对切割分子量2 万的PE 膜对马铃薯废水进行处理可回收其中约90%的蛋白。顾文芬等[28]研究分析了超滤法在马铃薯蛋白回收当中的应用，准确地得出结论：在实验条件下，浓缩比为5 的情况下，分子截留量分别为10000 MWCO和30000 MWCO 的超滤膜包的浓缩液蛋白浓度分别增加到原来的4.35 和3.90 倍，蛋白质回收率分别为67.61%和62.98%。SDS-PAGE 结果表明两个超滤膜包回收的蛋白组成没有什么差异，但30000MWCO 的超滤膜包孔径较大，浓缩效率高，更加适合于回收马铃薯总蛋白。还有研究人员采用自制的中空纤维超滤膜和纳滤分离膜回收马铃薯淀粉废水中的蛋白，截留率分别为85.62%和92.1%[29]。超滤法对蛋白质的得率较高，但由于其并不能连续生产，且膜极易堵塞，导致这种方法较难应用于实际的工业生产中。

2.2.3 酶解法 酶解法应用前景广阔，原理是利用合适的酶降解部分蛋白质，改变蛋白质的功能性质。现在工厂主要是利用单酶或多酶法来处理马铃薯蛋白。

高丹丹等[30]用木瓜蛋白酶水解马铃薯渣中的蛋白，最佳的水解条件为：酶与底物浓度比为6000 U/g，温度64.70 ℃、pH7.41、反应3.12 h。此时马铃薯蛋白的水解度是20.19%。甘雨等[31]优化了木瓜蛋白酶的水解工艺。得到最优条件为：pH6.0、酶解时间3 h、0.7%的酶、酶解温度55 ℃，在这种条件下的水解率为28.23%。赵晶等[32]确定了胰蛋白酶水解马铃薯蛋白的最佳水解条件是：pH8.0、水解时间2 h、水解温度55 ℃、酶用量为650 U/g、固液比为1:5，此条件下的蛋白质水解度为39.9%。单一酶处理蛋白的水解度很低，并且此法对于废液温度有一定要求，并不适用于工业生产。

2.2.4 絮凝法 絮凝法的原理是指将液体中蛋白质逐渐聚集，然后形成絮团，最终将其从溶液中分离出来。通常把絮凝法分为加热絮凝法和絮凝剂法，根据使用的絮凝剂不同又将絮凝剂法分为有机絮凝剂法和无机絮凝剂法。在上世纪九十年代时国外已经有研究者用絮凝剂法将马铃薯蛋白从淀粉废水中提取出来。对于我国来说，早期人们并没有意识到絮凝剂有提取蛋白的功能，只是用它来降低水中的COD 含量。但近些年来，人们的环保理念增强，加工企业也逐渐重视加工废物的处理和排放。

加热絮凝法的原理是通过提高温度使蛋白质发生絮凝反应，然后达到回收蛋白质的目的。陈钰等[33]首先模拟工厂利用加热絮凝法回收废水中蛋白的过程，确定最佳条件为时间2.5 h，pH5.2，此时可以回收到43.95%的蛋白质。金虹等[34]研究了不同因素对加热絮凝法对蛋白质提取率的影响，结果显示对提取率影响最大的是NaCl 浓度，pH 与温度影响较小，浸提时间几乎无影响。然后确定了加热絮凝法的最优条件为0.025 mmol/L 的NaCl、pH4.0、温度25 ℃、浸提1.0 h，最终得率为66.9%。

无机絮凝剂可以分为无机高分子絮凝剂和无机低分子絮凝剂，无机高分子絮凝剂它的效果要更好一些。潘亮等[35]用聚合硫酸铁（PFS）处理马铃薯淀粉废水，结果表明，当聚合硫酸铁的浓度为1.4 mL/L时，可去除废水中51.27%的蛋白质。在实际絮凝剂的使用中，通常将无机高分子絮凝剂与其他搭配一起使用，以提高蛋白质的去除率。张亚群等[36]用将聚合氯化铝（PAC）与聚丙烯酰胺（PAM）搭配一起去除蛋白质，研究了不同因素对蛋白质去除效果的影响。结果表明，pH 为5，6 g/L PAC，0.4 g/L PAM，可去除废水中82.8%的蛋白。

PAM 是效果非常好的合成有机高分子絮凝剂。高洁[37]在废水中添加6 mg/mL 的聚丙烯酰胺、pH4.0、温度60 ℃、保持30 min，就可以得到57.55%蛋白质，纯度为72.33%。刘玉峰等[38]添加了70 mg/L 的聚丙烯酰胺，pH 为5，温度20 ℃，反应40 min，在这样的条件下，蛋白质的去除率可以达到45%～55%。但是在实际工业生产中不建议使用合成丙烯酰胺，因为它不仅危害人体健康，还会污染环境。

合成有机高分子絮凝剂由于其自身缺陷，不能广泛应用，人们又发掘出了更加安全的天然有机高分子絮凝剂。张亚军等人以海藻酸钠提取马铃薯蛋白质，当海藻酸钠浓度为0.15%，pH 为4.2 时蛋白回收率最高。裴兆意[39]经实验得出最佳絮凝条件为：50 mg/L 的壳聚糖，pH4.5，体系温度50 ℃，初始搅拌80 r/min 搅拌10 s，再30 r/min 搅拌60 min，在这种条件下蛋白质回收率可达到62.7%。张轶等[40]将絮凝剂法与磁分离技术相结合，并研究了磁性壳聚糖微球微球的吸附效果。结果表明：微球粒径为20～50 μm；在加入2 mg/mL 磁性壳聚糖，吸附30 min，温度40 ℃，pH7 时，可以吸附80%的蛋白质。在絮凝法中，不同絮凝剂对于蛋白质的去除率不同，无机絮凝剂中去除率最好的是PAC 与PAM 混合物，而合成有机高分子絮凝剂有毒，不适合于工业生产，天然有机高分子絮凝剂是一种新型的技术，对蛋白质的去除率高且安全环保，有较高的应用价值。

2.2.5 等电点沉淀法 在蛋白质等电点处，其净电荷为零，减少了蛋白质分子之间的作用力，导致他们极易发生碰撞，进而凝聚产生沉淀，所以此时蛋白质的溶解度最小，最易凝聚，然后就可以将其分离。

齐斌等[41]对实际工业生产淀粉的过程进行了模拟，利用等电点沉淀法从得到的废水中提取马铃薯蛋白，最后得到的蛋白纯度为85.38%。高洁等[37]经过一系列实验得出等电点法回收马铃薯蛋白质的最佳工艺为pH4.5、温度60 ℃、处理时间40 min，在此条件下马铃薯蛋白的回收率为51.19%，纯度为84.49%。Yi 等[42]通过实验优化了蛋白质的回收工艺条件，得出最优回收工艺条件为：破碎液料比为2 mL/g，pH4.5，沉降时间为40 min 及沉降温度35 ℃，这种条件下马铃薯淀粉废液蛋白质回收率可达79.21%。所以等电点沉淀法经优化后蛋白质得率总体较高。

2.2.6 其他 现在我国工业发展速度飞快，人们对环境保护，合理开发及利用资源越来越关注，一些环保且成本低的方法不断被研究出来。泡沫分离技术是利用表面吸附原理，将气泡作为载体，对蛋白质进行分离，被称为泡沫吸附分离。有研究人员[43]开发了一种倾斜式泡沫分离柱，利用它从马铃薯淀粉废液中提取蛋白，最终蛋白质回收率为84.1%。

理化法回收蛋白质的方法除了等电点沉淀法、酸热法、超滤法等还有吸附法。马健等[44]研究了蒙脱土吸附法的最佳条件，在蒙脱土加入量为0.7 g，温度40 ℃，震荡2 h 的条件下，马铃薯蛋白质回收率可以达到50%。陈侠等[45]利用活性炭吸附法处理低浓度马铃薯淀粉废水，研究了不同指标对淀粉废水处理效果的影响。实验得到最佳处理条件为：活性炭粒径40 目，用量5 g，吸附时间为1 h，废水温度为27 ℃，pH 为5.0，此时，活性炭对马铃薯淀粉废水的吸附效率最高达48%。

2.3 马铃薯淀粉废水中蛋白回收工艺优化

综述各项蛋白提取方法，结合实际生产，本研究自行设计了以下工艺流程（图2）从马铃薯淀粉废水中提取蛋白质，线路一是目前马铃薯淀粉的加工设备流程，线路二是将淀粉加工废水收集起来后利用酸热沉淀法和超滤法对其中的蛋白进行提取。我国工厂主要采用的是酸热沉淀法，但是这种方法对蛋白的提取率不高，而单独使用超滤法却极容易造成膜堵塞，不能连续生产，所以本研究设计将两种方法并用，先用酸热沉淀法对废液中蛋白质进行初提取，然后在此基础上利用超滤设备进一步提取蛋白，这样可以将废液中的蛋白进一步提取，还可以在废水进入超滤设备之前对其进行“预处理”，以解决目前实验生产过程中超滤法不能连续生产和膜寿命短以及酸热沉淀法提取率低的问题，将两种方法结合提高了生产效率，降低了生产成本。马铃薯蛋白质的提取方法不同，蛋白质的得率、纯度和功能特性也有所区别。

图2 马铃薯淀粉废水中蛋白质回收生产设备流程图Fig.2 Flow chart of protein production line equipment

3 马铃薯蛋白的应用

3.1 在食品加工中的应用

我国马铃薯蛋白主要来源于淀粉加工的副产物，然而蛋白的乳化性等易遭到破坏，尤其是在提取、纯化等回收工艺中。这极大地限制了其在食品工业中的应用。糖基化是一种绿色的蛋白改性方式，能够改善蛋白乳化特性、持水性等功能特性，改性产物被广泛应用于食品中。

冯元春等[46]以马铃薯蛋白为原料，将其加入到低脂高蛋白营养型乳饮料中。姚佳等[47]为生产新型低脂高蛋白营养冰淇淋，以马铃薯浓缩蛋白为原料，代替部分奶粉及乳化剂。添加了马铃薯浓缩蛋白的冰淇淋细腻柔滑，抗融性好且膨胀率理想。赵晶等[48]用胰蛋白酶水解马铃薯蛋白，得到的水解物在一定条件下会发生热反应进而衍生特殊风味。杨龙松[49]马铃薯蛋白-黄原胶共价复合物（PP-XG）对冻融过程中速冻饺子皮结构的影响。PP-XG 的加入，增强了与蛋白、淀粉的相互作用，从而减少面筋网络的破坏，减缓了冻融过程中蛋白质二级结构、巯基及二硫键的变化，降低了淀粉短链有序化程度。马铃薯蛋白还可以被用于与不同比例的小麦和米粉组成复合面粉，以改善低筋曲奇饼干的质量属性[50]。

从马铃薯蛋白中氨基酸成分分析可以看到，其中的天门冬氨酸的含量显著，而其在医药，食品和化工等方面用途非常广泛。在医药方面，它可以降低耗氧，对心肌的收缩有一定改善作用，还可以防止和恢复疲劳，所以可以将其应用于治疗高血压和心脏病。它还可以和多种氨基酸一起，制成氨基酸输液，用作氨解毒剂、肝功能促进剂以及疲劳恢复剂。在食品工业方面，天门冬氨酸是一种良好的营养增补剂，可以将其添加于各种清凉饮料；也是甜味素（阿斯巴甜）-天冬酰苯丙氨酸甲酯的主要原料，若将其应用于甜味素的加工，就可以使甜味素加工生产线与马铃薯淀粉生产线相结合，节省成本，避免原料的浪费，还可以保证甜味素原料的安全性。

3.2 在食品保鲜中的应用

食品的包装材料要有一定的抗菌性能。张乾等[51]用马铃薯蛋白、纳米氧化锌和壳聚糖制备了一种复合膜，利用单因素实验测定马铃薯蛋白含量、纳米氧化锌含量以及超声时间对复合膜机械性能的影响，再通过Box-Behnken 响应面设计试验并进行优

化和验证。结果表明：在马铃薯蛋白添加量为0.32%、纳米氧化锌添加量为0.10%以及超声时间为19.52 min的条件下，壳聚糖-马铃薯蛋白-纳米氧化锌复合膜的机械性能最好，并且加入一定量的马铃薯蛋白会提高复合膜韧性，最终使复合膜具有较好的机械性能，在新型食品包装材料的开发利用中具有较高的应用价值。壳聚糖和蛋白质是常用的微胶囊壁材。张天奇等[52]以马铃薯蛋白、山茶籽油以及壳聚糖为主要原料，运用复合凝聚法通过乳化、冷冻干燥等制备出性质稳定的微胶囊，通过考察微胶囊制备过程中乳液形成和复凝聚效果获得最佳制备条件。通过结构与性质表征发现，马铃薯蛋白基微胶囊壁材成功包裹芯材山茶籽油。在开发基于壳聚糖-马铃薯蛋白-亚麻籽油-氧化锌纳米粒子的生物聚合物膜来维持原料肉的贮藏品质过程中发现，这种膜可以很好的延缓微生物繁殖和减缓生鲜肉pH 的上升速度[53]。Wang 等[54]将马铃薯蛋白作为保护性纳米载体用于在透明饮料溶液中递送维生素D。研究者发现马铃薯蛋白在增溶、保护和提高亲脂性生物活性物质（如虾青素）的生物利用度方面的巨大潜力[55]。

3.3 在动物饲料中的应用

现在越来越多的天然高分子絮凝剂被人们发现，而超滤技术也在人们的研究中不断改进、马铃薯蛋白受到广泛关注，人们发现可以用回收的马铃薯蛋白代替鱼粉加入到饲料中[56]。已有研究报道，马铃薯蛋白可被制作成水生动物与陆生动物的饲料。

马铃薯蛋白最显著的特点就是必需氨基酸的含量很高，可以替代是鱼饵料。左金龙等[57]研究发现，添加马铃薯蛋白的饵料喂养鲑鱼，一段时间后鲑鱼重量有明显增长，这种饵料可以代替部分鱼饵料。因鰤鱼是肉食性鱼类所以要保证饲料的高膳食蛋白质水平，但是使用鱼粉会大大增加成本，而马铃薯蛋白相对便宜且更易获得。研究表明鰤鱼体重、体重增加率和热生长系数会随马铃薯蛋白增加而降低，但马铃薯蛋白替代20%鱼粉蛋白饵料不会对鰤鱼的生长性能有影响，所以马铃薯蛋白代替部分鱼粉是可行的。

蛋白饲料的短缺是影响我国畜牧业发展的主要原因，马铃薯蛋白产量大、营养丰富，因此被研究者重视。有研究者以断奶仔猪为研究对象，研究马铃薯浓缩蛋白所制成的饲料其进对其生长性能的影响。马铃薯蛋白可以很好的降低仔猪腹泻的可能性，提高其生长性能[58]。李玉侠等[59]采用不同浓度的马铃薯蛋白以及纯鱼粉饲喂仔猪，结果表明，与鱼粉组相比，马铃薯蛋白添加量不同的仔猪日均采食量无显著差异；添加1%马铃薯蛋白的仔猪日均增重与料重比显著优于其他组。在肉仔鸡的饮水中加入适量的马铃薯蛋白也可以一定程度上提高其生长性能[60]。

马铃薯蛋白粉应用具有一定的局限性，因为在马铃薯蛋白粉中有一种成分为配糖生物碱，若在产品中的添加量过大会影响动物的适口性。实际应用中需要格外注意马铃薯蛋白中糖苷生物碱的含量，进而确定添加水平，避免出现影响动物生产性能的情况。

3.4 在细胞培养中的应用

马铃薯蛋白还可以应用与细胞培养。研究证明，马铃薯蛋白水解物添加至低血清培养基，可替代部分血清进行细胞培养，能促犬肾细胞（MDCK）贴壁细胞生长[61]。研究马铃薯蛋白水解物（PPH）在细胞冻存的效果中，将添加PPH 培养的第10 代细胞培养至对数生长期以2×106cell·mL-1的密度冻存一周后复苏发现细胞能正常生长传代并且细胞形态良好；在PPH 代替血清进行细胞冻存效果评价结果表明，PPH 可以对MDCK 贴壁细胞在冻存过程中提供保护，且能达到替代5%～10%血清。马铃薯蛋白的应用小结如表5。

表5 马铃薯蛋白的应用Table 5 Application of potato protein

4 展望

我国提出马铃薯主粮化战略，马铃薯淀粉的加工量逐渐增加，所产生的废水量急剧增多，对其合理处理成为了急需解决的问题，但现如今我国对废水中的资源再利用技术水平仍需提高，有待于进一步研发适合于工业生产的方法。未来的研究发展方向主要是：对于工厂来说要兼顾经济效益和节约资源。大部分工厂都是通过简易手段去除马铃薯淀粉废水中的污染物，造成大量成分的浪费以及严重的环境污染。所以未来应将重点放在如何能够在高效处理废水的同时做到最大程度地回收有效资源或者是如何将马铃薯淀粉和蛋白一步式分离。并且现如今还没有能够根本解决马铃薯淀粉废水污染问题，采用单一方法提取高浓度马铃薯淀粉废水中的蛋白质效率也较低，效果不理想，未来研究者们应将重心放在研发污水处理的同时实现有效成分提取的方法，并且将两种或多种适用于工业生产的方法进行联用和优化，让其优劣互补，最大程度提高马铃薯蛋白的率。并将最优方法广泛应用于实际生产中。所以多种方法联用的集成方法开发将是未来的发展趋势。虽然目前我国马铃薯蛋白已应用于食品加工、保鲜材料和动物饲料中，在一些化工材料、医药和化妆品等方面也有应用，但是还应加大对马铃薯蛋白在食品方面应用的研究力度，例如，是否可将其作为主要原料添加入营养补充剂类食品，是否可将其添加入健身人群所需蛋白粉中。这样可以扩大马铃薯蛋白的市场，进一步刺激研究者对马铃薯蛋白提取方法的优化。

综上所述，对马铃薯淀粉废水中的蛋白质进行回收利用不仅践行了绿色发展理念，解决马铃薯淀粉生产中的废液污染问题，还提高了马铃薯副产物的利用率，避免了资源浪费。设计高得率、适于工业生产的马铃薯蛋白提取方法以及探索马铃薯蛋白的应用是马铃薯蛋白未来研究的重中之重。