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类蛋白反应在食品中的应用


摘要:类蛋白反应通常认为是酶水解的逆反应。通过此反应可合成高分子量的类似蛋白质的物质,从而可以提高蛋白质的生物效价、改善蛋白质水解物的风味和蛋白质的功能性质,并能以该反应来提供新的蛋白质资源。许多研究人员已经将该反应应用于大豆蛋白,牛乳蛋白,鱼类蛋白等食品蛋白中,取得了良好的效果。由于类蛋白反应的反应机制仍然不清楚,其研究和应用受到了限制。但随着酶技术和微生物技术的快速发展,类蛋白必将在食品工业领域中得到更广泛和深入的应用。
类蛋白反应通常被认为是肽键水解的逆反应而形成的多肽,从而再合成“新”的蛋白质。最早使用“类蛋白”这一词是在1901年用来定义由凝乳酶部分水解纤维素而获得的沉淀。类蛋白合成之所以引起人们的兴趣,主要是因为其反应过程提供了一种新的合成蛋白质方法,可以提高食品蛋白的生物效价,改善产品的风味以及控制食品蛋白的功能性质。

1 类蛋白反应在大豆蛋白中的应用
大豆是最早应用于类蛋白反应的食品蛋白,因为大豆有很好的功能性质,他除了缺少含硫氨基酸外,其他氨基酸的含量均高于世界食品卫生组织的要求。从加工过程考虑,简单地添加游离氨基酸的方法却受到了很大的限制,因为游离氨基酸在加工过程中不稳定,容易产生不良气味,而且容易和食品中的其他成分反应。由此可见简单的添加游离的氨基酸是不可行的,因此利用类蛋白反应向大豆中导入必须氨基酸,如蛋氨酸,就可以使大豆蛋白成为功能完整的优质蛋白,满足现代化食品深加工的要求。
第一次利用类蛋白反应来提高大豆蛋白生物效价,他们向大豆蛋白中成功的导入了含硫氨基酸,使其含量明显增加。
利用类蛋白反应向大豆蛋白中导入的色氨酸和蛋氨酸,对于刚出生的小鼠其吸收率与游离氨基酸是相同的。之后也有很多研究者们也成功地导入了其他的必须氨基酸。随着研究的深入,同时导入多种必须氨基酸也成为了可能。这使大豆合成类蛋白具有了更新的意义,不仅仅是合成功能完整的蛋白质,还可以利用导入的氨基酸的性质不同(如疏水性不同)来改善大豆蛋白的功能性质,
类蛋白反应可以提高蛋白质的黏度、乳化稳定性、起泡性。更可以根据具体的要求,来制备相应的类蛋白,应用于医学上的营养缺乏症等方面。

2 类蛋白反应在鱼类蛋白中的应用
关于类蛋白在鱼类蛋白中的应用研究仅次于大豆蛋白,这主要来源于西方的饮食习惯。在西方,鱼的主要食用方法是做鱼酱,而大量的副产品被用于饲料。因此对鱼类蛋白的研究主要有鱼类制品的改性和鱼类废弃蛋白质的回收再利用。
利用了类蛋白反应来提高鱼酱的功能性质,实验表明该反应可以降低可提取性,并且可以提高蛋白质的不溶性和热渗出性。
利用鱼类蛋白合成类蛋白所得的“新”蛋白质可以与蔬菜分离蛋白相媲美,并且无异味,完全可以用来充当优质的肉类添加剂。
鱼做的饲料合成类蛋白,有效地将蛋白质从废弃的鱼制品中回收,并取得了预想的效果。但由于我国食用鱼的方法与西方不同,从原料上就无法满足,如从国外进口鱼废料也不太可行,因此利用鱼类蛋白合成类蛋白在我国不太可行。

3 类蛋白反应在牛乳蛋白中的应用
由于类蛋白反应过程中的特性,同样吸引了乳品研究人员。
利用类蛋白反应来提高牛乳的功能特性。脱脂乳作为底物合成类蛋白,提高其功能特性。
利用类蛋白反应将L-蛋氨酸导入到酪蛋白中,使其成为功能“完整”的蛋白质。乳清蛋白的必须氨基酸含量均高于世界卫生组织的要求的,所以单纯的导入必须氨基酸是没有什么意义的。但作为世界上惟一每年产量都在继续增加的乳制品.奶酪的副产品,对其回收利用是有很大的经济意义的。简单的利用乳清合成类蛋白就可以提高乳清的凝胶性,同时导入特定氨基酸,进一步改善其相应功能特性也是其他改性方法无法相比的。
我国的婴儿配方奶粉还属于第二代,主要还是添加乳清粉,其来源也主要依赖进口,但进口的乳清粉品质参差不齐,严重影响了奶粉的质量。并且由于牛乳和母乳的差异,这种婴儿配方奶粉通常不能满足婴儿身体生长发育的需要。随着固定化酶的发展,直接对牛乳分离后再水解来制备优质的婴儿配方奶粉早有相关报道,除了经济因素外,酪蛋白一旦水解后就会出现不良气味,这严重影响了该技术的推广。早在1970年就提出类蛋白可以去除蛋白质水解物的苦味,从类蛋白反应中疏水键(苦味主要来源于疏水性氨基酸)的包裹和隐藏解释了类蛋白去除苦味的作用。
类蛋白反应是去除蛋白质水解物苦味的有效方法之一。随着酶学技术的发展和完善,利用类蛋白反应来生产第三代婴儿配方奶粉成为可能。
4类蛋白反应在其他蛋白质中的应用
把类蛋白反应应用于其他蛋白质,其主要目的是为了提供一种新的蛋白质资源,如海藻、微生物、叶蛋白。叶蛋白由于原料易获得而且几乎没有成本而被受关注。
Rosas等利用木薯叶(一种美洲热带灌木植物)合成类蛋白,从中回收了质量分数高达90%的蛋白质。
Rosas等研究了利用叶蛋白合成类蛋白,其功能特性和营养特性得到了明显改善,完全达到了回收蛋白质的目的。而微生物作原料具有成本低、周期短、产量大等特点,利用微生物蛋白合 成 类 蛋 白 有 着 其 他 方 法 无 法 比 拟 的 优 点 。
利用菌蛋白合成类蛋白,不但功能性质较原来的蛋白有了大幅度提高,更可以与许多优质的蛋白质相比。随着微生物学的迅速发展,利用菌蛋白合成类蛋白很可能成为类蛋白研究的主要方向。合成类蛋白产物是一种高营养、低能量、凝胶性好的食品蛋白,而且可能比天然蛋白质具有更低的过敏性。但为什么至今类蛋白反应仍没有工业化生产呢?主要原因有两个,一是经济因素,因为类蛋白反应是一个水解合成过程,要分为三步,并且在合成过程中要调节整个反应系统的PH值。第二是类蛋白反应过程中体现的作用可以用其他更经济、简单的方法获得。如仔细挑选原材料可以解决食品中营养全面的要求;加工过程中添加厚重剂同样可以改善食品的凝胶性。
因此,类蛋白要应用于食品工业必需更经济,具有更多的价值。对于简化类蛋白合成步骤,Arai等提出了一步来合成类蛋白,并成功地将蛋氨酸导入大豆蛋白。而类蛋白在反应过程是一个完全的酶作用过程,所以可以说是一个“天然”的加工过程,反应过程中需要的温度低,能量要求低,溶剂大部分是水,而且添加试剂都是食品级的,这是许多利用化学方法对蛋白质改性无法相比的。这些都为类蛋白的工业化生产提供了可行性。

来源:惠合浓缩器


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