付麗霄，馮 瀟，湯曉智

（南京財經(jīng)大學食品科學與工程學院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇高校糧油質量安全控制及深加工重點實驗室，江蘇南京 210023）

藜麥（Chenopodium quinoaWilld.），是一種原產(chǎn)于南美洲的假谷物，被稱為南美的“超級谷物”，由于其具有卓越的營養(yǎng)品質而被廣泛認可[1-2]。藜麥對寒冷、高海拔、干燥等嚴苛的環(huán)境有很好的耐受性，因此現(xiàn)代藜麥的種植區(qū)域已經(jīng)從玻利維亞、秘魯、厄瓜多爾和智利等主產(chǎn)國擴散到中國、澳大利亞和英國等國家[3-5]。藜麥種子是FAO 認定的重要營養(yǎng)來源。聯(lián)合國糧農組織（FAO）報道稱，藜麥種子對鹽分和脅迫條件的耐受性以及在邊緣地區(qū)生長的潛力有助于提高21 世紀的農業(yè)生產(chǎn)力[6]。

藜麥被認為是改善世界糧食安全的重要作物[7]。不僅含有人體所需的所有必需氨基酸，而且富含不飽和脂肪酸與多糖等營養(yǎng)素，還含有礦物質和維生素等微量營養(yǎng)素[8-9]。藜麥的蛋白質含量約為12%～23%，高于大麥、水稻、玉米和小麥。大多數(shù)谷物蛋白缺乏賴氨酸，而藜麥蛋白中的賴氨酸含量為5.1%～6.4%，是大米和玉米的兩倍[10]。藜麥蛋白富含色氨酸，含硫氨基酸如蛋氨酸和半胱氨酸的含量也較高[10-13]。藜麥蛋白不僅營養(yǎng)價值高，含有全部必需氨基酸，氨基酸比例均衡，而且具有溶解性、起泡性和凝膠性等功能特性。近年來，藜麥蛋白作為全營養(yǎng)蛋白質已經(jīng)得到廣泛的認可，已添加在人造肉、烘焙制品和擠壓制品中，這說明藜麥蛋白具有廣泛的應用范圍及潛力[14-15]。深入研究藜麥蛋白的功能特性，了解改性方式對藜麥蛋白功能特性的影響，對于改善藜麥蛋白的加工適應性以及提高藜麥蛋白的利用率均具有重要的理論指導意義[6,16]。

本文主要綜述了目前關于藜麥蛋白的營養(yǎng)價值和常用的提取方法如堿提酸沉法、鹽溶法和酶輔助提取法的研究進展，概述了藜麥蛋白的功能特性及不同改性方式對藜麥蛋白性質的影響，為藜麥蛋白的深入研究提供參考。

1 藜麥蛋白的組成及營養(yǎng)價值

藜麥中蛋白質含量較高，體外消化率高且氨基酸種類多，藜麥蛋白可以代替肉類和奶制品為人體提供蛋白質，同時也是生物活性肽的良好來源[3]。Ferreira等[17]測定了78 份取自巴西、玻利維亞和秘魯?shù)霓见?，構成校正集和預測集，其中校正集的蛋白質含量為23.94%±5.04%，預測集的蛋白含量為24.0%±3.05%。藜麥蛋白主要包括11S 球蛋白（37%）和2S 清蛋白（35%），其次是含量較低的醇溶蛋白和7S 球蛋白[18]。11S 球蛋白與大豆11S 球蛋白結構相似，是由六對酸、堿多肽組成的六聚體，酸、堿多肽的分子量分別為30～40 kDa 和20～25 kDa，通過二硫鍵連接組成[19-20]。與11S 球蛋白相比，7S 球蛋白的亞基是由疏水相互作用連接[21]。清蛋白在還原條件下分子質量為8～9 kDa，而藜麥蛋白質不同組分的比例會由于產(chǎn)地不同而有所不同[17,19]。

藜麥是優(yōu)質蛋白質，含有人體必需的9 種氨基酸，即纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、蘇氨酸和組氨酸，并且氨基酸組成與人體中的相似[22-23]。藜麥不含限制性氨基酸，如賴氨酸、蛋氨酸和色氨酸[24]。Dakhili 等[25]發(fā)現(xiàn)藜麥的賴氨酸含量（5.4 g/100 g 蛋白）是小麥（2.7 g/100 g蛋白）的2 倍，大米（3.8 g/100 g 蛋白）的1.42 倍，所以藜麥適宜賴氨酸缺乏癥患者食用。與此同時，藜麥蛋白的消化率高于小麥及玉米等谷物，更易于被人體消化吸收[26]。藜麥、小麥、大豆、大米蛋白的氨基酸組成見表1。根據(jù)表1 可知，藜麥中的賴氨酸、組氨酸和甘氨酸含量比其他谷物的含量高，其中組氨酸是孕產(chǎn)婦、嬰幼兒所需的氨基酸[24]。除此之外，藜麥還富含谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸。

表1 藜麥蛋白和其他谷物蛋白的氨基酸組成[19,25-29]Table 1 Amino acid composition of protein from quinoa and other cereals[19,25-29]

2 藜麥蛋白的提取方法

目前，藜麥蛋白分離提取的方法主要有堿提酸沉法、鹽溶法、酶輔助提取法、有機溶劑法和水提法等[19]，本文主要介紹應用較多的前三種方法。

2.1 堿提酸沉法

堿提酸沉法主要是通過添加堿溶液使植物中的蛋白質增溶，之后加酸調節(jié)pH 至蛋白質的等電點沉淀蛋白[30]?，F(xiàn)階段關于藜麥蛋白的提取大多數(shù)都采用簡單、快速的堿提酸沉法[16]，堿提酸沉法的提取率較高。但是用此方法提取蛋白易造成環(huán)境污染，過酸或過堿也會導致蛋白質變性，而且消耗水、堿和酸的量大。馬洪鑫等[31]采用堿提酸沉法提取藜麥蛋白，發(fā)現(xiàn)其提取率最高可達76.84%。王棐等[16]以脫皮藜麥為原料提取藜麥蛋白，發(fā)現(xiàn)在最佳提取條件下藜麥蛋白的提取率達到67.13%。用這種方法提取蛋白時需特別注意pH 的變化，過酸或過堿的條件都會引起蛋白質結構的變化，使蛋白質變性失活，從而影響藜麥蛋白的功能特性[32]。Abugoch 等[33]報道pH 為9 時的蛋白溶解度明顯高于pH 為11 時的溶解度。Ruiz 等[32]也研究發(fā)現(xiàn)，與在較高pH 下（pH10、11）提取的蛋白相比，較低pH 下（pH8、9）提取的蛋白質的溶解度更高。可能是因為在高pH 下，蛋白變性程度較大，引起疏水基團暴露，從而導致溶解度較低。因此，本文建議堿提的pH 為8～9。

2.2 鹽溶法

鹽溶法通過在蛋白溶液中加入少量的中性鹽如NaCl，使蛋白分子表面的電荷增加，增強蛋白分子與水分子的相互作用，從而增大蛋白質在溶液中的溶解度，利用透析等方法除鹽之后，冷凍干燥得到蛋白。與堿提酸沉法相比，鹽溶法提取出的藜麥蛋白的純度較高，可以達到77.75%，而且中性鹽不容易導致蛋白質變性。但是，鹽溶法提取率較低、提取時間長，而且會對蛋白表面結構造成破壞[31]。目前，較常用的鹽有氯化鈉、硫酸銨和磷酸鈉，鹽濃度是鹽溶法提取蛋白的重要影響因素。Elsohaimy 等[26]研究了不同NaCl 濃度對藜麥蛋白提取率的影響，發(fā)現(xiàn)提取介質中添加較低濃度的NaCl（0～0.5 mol/L）能使藜麥蛋白的提取率顯著提高，達到353.61～467.58 μg/mL。當鹽濃度較低時，陽離子中和蛋白質表面的電荷，防止其聚集[34]。Guerreo-Ochoa 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，較高濃度的NaCl（1 mol/L）溶液對藜麥蛋白的提取有一定的負面影響。NaCl 對提取蛋白的負面影響可能是由于在較高的鹽濃度下，蛋白表面的靜電斥力被屏蔽，在蛋白與蛋白的疏水相互作用力下，蛋白質發(fā)生聚集和沉淀[36]。堿提酸沉法和鹽溶法提取出的藜麥蛋白的掃描電鏡圖呈現(xiàn)于圖1 中，堿溶蛋白整體結構完整，表面光滑，呈連續(xù)的聚集塊狀結構，而鹽溶蛋白結構疏松，表面顆粒粗糙，不規(guī)則[37]。

圖1 藜麥蛋白的掃描電鏡圖[23,37]Fig.1 SEM of quinoa protein[23,37]

2.3 酶輔助提取法

酶輔助提取蛋白質的應用是基于特定的酶降解纖維素、半纖維素和果膠，即植物細胞壁和纖維的主要成分，以及蛋白酶水解部分蛋白質以增加其溶解度，從而破壞細胞壁的完整性[38]。通過降解細胞壁，使蛋白質體的釋放成為可能[39]。將含有蛋白的溶液進行離心，上清液冷凍干燥后得到蛋白粉末[40]。酶法提取藜麥蛋白，反應條件溫和，操作相對比較簡便，而且對蛋白品質無影響，但其成本較高[41]。目前關于酶法提取藜麥蛋白的文獻較少。田格等[42]以藜麥種子為原料，通過復合酶（纖維素酶和糖化酶）協(xié)同超聲提取藜麥蛋白，提取得到的藜麥蛋白提取率為76.82%。Miranda 等[43]通過比較堿提和酶輔助堿提取扁豆蛋白，發(fā)現(xiàn)在中性（pH7.0）和堿性條件下后者的溶解度更高。但是目前酶輔助提取法與其它提取方法對藜麥蛋白功能特性影響的比較未見報道。

3 藜麥蛋白功能特性

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)藜麥蛋白具有重要的功能和理化特性，如溶解性、消化性和凝膠性等，適合將其添加到不同的食品體系中，藜麥蛋白得到人們越來越多的關注[25-26]。藜麥蛋白也被認為是生物活性肽的良好來源。研究表明藜麥蛋白在胃腸道消化過程中能釋放出具有生物活性的多肽，通過調節(jié)腸道菌群降低血壓[14]。You 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)胃蛋白酶-胰蛋白酶消化的藜麥蛋白水解物具有較高的二肽基肽酶抑制活性，說明藜麥多肽具有預防Ⅱ型糖尿病的功能。但是到目前為止，關于藜麥蛋白生理功能的研究較少，所以本文主要介紹藜麥蛋白的物理化學性質，未來關于藜麥蛋白生理功能的研究將有較廣闊的前景。

3.1 溶解性

溶解性表現(xiàn)的是蛋白質在水相中的分散能力[39]，且pH 對藜麥蛋白的溶解性有較大影響。藜麥蛋白在酸性條件下溶解度較低，這與11S 球蛋白的等電點在4～5 左右有關。在堿性條件下，藜麥蛋白溶解度顯著提高。Mir 等[45]研究發(fā)現(xiàn)藜麥蛋白溶解度從60.22%（pH9）升高到75.34%（pH10），再降低到70.78%（pH12）。這是由于在堿性條件下蛋白質所帶負電荷逐漸增加，靜電斥力增大，導致藜麥蛋白溶解度增大，繼續(xù)增大pH（pH12）會使蛋白質變性聚集，降低溶解度[41]。藜麥蛋白的溶解性也和溫度有關系，較低溫度時（20～35 ℃），藜麥蛋白的溶解度與溫度成正相關，但當溫度升高到35 ℃以上時，溶解度開始下降[42]。因此，需要根據(jù)不同的實驗需求選擇合適的pH 和溫度溶解藜麥蛋白。

3.2 乳化性

蛋白質的乳化特性是指它能在油-水體系中通過吸附在油水界面而形成穩(wěn)定均一乳液的能力[46]。蛋白質的這一功能特性是由乳化活性指數(shù)（emulsifying activity index，EAI）和乳化穩(wěn)定性指數(shù)（emulsifying stability index，ESI）確定的。研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質的乳化性與溶解性有著密切的關系，溶解性的改善可能有利于乳化性的提高[47]。王棐等[16]通過研究發(fā)現(xiàn)藜麥蛋白的乳化性高于豌豆蛋白但低于大豆蛋白。目前有一些方法可以提高藜麥蛋白的乳化性，如Cen等[48]通過超聲處理藜麥蛋白，發(fā)現(xiàn)隨著超聲強度的增大（150～450 W），藜麥分離蛋白的接觸角會從56.89°增大到68.83°，這說明超聲處理可以增強藜麥蛋白的表面疏水性，提高其乳化能力。且適當?shù)柠}離子添加，可以減少蛋白質間靜電斥力，增加界面蛋白的吸附量，提高藜麥蛋白Pickering 乳液凝膠的粘彈特性及凍融穩(wěn)定性（圖2）。郭思倩等[49]發(fā)現(xiàn)萌發(fā)之后提取的藜麥蛋白的乳化性顯著提高，具體原因還尚不明確，有待進一步的研究。Dias 等[40]研究表明，酶輔助法提取的扁桃仁蛋白的乳化性比水提法更強，但該方法是否可以應用于提高藜麥蛋白的乳化性，值得進一步的探索。

圖2 超聲及鹽離子對藜麥蛋白Pickering 乳液穩(wěn)定性的作用[48]Fig.2 Effects of ultrasound and salt ions on the stability of quinoa protein Pickering emulsion[48]

藜麥蛋白濃度對蛋白的乳化穩(wěn)定性具有重要影響，當?shù)鞍踪|濃度較低時，不足以覆蓋油滴表面，使得油相部分暴露，此時油滴為了趨于穩(wěn)定，和鄰近油滴共用蛋白，從而導致絮凝，形成不穩(wěn)定的乳液體系。蛋白濃度逐漸增加時，界面蛋白濃度增加，油滴表面完全被蛋白分子包裹，形成致密的蛋白膜，油滴粒徑隨著膜厚度的增加逐漸減小，乳液穩(wěn)定性增強[50]。

3.3 起泡性

泡沫是具有連續(xù)相液體或固體的氣泡分散體[51-52]。研究人員發(fā)現(xiàn)泡沫的起泡能力（foaming capacity，F(xiàn)C）和起泡穩(wěn)定性（foaming stability，F(xiàn)S）主要受物理化學性能的影響[52-54]。Lopez 等[55]針對藜麥分離蛋白的起泡性能，采用混合法制備泡沫，用30 min 后記錄的泡沫剩余體積計算其起泡穩(wěn)定性，運用泡沫形成體積與液體初始體積的比值計算藜麥蛋白的起泡能力。藜麥蛋白的起泡性和泡沫穩(wěn)定性均強于大豆蛋白，但低于蛋清蛋白[44]。蛋白質的起泡性會受到外部環(huán)境的影響，如藜麥分離蛋白的起泡能力隨著藜麥蛋白濃度的增加而顯著增加。當藜麥分離蛋白的濃度為0.1%時，其起泡量為58.37%±2.14%，而當藜麥分離蛋白的濃度為3%時，其起泡量為78.62%±2.54%。藜麥分離蛋白具有形成高穩(wěn)定泡沫的能力，提高了其在食品加工中的應用潛力[26]。

3.4 持水性與持油性

持水和持油能力分別表示蛋白質在特定測試條件下吸收和保留水和油的能力，對蛋白質產(chǎn)品的質地和口感等有重要的影響[56-57]。高持水性有助于保持中等和高水分食品的多汁性和柔軟性，如香腸和肉類模擬食品。目前研究發(fā)現(xiàn)藜麥分離蛋白的持水性高于小麥分離蛋白，與大豆分離蛋白相似[32,58]。尹麗莎等[59]發(fā)現(xiàn)藜麥分離蛋白的持水性和持油性都隨著超聲處理時間的延長呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢。這可能是因為在超聲過程中，蛋白結構變得疏松，水分子更容易與蛋白結合。且空化效應使得蛋白顆粒變小，比表面積增大，同時蛋白的空間結構被破壞，暴露了埋藏在分子內的疏水基團，增加了蛋白的吸附和結合脂質的能力，進而改善了藜麥蛋白的持水和持油性[59]。由于藜麥蛋白具有較強的持水力，所以未來可將其應用于不同的食品中以改善食品的持水力和質地。如添加到肉制品中，提高肉制品的多汁性。

3.5 凝膠性

食品蛋白質，特別是球狀蛋白質，在變性后能夠通過聚集和其他蛋白質/化合物相互作用形成凝膠[60]。藜麥蛋白凝膠性較弱，形成凝膠強度較低且持水力弱[61]。Xu 等[62]報道在蛋白質形成凝膠時，加入適量的鹽離子可以增強凝膠強度。離子類型、濃度和pH 對凝膠的結構與性質有顯著影響[61]。Yang等[61]比較了不同濃度的NaCl 和CaCl2對藜麥分離蛋白熱誘導凝膠的影響，研究結果表明，未加鹽的藜麥分離蛋白凝膠的微觀結構最細、最均勻。當NaCl濃度逐漸增大時（0～200 mmol/L），G'明顯增加?？赡苁怯捎邴}離子所帶的電荷減弱了蛋白間的靜電斥力，從而增強了蛋白質分子之間的吸引力，形成更緊密的凝膠網(wǎng)絡結構[63]。有研究表明，堿性條件下（pH10 和pH11）提取的藜麥蛋白在加熱時不形成凝膠，冷卻后也只形成軟凝膠[18]。這是因為在強堿性條件下蛋白變性程度較高，導致大顆粒聚集增多，小顆粒聚集減少，降低了凝膠網(wǎng)絡結構的緊密性[18]。未來研究也可以通過酶交聯(lián)（TG 酶等）、復合油脂形成混合凝膠以增強藜麥蛋白凝膠的凝膠性質。

3.6 消化特性

蛋白質的消化率是評估其營養(yǎng)品質的參數(shù)之一[64]。藜麥蛋白的消化率較高，利于人體消化。Mu等[11]通過研究藜麥全麥粉及藜麥分離蛋白的消化率發(fā)現(xiàn)后者的消化率高于藜麥全麥粉的消化率，其原因可能是藜麥全麥粉中含有更多能阻礙蛋白酶和蛋白質結合的皂苷。目前有研究發(fā)現(xiàn)小麥籽粒蛋白的體外消化率為45.98%～59.12%，藜麥蛋白的體外消化率為76.3%～80.5%，即藜麥蛋白的消化率高于小麥籽粒蛋白消化率[48,65]。Nasir 等[66]研究發(fā)現(xiàn)藜麥蛋白的消化率為75.95%～78.11%。藜麥濃縮蛋白的消化率高于藜麥分離蛋白的消化率，并且在較高的溫度下預熱時，消化率會降低。這可能與淀粉的存在有關，淀粉在加熱到糊化溫度（64.5 ℃）以上之后粘度增加，減弱了胃蛋白酶對蛋白質的作用[67]。藜麥蛋白的高消化率使其在人的胃中易于消化，從而對人體健康有益[14]。

4 藜麥蛋白的改性研究

蛋白質改性是提高蛋白質功能特性的一種重要方法[68]。通過適當?shù)母男?，能夠改善藜麥蛋白的功能特性，拓展藜麥蛋白在食品工業(yè)中的應用[69]。藜麥蛋白的改性技術主要有物理改性和酶法改性，化學改性應用于藜麥蛋白改性的研究仍較少。本文介紹的兩種改性方式對蛋白的負作用小，而且不易破壞藜麥蛋白的營養(yǎng)價值。

4.1 物理改性

物理改性主要是指通過加壓、超聲和加熱等物理手段改變蛋白質的結構及蛋白質分子間的聚集方式，從而改變蛋白質的功能特性[70]。例如，超聲可以使蛋白質部分展開，改變蛋白質的二、三級結構進而改變其功能特性[71]。Li 等[72]發(fā)現(xiàn)超聲處理（400 W）之后，經(jīng)堿性蛋白酶處理的水解產(chǎn)物的溶解度提高。在此過程中，α-螺旋含量減少，無規(guī)卷曲含量增多。這表明超聲處理誘導蛋白展開，增多與酶接觸的機會，進而提高了溶解度。Mir 等[45]通過高強度超聲處理藜麥蛋白之后發(fā)現(xiàn)其乳化性明顯提高。因為超聲產(chǎn)生的剪切力使蛋白質的顆粒減小，比表面積增大，增強了蛋白質溶液的穩(wěn)定性，此外，超聲引起的空化力破壞了維持蛋白質空間結構穩(wěn)定的非共價鍵，使蛋白質的疏水基團暴露出來，讓蛋白質分子更容易擴散到油水界面，進而改善了蛋白質的乳化性[73-74]。Huang 等[75]研究發(fā)現(xiàn)，在水浴加熱和微波處理條件下，藜麥蛋白的溶解度隨溫度的升高（40～90 ℃）而下降。因為熱誘導使藜麥蛋白結構展開，暴露了蛋白質分子內的疏水基團，從而導致蛋白質表面極性降低，蛋白質的溶解度隨表面極性的降低而下降。

4.2 酶法改性

酶法改性主要是利用酶制劑使蛋白質的氨基酸殘基和多肽鏈發(fā)生變化，改變蛋白質的結構，從而達到改善蛋白質功能特性的目的[76]。酶法改性條件溫和，副產(chǎn)物少。酶解蛋白一般具有較好的溶解性和界面性質，例如乳化性和起泡性。Hesam 等[77]以藜麥濃縮蛋白為原料，經(jīng)胰酶水解制備了藜麥蛋白水解物，結果發(fā)現(xiàn)，酶解后蛋白質的溶解度提高。可能是因為藜麥蛋白分子量降低，且不溶性蛋白會產(chǎn)生新的可溶性多肽，所以其溶解度增加[38]。Aluko 等[78]研究發(fā)現(xiàn)，堿性蛋白酶水解的藜麥蛋白比藜麥濃縮蛋白的起泡能力強，可能是由于藜麥蛋白的球狀特性，降低了其在氣泡周圍形成界面膜的能力，而酶解降低了藜麥蛋白的分子量，增加了藜麥蛋白的柔韌性，促進了氣泡周圍界面膜的形成和泡沫的產(chǎn)生。

5 總結與展望

目前，提取藜麥蛋白較常用的傳統(tǒng)方法是堿提酸沉法和鹽溶法，新方法提取藜麥蛋白的研究鮮有報道。而且對藜麥中總蛋白提取的研究較多，分級提取7S 和11S 的研究較少。由于不同蛋白組分的功能特性不同，所以分級提取不同的蛋白組分進行研究具有重要意義。藜麥蛋白營養(yǎng)價值和功能特性的研究處于起步階段，有很多深入的研究機理仍較缺乏。例如藜麥蛋白的凝膠性較弱，形成的凝膠強度低且持水力差，嚴重限制了其在食品加工領域中的應用，但是導致其凝膠性弱的原因尚未見報道。由于較弱的凝膠性會限制藜麥蛋白在植物蛋白凝膠食品中的應用，因此如何有效調控藜麥蛋白凝膠性的機理及如何通過綠色有效的方法提高其凝膠性是未來值得探索的方向。目前國內外對藜麥蛋白改性的研究主要集中在物理改性和酶法改性方面，但是單一的改性方法限制了藜麥蛋白的應用。因此，在未來可以結合不同領域中的新方法，進一步優(yōu)化蛋白的功能特性，提高蛋白的利用率，從而拓寬藜麥蛋白的應用范圍。綜上所述，藜麥蛋白具有豐富的營養(yǎng)價值，突出的功能特性，在當今健康食品和營養(yǎng)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的時代背景下，其在食品中的應用將會更加廣泛。