孫 瑩，周 斌，王 龍，劉 申，朱秀清

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028）

馬鈴薯是位于小麥、水稻和玉米之后的世界第四大糧食農(nóng)作物，中國目前是世界上馬鈴薯種植、生產(chǎn)、消費的第一大國[1]。2015 年農(nóng)業(yè)部提出的馬鈴薯主食產(chǎn)業(yè)化重要發(fā)展戰(zhàn)略，不僅對于國家糧食安全、居民膳食結(jié)構(gòu)的改善有重要意義，對于馬鈴薯產(chǎn)業(yè)開發(fā)也起著重要推動作用[2-3]。在馬鈴薯種植規(guī)模和政策大力支持馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展背景條件下，馬鈴薯淀粉工業(yè)迅速發(fā)展，為提升馬鈴薯淀粉工業(yè)的潛在價值，對于馬鈴薯淀粉工業(yè)廢水資源化利用的研究不斷深入[4]。

馬鈴薯蛋白的主要來源是從馬鈴薯工業(yè)淀粉廢水中提取，劉垚彤等[5-9]對工業(yè)淀粉廢液中馬鈴薯蛋白的提取分離方法進行了綜述總結(jié)。相比于其他方法，熱凝聚和酸堿沉淀因其操作簡便、成本低的原因至今運用較廣泛，但缺點是提取出的蛋白質(zhì)純度較低、易變性導(dǎo)致的諸多功能特性下降，從而限制了馬鈴薯蛋白的應(yīng)用。適宜的改性方法可提升馬鈴薯蛋白的應(yīng)用潛力，改性方法廣泛，涉及物理方法、化學(xué)法、酶法以及微生物發(fā)酵等。因此，本文從馬鈴薯蛋白的組成出發(fā)，總結(jié)馬鈴薯蛋白功能性質(zhì)及其改性應(yīng)用，以期為馬鈴薯蛋白研究及其應(yīng)用的進一步開發(fā)提供參考。

1 馬鈴薯蛋白的組成

天然馬鈴薯塊莖中蛋白質(zhì)含量很低，不超過2.1%，但在馬鈴薯中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)含量高于大多數(shù)其他植物塊莖或根的蛋白質(zhì)含量，且其中的蛋白質(zhì)種類較多[10]。馬鈴薯蛋白通?？煞譃槿箢悾篜atatin，約占40%；蛋白酶抑制劑，約占50%；其他高分子量蛋白質(zhì)，約占10%。馬鈴薯蛋白質(zhì)這三大類蛋白組分的分子量與含量在許多研究報道中存在差異，這可能是由研究的馬鈴薯品種和提取分離方式不同綜合導(dǎo)致的。其中高分子量蛋白主要由氧化酶和其他酶組成，如多酚氧化酶、脂氧合酶和一些與淀粉合成有關(guān)的酶[11]，但關(guān)于其研究的報道很少，蛋白酶抑制劑和Patatin 由于其含量和功能性質(zhì)在國內(nèi)外的研究較多。也有研究結(jié)合等電點沉淀法和透析法對馬鈴薯塊莖蛋白組分進行提取分離[12]，結(jié)果表明可將馬鈴薯蛋白分為酸性蛋白組分和堿性蛋白組分，酸、堿性蛋白組分各自的得率與純度分別為0.535%、92.5%和0.741%、89.2%；沉降系數(shù)和分子質(zhì)量分別為5S、82 kDa 和8S、140 kDa；分別有亞基帶1 條和5 條。研究表明[13]，馬鈴薯蛋白為完全蛋白質(zhì)，含有多種氨基酸，必需氨基酸含量為20.13%，占總氨基酸的47.9%，氨基酸評分為88.0。馬鈴薯的蛋白營養(yǎng)價值高且質(zhì)量很高，比其他植物性蛋白更加有營養(yǎng)和較高的可溶性，還含有大量其他植物蛋白缺乏的賴氨酸，可以更好地作為一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源[14-15]。

1.1 Patatin 蛋白

Patatin 是一種二聚體糖蛋白，含有32%的糖和64%的蛋白質(zhì)，分子量為39～45 kDa。Patatin 蛋白由于其分子量較低，具有良好的乳化和起泡活性，在三種馬鈴薯蛋白中占有相當(dāng)重要的地位。而且，它對人體健康有多種積極影響，包括抗氧化、調(diào)節(jié)膽固醇、血壓和脂酰水解酶（LAH）活性[16-17]。

在之前的研究[18]中對馬鈴薯汁水進行超濾膜處理分離出馬鈴薯濃縮蛋白，通過色譜分離技術(shù)對濃縮蛋白進行純化，得到了分子量為40.6 kDa 的Patatin糖蛋白。并且利用氣相色譜法分析了其單糖組成，對比標(biāo)準(zhǔn)混合單糖與Patatin 氣相色譜圖（圖1），確定其單糖組成包括半乳糖、鼠李糖、甘露糖和葡萄糖；對比NaOH 溶液處理前后Patatin 的紫外吸收光譜，235 nm 處吸光度差異顯著，分析說明馬鈴薯糖蛋白糖肽鍵為O-連接糖肽鍵。此外還測定了處理前后Patatin 糖蛋白的最高熱變性溫度分別為74.97、66.98 ℃，熱變性溫度的明顯下降說明糖鏈對熱穩(wěn)定性的作用，與文獻[5]報道中Patatin 是一種高熱穩(wěn)定性蛋白相符；最后，通過對馬鈴薯糖蛋白Patatin 的核磁共振（NMR）分析，信號峰結(jié)果分析證明了Patatin糖苷鍵主要類型為α-型吡喃糖。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)混合單糖（A）和Patatin（B）氣相色譜圖[18]Fig.1 Gas chromatogram of standard mixed monosaccharides(A) and Patatin (B)[18]

Pots 等[17]首次對分離的馬鈴薯塊莖蛋白Patatin在室溫和高溫下的結(jié)構(gòu)進行了表征。室溫下分離的Patatin 是一種二級和三級高度結(jié)構(gòu)的分子。根據(jù)遠紫外圓二色譜數(shù)據(jù)估計，約33%的殘基為α螺旋結(jié)構(gòu)，46%為β鏈結(jié)構(gòu)。Patatin 在超過28 ℃的溫度下熱不穩(wěn)定，這可由近紫外圓二色性表明。結(jié)果表明，部分α螺旋貢獻在45～55 ℃區(qū)域展開，而β鏈部分在50～90 ℃時展開更緩慢。傅里葉變換紅外光譜結(jié)果也證實了這一點，差示掃描量熱法表明在50～60 ℃之間發(fā)生了協(xié)同躍遷，很可能反映了分子α螺旋部分的展開。此外，熒光光譜證實了蛋白質(zhì)在45～55 ℃之間的全局展開。觀察到的蛋白質(zhì)的展開與Patatin 酶活性的失活相一致，并與馬鈴薯果汁加熱時發(fā)生的沉淀相一致。在高溫下，Patatin 仍含有一些螺旋和鏈狀結(jié)構(gòu)。冷卻后蛋白質(zhì)部分折疊，觀察到其主要形成α螺旋結(jié)構(gòu)。

在一些研究報道中[16-17,19]，馬鈴薯蛋白的單糖組成、糖苷鍵類型和二、三級蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與其抗氧化性、抗腫瘤活性、脂酰水解酶（LAH）活性具有一定相關(guān)性。關(guān)于其具體的結(jié)構(gòu)與功能性機理之間的關(guān)系還需更加深入的研究。

1.2 蛋白酶抑制劑

蛋白酶抑制劑在馬鈴薯蛋白三個蛋白組分中含量最多、分子量最小，約占馬鈴薯汁中總可溶性蛋白質(zhì)的50%，重要地位僅次于Patatin。蛋白酶抑制劑是一組異質(zhì)性蛋白質(zhì)，其等電點在5～8 之間，分子量一般不超過25 kDa[20]。曾凡逵等[21]以Amberlite XAD7HP 樹脂作為擴張床吸附法的吸附劑，從馬鈴薯淀粉加工廢水中回收具有活性的蛋白，對Patatin蛋白和蛋白酶抑制劑實現(xiàn)了分離。檢驗分離得到的蛋白酶抑制劑對胰蛋白酶抑制活力為410 mg/g，對其進行氨基酸分析，結(jié)果如圖2 所示。分離到的蛋白酶抑制劑氨基酸含量最多的為絲氨酸，其次是亮氨酸和谷氨酸，此外疏水氨基酸如異亮氨酸、纈氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量也較高。有研究對馬鈴薯蛋白酶抑制劑進行純化和定量，將蛋白酶抑制劑分為七個不同的家族[22]：馬鈴薯抑制劑Ⅰ（PI-1）、馬鈴薯抑制劑Ⅱ（PI-2）、馬鈴薯半胱氨酸蛋白酶抑制劑（PCPI）、馬鈴薯天冬氨酸蛋白酶抑制劑（PAPI）、土豆庫尼茨型蛋白酶抑制劑（PKPI）、馬鈴薯羧肽酶抑制劑（PCI）和“其他絲氨酸蛋白酶抑制劑”。其中最豐富的家族是PI-2 和PCPI家族，分別占馬鈴薯汁中所有蛋白質(zhì)的22%和12%。所有家族（PCI 除外）均抑制胰蛋白酶或糜蛋白酶。PI-2 亞型對總胰蛋白酶和糜蛋白酶分別表現(xiàn)出82%和50%的抑制活性，并且對糜蛋白酶抑制活性與其他蛋白酶抑制劑家族相比有顯著差異。

馬鈴薯蛋白酶抑制劑顯示出廣泛的酶抑制作用和其他功能活性，這與其種類繁多有密切關(guān)系。其他研究表明[23]，從馬鈴薯蛋白酶抑制劑中獲得的多肽對血脂有積極影響；由于這些多肽的甾醇結(jié)合特性，可以降低血清膽固醇水平，從而增加甾醇的排泄。此外，有研究發(fā)現(xiàn)從馬鈴薯塊莖中分離的馬鈴薯蛋白可以抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶，降低周圍血管阻力，起到穩(wěn)定腎功能的作用[24]。目前為止，已有100 多種編碼蛋白酶抑制劑的核苷酸序列被公布（http://www.ncbi.nlm.nih.gov/）[21]。未來對更多種類馬鈴薯蛋白質(zhì)抑制酶核苷酸序列的編碼研究將有助于研究人員對其酶抑制作用與機理應(yīng)用的深入研究，對于食品領(lǐng)域有重要意義。

2 馬鈴薯蛋白的功能性質(zhì)

蛋白質(zhì)所具有的功能特性，包括溶解度、乳化性和發(fā)泡性、凝膠性，對一些混合體系（復(fù)合凝膠、乳液、溶液）很重要[25]。除此之外，在一些研究中已經(jīng)報道[17,19]，馬鈴薯蛋白還具有抗氧化活性、抗腫瘤活性。以合適的方法提取馬鈴薯蛋白質(zhì)至關(guān)重要，目的是為了保持天然馬鈴薯蛋白的原始形態(tài)，否則蛋白質(zhì)變性導(dǎo)致其功能性質(zhì)改變，低成本地從馬鈴薯淀粉廢液中提取的馬鈴薯蛋白很難達到理想的溶解度、凝膠性、乳化性和發(fā)泡性。馬鈴薯蛋白的功能特性可以通過各種技術(shù)和方法進行修飾和增強[7]。

2.1 溶解性

馬鈴薯蛋白質(zhì)的一個關(guān)鍵特性是它的溶解性，它間接決定了許多基礎(chǔ)功能性質(zhì)，包括乳化、凝膠和發(fā)泡性能。這些功能性質(zhì)在很大程度上受到制備條件、純度和最終蛋白質(zhì)組分情況的影響[26]。溶解度是一個在單蛋白溶液中很容易測量的參數(shù)；然而，在蛋白質(zhì)混合物中卻難以測量，因為不同的蛋白質(zhì)有不同的溶解性。在前文中已經(jīng)敘述了馬鈴薯蛋白質(zhì)其許多蛋白質(zhì)的組成，以及各種提取純化蛋白質(zhì)方法生產(chǎn)的蛋白質(zhì)，所以很難準(zhǔn)確評估它們的溶解度，即對于馬鈴薯蛋白的溶解度沒有一個具體的結(jié)論，下文的其他性質(zhì)也是同理。

馬鈴薯蛋白在pH 中性、堿性或者強酸性時溶解度較高，在弱酸性時，其馬鈴薯蛋白的總?cè)芙舛热Q于離子強度和Patatin 的變性程度。純化的Patatin糖蛋白在pH 為4 時幾乎完全溶解，在pH 為5 時沉淀，在pH 為6 時完全溶解。然而馬鈴薯蛋白在pH小于4 時表現(xiàn)出最大的沉淀，在pH5 時收集的沉淀在pH 為7 時僅部分溶解[27]。Van 等[28]分別研究了馬鈴薯蛋白組分的溶解度，得出的結(jié)論是，蛋白酶抑制劑表現(xiàn)出比Patatin 略高的開始沉淀溫度。蛋白酶抑制劑在50～60 ℃的溫度下開始不溶，而Patatin在40 ℃以上的溫度下開始不溶。馬鈴薯蛋白溶解度極容易受溫度影響，隨著溫度上升，馬鈴薯蛋白溶解度顯著下降[29]。高溫高壓可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)的解纏和疏水殘留物的暴露，從而增強溶解性[30-31]。有研究報道，高強度超聲、高壓可以成功地提高馬鈴薯蛋白的溶解度；通過修飾蛋白水解酶，馬鈴薯蛋白的溶解度可提高40%以上[32-33]。

2.2 乳化性和發(fā)泡性

乳化性是指蛋白質(zhì)形成乳化液的能力，乳化液是指至少由兩種不相混合的液體形成的分散均勻混合物，其中一種以細液滴的形式分散在另一種液體中。乳化液的穩(wěn)定性可以描述為一個系統(tǒng)的能力，以抵抗變化的物理化學(xué)性質(zhì)隨時間的推移。乳化液的穩(wěn)定性在許多工業(yè)應(yīng)用中都至關(guān)重要，包括涂料、封裝和設(shè)計新食品[34]。Romero 等[35]研究了馬鈴薯分離蛋白的界面和乳化特性，在pH 為2 和8 下穩(wěn)定水包油乳液，結(jié)果表明，在pH 為8 的情況下馬鈴薯蛋白顯示出更高的乳化能力，可以生產(chǎn)精細和穩(wěn)定的乳劑。而且，馬鈴薯蛋白界面膜的pH 依賴性與其形成穩(wěn)定油水乳液的能力有關(guān)。Schmidt 等[36]對噴霧干燥后的馬鈴薯蛋白進行了離子交換和層析分離，分離得到Patatin 和蛋白酶抑制劑，研究了其發(fā)泡和乳化性，結(jié)果表明，噴霧干燥馬鈴薯蛋白和Patatin 組分蛋白在pH 為3 時發(fā)泡性最好但泡沫穩(wěn)定性不如蛋白酶抑制劑，而蛋白酶抑制劑在pH 為5 時發(fā)泡性最好；低疏水組分的蛋白酶抑制劑乳化性較差，穩(wěn)定性也低，而高疏水組分的蛋白酶抑制劑具有更好的乳液能力，顯示了疏水性對于乳化性的重要性。

劉興麗等[37]以三種帶電多糖（黃原膠、瓜爾膠和殼聚糖）為載體，采用濕法對馬鈴薯蛋白進行糖基化改性。與馬鈴薯蛋白相比，3 種糖基化產(chǎn)物的乳化活性與乳化穩(wěn)定性均顯著提高，其中陰離子多糖黃原膠為載體的馬鈴薯糖基化產(chǎn)物的乳化活性及其穩(wěn)定性分別提高了210.34%和99.15%。改性后的蛋白表面與馬鈴薯蛋白相比更加多孔疏松，表明糖基化反應(yīng)通過改變馬鈴薯蛋白的空間結(jié)構(gòu)使其乳化特性得到強化。Santos 等[38]通過不同技術(shù)（流變性、光學(xué)顯微鏡和多重光散射）組合提供的信息證明了在馬鈴薯蛋白乳液中添加瓜爾膠多糖可以增強其穩(wěn)定性。也有研究[39]報道了殼聚糖濃度對馬鈴薯蛋白乳液穩(wěn)定性的影響，低溫掃描電鏡結(jié)果證明，隨著殼聚糖濃度的增加，蛋白質(zhì)-多糖網(wǎng)絡(luò)的形成越來越致密，當(dāng)濃度達到1%wt 時，殼聚糖控制乳液的微觀結(jié)構(gòu)，促進了物理穩(wěn)定性的增強。雖然馬鈴薯蛋白因其營養(yǎng)價值成為食品中極具潛力的原料，但是其難以形成穩(wěn)定的乳劑，多糖對于馬鈴薯乳劑穩(wěn)定性改善的研究還需更加深入。

2.3 凝膠性

馬鈴薯蛋白凝膠性是指其形成凝膠的能力，馬鈴薯蛋白具有良好的凝膠性。蛋白形成凝膠過程一般可分為三個階段[40]：a.達到變性溫度，蛋白質(zhì)變性，蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，基團暴露；b.變性的蛋白質(zhì)聚集形成聚集物（球形或者長粒狀）；c.聚集物之間相互作用形成網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，小粒子或部分聚集物填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)空間中。Creusot 等[27]比較了Patatin 凝膠與常用蛋白（乳球蛋白、卵白蛋白、甘氨酸）的熱展開和流變性能，研究發(fā)現(xiàn)Patatin 與常用蛋白一樣，能形成具有類似小變形流變特性的凝膠。Patatin 變性溫度為59 ℃，低于常用蛋白約20 ℃；凝膠形成的溫度為50～60 ℃，比其他常用蛋白低20～25 ℃；在低離子強度下，Ptatin 形成凝膠的最低濃度僅為6%，而其他常用蛋白的最低濃度為8%～11%，這些效應(yīng)可能歸因于Patatin 相對較高的暴露疏水性。

由于馬鈴薯蛋白分子量較小，單一馬鈴薯蛋白形成的凝膠在強度方面較其他蛋白形成的凝膠較弱，與其他蛋白混合形成復(fù)合凝膠可能可形成互補。兩種蛋白質(zhì)混合形成凝膠可形成五種凝膠類型[41-42]（圖3）：A 是一種蛋白質(zhì)以散布顆粒狀態(tài)填充在連續(xù)相蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中；B 是一種蛋白質(zhì)以可溶狀態(tài)填充在蛋白質(zhì)凝膠中；C 是兩種蛋白質(zhì)混合后產(chǎn)生物理結(jié)合，非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組分通過非特異性的相互作用隨機吸附在連續(xù)相蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上；D 是蛋白質(zhì)發(fā)生共聚合形成雜合單一的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；E 是兩種蛋白質(zhì)完全兼容形成相互貫穿的聚合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。劉鑫碩等[43]分析比較了不同比例馬鈴薯蛋白-蛋清蛋白混合凝膠，結(jié)果表明隨著馬鈴薯蛋白含量的增加，混合凝膠的保水性上升，粗糙程度下降；隨著馬鈴薯蛋白含量的減少，混合凝膠的硬度上升，馬鈴薯蛋白和蛋清蛋白在保水性和硬度方面形成互補。但對于凝膠類型未有研究表述。

除了凝膠特性方面可以和其他蛋白互補，由于馬鈴薯蛋白營養(yǎng)價值高且氨基酸含量與其他蛋白存在差異，馬鈴薯蛋白還可以作為其他蛋白的部分替代來達到平衡營養(yǎng)或者減少成本的作用。王思念等[44]使用馬鈴薯蛋白替代乳清蛋白質(zhì)量的一半制備了熱誘導(dǎo)凝膠，考察了總蛋白濃度對于復(fù)合凝膠性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，馬鈴薯蛋白部分替代乳清蛋白形成復(fù)合凝膠可以明顯減少乳清蛋白的用量，復(fù)合蛋白具有一定的質(zhì)構(gòu)與持水性，其中總蛋白濃度為80 g/L 的復(fù)合凝膠具有較好的凝膠強度，形成了致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但同樣對復(fù)合凝膠類型的研究未有表述。Lü等[45]為了改善大豆蛋白分離物凝膠體系的營養(yǎng)和凝膠性能，添加了馬鈴薯蛋白、蛋清蛋白和馬鈴薯蛋白-蛋清蛋白混合物。結(jié)果表明，復(fù)合凝膠形成的凝膠類型為圖3 中的B 型。馬鈴薯蛋白-蛋清蛋白（3:3）凝膠中β折疊比例最高（47%），凝膠結(jié)構(gòu)最有序，固化水比例最高（96%），而且添加了馬鈴薯蛋白形成的凝膠消化率高于未添加馬鈴薯蛋白形成的凝膠。馬鈴薯蛋白的添加或替代對于其他蛋白凝膠的研究具有拓展意義，可能將有助于更好氨基酸模式的肉類類似物的開發(fā)。對于馬鈴薯蛋白復(fù)合凝膠的類型以及形成機理研究較少，不同來源的蛋白質(zhì)性質(zhì)差異很大，解釋混合體系蛋白之間的作用機理仍然存在挑戰(zhàn)。

2.4 抗氧化活性和抗腫瘤活性

馬鈴薯蛋白抗氧化活性指其對DPPH、OH 和ABTS+等自由基的清除能力，馬鈴薯蛋白的抗氧化活性可歸因于其含有的抗氧化活性氨基酸，Patatin 含有的多種氨基酸如色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸和組氨酸等都是具有自由基清除能力的氨基酸[5]。食物成分的抗氧化活性因其抗氧化應(yīng)激的保護能力和可預(yù)防一系列慢性退行性疾病而受到廣泛關(guān)注[46-47]。在之前的研究[48]中采用超濾和色譜相結(jié)合的方法，從馬鈴薯汁液中分離純化了Patatin 并研究了其對小鼠黑色素瘤B16 細胞的體外抗氧化和抗腫瘤活性。結(jié)果表明Patatin 具有顯著的抗氧化活性，具有顯著的氧化降低能力，對羥基自由基誘導(dǎo)的氧化DNA 損傷有保護作用，對脂質(zhì)過氧化有抑制作用，因此Patatin被鑒定為一種對小鼠黑色素瘤B16 細胞有效的抗增殖劑，具有一定的抗腫瘤活性，其可能作為一種潛在的癌癥化學(xué)預(yù)防劑和食品配料。

通過分離純化馬鈴薯蛋白可獲取具有顯著抗氧化活性的蛋白，除此之外，還有通過發(fā)酵與酶解馬鈴薯蛋白制備抗氧化肽的方法。高丹丹等[49]利用七株產(chǎn)蛋白酶能力較強菌株對馬鈴薯蛋白進行發(fā)酵制備抗氧化肽，其中有一株菌株發(fā)酵液表現(xiàn)出了對DPPH自由基很強的清除能力，確認可以通過該菌株發(fā)酵制備抗氧化肽。常坤朋等[50]分別利用胰蛋白酶等五種蛋白酶對馬鈴薯蛋白進行水解，研究結(jié)果表明，胰蛋白酶水解馬鈴薯得到的水解物的抗氧化活性最高，DPPH 自由基清除率為69.82%、羥自由基清除率為71.01%、超氧陰離子自由基清除率為50.56%。因此，可選用胰蛋白酶水解馬鈴薯蛋白制備抗氧化肽。此外，通過物理方法處理提高馬鈴薯蛋白抗氧化活性的研究也有報道[51]，為了提高馬鈴薯蛋白抗氧化活性，將其在高靜水壓（HHP）條件下進行處理，其抗氧化活性的增加主要是因為HHP 誘導(dǎo)了馬鈴薯蛋白結(jié)構(gòu)的變化。因此，生物發(fā)酵、酶解和物理處理等改性方法對于馬鈴薯蛋白抗氧化活性研究與應(yīng)用具有重要意義，這也對馬鈴薯蛋白其他性質(zhì)的研究與強化有很大的借鑒價值。近年來對于馬鈴薯蛋白進行改性的研究不少，下文將對近年來馬鈴薯蛋白改性與應(yīng)用進行總結(jié)。

3 馬鈴薯蛋白的改性與應(yīng)用

蛋白質(zhì)改性是指通過人為地改變條件，改變蛋白質(zhì)的氨基酸殘基和多肽鏈規(guī)律結(jié)構(gòu)或者破壞蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)，從而引起蛋白質(zhì)理化性質(zhì)的改變。目前，關(guān)于蛋白質(zhì)改性的研究主要集中在物理改性、化學(xué)改性、酶法改性和基因工程改性等[52]。在馬鈴薯蛋白改性方面，主要集中在前三者，而且近年來酶改性馬鈴薯蛋白的研究較多。

3.1 改性方法

表1 對近年來對馬鈴薯蛋白的改性方法進行了歸納舉例，一些傳統(tǒng)的如熱處理、酸堿調(diào)節(jié)改性等[58-61]因被熟知本文不再進行論述。由表1 可見馬鈴薯蛋白質(zhì)改性的方法多樣，酶處理方法由于酶具有的特異專一性使其成為目前改性研究的熱點，但其成本高的缺點可能導(dǎo)致該方法不適宜大規(guī)模應(yīng)用。利用微生物資源，篩選出特定的高產(chǎn)酶蛋白菌株來發(fā)酵馬鈴薯蛋白進行改性或者生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物或許是未來研究的重點。

表1 馬鈴薯蛋白的改性方法Table 1 Modification methods of potato protein

3.2 改性馬鈴薯蛋白的應(yīng)用

3.2.1 作為面點制作的改良劑 無麩質(zhì)產(chǎn)品是乳糜瀉患者的食療食物，但其缺乏面筋蛋白，面團持氣能力差、蓬松度、韌性小。為改善無麩質(zhì)產(chǎn)品的品質(zhì)不良現(xiàn)象，朱香杰等[62]以大米粉為原料，添加馬鈴薯蛋白-黃原膠復(fù)合物（PPXG）和馬鈴薯蛋白-黃原膠復(fù)合微凝膠（PPXGM），研究其對無麩質(zhì)大米面團流變特性和微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，PPXG 和PPXGM與對照組（添加馬鈴薯蛋白）相比更能提高面團的持氣性，增加饅頭比容。添加PPXGM 的饅頭品質(zhì)比其他組更好。楊龍松[63]也系統(tǒng)探究了PPXG 對凍融過程中餃子皮品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PPXG 的加入減緩了水分在凍融過程中的遷移，減少冰晶對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞，降低蒸煮損失率；還增強了蛋白質(zhì)和淀粉的相互作用，減緩了凍融過程中蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)、巰基及二硫鍵的變化，降低了淀粉短鏈有序化程度，餃子皮品質(zhì)得到改善。因此，多糖與馬鈴薯蛋白復(fù)合物有望成為面點制作的有效改良劑，用于面團、饅頭或其他面點食品生產(chǎn)中。關(guān)于其他多糖與馬鈴薯蛋白復(fù)合產(chǎn)物對面點制作的影響如何，以及馬鈴薯糖基化產(chǎn)物對面團影響的機理都還有待深入研究。

3.2.2 作為微膠囊制作的主要原料 微膠囊化能有效防止不飽和脂肪酸的氧化變質(zhì)，同時改善油的口感，方便運輸與儲藏。為達到上述對油的保護效果，合適的基質(zhì)對于微膠囊化效率以及其他理化性質(zhì)起著關(guān)鍵作用[64]。張?zhí)炱娴萚65]以馬鈴薯蛋白、山茶籽油和殼聚糖為主要原料，運用復(fù)合凝聚法、乳化和冷凍干燥制備出了性質(zhì)穩(wěn)定的馬鈴薯蛋白質(zhì)基微膠囊，通過結(jié)構(gòu)表征發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯蛋白基微膠囊壁材成功包裹芯材山茶籽油。因此，馬鈴薯蛋白經(jīng)過殼聚糖改性可作為微膠囊制作的主要原料之一，這對于馬鈴薯蛋白高值化利用具有廣闊的前景。

3.2.3 作為酶抑制劑和抗氧化性物質(zhì) 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶（ACE）是一種能夠調(diào)節(jié)血壓的多功能酶，對人體內(nèi)的血壓和體液平衡起著重要作用；但ACE 也能水解神經(jīng)肽、腦啡肽和其他一些生物活性肽，對人體的免疫、消化和神經(jīng)功能造成影響。目前，ACE 抑制劑已經(jīng)可以從各種食物中提取，食源性ACE 抑制劑安全性高，且無副作用[66]。高丹丹等[67]利用篩選出來的菌株發(fā)酵馬鈴薯蛋白制備ACE 抑制肽，生產(chǎn)出來的抑制肽ACE 抑制率高達86.94%。此外，該團隊還進行了利用胰蛋白酶水解馬鈴薯蛋白制備ACE 抑制肽的研究，并且還利用類蛋白反應(yīng)修飾ACE 抑制劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過類蛋白反應(yīng)修飾產(chǎn)物的ACE 抑制率比未經(jīng)修飾的提高了1.35 倍[68]。利用微生物發(fā)酵馬鈴薯蛋白制備抗氧化肽該團隊也有進行研究[49]，利用七株產(chǎn)蛋白酶能力強的菌株發(fā)酵馬鈴薯蛋白的產(chǎn)物DPPH 自由基的清除率分別為88.32%、92.00%、24.49%、76.90%、53.02%、18.11%、55.69%。因此，無論是通過蛋白酶水解還是微生物發(fā)酵馬鈴薯蛋白制備酶抑制劑和抗氧化性物質(zhì)都是可行的，為天然高效ACE 抑制劑和抗氧化物質(zhì)的制備提供了新的途徑，但制備工藝技術(shù)和對其他酶的抑制劑的研究需要更加深入的探索。

4 結(jié)語與展望

馬鈴薯蛋白資源豐富，中國是全球馬鈴薯種植、生產(chǎn)和消費最大的國家。馬鈴薯蛋白獨特的組成決定了其獨特的營養(yǎng)價值。其多樣的組成和較小的分子量使其具有良好的乳化性、發(fā)泡性和溶解性等特性，在食品領(lǐng)域中具有巨大潛力。此外，馬鈴薯蛋白還具有抗氧化和抗腫瘤活性等功能，在功能性食品和藥品等方面有廣闊的前景。目前已有對一百多種馬鈴薯蛋白酶抑制劑的氨基酸序列進行了編碼，但相關(guān)工作仍需完善。提取馬鈴薯蛋白常使用的酸堿沉淀法存在多種性能損失或下降問題，因此除了提高純度和優(yōu)化分離提純方法之外，改性技術(shù)也是另一條突破的途徑。然而，目前許多改性方法的成本過高，不適合工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。未來的研究方向包括深入研究馬鈴薯蛋白分子結(jié)構(gòu)與功能活性之間的聯(lián)系，探究其抗氧化機制，實現(xiàn)馬鈴薯蛋白在醫(yī)藥領(lǐng)域的高價值利用；加強馬鈴薯蛋白與其他植物蛋白的綜合利用，開發(fā)更營養(yǎng)健康的植物基蛋白肉或其他蛋白食品，推動馬鈴薯工業(yè)化進程；深入研究改性蛋白在應(yīng)用中的機制原理，同時降低馬鈴薯蛋白改性成本，優(yōu)化現(xiàn)有的改性方法，并利用微生物資源進行馬鈴薯蛋白改性的研究，以適應(yīng)大規(guī)模應(yīng)用的需求。

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