各类食品中的蛋白质

食品蛋白质可以分为动物源、植物源两大类。其中，主要的动物源蛋白有乳蛋白、肉类蛋白和卵蛋白；主要的植物源蛋白包括大豆蛋白和谷物蛋白。这些蛋白质都是传统蛋白，有着悠久的食用历史，在人类的日常消费中也占据着重要的地位，同时也是食品加工中重要的食品成分或配料，如表3-21所示。除此之外，随着新食品资源的开发和利用，还存在一些可食用的食品蛋白新资源，如单细胞蛋白、昆虫蛋白和叶蛋白。

表3-21　主要的食品蛋白质及其应用

一、动物来源食品中蛋白质

动物来源的蛋白质有很多。常见的有乳蛋白、肉类蛋白和卵蛋白。

1.乳蛋白

通常所说的乳蛋白指的是牛乳蛋白（milk proteins），它主要由酪蛋白（casein）和乳清蛋白（whey protein）这两大类组成。其中，酪蛋白约占总蛋白的80%，包括αs1、酪蛋白、β-酪蛋白和κ-酪蛋白；乳清蛋白约占总蛋白的20%，包括β-乳球蛋白和α-乳白蛋白；此外牛乳中还含有一些其他的生物活性蛋白、肽类等，如免疫蛋白、乳铁蛋白、溶菌酶和其他的酶类等。

牛乳中的主要蛋白质是以多聚体形式存在，其中酪蛋白以高度水合的酪蛋白磷酸钙形式存在（酪蛋白胶束）。酪蛋白胶束的直径在30～300nm，以纳米形式存在，在1mL液体乳中胶束的数量在1014左右，只有小部分的胶束直径在600nm左右。

在生产冰淇淋和发泡奶油点心过程中，乳蛋白起着发泡剂和泡沫稳定剂的作用。乳蛋白冰淇淋还有保香作用。在焙烤食品中加入脱脂奶粉，可以改善面团的吸水性，增大体积，阻止水分的蒸发，控制气体的逸散速度，加强结构性。乳清中的蛋白质，具有较强的耐搅打性，可用作西式点心的顶端配料，稳定泡沫，脱脂奶粉可以作为乳化剂添加到肉糜中去，增强其保湿性。

酪蛋白的分离可以简单地采用酸沉淀分离法，也可以利用凝乳酶的作用，最终产品的性能随处理方法的差异而有所不同。酪蛋白是食品加工中的重要配料。目前，已经有4种不同的酪蛋白产品可以在食品中应用，其中以酪蛋白的钠盐（干酪素钠，cseinate）的应用最广泛。酪蛋白钠盐在pH＞6时稳定性较好，在水中有很好的溶解性和热稳定性，是一种较好的乳化剂、保水剂、增稠剂、搅打发泡剂和胶凝剂。

来自乳清的乳清蛋白浓缩物（whey protein concentrate，WPC）或乳清蛋白分离物（whey protein isolate，WPI）也是很好的功能性食品配料，特别是在模拟人类母乳构成的婴幼儿食品中有广泛的应用。乳清蛋白和酪蛋白不同的性质还在于乳清蛋白在酸性条件下的优良溶解性，可应用在一些酸性食品中。商品化乳蛋白产品的化学组成如表3-22所示。

表3-22　商品化乳蛋白产品的化学组成

除酪蛋白、乳清蛋白外，从乳清中将β-乳球蛋白和α-乳白蛋白等单一的组分分离出来，也可以用作很好的食品加工原料，还有一些其他的蛋白质或肽有重要的应用价值。牛乳蛋白中主要成分的性质、功能和应用如表3-23所示。

表3-23　牛乳蛋白中主要成分的性质、功能和应用

2.肉类蛋白

肉类是人类最重要的食物，也是重要的蛋白质来源之一。动物肌肉组织中的蛋白质大致可分为肌原纤维蛋白（myofibrillar protein）、肌浆蛋白（sarcoplasmic protein）和肌基质蛋白（stroma protein）三种，它们所占动物肌肉组织总蛋白质的百分比分别约为55%、30%和15%。其中，肌浆蛋白可以用水或者是低浓度的盐水将其从肌肉组织中提取出来，肌原纤维蛋白则需要用高浓度的盐溶液才能够将其从肌肉组织中分离提取出来，肌基质蛋白则是不溶解的蛋白质。

肌肉蛋白的保水性是影响鲜肉滋味、嫩度和颜色的重要功能性质，也是影响肉类加工质量的决定因素。肌肉中的水溶性肌浆蛋白和盐溶性肌纤蛋白的乳化性，对大批量肉类的加工质量影响极大。肌肉蛋白的溶解性、溶胀性、黏着性和胶凝性，在食品加工中也很重要。如胶凝性可以提高产品强度、韧性和组织性。蛋白的吸水、保水和保油性能，使食品在加工时减少油水的流失量，阻止食品收缩；蛋白的黏着性有促进肉糜结合，免用黏着剂的作用。

肌原纤维蛋白主要有肌球蛋白和肌动蛋白等。肌球蛋白的等电点为5.4左右，在温度达到50～55℃时发生凝固，它具有ATP酶的活性。肌动蛋白的等电点为4.7，与肌球蛋白可以结合为肌动球蛋白。肌原纤维蛋白中的肌球蛋白、肌动蛋白间的作用决定了肌肉的收缩。

肌浆蛋白主要有肌红蛋白、清蛋白（肌溶蛋白）等。肌红蛋白为产生肉类色泽的主要色素，它的等电点为6.8，性质不稳定，在外来因素的影响下所含的二价铁容易转化为三价铁，导致肉色的异常。存在于肌原纤维间的清蛋白性质也不稳定，在温度达到50℃附近就可以变性。

肌基质蛋白主要有胶原蛋白和弹性蛋白。胶原蛋白含有较多的甘氨酸、脯氨酸和羟脯氨酸，不仅具有分子内的交联键，而且还具有分子间的交联键，并且交联的程度随动物年龄的增加而增大。胶原蛋白的交联程度增大的结果导致胶原蛋白性质的稳定，从而影响到肉质的嫩度。胶原蛋白经过加热后逐步转化为明胶，而明胶的重要特性就是可以溶于水中，并可以形成热可逆的凝胶，在食品加工中有应用价值。弹性蛋白不含羟脯氨酸和色氨酸，含脯氨酸、甘氨酸、缬氨酸较多，可以抗拒胃蛋白酶、胰蛋白酶的水解，但是它可以被胰腺中的弹性蛋白酶水解。

对肉制品来讲，形成乳化分散系时，盐溶蛋白、肌纤维蛋白与碎片、结缔组织及碎片等对乳化体系的形成或稳定起作用。一般来讲，增加肌肉的斩拌时间，可以增加脂肪球上所吸附的蛋白层的厚度，所以有利于改进乳化稳定性。对于不同的肌肉蛋白质来讲，肌球蛋白的乳化性质最好。

肉的嫩度（tenderness）是肉品的重要感官质量之一，是反映肉的质地的一项重要指标，一般意义上的嫩度是我们的感觉器官对肌肉蛋白性质的总体概括，它与肌肉蛋白质的结构、变性、聚集、分解等有关。从总体来看，我们对肉品质中嫩度的感觉有4个方面：一是肉对舌或颊的柔软性；二是肉对牙齿切入时的抵抗力；三是咬断肌纤维的难易程度；四是肉的嚼碎程度。

对肉进行嫩化处理，一般是利用植物蛋白酶如木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶和无花果蛋白酶。肉酶嫩化的作用机制是：利用酶对蛋白质的催化水解作用来裂解肌肉蛋白，酶可以通过注射的方式在屠宰前进入动物体，也可以在屠宰后处理肉时加入到肌肉组织中，如表3-24所示。菠萝蛋白酶对胶原蛋白有较强的亲和作用，对弹性蛋白和肌原蛋白的亲和作用差一些。木瓜蛋白酶对肌原纤维蛋白有高度的亲和作用，对胶原蛋白只是稍有作用。无花果蛋白酶对肌原纤维蛋白和结缔组织蛋白均有好的作用。3种酶的适宜作用温度为：木瓜蛋白酶60～80℃，菠萝蛋白酶30～60℃，无花果蛋白酶30～50℃。

表3-24　肉质嫩化时蛋白质的使用量

注：1lb（磅）=0.4536kg；oz（盎司）=28.3495g。

3.卵蛋白

人类食用历史最悠久的卵类是鸡蛋。一个完整鸡蛋的可食部分由蛋白（albumen）和蛋黄（yolk）两个部分组成。在卵蛋白中，各种蛋白质基本上是球蛋白。卵蛋白中蛋白质为主要的成分，碳水化合物含量较低，脂肪的含量可被忽略不计；卵白中的碳水化合物以结合态（与蛋白质结合成为糖蛋白）或游离态存在，并且绝大部分的游离碳水化合物为葡萄糖。相比之下，卵黄的主要成分为蛋白质和脂肪，碳水化合物的含量仍是很低，大多数的脂类与蛋白质结合，以脂蛋白的形式存在，并对卵蛋白的功能性质有着决定性的作用。

卵蛋白是食品加工中重要的胶凝剂，容易形成热不可逆凝胶。在诸多的卵蛋白凝胶中，以卵清蛋白的胶凝性质研究得最多。卵清蛋白所形成的凝胶，其凝胶强度和浊度是介质pH值和离子强度的函数，这些因素影响作用的原因在于：热变性后的卵清蛋白的构象与天然卵清蛋白的构象差不多，在接近等电点的pH值或高的离子强度条件下，变性的蛋白质分子通过分子间的疏水相互作用随机聚集；而在远离等电点的pH值和低离子强度时，蛋白质分子间的静电斥力妨碍了随机聚集的发生，从而导致有序的线性聚集体形成。

卵蛋白的主要功能是促进食品的凝结、胶凝、发泡和成形，是食品中重要的发泡剂。卵白中多种蛋白质的共同作用使得其发泡能力优于酪蛋白。比较卵白中各种蛋白质的发泡能力，它们的顺序为：卵黏蛋白＞卵球蛋白＞卵转铁蛋白＞卵清蛋白＞卵类黏蛋白＞溶菌酶，由于溶菌酶和卵类黏蛋白的结构相对稳定（分子内具有二硫键），不易发生变形而难以在界面吸附，所以能够降低其发泡性能。球蛋白的发泡性能虽然较差，但是如果通过不产生沉淀的变性处理（如酸、碱或热处理），就可以提高其发泡能力。

卵黄的主要功能是乳化及乳化稳定性，它是食品加工中重要的乳化剂。卵黄的乳化性质很大程度上取决于脂蛋白。比较卵黄蛋白、卵黄磷蛋白和脂蛋白的乳化性质，得到卵黄磷蛋白的乳化性质是最好的；卵黄中的低密度脂蛋白的乳化性质，也比相同蛋白质浓度的牛血清蛋白的乳化性好，在卵黄低密度脂蛋白中加入磷脂后不影响其乳化能力。

二、植物来源食品中蛋白质

植物来源食品中蛋白质主要包括大豆蛋白和谷物蛋白。

1.大豆蛋白

大豆蛋白（soybean proteins）主要存在于蛋白体和糊粉粒中，由于它能溶于pH≠pI的水及盐溶液，所以主要是球蛋白，也有少量的其他蛋白质。从必需氨基酸组成来看，大豆蛋白营养价值与动物蛋白是很相近的，其中含有足够的赖氨酸，但是缺乏含硫氨基酸，因此，大豆蛋白具备优质蛋白质的条件，最具有开发潜力。

大豆蛋白质具有广泛的功能性质，如溶解性、吸水和保水性、黏着性、胶凝性、弹性、乳化性和发泡性等。每一种性质都给食品加工带来特定的效果。如将大豆蛋白加入到咖啡乳内，是利用其乳化性；涂在冰淇淋表面，是利用其发泡性；用于肉类加工，是利用它的保水性、乳化性和胶凝性。加在富含脂肪的香肠、大红肠和午餐肉中，是利用它的乳化性，提高肉糜间的黏性等等。因其价廉，故应用得非常广泛。

水提取的大豆蛋白在适当的条件下经过超离心处理后，根据蛋白质的沉降系数的不同可分为4个部分，即2S、7S、11S和15S大豆蛋白。2S部分主要含有蛋白酶抑制物、细胞色素C、尿囊素酶和两种球蛋白，整体约为蛋白质的20%；7S部分中含有β-淀粉酶、血细胞凝集素、脂氧合酶和7S球蛋白，占大豆水提取蛋白的37%；11S部分主要是11S球蛋白，占大豆水提取蛋白的1/3以上；15S部分尚不太清楚，为大豆球蛋白的聚合物，含量约为水提取蛋白的10%。由于7S和11S蛋白占总蛋白的70%左右，所以是大豆中最重要的蛋白质。

大豆脱脂后所得到的剩余物豆粕，主要成分为大豆蛋白质和碳水化合物；在以压榨法生成油脂的工艺中，由于蛋白质所经受的温度较高，蛋白质的变性程度大，功能性质差，通常用于动物饲料的加工；而在以有机溶剂浸提法生产得到的豆粕，则不存在这些不足。豆粕通过进一步加工，一般可以得到以下3种不同的大豆蛋白，可以作为蛋白质原料用于食品中。大豆蛋白产品的必需氨基酸组成如表3-25所示。

表3-25　大豆蛋白产品的必需氨基酸组成（100g蛋白产品）

（1）脱脂豆粉

脱脂豆粉（defatted soybean flour）中蛋白质含量约为50%。大豆在经过调质、脱皮、压片处理后，利用有机溶剂如6#溶剂（主要成分为正己烷）浸提出油脂后，所余下的豆粕主要由大豆蛋白质和碳水化合物（可溶于水或不溶于水的）组成，残余的有机溶剂可通过闪蒸法脱除，大豆中的抗营养因子被灭活，蛋白质的功能性质得到很好地保留。

（2）大豆浓缩蛋白（大豆蛋白浓缩物）

脱脂豆粉用pH=4.5的水浸提，或用含有一定浓度乙醇的水浸提，或进行湿热处理后用水浸提处理，可除去其中所含的可溶性低聚糖（即胀气因子），最后产品蛋白质含量提高至70%左右，蛋白酶抑制物含量也降低。脱脂豆粉中的一些蛋白质也由于浸提而损失在乳清液中，最后总收率约为原料的2/3。

（3）大豆分离蛋白（大豆蛋白分离物）

用稀碱溶液浸提处理脱脂豆粉，分离出残渣后，蛋白质提取液加酸至等电点后，大豆蛋白沉淀出来，沉淀经过碱中和、喷雾干燥后就得到大豆分离蛋白，蛋白质含量超过90%，基本不含纤维素、抗营养因子等物质，可将其看成是真正的大豆蛋白质制品，它的溶解度高，具有很好的乳化、分散、胶凝以及增稠作用，在食品中的应用范围很广。大豆蛋白产品在食品中的功能性质如表3-26所示。

表3-26　大豆蛋白产品在食品中的功能性质

注：C为大豆蛋白浓缩物；F为脱脂豆粉；H为水解大豆蛋白；I为分离大豆蛋白；W为大豆乳清蛋白。

2.谷物蛋白

谷物也是人类食用历史悠久的主要食物，它主要包括稻谷、小麦、玉米、大麦和燕麦等作物。从其化学组成特征来看，谷物中蛋白质含量比动物源食品、油籽作物等低，氨基酸组成不平衡，一部分氮元素以非蛋白氮形式存在。谷物蛋白质根据其溶解性分为4大类：清蛋白（albumin，水溶）、球蛋白（globulin，盐溶）、醇溶蛋白（prolamin，70%乙醇溶解）、谷蛋白（glutelin，酸或碱溶）。几种谷物食品中蛋白质的分级组成如表3-27所示。

表3-27　几种谷物食品中蛋白质的分级组成

这几种蛋白质在谷物中的含量随品种、地域、生长条件的不同而变化。三种谷物中醇溶蛋白的组成情况和谷物蛋白的一些化学特征分别见表3-28和3-29所示。

表3-28　三种谷物中醇溶蛋白的组成情况

由于谷物蛋白中醇溶蛋白与谷蛋白的总量超过85%，所以谷物蛋白质的营养价值依赖于这两种蛋白质。醇溶蛋白中赖氨酸的含量很低，所以整体来讲谷物蛋白的限制性氨基酸一般是赖氨酸。

表3-29　谷物蛋白的一些化学特征

醇溶蛋白、谷蛋白由于其溶解性差而不溶于水，加工中一般将其统称为面筋蛋白。醇溶蛋白由单一肽链组成，相对分子质量为3×104～6×104，分子内存在二硫键，可将其分为α-、β-、γ-、ω-四种醇溶蛋白。谷蛋白则由低分子肽链、高分子肽链亚基组成，亚基相对分子质量为3.1×104～4.8×104和9.7×104～1.36×105，有肽链间（或者分子间）二硫键，分子中一般含3～5个高分子亚基、约15个低分子亚基。

对食品加工来讲，面粉中的谷物蛋白对焙烤产品品质的影响很大，因为加工时原料的质量、面团的流变学特性均决定最终产品的品质，而这些又与面粉中蛋白质的含量、蛋白质组成有关。例如所谓的强力粉就是含有较高的蛋白质的面粉，在制作面包时具有很好的气体滞留能力，同时还使得产品具有良好的外观和质地。一般不同蛋白质含量的面粉的用途如表3-30所示。

表3-30　不同蛋白质含量的面粉的用途

对面筋蛋白，从化学结构的角度看二硫键的作用非常重要，它决定了醇溶蛋白和谷蛋白的溶解行为，因而决定面团的性质。早期的研究曾显示，在面团中加入还原剂使其发生二硫键交换反应，结果导致蛋白质溶解度增加和面团强度减弱，所以氧化剂（例如过氧化苯甲酰）的使用可以改善面粉的品质，活性大豆粉的作用也是如此。另外，面筋蛋白与其他成分的作用有时也是非常重要的，例如面筋蛋白与淀粉的作用对于产品的老化问题具有意义，蛋白与淀粉形成的网状结构可以抗拒淀粉老化。

面筋蛋白含量与面团性质的关系研究显示，谷蛋白含量与面团体积间的关系，比面粉蛋白含量与面团体积间的关系更好。通过研究谷蛋白大聚集体的含量发现，谷蛋白大聚集体是决定焙烤产品面团品质的重要参数。

三、可食用的蛋白质新资源

1.单细胞蛋白

单细胞蛋白（single cell protein，SCP）是指以工业方式培养的微生物（如酵母菌、乳酸菌和霉菌等），这些菌体含丰富的蛋白质，可用作人类食物或动物饲料。单细胞蛋白是一种浓缩的蛋白类产品，含粗蛋白50%～85%，其中氨基酸组分齐全，可利用率高，还含维生素、无机盐、脂肪和糖类等，其营养价值优于鱼粉和大豆粉。一些单细胞生物的化学组成如表3-31所示。

表3-31　一些单细胞生物的化学组成

单细胞蛋白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，它们的化学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。

①酵母蛋白。真菌中的酵母在食品加工中应用较早，包括酿造、焙烤等食品。酵母中蛋白质的含量超过了干重的一半，但相对缺乏含硫氨基酸。另外，由于酵母中含有较高量的核酸，若摄入过量的酵母蛋白则会造成血液的尿酸水平升高，引起机体的代谢紊乱。

②细菌蛋白。细菌蛋白的生产一般是以碳氢化合物（如天然气或沥青）或甲醇作为底物，它们的蛋白含量占干重的3/4以上，必需氨基酸组成中同样缺乏含硫氨基酸，另外它们所含的脂肪酸也多为饱和脂肪酸。

这两种微生物蛋白一般不能直接食用，需要除去其中的细胞壁、核酸和灰分等杂质，其原理在工艺上与大豆蛋白的加工处理类似。细菌蛋白提取处理后得到细菌分离蛋白，它的化学组成与大豆分离蛋白相近，并且在补充含硫氨基酸以后，它的营养价值与大豆分离蛋白也相近。

③藻类蛋白。以小球藻和螺旋藻最引人注目，它们是在海水中快速生长的两种微藻，二者的蛋白含量分别为50%、60%（干重），必需氨基酸中除含硫氨基酸较少外，其他的必需氨基酸却很丰富。

此外，单细胞蛋白还具有以下开发上的优势。

①单细胞蛋白的生产有着广阔的原料资源。利用纤维资源如秸秆、木屑和蔗渣等均可用作发酵底物，在制备发酵产物的同时还可收集微生物生产单细胞蛋白。

②单细胞蛋白生产投资少，生产速率高。微生物几十分钟便可增殖一代，质量倍增之快是动植物不能比拟的。有人估计，一头500kg的牛每天产蛋白约0.4kg，而500kg的酵母每天至少生产蛋白质5000kg。

③工业生产单细胞不需占用大量的耕地，不受生产地区、季节和气候条件的限制。由此可见，单细胞蛋白资源开发具有广阔的前景。但应该注意的是大部分单细胞蛋白含有较高的核酸含量，限制它们直接用于人类消费。对此，可采用热或碱处理细胞，有利于提高蛋白质的消化率、氨基酸有效性和除去核酸。经过这种处理的酵母和细菌，进行动物饲养试验检验其营养价值，即使长期试验也未发现毒性。

2.昆虫蛋白

昆虫是地球上最大的生物类群，具有食物转化率高、繁殖速度快和蛋白质含量高的特点，被认为是目前最大且最具开发潜力的动物蛋白源。许多昆虫干体的蛋白质含量高达50%以上，如蝇蛆为61%、蚕蛹为71%、蝴蝶为75%、蟋蟀为75%、蝉为72%、蚂蚁为67%，有的甚至高达80%以上，如黄蜂为81%等。这些昆虫的蛋白质含量远大于鸡、鱼、猪肉和鸡蛋中的蛋白质含量，与牛肝中的蛋白质含量相差无几。更重要的是昆虫蛋白质中氨基酸组分分布的比例与联合国粮食与农业组织（FAO）制定的蛋白质中必需氨基酸的比例模式非常接近。因此，昆虫是一类高品质的动物蛋白质资源。人类开发昆虫蛋白质资源有较早的历史，据资料推断，从史前开始，墨西哥的土著人就有吃虫的习惯。我国也早在公元前11世纪的周代，就有食虫的记载。最近几十年来，随着科技的进步，人类对食用昆虫的利用意义与过去相比有了更深刻和更广泛的认识，特别是昆虫作为一类巨大的蛋白质资源，已经取得了许多专家和学者的共识，并掀起了一股研究与开发昆虫蛋白质的热潮，形成了一门新兴的介于昆虫学和营养学之间的边缘交叉学科——食用昆虫学。目前，国内外已经大规模工厂化生产昆虫蛋白系列食品，如德国已建立了汉堡“康福林”昆虫联合加工企业等工厂，年产成品8000t，其昆虫蛋白质提纯已投入工厂生产。在中国山东鱼台，建有“油炸金蝉罐头”生产线，产品出口日本，每吨利润达12万元。

3.叶蛋白

植物的叶片是进行光合作用及合成蛋白质的场所，许多禾谷类、豆类作物的叶片中含2%～4%的蛋白质。叶蛋白（leaf protein）是以新鲜的青绿植物茎叶为原料，经压榨取汁、汁液中蛋白质分离和浓缩干燥而制备的蛋白质浓缩物。叶蛋白制品含蛋白质55%～72%，叶蛋白含有18种氨基酸，其中包括8种人体所必需的氨基酸，且其组成比例平衡，与联合国粮食与农业组织推荐的成人氨基酸模式基本相符，特别是Lys含量较高，这对多以谷物类为主食的第三世界国家尤为重要。叶蛋白的Ca，P，Mg，Fe，Zn含量高，是各类种子的5～8倍，胡萝卜素和叶黄素含量比各类叶子分别高20～30倍和4～5倍，无动物蛋白所含的胆固醇，具有防病治病，防衰抗老，强身健体等多种生理功能。叶蛋白经过有机溶剂脱色处理等后，会改善叶蛋白的适口性，添加到谷类食物中则可提高谷类食物中赖氨酸的含量。被FAO认为是一种高质量的食品，是一种具有高开发价值的新型蛋白质资源。

叶蛋白制备主要包括汁液榨取、汁液中蛋白质分离和叶蛋白的浓缩干燥，其中叶蛋白的分离是整个制备工艺的核心。