豌豆蛋白的改性研究进展：物理、化学与酶法技术及应用价值
10/29/2025 09:56:01
在全球蛋白资源需求持续增长与消费者健康意识提升的背景下，植物蛋白替代动物蛋白成为食品工业发展的重要方向。豌豆蛋白凭借价格低廉、氨基酸组成丰富且致敏性低的优势，被视为极具潜力的植物蛋白来源。
然而，天然豌豆蛋白存在功能特性不足、风味欠佳等问题，限制了其在食品领域的广泛应用。本文系统梳理了豌豆蛋白主要改性方法的技术原理、研究进展及改性效果，旨在为豌豆蛋白的高值化利用与食品工业创新提供参考。
一 物理改性
1、豌豆的物理改性中常见的高温处理有超高温处理、挤压以及喷雾干燥等。
高温处理可以降低食品中的微生物含量；延长食品的保质期；改变食品的功能特性。利用超高温对豌豆分散体进行处理，结果显示，豌豆蛋白的部分香气化合物含量在热处理过程中显著增加，并产生了维生素和酚类降解产物。
喷雾干燥是一种干粉控制生产技术，其优点是易操作和低成本。研究显示，经喷雾干燥处理后的豌豆分离蛋白（PPI）的表面疏水性和粒径增大，当PPI在喷雾干燥前加热到变性温度以上时，其溶解度和乳化性显著降低，这为PPI储存与运输提供了依据。
挤压是一个复杂的改性过程。物料在喂料桶里以设定好的速率进料，物料在混合区与水充分混合，在蒸煮区受到高温，高压以及高剪切力作用，使得蛋白质分子结构变成熔融状态，最后根据不同水分含量选择不同的模具获得最终的产品。低水分挤压后的蛋白质二级结构发生变化，会形成更大的多孔蛋白聚集体，进而使得PPI溶解度降低。高水分挤压后的蛋白在经过更长的冷却模具后，蛋白分子进行了定向重排，能获得更具类似肉的纤维结构的产品。
2、非高温处理主要包括超声波、微流化和大气冷等离子体等。
超声波对蛋白质结构的影响与空化效应有关，空化效应会导致压差循环、剪切应力、湍流和温度升高。超声会导致蛋白质分子破碎，进而提高了PPI的乳化性和溶解度。
微流化是一种高压均质化技术，在该技术中，由于高剪切应力、空化、膨胀和湍流，加压悬浮体被迫通过微通道，导致颗粒破碎，进而导致细乳液的形成。研究发现，PPI在微流化的过程中被破坏了二硫键，会促进大的不溶性蛋白质分子或聚集体转化为可溶性颗粒，从而使得PPI的溶解度得到改善。
大气冷等离子体作为一种新型的非热加工技术，具有处理时间短、对食品物理特性、风味和营养成分无热损害的优点。研究结果显示，在对PPI进行大气等离子气体处理后，PPI的溶解度、持水和持油能力均得到提高，O3和OH处理使得PPI的凝胶性和乳化性显著增强，而H2O2处理可以提高PPI的白度，凝胶性和乳化性的改变可以提高其在食品中的应用价值，而白度的增加能够提高豌豆蛋白作为添加剂在食品中的可行性。
二 化学改性
化学改性主要包括酸碱化处理，糖基化反应和官能团转化。
将蛋白质溶液置于极端酸性或极端碱性的pH条件下，使得蛋白质部分折叠，然后置于中性的pH环境，蛋白质能够重新折叠，形成具有独特表面性质的熔融球状构象。研究发现，利用碱移后的PPI可以更好的吸附脂肪球，其制成的乳液更均匀且不易氧化。这一改变可以使得PPI更好的适用于营养物质和一些食品药品的载体。
通过美拉德反应将多糖与植物蛋白结合，已成为一种改善蛋白质功能特性的绿色化学方法。研究发现，阿拉伯树胶与豌豆浓缩蛋白（PPC）和豌豆蛋白水解物（PPH）偶联后，可以降低豆类风味，并改善PPH、PPC的溶解度、乳化性能和抗氧化活性。
此外，脱酯化的高甲氧基柑橘果胶也能够改善PPI的溶解度。另有研究表明，4种多糖（玉米纤维胶、高甲氧基果胶、羧甲基纤维素和魔芋葡甘聚糖）在饮料体系中与PPI进行偶联，无论是自然pH环境还是酸性pH环境，PPI分散体的物理稳定性都得到了提高。
脱酰胺化、磷酸化和酰化都属于对蛋白侧链的官能团进行修饰的改性方法。脱酰胺化目前普遍采用的是将谷氨酰胺和天冬酰胺残基中的酰胺变为羧基来增加蛋白质负电荷的方法。采用谷氨酰胺对PPI进行脱酰胺能够显著提高PPI溶解度，减轻豆类风味和苦味。
磷酸化是一种费用低且高效的改善蛋白质功能特性的方法。在此过程中，磷酸化试剂选择性地与蛋白质侧链上的活性基团发生反应，从而引入多个带负电荷的磷酸基团，能够增强蛋白质分子间的静电斥力，从而改善豌豆蛋白的功能。PPI进行磷酸化处理后，溶解度、乳化性能、乳化稳定性、起泡性能和持油能力均有提高。
酰化改性不同于磷酸化，酰化是酰化剂与蛋白质氨基酸残基之间的亲核取代反应，可改善PPI的功能性质，酰化后的PPI溶解度、起泡能力和稳定性、乳状液稳定性和持水性都有所提高。
2、酶法改性主要包括酶法水解、酶法交联、酶法脱酰胺、酶法脱植酸和其他酶改性作用。
酶法水解是利用酶来识别蛋白质中的氨基酸基团，使其发生水解断裂成肽和氨基酸，从而达到改善蛋白质功能的目的。豌豆蛋白中常用的水解酶多数为特异性蛋白酶，识别特定的肽序列结构进行水解。常见的有木瓜蛋白酶、胰蛋白酶、胃蛋白酶等。
不同的水解酶的作用部位和条件不同，如碱性蛋白酶一般在中性至碱性条件下具有水解活性，水解部位为疏水氨基酸的羧基。胃蛋白酶则在酸性条件下活性较高，其优先水解芳香族氨基酸的氨基端肽键，但对羧基端肽键也能发挥作用。
酶水解多应用于改善豌豆蛋白的功能特性上。如在豌豆蛋白乳液中通过胰蛋白酶在特定pH下进行水解，能够提高溶解度并促进聚集体形成，同时ζ电位的低绝对值引起的缺乏排斥力，能够形成更坚固、有弹性的膜，提高豌豆蛋白乳液的整体稳定性。除了功能特性上的改性外，酶水解还可以降低致敏性。
酶法交联是指在酶的作用下，蛋白质分子内或分子间进行共价交联，从而改变蛋白质结构，提升蛋白质的相对分子质量，有效改善蛋白的持水性、凝胶性等功能特性，且可以提高蛋白的营养价值。
目前在改性豌豆蛋白中主要应用的交联酶为TG酶，TG酶在自然界分布广泛且改性豌豆蛋白效果良好，其可以通过3种方式来改变蛋白结构，主要利用蛋白质谷氨酰胺残基上的γ-甲酰胺基作供体与其他肽链上的ε-氨基或伯胺基团进行共价交联，来引入其他氨基酸或改变蛋白结构。
利用豌豆蛋白进行高水分挤压制作植物基肉制品的过程中，加入TG酶能够使挤压过程中蛋白分层的层结构间相互作用得到加强，挤出物有更好的层状纤维结构和质构特性。此外，TG酶还可以用来改善蛋白凝胶强度。豌豆蛋白通过脱酰胺处理，可以减轻豆腥味，提高豌豆蛋白的整体风味特征和加工特性。
酶法脱酰胺与非酶法相比，具有可选择酶系丰富、作用效果明显、条件温和等优点，更受到科研人员的认可。目前可用在食品加工中脱酰胺处理的酶制剂包括转谷氨酰胺酶、蛋白酶、肽谷氨酰胺酶和蛋白质谷氨酰胺酶等。
与其他酶相比，蛋白质谷氨酰胺酶可诱导谷氨酰胺残基水解生成谷氨酰胺和氨，而谷氨酰胺酶可特异性地使蛋白质和肽中的谷氨酰胺和天冬氨酸残基脱酰胺，并且2种酶作用并不会伴随其他反应发生。研究表明，脱酰胺能够改善豌豆蛋白的风味成分，去除不良的豆类风味，并且蛋白结构没有显著变化。
植酸酶是一种特殊的磷酸单酯水解酶，有很强地水解植酸的能力。作用机理是通过将植酸中的磷酸残基水解，破坏了植酸对矿物质的亲和力，而释放出来的Ca²⁺可参与蛋白交联或其他反应，改善蛋白质结构。
有研究表明通过植酸酶脱去植酸可提高蛋白质的利用率，同时还能提高蛋白的乳化稳定性和凝胶硬度等。研究发现，使用植酸酶在温水条件下对豌豆蛋白进行处理，能够使植酸含量下降，并且蛋白质和碳水化合物的代谢利用率得到提升。
除以上酶作用机理外，目前也有研究使用其他酶作用改性蛋白质的方法，如酶法磷酸化作用、酶法糖基化作用。酶法磷酸化通过在蛋白质侧链活性氨基酸基团上接入磷酸达到改善蛋白质的目的。此法因作用条件温和、反应位点高度专一、营养价值无损失等优点曾经是食品改性的热点。但当前酶法磷酸化存在的效率较低、成本太高等缺陷，限制了其在食品工业中的大规模应用。
酶法糖基化是利用TG酶来催化蛋白质中谷氨酰胺残基与酰基供体共价结合，产生糖蛋白。在TG酶催化下，蛋白质与氨基糖发生共价结合反应，产物糖蛋白兼具蛋白质的大分子特性和糖类的亲水特性，使蛋白质的功能性质有不同程度的改善，尤其是对溶解度低的植物蛋白具有更好的效果。
有研究使用TG酶诱导壳聚糖糖基化，探究其对豌豆蛋白结构和功能特性的影响，结果表明，壳聚糖糖基化可改变豌豆球蛋白的结构，从而提高其乳化性、热稳定性和体外消化稳定性等特性。
