综述：树坚果蛋白的提取与改性方法及其在食品工业中的应用

《Cogent Food & Agriculture》：Extraction and modification methods of tree nut proteins and their utilization in food industry

　　

树坚果蛋白因其高蛋白质含量、氨基酸平衡及功能特性，被认为是动物蛋白的优质替代品。本综述总结了来自主要树坚果（包括核桃、杏仁、开心果、榛子和腰果）的蛋白质的提取、改性、功能特性及食品应用。研究人员对水提法、碱提法、盐提法以及新兴方法，如超声辅助提取（UAE）、酶辅助提取（EAE）、微波辅助提取（MAE）、脉冲电场（PEF）和高压处理（HPP）进行了批判性评述。研究人员总结了多种改性技术，包括物理、化学、酶法和发酵方法，以提升蛋白质的溶解度、乳化能力、起泡特性、持水性和生物活性。研究人员强调了树坚果蛋白在烘焙产品、替代乳制品、肉类类似物、蛋白强化饮料、营养保健品和功能性食品中应用的最新进展。该领域涌现的技术有望提高蛋白质产量和功能性。然而，过敏原性、加工成本和商业化问题必须在大规模应用中加以解决。树坚果蛋白在多种其他工业用途中具有潜力，同时需进一步开展加工研究以提升功能性和可持续性。

论文主体部分总结了树坚果蛋白的提取、改性、功能特性及食品工业应用。主要内容包括：

**氨基酸组成与谱（Amino acid composition and profile）**：大多数树坚果蛋白以疏水性氨基酸为主，其次是酸性、碱性和亲水性氨基酸。必需氨基酸含量因坚果种类而异，例如杏仁中谷氨酸含量较高。蛋白质的营养价值取决于氨基酸组成和消化率；与动物蛋白相比，树坚果蛋白通常被视为不完全蛋白，但其消费与心血管健康高度相关。

**坚果蛋白的意义（Significance of nut protein）**：在发展中国家，植物蛋白在人类营养中发挥重要作用。植物蛋白产品作为食品配料日益普及，其风味特性对食品添加剂效果至关重要。高植物蛋白饮食可降低血压、胆固醇和体重，优于动物蛋白。从动物蛋白向植物蛋白的转变有助于环境可持续性、食品可负担性和食品安全。

**树坚果蛋白在应对全球营养挑战中的作用（Role of nut proteins in addressing global nutrition challenges）**：树坚果蛋白是解决全球营养挑战的可持续方案，富含抗氧化剂、多酚和有益脂肪，可降低慢性病风险。其生产碳足迹低于畜牧业，符合可持续发展目标（SDGs）。酶辅助和超声辅助等提取技术提升了蛋白质产量和功能特性，使其适用于乳制品替代品、蛋白棒等产品。主要挑战包括过敏原性、季节性可用性和成本。

**传统坚果蛋白提取技术（Conventional nut protein extraction techniques）**：包括水提法、碱提法和盐提法。水提法使用有机溶剂促进蛋白质溶解，但回收率较高。碱提法（常用KOH和NaOH）通过破坏二硫键提高提取率，但高温可能导致蛋白质变性、赖氨酸丙氨酸形成和氨基酸损失。盐提法基于蛋白质在盐溶液中的差异溶解度，低浓度盐增强溶解性，高浓度盐导致沉淀。

**现代高效蛋白质分离技术（Modern techniques for efficient protein isolation）**：涵盖酶辅助提取（EAE）、超声辅助提取（UAE）、脉冲电场（PEF）、微波辅助提取（MAE）和高压辅助提取（HPAE）。EAE利用细胞壁降解酶（如纤维素酶、果胶酶）和蛋白酶释放蛋白质，提高功能特性。UAE通过超声空化效应破坏细胞壁，增强传质，提高蛋白质产量和功能特性。PEF利用高强度电场脉冲使细胞膜通透性增加，促进蛋白质释放。MAE通过微波辐射加热，破坏细胞壁基质，加速提取。HPAE通过高压使细胞变形，增强传质，实现非热提取。

**坚果蛋白的结构与理化表征（Structural and physicochemical characterization of nut protein）**：包括二级和三级蛋白质结构、溶解性与分散性、乳化与起泡特性。蛋白质溶解度受pH和离子强度影响，等电点处溶解度最低。乙酰化改性可增加亲水性，提高溶解度。乳化特性取决于蛋白质在油水界面的吸附，起泡特性与薄膜弹性相关。树坚果蛋白（如核桃蛋白）经超声处理后，表面疏水性增加，乳化性和起泡性显著提升。

**坚果蛋白的功能特性（Functional properties of nut proteins）**：包括持水能力（WBC）和溶胀能力。WBC受温度、pH、离子强度等因素影响，影响凝胶、乳化等特性。蛋白质的氨基酸组成决定其功能特性，如高乳化性和起泡性适用于沙拉酱、冷冻甜点，高持水性和持油性适用于肉类和面包产品。

**蛋白质改性（Protein modification）**：分为物理改性、化学改性和生物改性。物理改性包括热处理、高压处理、超声处理、微波加热和射频处理。热处理使蛋白质部分展开，暴露疏水基团，改善乳化性和凝胶性，但过度加热导致聚集。高压处理（100-800 MPa）破坏疏水和静电键，促进凝胶化。超声处理通过空化作用改变结构，提高溶解度。微波加热和射频处理通过体积加热改变蛋白质结构。化学改性包括pH偏移、脱酰胺和阳离子化。pH偏移处理使蛋白质展开再折叠，改善溶解性和乳化性。脱酰胺将谷氨酰胺和天冬酰胺的酰胺基转化为羧基，增加负电荷，降低过敏原性。阳离子化添加季铵基团，增加表面电荷，提升溶解性和乳化性。酶法改性包括酶解和发酵。酶解（如Alcalase）生成低分子量肽，提高溶解性和抗氧化活性。发酵（如乳酸菌）改善溶解性和持水持油性。

**坚果蛋白在食品工业中的应用（Application of nut protein in food industry）**：包括烘焙行业、无麸质配方、咸味应用、乳制品替代品、肉类类似物、饮料和营养保健品。树坚果蛋白在烘焙中提供质地和风味，在无麸质产品中替代麸质功能。在乳制品替代品中，杏仁蛋白用于植物奶，提供稳定乳化和口感。在肉类类似物中，核桃蛋白通过水合和脂肪结合形成肉状结构。在饮料中，杏仁和核桃蛋白用于蛋白强化饮料，需优化溶解度。在营养保健品中，酶解肽具有抗氧化、降压、抗炎等生物活性。

**挑战与局限性（Challenges and limitations）**：树坚果蛋白提取效率受品种、加工技术和抗营养因子影响。传统方法可能导致蛋白质变性、功能丧失和环境问题。此外，溶解度低、分散性差和过敏原性限制了应用。提取成本高、不同物种间变异大，需开发低成本、可持续的改进方法。

**未来趋势（Future trends）**：全球人口增长推动蛋白质需求，植物蛋白消费增加。环境可持续性和健康益处促使植物蛋白产品开发。新兴技术（如酶辅助和超声辅助提取）有望提高产量和功能性，但需解决过敏原性和商业化问题。

**结论（Conclusion）**：树坚果蛋白是满足全球蛋白质需求的可持续来源，碱性提取最可行，超声辅助和酶辅助提取很有前景。酶解和超声处理可增强功能特性，但植物蛋白对加工条件敏感，需进一步研究以提升功能性。