李倩如 ，熊 瑤 ，葉 倩 ，林嘉諾 ， 張龍濤 ，鄭寶東

（1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建福州350002；2.中愛(ài)國(guó)際合作食品物質(zhì)學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究中心，福建福州 350002；3.福建省特種淀粉品質(zhì)科學(xué)與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建福州 350002）

大豆低溫浸提法榨油后產(chǎn)生的副產(chǎn)物——低溫豆粕，經(jīng)過(guò)堿提酸沉的工藝，得到大豆分離蛋白（Soy protein isolate，SPI），其蛋白含量高[1]、氨基酸組成平衡[2]，具有良好的功能特性[3-7]，如凝膠性[8-11]、結(jié)膜性[12-19]和乳化性[20-24]等，被作為重要的食品配料，廣泛地應(yīng)用于食品工業(yè)中，其中SPI的凝膠特性的被關(guān)注度最高，應(yīng)用也最廣泛。

長(zhǎng)期以來(lái)，SPI的凝膠過(guò)程得到廣泛的研究[25]。通過(guò)調(diào)控外界條件，如離子強(qiáng)度、熱處理方式等，大豆蛋白質(zhì)可遵循不同的機(jī)理，經(jīng)過(guò)不同的途徑形成不同類型的聚集體和凝膠制品。就SPI聚集體和凝膠的形成機(jī)理、SPI聚集對(duì)大豆蛋白凝膠的影響進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步探索SPI聚集和成膠的機(jī)理，以及通過(guò)控制大豆蛋白的聚集行為調(diào)控大豆蛋白凝膠的物化性質(zhì)提供一定的參考。

1 大豆蛋白聚集體的形成機(jī)理

蛋白聚集的機(jī)理常被分為5個(gè)階段：①變性展開。蛋白質(zhì)受外界條件的影響，變性展開后其分子構(gòu)象發(fā)生改變，從天然（折疊）狀態(tài)變?yōu)檎归_狀態(tài)，二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞，分子內(nèi)部基團(tuán)被暴露出來(lái)。②寡聚體的形成。暴露的各基團(tuán)間相互連接，形成可逆的寡聚體。③成核。寡聚體間進(jìn)一步發(fā)生不可逆的聚集，即形成聚集體的核心。④聚合。變性蛋白質(zhì)和聚集體的核心，在化學(xué)作用力下相互連接，形成更大的聚集體。⑤凝聚。聚集體間進(jìn)一步結(jié)合，形成分子量更大的凝聚體[26-28]。

處理?xiàng)l件的不同會(huì)導(dǎo)致大豆蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)被破壞的程度不同，基團(tuán)暴露的程度不同，寡聚體和蛋白質(zhì)間的相互作用程度也不相同。因而，通過(guò)改變外界條件，可以調(diào)控SPI的聚集行為，形成性質(zhì)各異的大豆蛋白聚集體。

2 大豆蛋白凝膠的形成機(jī)理

蛋白凝膠是指蛋白質(zhì)發(fā)生聚集后，聚集體間進(jìn)一步形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，此過(guò)程涉及到蛋白多聚體之間、多聚體與溶劑之間、引力和斥力的相互平衡[29]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)形成聚集體后，通過(guò)加熱或添加各類凝固劑（如酸類、鹽類凝固劑等），會(huì)形成大豆蛋白熱致凝膠或冷致凝膠，其區(qū)別在于蛋白濃度的高低與成膠的方式。

在大豆蛋白熱致凝膠形成過(guò)程中，蛋白濃度高，其變性、聚集和膠凝過(guò)程同時(shí)發(fā)生，加熱冷卻后便可凝固成膠。當(dāng)?shù)鞍诐舛容^低時(shí)，加熱冷卻后只能形成蛋白聚集體或者沉淀，因而需要通過(guò)添加其他物質(zhì)，改變蛋白體系的pH值或離子強(qiáng)度，進(jìn)而成膠，蛋白質(zhì)變性和膠凝過(guò)程被分開。

根據(jù)加入凝固劑的作用機(jī)理不同，大豆蛋白冷凝膠又被分為酸凝膠和鹽凝膠。當(dāng)加入酸類凝固劑時(shí)，其逐漸溶于水中，酸性基團(tuán)離子H+被釋放，中和了大豆蛋白的表面電荷，使蛋白聚集體系的pH值下降，大豆蛋白在其等電點(diǎn)附近發(fā)生沉降，逐漸凝固成膠。對(duì)于鹽類凝固劑，除具有調(diào)控蛋白體系等電點(diǎn)的作用外，某些二價(jià)鹽離子（如Ca2+，Mg2+等）還具有鹽橋的作用，這些作用共同參與蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成。

凝膠作用是大豆蛋白重要的功能性質(zhì)之一，凝膠對(duì)大豆蛋白制品及其衍生物的品質(zhì)（如豆腐、香腸、魚糜等）具有極其重要的調(diào)控作用[3]。大豆蛋白聚集體作為大豆蛋白凝膠的前體，探索其對(duì)大豆蛋白凝膠的影響，對(duì)調(diào)控大豆蛋白的凝膠特性具有重要意義。

3 大豆蛋白質(zhì)聚集對(duì)大豆蛋白凝膠的影響

3.1 不同類型大豆蛋白聚集體對(duì)大豆蛋白凝膠的影響

大豆蛋白處理時(shí)的條件（蛋白質(zhì)濃度、pH值、加熱溫度）等對(duì)形成的蛋白聚集體的類型（溶解性、展開情況、聚集結(jié)構(gòu)等）有顯著影響。

大豆蛋白聚集體根據(jù)其大小和溶解性，可以分為可溶性聚集體和不溶性聚集體。王洪晶[30]發(fā)現(xiàn)可溶性的大豆蛋白聚集體會(huì)增強(qiáng)SPI凝膠的物化性質(zhì)，而不溶性的大豆蛋白聚集體則會(huì)損壞SPI凝膠的物化性質(zhì)，這是因?yàn)樵谀z過(guò)程中，蛋白亞基間的共價(jià)作用使得不溶性的蛋白聚集體無(wú)法解離或充分伸展，因而凝膠的形成受到阻礙。

研究表明，大豆蛋白的濃度越大，形成的聚集體的粒徑越大，形成的凝膠的持水性和凝膠強(qiáng)度也越高[31]。在不同的pH值環(huán)境下，可以制得性質(zhì)明顯不同的2種類型的聚集體[32]，無(wú)定形聚集（中性環(huán)境，pH值7.0） 和纖維狀聚集（酸性環(huán)境，pH值2.0）。在表征這些聚集體的性質(zhì)及聚集行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)聚集類型的不同，顯著影響聚集體的各項(xiàng)性能。同時(shí)，在中性條件下（pH值7.0），對(duì)大豆蛋白分別進(jìn)行了熱處理（90℃） 和水熱處理（120℃），無(wú)定形聚集體又進(jìn)一步被分成了2種類型的聚集體，這2種聚集體在分子量、形狀、電荷等方面存在顯著差異，其二級(jí)結(jié)構(gòu)、粒徑和穩(wěn)定聚集體的作用力也都明顯不同，因而大豆蛋白的凝膠性也不同[33]。預(yù)熱溫度顯著影響大豆蛋白冷凝膠的性質(zhì)[34]，這是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)在不同溫度下，形成的聚集體和凝膠類型不同，在低于100℃時(shí)形成珠狀結(jié)構(gòu)的凝膠，而在高于100℃時(shí)則會(huì)形成絲狀結(jié)構(gòu)的凝膠。

Hu H等人[35-37]用超聲波對(duì)SPI進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)超聲波可以調(diào)控SPI聚集體的結(jié)構(gòu)，通過(guò)改變聚集體的粒徑、表面疏水性、自由巰基含量等，改變蛋白質(zhì)間的二硫鍵、疏水作用力等化學(xué)作用力，進(jìn)一步制得物化性質(zhì)各異的大豆蛋白凝膠。李云[38]通過(guò)加熱、酸處理和醇處理的方法制備了具有不同功能性質(zhì)的5種聚集體，將這些聚集體按不同比例與天然大豆蛋白混合后，通過(guò)加熱冷卻形成熱凝膠，發(fā)現(xiàn)添加少量的蛋白聚集體可以提高大豆蛋白的凝膠性質(zhì)，而過(guò)量的蛋白聚集體則會(huì)減弱大豆蛋白的凝膠性質(zhì)。

綜上所述，通過(guò)改變外界處理?xiàng)l件，可以調(diào)控大豆蛋白質(zhì)的聚集途徑和聚集機(jī)制，形成結(jié)構(gòu)各異的聚集體，進(jìn)而影響大豆蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)和膠凝特性[39]。

3.2 大豆蛋白聚集體組分對(duì)大豆蛋白凝膠的影響

大豆蛋白凝膠的物化性質(zhì)主要受大豆蛋白聚集體的特性所決定，而大豆蛋白不同組分的聚集行為又各不相同，并且相互之間也會(huì)產(chǎn)生影響。因此，學(xué)者們分離提取了大豆蛋白的主要成分，β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S），對(duì)它們各自的聚集行為，以及二者聚集過(guò)程中的相互影響進(jìn)行了研究。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)操控聚集體的聚集尺度，可以調(diào)控大豆蛋白凝膠的物化性質(zhì)[2]。趙海波在研究SPI的不同變性程度和粒徑大小對(duì)形成的凝膠的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，SPI凝膠的硬度和持水性與11S的變性程度和蛋白顆粒的平均粒徑顯著正相關(guān)，但與7S的變性程度無(wú)關(guān)，11S完全變性的SPI聚集體形成的凝膠結(jié)構(gòu)最為均勻致密。

郭健對(duì)比分析了7S和11S在熱處理過(guò)程中的熱聚集行為時(shí)，發(fā)現(xiàn)二者具有不同的聚集機(jī)制。7S的熱聚集經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、預(yù)成核、成核和聚合4個(gè)階段，11S的熱聚集則經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變、預(yù)成核、成核、聚合和凝聚5個(gè)階段。同時(shí)，探索了大豆7S和11S混合體系的熱聚集行為，發(fā)現(xiàn)7S可通過(guò)疏水作用與11S形成復(fù)合物，使11S的聚集終止，阻止了聚集體間進(jìn)一步發(fā)生凝聚作用。同時(shí)，研究者們對(duì)大豆7S蛋白進(jìn)行了糖基化接枝改性，發(fā)現(xiàn)7S蛋白及其糖基化產(chǎn)物都會(huì)抑制大豆11S蛋白熱聚集體的形成，并且相較于未糖基的大豆7S蛋白，糖基化產(chǎn)物的抑制效果更為明顯[45-46]。

3.3 大豆蛋白聚集體復(fù)合對(duì)大豆蛋白凝膠的影響

單一的蛋白組分所形成的凝膠結(jié)構(gòu)較脆弱，因而，將大豆蛋白與其他生物大分子進(jìn)行復(fù)合形成功能性復(fù)合凝膠，被認(rèn)為是有效提高大豆蛋白功能性的方法之一[47]。

在研究大豆蛋白與多糖復(fù)合后的凝膠的物化性質(zhì)時(shí)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系中各物質(zhì)間的相互作用主要受體系中原材料的種類、復(fù)合比、離子強(qiáng)度等影響。大豆低聚糖（蔗糖、棉巧糖和水蘇糖） 和可溶性大豆多糖（SSPS） 的添加可以提高CaSO4誘導(dǎo)形成的大豆蛋白鹽凝膠的硬度和持水性。但是，根據(jù)所添加的復(fù)合物種類的不同，其提高程度也不同。陳震東將天然和熱處理的SPI與甜菜果膠（SBP）進(jìn)行復(fù)合時(shí)，發(fā)現(xiàn)在不同復(fù)合比下，SPI-SBP復(fù)合物的結(jié)構(gòu)相圖各不相同，不同離子強(qiáng)度下，維系蛋白-多糖復(fù)合體系的主導(dǎo)作用也不同。何秀婷[2]將大豆7S蛋白、7S蛋白無(wú)定型聚集體（7SA）、7S蛋白纖維化聚集體（7SF） 分別與低酯果膠（LMP） 復(fù)合后，制成冷致凝膠。激光共聚焦掃描顯微鏡（CLSM） 結(jié)果顯示，7S-LMP復(fù)合凝膠是以蛋白為連續(xù)相的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；對(duì)于7SA-LMP復(fù)合凝膠，Ca2+同時(shí)交聯(lián)蛋白和多糖，兩相穿插分布，共同構(gòu)成復(fù)合凝膠的網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)框架；而7SF-LMP復(fù)合凝膠則是以LMP為連續(xù)相的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。即不同類型的聚集體，會(huì)形成不同類型的凝膠結(jié)構(gòu)框架，因而連續(xù)相或填充物也不同，從而影響蛋白凝膠的微觀結(jié)構(gòu)及其物化性質(zhì)。

綜上所述，聚集體的性質(zhì)對(duì)凝膠過(guò)程產(chǎn)生重要影響。通過(guò)改變大豆蛋白原料組分的比例或外界環(huán)境的條件（pH值、離子強(qiáng)度、加熱溫度與時(shí)間等），可以對(duì)大豆蛋白的聚集行為進(jìn)行調(diào)控，制得類型各異的大豆蛋白聚集體，進(jìn)一步復(fù)合其他生物大分子，加熱冷卻或添加凝固劑，便可制得具有不同質(zhì)構(gòu)特性的大豆蛋白熱致凝膠或冷致凝膠。

4 結(jié)語(yǔ)

大豆蛋白的聚集體和凝膠制品已被廣泛研究，改變外界環(huán)境的條件對(duì)大豆蛋白進(jìn)行物理或化學(xué)改性等都會(huì)影響大豆蛋白聚集體的形成，進(jìn)一步影響其凝膠性質(zhì)。但目前的研究主要集中在如何通過(guò)各種處理方式，獲得具有不同特性的完全變性的聚集體，再通過(guò)控制聚集體的性質(zhì)調(diào)控凝膠的性質(zhì)。然而，對(duì)于未變性大豆蛋白對(duì)大豆蛋白聚集體及凝膠形成的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。

為進(jìn)一步探明蛋白聚集和凝膠結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理，調(diào)控大豆蛋白凝膠制品的物化性質(zhì)，提出了以下幾種研究的思路：①將未變性的大豆蛋白與完全變性的大豆蛋白混合，探索其對(duì)大豆蛋白聚集行為的影響；②通過(guò)加熱冷卻或者添加不同種類的凝固劑，對(duì)比研究未變性的大豆蛋白對(duì)不同類型的大豆蛋白凝膠制品的影響；③簡(jiǎn)化研究組分，進(jìn)一步對(duì)大豆蛋白進(jìn)行分離純化，考查未變性的不同蛋白組分（7S、11S等） 對(duì)大豆蛋白聚集和凝膠制品的影響；④未變性的大豆蛋白在食品中進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，其安全性有待考查，如胰蛋白酶抑制劑的滅活等，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)一步分析其凝膠制品的安全性。此外，如何將該技術(shù)運(yùn)用到大規(guī)模的實(shí)際生產(chǎn)加工過(guò)程中，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，也是有待進(jìn)一步研究的課題。