大豆非蛋白成分与蛋白质的互作

欧仕益

（暨南大学 食品科学与工程系，广州 510632）

大豆非蛋白成分与蛋白质的互作

欧仕益

（暨南大学 食品科学与工程系，广州 510632）

综述了国内外有关植酸、皂苷、膳食纤维、低聚糖、生物碱、酚类与蛋白质互作并影响蛋白质消化率的研究进展，以期为正确引导“双蛋白”产品开发提供参考。

双蛋白；非蛋白成分；蛋白质；互作

0 引 言

2006年，上海召开的“中国大豆食品产业圆桌峰会议”提出了“双蛋白”概念和“双蛋白”战略[1]。其内涵是：以植物蛋白质为基础，实行植物蛋白与动物蛋白开发并举。

但是，两年多来，国内有数十家食品企业将“双蛋白”工程单纯理解为开发动物蛋白+植物蛋白复合产品，市场上出现了许多带“双蛋白”标签的乳制品。由于植物种子中存在一些抗营养因子[2]，它们在加工过程中会与蛋白质发生理化反应（互作），从而可能给牛奶蛋白的营养甚至安全带来潜在影响。

本文综述了大豆中非蛋白成分与蛋白质互作的研究进展，以期为“双蛋白”制品开发提供参考。

1 植 酸

植酸为大豆次生代谢产物，质量分数为0.4%～0.5%[3]。众多报道表明它抑制蛋白酶对植物蛋白质的水解[4]，如玉米蛋白、高梁蛋白、大豆球蛋白、大豆分离蛋白和其它豆类蛋白，同时，也发现其降低胃蛋白酶活性[4]。植酸抑制蛋白质消化的机理是：通过其螯合的二价金属离子与蛋白质之间形成“桥梁”，从而使蛋白质聚合而难于被酶作用，并依据同样机理而使酶蛋白活性下降[4]。

2 皂 苷

大豆含皂苷2%～4%[3]，它是大豆的一种功能性成分，具有降血脂和抗癌肿功能。皂苷可与蛋白质进行共价和非共价结合，它与蛋白质结合后，蛋白质空间结构发生改变，热稳定性更高，不利于蛋白酶的降解[5]。当大豆皂苷的添加量为1 g/L时，胰蛋白酶（180 min后）对大豆球蛋白（Glycinin）和β-大豆球蛋白（β-Conglycinin）的降解率分别下降43%和61%[5]。

3 生物碱

大豆中生物碱质量分数约为2%，主要有羽扇豆碱、金雀花碱、羽扇烷宁、臭豆碱[6]。尽管目前还未有生物碱影响蛋白酶催化活性的报道，但我们推测，它可能影响蛋白质消化，因为生物碱可与单宁互作（图1）形成复合物[7]，而单宁易与蛋白质反应。

图1 生物碱与单宁的互作

4 膳食纤维和低聚糖（单糖）

膳食纤维从两方面抑制蛋白质的消化，一是包裹蛋白质和蛋白酶，从而阻止蛋白质降解[3]；二是增加肠胃中饱腹肽的释放从而抑制蛋白质消化[8]。大豆低聚糖主要有水苏糖、棉子糖（乳糖、蔗糖），它们干扰动物对蛋白质的消化，其详细机制不是很清楚，有人认为低聚糖会与蛋白质中的一些氨基酸如脯氨酸结合从而阻止蛋白质的消化[9]。此外，大豆中还含有一些还原糖，如甘露糖、葡萄糖，它们在热加工过程中与蛋白质发生Maillard反应而降低蛋白质效价。

5 油脂氧化物

油脂氧化产生的醛酮类物质可与蛋白质中氨基酸、特别是赖氨酸发生Maillard反应从而影响蛋白质的生物有效性。江南大学发现大豆脂氧合酶催化产生的氧化物可与组氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸和半胱氨酸反应而降低其含量，且产生一些新的物质[10]。

6 酚 类

酚类是植物中种类最多、功能不同的次生代谢成分，目前已分离出6 000多种[4]。按结构分可归纳为苯甲酸衍生物、肉桂酸衍生物和黄酮类物质等3大类 （图2），其中黄酮类物质又可分为黄酮、异黄酮、黄烷酮、花青素、儿茶素、黄酮醇等6类。大豆种子富含酚类物质，目前已经分离出12种异黄酮[11]，异黄酮总质量分数高达1.72%；其他酚类的种类更多，质量分数也较高，如单宁为85.8～151.3 mg/100g， 原花青素为300 mg/100g，其他黄酮类物质超过80 mg/100g[11]，同时还含有酚酸，如绿原酸、咖啡酸、阿魏酸、对-香豆酸等[12]。

图2 主要酚类物质

酚类（包括其糖苷）不仅含量高，组分复杂，而且非常活泼，它们至少可能以5种方式与蛋白质发生互作，分别是氢键、疏水交互作用、π键、离子键和共价键[11]。酚类与蛋白质互作形成絮状物影响含蛋白质饮料的稳定性常常成为食品加工和贮藏过程中较难解决的问题，在此不再阐述。下面主要讨论酚类与蛋白质中氨基酸发生的主要反应以及酚类对蛋白质消化的影响。

6.1 酚类物质与赖氨酸的反应

赖氨酸有活泼的ε-NH2，因此，无论游离态还是结合态（蛋白质中）的赖氨酸反应活性都较高。酚类与赖氨酸的反应模式可用图3表示。由图3可以看出，酚类可直接与赖氨酸反应，也可与其氧化物醌反应。当酚类被氧化成醌后（酚氧化在常温和热加工过程中都易发生），醌作为亲电中间物更易与亲核试剂如蛋白质中的赖氨酸、色氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸反应，从而降低氨基酸的生物有效性并引起蛋白质交联。Kroll等[12]用黄烷酮、芹菜苷、莰非醇、槲皮素、杨梅素的酚衍生物（醌）与血红蛋白在常温下反应，发现不同酚类与赖氨酸的反应活性存在很大差别，赖氨酸生物有效性降低0～3.5倍。研究表明，单宁和阿魏酸可使大豆分离蛋白中赖氨酸的生物有效性降低1倍多[13]。

图3 蛋白质中赖氨酸与酚类及其氧化物醌的反应模式

6.2 与含硫氨基酸的反应

含硫氨基酸中，半胱氨酸与赖氨酸一样非常活泼，它可直接与酚和酚氧化物醌反应。一分子醌可与2分子半胱氨酸反应从而使蛋白质交联[12]，其反应模式如图4所示。

目前还没有发现酚直接与蛋氨酸反应的报道，但酚被氧化成醌后，后者可使蛋氨酸中的二硫键中的硫氧化成亚砜和砜[14]。

6.3 与芳香族氨基酸的反应

酚类都是较好的抗氧化剂，它们作为抗氧化剂的基本条件是能在苯环中形成稳定的自由基，但这些自由基容易将电子转移到芳香族氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸上[12]，典型的反应如图5所示。

酚类与芳香族氨基酸反应显著降低氨基酸生物有效性。Kroll等[12]用5种酚类与血红蛋白反应，发现色氨酸生物有效性下降2～16倍。

从酚类与蛋白质中氨基酸的反应模式看，其氧化物醌的反应活性更高。醌的产生既可通过多酚氧化酶催化（热加工可杀酶而避免此类反应），又可在加热时直接氧化形成半醌和醌。加热时，pH值在4～10的范围内酚都可直接氧化为醌[16]，且pH值越高，氧化速度越快。

图4 蛋白质中半胱氨酸与酚类反应模式

图5 阿魏酸形成自由基后与蛋白质中酪氨酸的反应[15]

在蛋白质酶解过程中，酚类不仅与被降解蛋白发生互作，它们也与酶互作从而降低蛋白酶活性。Kroll等[12]研究发现，加入0.28 mmol/g蛋白质的绿原酸可使胰蛋白酶、胃蛋白酶和菠萝蛋白酶的活性分别降低60%，40%和80%。因此，食用酚类与蛋白质互作物后，蛋白质的生物效价将显著降低。Rohn等[16]采用大豆分离蛋白与绿原酸、槲皮素等酚类反应的物质饲喂小白鼠，发现蛋白质的生物效价和小白鼠体重显著下降。不过，也有酚类引起某些酶活性和蛋白质水解增加的报道[12]，意味着不同酚类对蛋白质的作用机制不同。

在“双蛋白奶”面世和豆奶未成为人们日常饮品之前，人类主要通过果蔬、茶、咖啡摄入酚类，每日摄入量低于1 g[12]。大豆酚类物质含量高，食用量大，更为值得注意的是，在“双蛋白奶”加工过程中，以下因素会加剧中酚类与蛋白质互作。①牛乳蛋白氨基酸组成与大豆品种的改变：牛乳中的半胱氨酸、赖氨酸、色氨酸、酪氨酸含量显著高于豆奶[17]，加上目前市场上广泛采用酚类物质含量更高的抗草苷膦转基因大豆品种[18]，酚类与牛乳蛋白中特定氨基酸间的互作更为强烈，有可能因为增加酚/醌类与氨基酸反应复合物的摄入而造成新的食品安全问题。②灭菌工艺的改变：牛乳灭菌一般可采用巴氏灭菌或UHT灭菌。由于大豆携带的细菌芽孢和霉菌孢子多，加工时往往需要高压灭菌（一般121℃20 min左右）[3]，如此剧烈的灭菌条件将大大促进酚氧化成醌以及酚/醌类与蛋白质的互作。③碱处理：在“双蛋白”复合饮品中，有的采用大豆分离蛋白作为大豆蛋白源[8]。由于浓缩效应，大豆分离蛋白中酚类物质（大豆异黄酮）含量比大豆籽粒中高10%～30%[19]，加之大豆分离蛋白采用碱法制备，因而酚类物质更易转变为醌而增加其与牛乳蛋白的互作。④牛乳中牛磺酸和其它游离氨基酸含量较高：牛乳中含有0.46%的游离氨基酸和约4 mg/100g的牛磺酸[17]，游离氨基酸更易与醌类发生褐变反应。

酚类与蛋白质中的氨基酸反应不仅导致蛋白质生物效价和消化率下降，而且影响生物活性酚类、特别是大豆异黄酮的生物有效性。

7 结 论

大豆中存在的非蛋白成分、特别是次生代谢成分酚类易于与蛋白质发生互作，影响蛋白质消化率，降低一些必需氨基酸和大豆异黄酮的生物有效性，并有可能带来潜在食品安全问题。而牛奶中容易与植物此生代谢成分互作的氨基酸如赖氨酸、半胱氨酸、色氨酸等含量比豆奶更高，因此，充分利用豆奶和牛奶的营养互补绝不是简单的复配问题，应慎重开发“双蛋白奶”产品。

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Interaction between non-protein components in soybean and protein

OU Shi-yi
（Department of Food Science and Engineering,Jinan University,Guangzhou 510632,China）

In order to provide some theretical background for developing dual protein mixture,the interaction of non-protein components,such as phytic acid,saponin,dietary fiber/oligosaccharides,alkloids and phenolic substances with protein were reviewed in this article.

dual protein;non-protein components;protein;interaction

TQ93

B

1001-2230（2010）01-0048-03

2009-07-17

欧仕益（1963-），男，教授，从事食品化学方面的研究。