大豆蛋白改性研究的进展

张 娟，于志杰，杜 枚

(1.河南工大设计研究院，河南 郑州 450001;2.河南工业大学 国际教育学院，河南 郑州 450001)

大豆是一种广泛种植于世界各地的油料作物，是人类摄取植物蛋白的重要途经之一。大豆蛋白是一种优秀的植物蛋白，不仅富含多种必需氨基酸，而且价格低廉，营养价值较高。但是，在现代食品的生产加工过程中，由于大豆蛋白结构本身的特点，天然大豆蛋白的性能一般难以满足企业生产环节的实际需求，如溶解度低、消化率低、泡沫稳定性差[1]等，给大豆蛋白产业的进一步发展带来了一定的局限性[2-3]。因此，探寻高效且安全的大豆蛋白改性方法，改善大豆蛋白的功能特性，提高大豆蛋白的附加值成为许多专家和学者在食品领域中关注的热点。

蛋白质改性处理能够改变蛋白质的理化性质，进而赋予蛋白质最佳的专项功能或同时兼具多种加工功能特性。具体来说，就是通过物理或者生化方法改变蛋白质的结构，使氨基酸的残基与多肽链的排列次序发生变化，从而达到改善蛋白质功能特性的目的[4]。目前，常见的大豆蛋白改性技术有物理改性、化学改性以及酶法改性。本文通过研究和总结针对大豆蛋白改性的不同方法，分析其基本概念和相应的优缺点，旨在将研究者近期工作进行归纳，为其他学者的进一步研究提供参考。

1 物理改性法

大豆蛋白的物理改性方法具有成本较低、无毒素、无副作用的优点。物理改性主要通过磁、热、机械、电等方法，对蛋白质分子之间的凝聚状态和立体结构进行调整，从而达到改善疏水性、溶解性等目的。物理改性法一般不会改变蛋白质的一级结构[4]。因此，该方法改善功能特性的效果并不突出。截至目前，研究中常用的物理改性法主要有热处理法、超声波处理法和高压均质法等。

1.1 热处理法

蛋白质的乳化活性、溶解性与蛋白质组分的聚集程度紧密相关。热处理就是通过加热使蛋白质构象发生改变。加热作用下，蛋白质分子部分展开，疏水氨基酸暴露在表面，促使蛋白质聚集，从而改变蛋白质的功能活性[5]。Li等[6]通过实验得出，80℃为临界温度，在80℃以下加热蛋白质，蛋白质变性程度很低，但随着温度升高，11S球蛋白亚基含量急剧下降，11S的未解离亚基和部分7S亚基参与热聚体的形成，提高了大豆蛋白的凝胶性能。王冬梅等[7]研究发现，大豆蛋白的结构在60℃和80℃时趋于“包埋态”，疏水性氨基酸被包埋，然而在100℃的热处理下，蛋白质分子将会形成热聚体，疏水氨基酸更多的暴露，趋于“暴露态”。因此在高温热处理下的大豆蛋白会发生疏水性聚集，增加大豆蛋白二级结构的无序性，从而产生溶解性下降的结果。

1.2 超声波处理法

超声波改性是国内外常用的一种安全有效的改性方法，因为其良好的方向性和穿透性而得到广泛关注。超声波改性运用高强度的超声波产生高温、强剪切力和高压，对溶液中的蛋白质进行分解，蛋白质化学键的断裂使分子结构疏松，暴露非极性基团，从而改变了蛋白质的功能特性[8-9]。刘冉等[10]发现超声波对大豆蛋白的凝胶性有很强的影响，400 W和600 W的超声处理可以改变大豆蛋白的黏弹结构，有利于蛋白质颗粒的重聚集，提高凝胶强度和稳定性。Zhou等[11]以大豆分离蛋白凝胶为研究对象，发现适度超声处理使大豆蛋白凝胶的持水性和可溶性蛋白质质量分数分别降低了38.27%和3.58%，在一定范围内，超声作用下的高剪切和空化效应使蛋白质的平均粒径减小，从而降低了蛋白质的聚集程度。由此可见，超声处理可以提高大豆蛋白凝胶的冻融稳定性。

1.3 高压均质处理法

高压均质不同于传统的热处理，它不会对风味小分子物质造成影响，而是仅仅破坏分子间的非共价键，改变蛋白质分子的空间构像。这项技术不仅可以最大程度的保留食品原有的营养成分和风味特性[12]，而且因为是高压处理下亚基的解离和重聚，球蛋白的溶解性和乳化性也可以得到良好的改善[13]。Bi等[14]研究了不同均相压力下大豆蛋白乳液凝胶的形成机理，结果表明均相压力的增加显著提高了凝胶的黏弹性和热稳定性。另外，一定的压力(小于60 MPa)有利于形成稳定的立体网络结构，提高大豆分离蛋白乳液的持水能力。刘竞男等[13]通过测定不同次数均质下大豆蛋白乳液的状态，探究了高压均质法对大豆蛋白乳化体系的影响，发现高压均质可以显著提高其乳液体系的稳定性、流变学性质和氧化稳定。

2 化学改性法

化学改性是一种反应简单、作用明显的改性方法，其主要通过修饰蛋白质结构或利用化学试剂与蛋白质分子上基团发生特定的反应而改变蛋白质的功能特性。蛋白质侧链有多个活性基团，如氨基、巯基、羧基等，如果对这些基团进行交联或改性，可以获得我们所期望的性能，拓宽大豆蛋白的应用范围。但是，化学改性仍存在化学试剂残留、反应副产物多等安全隐患，因此，探索安全高效的化学改性方法成为专家学者探索的重要方向。

2.1 接枝改性

蛋白质的接枝改性技术对于生物技术、食品工程、生物医学领域具有重要意义。接枝改性是最重要的化学改性方法之一，其原理为接枝单体双键打开后接枝到聚合物上的活性点上，而活性点的位置决定了修饰后蛋白质的反应活性和生物活性[15]。左颖昕等[16]探究了葡萄糖接枝对大豆分离蛋白的功能特性以及结构的影响，发现了糖链的引入使大豆分离蛋白的肽链展开，二级结构发生变化，α-螺旋和β-转角的含量减少，结构更趋于无序性。另外，通过实验得出，在反应温度55℃、大豆分离蛋白与葡萄糖质量比为1∶1且反应时间为6 h的条件下，改性后的大豆分离蛋白溶解性提高了56.18%，乳化活性提高了28.04%；反应8 h后，乳化稳定性可以提高92.78%。王玉莹等[17]使用辐照技术辅助大豆蛋白与麦芽糖发生接枝反应，并且探究了各项参数对大豆分离蛋白冻融特性的影响，结果表明，在大豆分离蛋白质量分数为4%，大豆蛋白与麦芽糖质量比例为4∶1和辐照剂量为7.5 kGy的条件下，经过多次冻融循环，改性的大豆分离蛋白乳析指数均得到降低，出油率也得到改善，且优化后的大豆分离蛋白具有更稳定的微观结构。

2.2 交联改性

大豆蛋白内部含有的基团，如氨基、羟基、巯基、二硫键等容易发生交联反应[18]。运用交联改性可以使蛋白质分子间和分子内具有更强的键合作用，因此常用于胶粘剂和膜材料的制作中。近年研究发现，交联改性后的大豆基粘合剂的耐水能力可以得到极大改善。陈仕清等[19]利用木质素环氧聚合物与大豆分离蛋白进行交联反应，证明木质素环氧聚合物与大豆蛋白分子发生了氢键作用和化学反应，提高了大豆蛋白基胶粘剂的耐热性，其最大降解温度比改性前提高18.6℃；且改性后粘合剂制作的胶合板胶合强度达到0.99 MPa，满足国家标准规定的Ⅱ类胶合板要求。Ghahri等[20]用天然单宁替代了合成的化学试剂作为交联剂，分析了3种不同的天然单宁与大豆蛋白的反应机理，并且寻找到了性能最佳的粘合剂配方，证明了单宁作为天然交联剂，在生产环保型木材胶粘剂方面的潜力。

2.3 糖基化

糖基化反应主要分为干热法和湿热法，是蛋白质中氨基与还原糖中的羧基产生共价键而形成糖蛋白的反应。此反应具有条件温和、改性后蛋白质性质稳定、产品中没有添加有毒试剂和催化剂等优点。研究发现，糖基化可以提高大豆蛋白的溶解性、凝胶性、热稳定性和抗氧化性[21]，这对于食品工业具有重要意义。Li等[22]以大豆分离蛋白和葡萄糖为原料，采用湿法分别在不同温度下制备糖基化产物，研究其分子柔性与乳化特性之间的关系以及分子结构的改变，深入探究大豆分离蛋白与葡萄糖糖基化产物的结构与功能关系。结果证明了分子柔性和乳化特性之间具有良好的相关性，为大豆蛋白糖基化的进一步研究提供了理论指导。Hao等[23]利用水溶性多糖修饰大豆球蛋白，该糖基化反应令大豆球蛋白在二级和三级结构上表现出更好的结构稳定性，因此改性后的乳液具有更好的凝胶特性、热稳定性和冻融稳定性。

3 酶改性

酶改性的原理是通过蛋白酶对肽键或酰胺键进行部分水解，产生具有一定功能性质的小分子肽段并改变蛋白质分子的排列，从而达到改善蛋白质各项性能以及提高其营养价值的目的。酶改性通常作用条件温和，所以不会对蛋白质造成破坏，使其失去原有的功能特性，而且可以通过选择特定的酶和反应条件达到所期望的改性结果，具有效率高、专一性强且不会产生毒素等优点，因此被广泛应用。

常见的蛋白酶可以分为动物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。微生物酶中的转谷氨酰胺酶是一种催化转酰基反应的酶，它可以聚合蛋白质多肽，使赖氨酸上的ε-氨基与谷氨酸上的γ-羟酰胺基产生联合反应，形成共价聚合物，从而改变大豆分离蛋白的溶解性、疏水性、胶凝特性等。张志衡等[24]通过实验证明转谷氨酰胺酶改性后的大豆分离蛋白形成了更稳定的网络结构，溶解度在各种条件下均低于未变性的蛋白质，此结论可以应用于改善食品中蛋白质的溶解酸败问题，使大豆分离蛋白在食品工业中得到更广泛的应用。Yin等[25]发现从枯草芽孢杆菌中分离的碱性蛋白酶对大豆蛋白中的β-甘氨酸有水解作用，可以降低大豆抗原蛋白的致敏性。实验测得，在蛋白质浓度为30 mg/ml，酶用量为0.7%、水解时间为40 min、温度为55℃、pH值为8.5的最佳水解条件下，大豆蛋白中的β-甘氨酸碱性蛋白酶的水解度达到76.28%，酶解后可以有效降低其过敏抗原性，使其抗原抑制率达到27.03%，为生产低过敏原性大豆蛋白提供精确的数据支持。

4 大豆蛋白改性的发展前景

植物蛋白的深度开发与利用是当前国际食品领域研究的热点，而大豆蛋白作为优质的植物蛋白之一，对其专有功能性、营养性进一步改善，开发出与大豆蛋白相关的高附加值产品将具有重要意义。在未来的研究中，结合其它领域中发现的物理、化学、酶、生物等新技术和新方法，探究更加高效的改性方法以改善大豆蛋白的溶解性、胶凝性、乳化性和持水性等理化性质，从而拓宽大豆蛋白的应用范围，有助于为食品工业、包装、胶粘剂等产业提供发展机遇。但在实际运用前，仍需对其分子结构的特征和各组分的功能特性进行分析，以期使用绿色安全、高效实用的生产方法达到理想的结果，为社会带来良好的经济效益。