大豆非蛋白成分與蛋白質(zhì)的互作

歐仕益

（暨南大學(xué) 食品科學(xué)與工程系，廣州 510632）

大豆非蛋白成分與蛋白質(zhì)的互作

歐仕益

（暨南大學(xué) 食品科學(xué)與工程系，廣州 510632）

綜述了國內(nèi)外有關(guān)植酸、皂苷、膳食纖維、低聚糖、生物堿、酚類與蛋白質(zhì)互作并影響蛋白質(zhì)消化率的研究進(jìn)展，以期為正確引導(dǎo)“雙蛋白”產(chǎn)品開發(fā)提供參考。

雙蛋白；非蛋白成分；蛋白質(zhì)；互作

0 引 言

2006年，上海召開的“中國大豆食品產(chǎn)業(yè)圓桌峰會議”提出了“雙蛋白”概念和“雙蛋白”戰(zhàn)略[1]。其內(nèi)涵是：以植物蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)，實(shí)行植物蛋白與動物蛋白開發(fā)并舉。

但是，兩年多來，國內(nèi)有數(shù)十家食品企業(yè)將“雙蛋白”工程單純理解為開發(fā)動物蛋白+植物蛋白復(fù)合產(chǎn)品，市場上出現(xiàn)了許多帶“雙蛋白”標(biāo)簽的乳制品。由于植物種子中存在一些抗?fàn)I養(yǎng)因子[2]，它們在加工過程中會與蛋白質(zhì)發(fā)生理化反應(yīng)（互作），從而可能給牛奶蛋白的營養(yǎng)甚至安全帶來潛在影響。

本文綜述了大豆中非蛋白成分與蛋白質(zhì)互作的研究進(jìn)展，以期為“雙蛋白”制品開發(fā)提供參考。

1 植 酸

植酸為大豆次生代謝產(chǎn)物，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%～0.5%[3]。眾多報道表明它抑制蛋白酶對植物蛋白質(zhì)的水解[4]，如玉米蛋白、高梁蛋白、大豆球蛋白、大豆分離蛋白和其它豆類蛋白，同時，也發(fā)現(xiàn)其降低胃蛋白酶活性[4]。植酸抑制蛋白質(zhì)消化的機(jī)理是：通過其螯合的二價金屬離子與蛋白質(zhì)之間形成“橋梁”，從而使蛋白質(zhì)聚合而難于被酶作用，并依據(jù)同樣機(jī)理而使酶蛋白活性下降[4]。

2 皂 苷

大豆含皂苷2%～4%[3]，它是大豆的一種功能性成分，具有降血脂和抗癌腫功能。皂苷可與蛋白質(zhì)進(jìn)行共價和非共價結(jié)合，它與蛋白質(zhì)結(jié)合后，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，熱穩(wěn)定性更高，不利于蛋白酶的降解[5]。當(dāng)大豆皂苷的添加量為1 g/L時，胰蛋白酶（180 min后）對大豆球蛋白（Glycinin）和β-大豆球蛋白（β-Conglycinin）的降解率分別下降43%和61%[5]。

3 生物堿

大豆中生物堿質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為2%，主要有羽扇豆堿、金雀花堿、羽扇烷寧、臭豆堿[6]。盡管目前還未有生物堿影響蛋白酶催化活性的報道，但我們推測，它可能影響蛋白質(zhì)消化，因?yàn)樯飰A可與單寧互作（圖1）形成復(fù)合物[7]，而單寧易與蛋白質(zhì)反應(yīng)。

圖1 生物堿與單寧的互作

4 膳食纖維和低聚糖（單糖）

膳食纖維從兩方面抑制蛋白質(zhì)的消化，一是包裹蛋白質(zhì)和蛋白酶，從而阻止蛋白質(zhì)降解[3]；二是增加腸胃中飽腹肽的釋放從而抑制蛋白質(zhì)消化[8]。大豆低聚糖主要有水蘇糖、棉子糖（乳糖、蔗糖），它們干擾動物對蛋白質(zhì)的消化，其詳細(xì)機(jī)制不是很清楚，有人認(rèn)為低聚糖會與蛋白質(zhì)中的一些氨基酸如脯氨酸結(jié)合從而阻止蛋白質(zhì)的消化[9]。此外，大豆中還含有一些還原糖，如甘露糖、葡萄糖，它們在熱加工過程中與蛋白質(zhì)發(fā)生Maillard反應(yīng)而降低蛋白質(zhì)效價。

5 油脂氧化物

油脂氧化產(chǎn)生的醛酮類物質(zhì)可與蛋白質(zhì)中氨基酸、特別是賴氨酸發(fā)生Maillard反應(yīng)從而影響蛋白質(zhì)的生物有效性。江南大學(xué)發(fā)現(xiàn)大豆脂氧合酶催化產(chǎn)生的氧化物可與組氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸和半胱氨酸反應(yīng)而降低其含量，且產(chǎn)生一些新的物質(zhì)[10]。

6 酚 類

酚類是植物中種類最多、功能不同的次生代謝成分，目前已分離出6 000多種[4]。按結(jié)構(gòu)分可歸納為苯甲酸衍生物、肉桂酸衍生物和黃酮類物質(zhì)等3大類 （圖2），其中黃酮類物質(zhì)又可分為黃酮、異黃酮、黃烷酮、花青素、兒茶素、黃酮醇等6類。大豆種子富含酚類物質(zhì)，目前已經(jīng)分離出12種異黃酮[11]，異黃酮總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)1.72%；其他酚類的種類更多，質(zhì)量分?jǐn)?shù)也較高，如單寧為85.8～151.3 mg/100g， 原花青素為300 mg/100g，其他黃酮類物質(zhì)超過80 mg/100g[11]，同時還含有酚酸，如綠原酸、咖啡酸、阿魏酸、對-香豆酸等[12]。

圖2 主要酚類物質(zhì)

酚類（包括其糖苷）不僅含量高，組分復(fù)雜，而且非?；顫?，它們至少可能以5種方式與蛋白質(zhì)發(fā)生互作，分別是氫鍵、疏水交互作用、π鍵、離子鍵和共價鍵[11]。酚類與蛋白質(zhì)互作形成絮狀物影響含蛋白質(zhì)飲料的穩(wěn)定性常常成為食品加工和貯藏過程中較難解決的問題，在此不再闡述。下面主要討論酚類與蛋白質(zhì)中氨基酸發(fā)生的主要反應(yīng)以及酚類對蛋白質(zhì)消化的影響。

6.1 酚類物質(zhì)與賴氨酸的反應(yīng)

賴氨酸有活潑的ε-NH2，因此，無論游離態(tài)還是結(jié)合態(tài)（蛋白質(zhì)中）的賴氨酸反應(yīng)活性都較高。酚類與賴氨酸的反應(yīng)模式可用圖3表示。由圖3可以看出，酚類可直接與賴氨酸反應(yīng)，也可與其氧化物醌反應(yīng)。當(dāng)酚類被氧化成醌后（酚氧化在常溫和熱加工過程中都易發(fā)生），醌作為親電中間物更易與親核試劑如蛋白質(zhì)中的賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸反應(yīng)，從而降低氨基酸的生物有效性并引起蛋白質(zhì)交聯(lián)。Kroll等[12]用黃烷酮、芹菜苷、莰非醇、槲皮素、楊梅素的酚衍生物（醌）與血紅蛋白在常溫下反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)不同酚類與賴氨酸的反應(yīng)活性存在很大差別，賴氨酸生物有效性降低0～3.5倍。研究表明，單寧和阿魏酸可使大豆分離蛋白中賴氨酸的生物有效性降低1倍多[13]。

圖3 蛋白質(zhì)中賴氨酸與酚類及其氧化物醌的反應(yīng)模式

6.2 與含硫氨基酸的反應(yīng)

含硫氨基酸中，半胱氨酸與賴氨酸一樣非常活潑，它可直接與酚和酚氧化物醌反應(yīng)。一分子醌可與2分子半胱氨酸反應(yīng)從而使蛋白質(zhì)交聯(lián)[12]，其反應(yīng)模式如圖4所示。

目前還沒有發(fā)現(xiàn)酚直接與蛋氨酸反應(yīng)的報道，但酚被氧化成醌后，后者可使蛋氨酸中的二硫鍵中的硫氧化成亞砜和砜[14]。

6.3 與芳香族氨基酸的反應(yīng)

酚類都是較好的抗氧化劑，它們作為抗氧化劑的基本條件是能在苯環(huán)中形成穩(wěn)定的自由基，但這些自由基容易將電子轉(zhuǎn)移到芳香族氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸上[12]，典型的反應(yīng)如圖5所示。

酚類與芳香族氨基酸反應(yīng)顯著降低氨基酸生物有效性。Kroll等[12]用5種酚類與血紅蛋白反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)色氨酸生物有效性下降2～16倍。

從酚類與蛋白質(zhì)中氨基酸的反應(yīng)模式看，其氧化物醌的反應(yīng)活性更高。醌的產(chǎn)生既可通過多酚氧化酶催化（熱加工可殺酶而避免此類反應(yīng)），又可在加熱時直接氧化形成半醌和醌。加熱時，pH值在4～10的范圍內(nèi)酚都可直接氧化為醌[16]，且pH值越高，氧化速度越快。

圖4 蛋白質(zhì)中半胱氨酸與酚類反應(yīng)模式

圖5 阿魏酸形成自由基后與蛋白質(zhì)中酪氨酸的反應(yīng)[15]

在蛋白質(zhì)酶解過程中，酚類不僅與被降解蛋白發(fā)生互作，它們也與酶互作從而降低蛋白酶活性。Kroll等[12]研究發(fā)現(xiàn)，加入0.28 mmol/g蛋白質(zhì)的綠原酸可使胰蛋白酶、胃蛋白酶和菠蘿蛋白酶的活性分別降低60%，40%和80%。因此，食用酚類與蛋白質(zhì)互作物后，蛋白質(zhì)的生物效價將顯著降低。Rohn等[16]采用大豆分離蛋白與綠原酸、槲皮素等酚類反應(yīng)的物質(zhì)飼喂小白鼠，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的生物效價和小白鼠體重顯著下降。不過，也有酚類引起某些酶活性和蛋白質(zhì)水解增加的報道[12]，意味著不同酚類對蛋白質(zhì)的作用機(jī)制不同。

在“雙蛋白奶”面世和豆奶未成為人們?nèi)粘ｏ嬈分埃祟愔饕ㄟ^果蔬、茶、咖啡攝入酚類，每日攝入量低于1 g[12]。大豆酚類物質(zhì)含量高，食用量大，更為值得注意的是，在“雙蛋白奶”加工過程中，以下因素會加劇中酚類與蛋白質(zhì)互作。①牛乳蛋白氨基酸組成與大豆品種的改變：牛乳中的半胱氨酸、賴氨酸、色氨酸、酪氨酸含量顯著高于豆奶[17]，加上目前市場上廣泛采用酚類物質(zhì)含量更高的抗草苷膦轉(zhuǎn)基因大豆品種[18]，酚類與牛乳蛋白中特定氨基酸間的互作更為強(qiáng)烈，有可能因?yàn)樵黾臃?醌類與氨基酸反應(yīng)復(fù)合物的攝入而造成新的食品安全問題。②滅菌工藝的改變：牛乳滅菌一般可采用巴氏滅菌或UHT滅菌。由于大豆攜帶的細(xì)菌芽孢和霉菌孢子多，加工時往往需要高壓滅菌（一般121℃20 min左右）[3]，如此劇烈的滅菌條件將大大促進(jìn)酚氧化成醌以及酚/醌類與蛋白質(zhì)的互作。③堿處理：在“雙蛋白”復(fù)合飲品中，有的采用大豆分離蛋白作為大豆蛋白源[8]。由于濃縮效應(yīng)，大豆分離蛋白中酚類物質(zhì)（大豆異黃酮）含量比大豆籽粒中高10%～30%[19]，加之大豆分離蛋白采用堿法制備，因而酚類物質(zhì)更易轉(zhuǎn)變?yōu)轷黾悠渑c牛乳蛋白的互作。④牛乳中牛磺酸和其它游離氨基酸含量較高：牛乳中含有0.46%的游離氨基酸和約4 mg/100g的?；撬醄17]，游離氨基酸更易與醌類發(fā)生褐變反應(yīng)。

酚類與蛋白質(zhì)中的氨基酸反應(yīng)不僅導(dǎo)致蛋白質(zhì)生物效價和消化率下降，而且影響生物活性酚類、特別是大豆異黃酮的生物有效性。

7 結(jié) 論

大豆中存在的非蛋白成分、特別是次生代謝成分酚類易于與蛋白質(zhì)發(fā)生互作，影響蛋白質(zhì)消化率，降低一些必需氨基酸和大豆異黃酮的生物有效性，并有可能帶來潛在食品安全問題。而牛奶中容易與植物此生代謝成分互作的氨基酸如賴氨酸、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營養(yǎng)互補(bǔ)絕不是簡單的復(fù)配問題，應(yīng)慎重開發(fā)“雙蛋白奶”產(chǎn)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

歐仕益（1963-），男，教授，從事食品化學(xué)方面的研究。