歐仕益

（暨南大學 食品科學與工程系，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 食品科學與工程系，廣州 510632）

綜述了國內(nèi)外有關植酸、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)消化率的研究進展，以期為正確引導“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，實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+植物蛋白復合產(chǎn)品，市場上出現(xiàn)了許多帶“雙蛋白”標簽的乳制品。由于植物種子中存在一些抗營養(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（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)量分數(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)進行共價和非共價結合，它與蛋白質(zhì)結合后，蛋白質(zhì)空間結構發(fā)生改變，熱穩(wěn)定性更高，不利于蛋白酶的降解[5]。當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)量分數(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，因為生物堿可與單寧互作（圖1）形成復合物[7]，而單寧易與蛋白質(zhì)反應。

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，其詳細機制不是很清楚，有人認為低聚糖會與蛋白質(zhì)中的一些氨基酸如脯氨酸結合從而阻止蛋白質(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反應從而影響蛋白質(zhì)的生物有效性。江南大學發(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]。按結構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)量分數(shù)高達1.72%；其他酚類的種類更多，質(zhì)量分數(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，組分復雜，而且非?；顫姡鼈冎辽倏赡芤?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

賴氨酸有活潑的ε-NH2，因此，無論游離態(tài)還是結合態(tài)（蛋白質(zhì)中）的賴氨酸反應活性都較高。酚類與賴氨酸的反應模式可用圖3表示。由圖3可以看出，酚類可直接與賴氨酸反應，也可與其氧化物醌反應。當酚類被氧化成醌后（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，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，發(fā)現(xiàn)不同酚類與賴氨酸的反應活性存在很大差別，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模式

6.2 與含硫氨基酸的反應

含硫氨基酸中，半胱氨酸與賴氨酸一樣非?；顫姡芍苯优c酚和酚氧化物醌反應。一分子醌可與2分子半胱氨酸反應從而使蛋白質(zhì)交聯(lián)[12]，其反應模式如圖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

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]，典型的反應如圖5所示。

酚類與芳香族氨基酸反應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，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)中氨基酸的反應模式看，其氧化物醌的反應活性更高。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），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[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)的作用機制不同。

在“雙蛋白奶”面世和豆奶未成為人們?nèi)粘ｏ嬈分?，人類主要通過果蔬、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烈，有可能因為增加酚/醌類與氨基酸反應復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，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?；撬岷推渌坞x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的牛磺酸[17]，游離氨基酸更易與醌類發(fā)生褐變反應。

酚類與蛋白質(zhì)中的氨基酸反應不僅導致蛋白質(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 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)互補絕不是簡單的復配問題，應慎重開發(fā)“雙蛋白奶”產(chǎn)品。

[1]尹宗倫，王靖，涂順明,等.“雙蛋白工程”與中華民族的強盛———以 “雙蛋白工程”振興計劃實現(xiàn)溫總理的 “夢”[J].中國食品學報，2007，7（1）：1-5.

[2]徐奇友，許紅，馬建章.大豆中營養(yǎng)因子和抗營養(yǎng)因子研究進展[J].中國油脂，2006，31（11）：17-20.

[3]石彥國，任莉.大豆制品工藝學[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000.

[4]RAWEL H M,KROLL,KULLING J.Effect of Non-protein Components on the Degradability of Proteins[J].Biotechnology Advances,2007,25：611-613.

[5]SHIMOYAMADA M,IKEDO S,OOTSUBO R.Effects of Soybean Saponins on Chymotryptic Hydrolyses of Soybean Proteins[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,1998,46：4793-4797.

[6]DURANTI M,GIUS C.Legume Seeds：Protein Content and Nutritional Value[J].Field Crops Research,1997,53：31-45.

[7]石碧，狄瑩.植物多酚[M].北京：科學出版社，2000.

[8]KARHUNEN L J,JUVONEN K R,HUOTARI A et al.Effect of Protein,Fat,Carbohydrate and Fibre on Gastrointestinal Peptide Release in Humans[J].Regulatory Peptides,2008,149：70-78.

[9]GLENCROSSA B D,BOUJARD T,KAUSHIK S J.Influence of Oligosaccharides on the Digestibility Oflupin Meals when Fed to Rainbow Trout[J].Aquaculture,2003,219：703-713.

[10]黃友如,華欲飛,郁達,等.脂肪氧合酶催化亞油酸氧化對大豆蛋白氨基酸組成的影響[J].食品科技，2008（4）：19-24.

[11]MALENCIC D,MAKSIMOVIC Z,POPOVIC M et al.Polyphenol Contents and Antioxidant Activity of Soybean Seed Extracts[J].Bioresource Technology,2008,99：6688–6691.

[12]KROLL J,RAWEL H M,ROHN S.Review Reactions of Plant Phenolics with Food Proteins and Enzymes under Special Consideration of Covalent Bonds[J].Food Science and Technonology Research,2003,9：205–218.

[13]OU S Y,KWOK K C,KANG Y J.Changes in in Vitro Digestibility and Reactive Lysine of Soy Protein Isolate after Formation of Film[J].Journal of Food Engineering，2004,64（3）：301-307.

[14]O’CONNELL J E,FOX P F.Proposed Mechanism for the Effect of Polyphenols on the Heat Stability of Milk[J].International Dairy Journal,1999,9：523-536.

[15]HESSING M,VORAGEN A G，LAANE C.Peroxidase-Mediated Cross-Linking of a Tyrosine-Containing Peptide with Ferulic Acid[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2001,49,2503-2510.

[16]ROHN S,PETZKE K J,RAWEL H M,et al.Reactions of Chlorogenic Acid and Quercetin with a Soy Protein Isolate–Influence on the in Vivo Food Protein Quality in Rats[J]..Molecular Nutrition and Food Research,2006,50：696-704.

[17]王建光,孫玉江,芒來.馬奶與幾種奶營養(yǎng)成份的比較分析[J].食品研究與開發(fā)，2006，27（8）：149-152.

[18]曹柏營，歐仕益，黃才歡,等.抗草甘膦轉(zhuǎn)基因大豆的酚類物質(zhì)分析[J].食品科學，2006，27（8）：56-59.

[19]SHAOA S,DUNCAN A M,YANG R,et al.Tracking Isoflavones：From Soybean to Soy Flour,Soy Protein Isolates to Functional Soy Bread[J].Journal of Functional Foods,2009,1：119-127.

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，從事食品化學方面的研究。