張 娟，于志杰，杜 枚

(1.河南工大設計研究院，河南 鄭州 450001;2.河南工業(yè)大學 國際教育學院，河南 鄭州 450001)

大豆是一種廣泛種植于世界各地的油料作物，是人類攝取植物蛋白的重要途經(jīng)之一。大豆蛋白是一種優(yōu)秀的植物蛋白，不僅富含多種必需氨基酸，而且價格低廉，營養(yǎng)價值較高。但是，在現(xiàn)代食品的生產(chǎn)加工過程中，由于大豆蛋白結構本身的特點，天然大豆蛋白的性能一般難以滿足企業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的實際需求，如溶解度低、消化率低、泡沫穩(wěn)定性差[1]等，給大豆蛋白產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展帶來了一定的局限性[2-3]。因此，探尋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為許多專家和學者在食品領域中關注的熱點。

蛋白質(zhì)改性處理能夠改變蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)，進而賦予蛋白質(zhì)最佳的專項功能或同時兼具多種加工功能特性。具體來說，就是通過物理或者生化方法改變蛋白質(zhì)的結構，使氨基酸的殘基與多肽鏈的排列次序發(fā)生變化，從而達到改善蛋白質(zhì)功能特性的目的[4]。目前，常見的大豆蛋白改性技術有物理改性、化學改性以及酶法改性。本文通過研究和總結針對大豆蛋白改性的不同方法，分析其基本概念和相應的優(yōu)缺點，旨在將研究者近期工作進行歸納，為其他學者的進一步研究提供參考。

1 物理改性法

大豆蛋白的物理改性方法具有成本較低、無毒素、無副作用的優(yōu)點。物理改性主要通過磁、熱、機械、電等方法，對蛋白質(zhì)分子之間的凝聚狀態(tài)和立體結構進行調(diào)整，從而達到改善疏水性、溶解性等目的。物理改性法一般不會改變蛋白質(zhì)的一級結構[4]。因此，該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熱處理法、超聲波處理法和高壓均質(zhì)法等。

1.1 熱處理法

蛋白質(zhì)的乳化活性、溶解性與蛋白質(zhì)組分的聚集程度緊密相關。熱處理就是通過加熱使蛋白質(zhì)構象發(fā)生改變。加熱作用下，蛋白質(zhì)分子部分展開，疏水氨基酸暴露在表面，促使蛋白質(zhì)聚集，從而改變蛋白質(zhì)的功能活性[5]。Li等[6]通過實驗得出，80℃為臨界溫度，在80℃以下加熱蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)變性程度很低，但隨著溫度升高，11S球蛋白亞基含量急劇下降，11S的未解離亞基和部分7S亞基參與熱聚體的形成，提高了大豆蛋白的凝膠性能。王冬梅等[7]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白的結構在60℃和80℃時趨于“包埋態(tài)”，疏水性氨基酸被包埋，然而在100℃的熱處理下，蛋白質(zhì)分子將會形成熱聚體，疏水氨基酸更多的暴露，趨于“暴露態(tài)”。因此在高溫熱處理下的大豆蛋白會發(fā)生疏水性聚集，增加大豆蛋白二級結構的無序性，從而產(chǎn)生溶解性下降的結果。

1.2 超聲波處理法

超聲波改性是國內(nèi)外常用的一種安全有效的改性方法，因為其良好的方向性和穿透性而得到廣泛關注。超聲波改性運用高強度的超聲波產(chǎn)生高溫、強剪切力和高壓，對溶液中的蛋白質(zhì)進行分解，蛋白質(zhì)化學鍵的斷裂使分子結構疏松，暴露非極性基團，從而改變了蛋白質(zhì)的功能特性[8-9]。劉冉等[10]發(fā)現(xiàn)超聲波對大豆蛋白的凝膠性有很強的影響，400 W和600 W的超聲處理可以改變大豆蛋白的黏彈結構，有利于蛋白質(zhì)顆粒的重聚集，提高凝膠強度和穩(wěn)定性。Zhou等[11]以大豆分離蛋白凝膠為研究對象，發(fā)現(xiàn)適度超聲處理使大豆蛋白凝膠的持水性和可溶性蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)分別降低了38.27%和3.58%，在一定范圍內(nèi)，超聲作用下的高剪切和空化效應使蛋白質(zhì)的平均粒徑減小，從而降低了蛋白質(zhì)的聚集程度。由此可見，超聲處理可以提高大豆蛋白凝膠的凍融穩(wěn)定性。

1.3 高壓均質(zhì)處理法

高壓均質(zhì)不同于傳統(tǒng)的熱處理，它不會對風味小分子物質(zhì)造成影響，而是僅僅破壞分子間的非共價鍵，改變蛋白質(zhì)分子的空間構像。這項技術不僅可以最大程度的保留食品原有的營養(yǎng)成分和風味特性[12]，而且因為是高壓處理下亞基的解離和重聚，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]研究了不同均相壓力下大豆蛋白乳液凝膠的形成機理，結果表明均相壓力的增加顯著提高了凝膠的黏彈性和熱穩(wěn)定性。另外，一定的壓力(小于60 MPa)有利于形成穩(wěn)定的立體網(wǎng)絡結構，提高大豆分離蛋白乳液的持水能力。劉競男等[13]通過測定不同次數(shù)均質(zhì)下大豆蛋白乳液的狀態(tài)，探究了高壓均質(zhì)法對大豆蛋白乳化體系的影響，發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)可以顯著提高其乳液體系的穩(wěn)定性、流變學性質(zhì)和氧化穩(wěn)定。

2 化學改性法

化學改性是一種反應簡單、作用明顯的改性方法，其主要通過修飾蛋白質(zhì)結構或利用化學試劑與蛋白質(zhì)分子上基團發(fā)生特定的反應而改變蛋白質(zhì)的功能特性。蛋白質(zhì)側(cè)鏈有多個活性基團，如氨基、巰基、羧基等，如果對這些基團進行交聯(lián)或改性，可以獲得我們所期望的性能，拓寬大豆蛋白的應用范圍。但是，化學改性仍存在化學試劑殘留、反應副產(chǎn)物多等安全隱患，因此，探索安全高效的化學改性方法成為專家學者探索的重要方向。

2.1 接枝改性

蛋白質(zhì)的接枝改性技術對于生物技術、食品工程、生物醫(yī)學領域具有重要意義。接枝改性是最重要的化學改性方法之一，其原理為接枝單體雙鍵打開后接枝到聚合物上的活性點上，而活性點的位置決定了修飾后蛋白質(zhì)的反應活性和生物活性[15]。左穎昕等[16]探究了葡萄糖接枝對大豆分離蛋白的功能特性以及結構的影響，發(fā)現(xiàn)了糖鏈的引入使大豆分離蛋白的肽鏈展開，二級結構發(fā)生變化，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角的含量減少，結構更趨于無序性。另外，通過實驗得出，在反應溫度55℃、大豆分離蛋白與葡萄糖質(zhì)量比為1∶1且反應時間為6 h的條件下，改性后的大豆分離蛋白溶解性提高了56.18%，乳化活性提高了28.04%；反應8 h后，乳化穩(wěn)定性可以提高92.78%。王玉瑩等[17]使用輻照技術輔助大豆蛋白與麥芽糖發(fā)生接枝反應，并且探究了各項參數(shù)對大豆分離蛋白凍融特性的影響，結果表明，在大豆分離蛋白質(zhì)量分數(shù)為4%，大豆蛋白與麥芽糖質(zhì)量比例為4∶1和輻照劑量為7.5 kGy的條件下，經(jīng)過多次凍融循環(huán)，改性的大豆分離蛋白乳析指數(shù)均得到降低，出油率也得到改善，且優(yōu)化后的大豆分離蛋白具有更穩(wěn)定的微觀結構。

2.2 交聯(lián)改性

大豆蛋白內(nèi)部含有的基團，如氨基、羥基、巰基、二硫鍵等容易發(fā)生交聯(lián)反應[18]。運用交聯(lián)改性可以使蛋白質(zhì)分子間和分子內(nèi)具有更強的鍵合作用，因此常用于膠粘劑和膜材料的制作中。近年研究發(fā)現(xiàn)，交聯(lián)改性后的大豆基粘合劑的耐水能力可以得到極大改善。陳仕清等[19]利用木質(zhì)素環(huán)氧聚合物與大豆分離蛋白進行交聯(lián)反應，證明木質(zhì)素環(huán)氧聚合物與大豆蛋白分子發(fā)生了氫鍵作用和化學反應，提高了大豆蛋白基膠粘劑的耐熱性，其最大降解溫度比改性前提高18.6℃；且改性后粘合劑制作的膠合板膠合強度達到0.99 MPa，滿足國家標準規(guī)定的Ⅱ類膠合板要求。Ghahri等[20]用天然單寧替代了合成的化學試劑作為交聯(lián)劑，分析了3種不同的天然單寧與大豆蛋白的反應機理，并且尋找到了性能最佳的粘合劑配方，證明了單寧作為天然交聯(lián)劑，在生產(chǎn)環(huán)保型木材膠粘劑方面的潛力。

2.3 糖基化

糖基化反應主要分為干熱法和濕熱法，是蛋白質(zhì)中氨基與還原糖中的羧基產(chǎn)生共價鍵而形成糖蛋白的反應。此反應具有條件溫和、改性后蛋白質(zhì)性質(zhì)穩(wěn)定、產(chǎn)品中沒有添加有毒試劑和催化劑等優(yōu)點。研究發(fā)現(xiàn)，糖基化可以提高大豆蛋白的溶解性、凝膠性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性[21]，這對于食品工業(yè)具有重要意義。Li等[22]以大豆分離蛋白和葡萄糖為原料，采用濕法分別在不同溫度下制備糖基化產(chǎn)物，研究其分子柔性與乳化特性之間的關系以及分子結構的改變，深入探究大豆分離蛋白與葡萄糖糖基化產(chǎn)物的結構與功能關系。結果證明了分子柔性和乳化特性之間具有良好的相關性，為大豆蛋白糖基化的進一步研究提供了理論指導。Hao等[23]利用水溶性多糖修飾大豆球蛋白，該糖基化反應令大豆球蛋白在二級和三級結構上表現(xiàn)出更好的結構穩(wěn)定性，因此改性后的乳液具有更好的凝膠特性、熱穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性。

3 酶改性

酶改性的原理是通過蛋白酶對肽鍵或酰胺鍵進行部分水解，產(chǎn)生具有一定功能性質(zhì)的小分子肽段并改變蛋白質(zhì)分子的排列，從而達到改善蛋白質(zhì)各項性能以及提高其營養(yǎng)價值的目的。酶改性通常作用條件溫和，所以不會對蛋白質(zhì)造成破壞，使其失去原有的功能特性，而且可以通過選擇特定的酶和反應條件達到所期望的改性結果，具有效率高、專一性強且不會產(chǎn)生毒素等優(yōu)點，因此被廣泛應用。

常見的蛋白酶可以分為動物蛋白酶、植物蛋白酶和微生物蛋白酶。微生物酶中的轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶是一種催化轉(zhuǎn)?；磻拿?，它可以聚合蛋白質(zhì)多肽，使賴氨酸上的ε-氨基與谷氨酸上的γ-羥酰胺基產(chǎn)生聯(lián)合反應，形成共價聚合物，從而改變大豆分離蛋白的溶解性、疏水性、膠凝特性等。張志衡等[24]通過實驗證明轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶改性后的大豆分離蛋白形成了更穩(wěn)定的網(wǎng)絡結構，溶解度在各種條件下均低于未變性的蛋白質(zhì)，此結論可以應用于改善食品中蛋白質(zhì)的溶解酸敗問題，使大豆分離蛋白在食品工業(yè)中得到更廣泛的應用。Yin等[25]發(fā)現(xiàn)從枯草芽孢桿菌中分離的堿性蛋白酶對大豆蛋白中的β-甘氨酸有水解作用，可以降低大豆抗原蛋白的致敏性。實驗測得，在蛋白質(zhì)濃度為30 mg/ml，酶用量為0.7%、水解時間為40 min、溫度為55℃、pH值為8.5的最佳水解條件下，大豆蛋白中的β-甘氨酸堿性蛋白酶的水解度達到76.28%，酶解后可以有效降低其過敏抗原性，使其抗原抑制率達到27.03%，為生產(chǎn)低過敏原性大豆蛋白提供精確的數(shù)據(jù)支持。

4 大豆蛋白改性的發(fā)展前景

植物蛋白的深度開發(fā)與利用是當前國際食品領域研究的熱點，而大豆蛋白作為優(yōu)質(zhì)的植物蛋白之一，對其專有功能性、營養(yǎng)性進一步改善，開發(fā)出與大豆蛋白相關的高附加值產(chǎn)品將具有重要意義。在未來的研究中，結合其它領域中發(fā)現(xiàn)的物理、化學、酶、生物等新技術和新方法，探究更加高效的改性方法以改善大豆蛋白的溶解性、膠凝性、乳化性和持水性等理化性質(zhì)，從而拓寬大豆蛋白的應用范圍，有助于為食品工業(yè)、包裝、膠粘劑等產(chǎn)業(yè)提供發(fā)展機遇。但在實際運用前，仍需對其分子結構的特征和各組分的功能特性進行分析，以期使用綠色安全、高效實用的生產(chǎn)方法達到理想的結果，為社會帶來良好的經(jīng)濟效益。