吳勁軒,夏文銀,夏川林,蒲 軍,郭俊英,馮 俊,王香君,殷 浩
(四川省農(nóng)業(yè)科學院蠶業(yè)研究所,四川南充 637000)
磷脂是一類含有磷酸基類脂的總稱,廣泛存在于動植物組織中,是重要的兩性表面活性劑,具有乳化作用、形成膠團作用、界面吸附作用等,在食品加工中具有廣泛應用[1]。磷脂與蛋白質(zhì)、谷物和淀粉結(jié)合之后,能夠極大改善食品的可食用品質(zhì),增強其營養(yǎng)價值,磷脂現(xiàn)已廣泛用于烘焙食品、速溶產(chǎn)品(奶粉)、保健品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)中[2]。磷脂可在食品乳濁液中以乳化劑形式存在,與其他穩(wěn)定劑結(jié)合發(fā)揮乳化作用,如乳制品。磷脂可用作食用香料的微膠囊壁材,與脂質(zhì)體形成微膠囊。磷脂也可以充當速溶劑從而改善豆奶粉等粉末產(chǎn)品在液體中的速溶效果[3]。
食品是含有很多成分的復雜體系,研究磷脂與食品中其他組分間的相互作用對于調(diào)控食品品質(zhì)、優(yōu)化配料配方等方面具有重要作用[4]。磷脂與蛋白質(zhì)之間的相互作用已有很多報道,這些相互作用會影響富含蛋白質(zhì)產(chǎn)品的品質(zhì)。Mantovani等[5]研究發(fā)現(xiàn)添加卵磷脂分別提高了大豆蛋白和乳清蛋白乳液的穩(wěn)定性。本文介紹了食品中大豆蛋白、酪蛋白、乳清蛋白、肌原纖維蛋白等蛋白質(zhì)與磷脂相互作用機制及其對蛋白質(zhì)功能特性的影響等,以期為深入了解磷脂與蛋白質(zhì)間的相互作用,提高富含蛋白制品如乳制品、豆制品、肉糜制品等食品品質(zhì)提供一定的理論依據(jù)。
磷脂(phospholipid),也稱為磷脂類、磷脂質(zhì),是組成動植物細胞膜、核膜及各種細胞器膜結(jié)構(gòu)的基本成分,在人體生命活動中發(fā)揮著重要作用[6],主要存在于大豆、花生、棉籽等油料種子以及蛋黃中。按照來源,可分為動物來源、植物來源和微生物來源:動物磷脂主要來自蛋黃、腦組織、牛奶、肝臟及肌肉組織等;植物磷脂主要來源于大豆、棉籽、亞麻籽、菜籽、葵花籽及花生等油料種子[3];微生物來源的磷脂主要是細菌和酵母菌等[7]。磷脂根據(jù)化學結(jié)構(gòu)分為甘油磷脂和神經(jīng)鞘磷脂兩類。鞘磷脂是神經(jīng)醇磷脂的典型代表之一,是神經(jīng)氨基醇與磷酸、脂肪酸、膽堿形成的物質(zhì),只存在于動物來源的磷脂,不存在于大豆磷脂中[5]。甘油磷脂是磷酸、甘油、脂肪酸等化合物的衍生物,根據(jù)分子上的磷基團位于甘油骨架Sn-1和Sn-2位,可以分為α-和β-磷脂。通常自然界存在的磷脂為L-α-型[3],其結(jié)構(gòu)通式如圖1:
圖1 磷脂結(jié)構(gòu)式
式中R1,R2是碳數(shù)14~18的飽和脂肪酸或不飽和脂肪酸。根據(jù)不同的取代基-X,磷脂可分為磷脂酰膽堿(Phosphatidylcholine,PC)、磷脂酰乙醇胺(Phosphatidyl ethanolamine,PE)、磷脂酰肌醇(Phosphatidylinositol,PI)以及磷脂酰絲氨酸(Phosphatidylserine,PS)等[3]。磷脂最重要的特征是具有兩親的分子結(jié)構(gòu),具有親水性和親脂性,膽堿和磷酸等基團為親水基,兩個脂肪酸鏈為疏水基[8],常作為兩性表面活性劑、乳化劑。磷脂是構(gòu)成動物肌內(nèi)脂肪的重要物質(zhì),約占肌內(nèi)脂肪50%以上(亦稱為肌內(nèi)磷脂),大多與肌肉膜蛋白結(jié)合緊密[9],肌內(nèi)磷脂含有豐富的多不飽和脂肪酸,如花生四烯酸、亞麻酸和長鏈脂肪酸,易水解和氧化,是肉中脂肪水解氧化的主要底物,也是主要的風味前體物質(zhì)[10],與肉制品風味和品質(zhì)的形成密切相關(guān)[11]。
大豆蛋白因具有凝膠性、乳化性和起泡性等功能特性,廣泛應用于食品加工中,其主要組分包括β-伴大豆球蛋白7S(β-conglycinin)和大豆球蛋白11S(glycinin)[12]。但是天然的大豆蛋白很難滿足食品加工對其功能特性的各種需求,所以需要進行適當?shù)母男浴A字鳛橐环N兩性離子表面活性劑,經(jīng)常被用于降低乳液的界面張力,用于保證食品級乳狀液的穩(wěn)定性[13]。磷脂與大豆蛋白之間的相互作用研究較多,磷脂可以通過與大豆蛋白之間的相互作用來改善蛋白質(zhì)的乳化特性[14],對大豆蛋白在食品加工中的應用有重要的作用。Ohtsuru等[15]提出了磷脂酰膽堿與大豆蛋白的兩種相互作用方式:一種是磷脂酰膽堿或其形成的片層結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域通過疏水相互作用結(jié)合(圖2a),另一種是磷脂頭部的極性基團與蛋白質(zhì)之間的靜電相互作用(圖2b),并提出了磷脂與大豆蛋白結(jié)合的模型,如圖2c所示。Mantovani等[16]研究發(fā)現(xiàn)卵磷脂和大豆蛋白可以直接通過疏水作用和靜電作用結(jié)合,從而引起蛋白質(zhì)構(gòu)象變化,從而改善蛋白質(zhì)的功能特性。Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)在納米乳液中磷脂酰膽堿對大豆分離蛋白(SPI)的熒光猝滅方式為靜態(tài)猝滅,即在基態(tài)時形成了SPI-PC復合物,且疏水相互作用是穩(wěn)定復合物的主要作用力。磷脂與大豆兩種球蛋白11S和7S之間的相互作用程度是不同的。Li等[18]研究發(fā)現(xiàn)卵磷脂對大豆11S和7S蛋白熒光的猝滅方式均為靜態(tài)猝滅,均形成了絡(luò)合物,疏水相互作用為主要作用力,在結(jié)合過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,使更多的Trp和Tyr包埋于二者相結(jié)合而形成的疏水區(qū)域里,且11S與磷脂的結(jié)合更容易引起Trp和Tyr微環(huán)境以及多肽骨架結(jié)構(gòu)的變化,與磷脂結(jié)合更容易,更牢固[3]。
圖2 磷脂與大豆蛋白的相互作用
乳蛋白主要包括乳清蛋白(whey protein)、酪蛋白(casein)和脂肪球膜蛋白等[19]。在實際生產(chǎn)中,熱處理是乳制品工業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),用以保證乳制品的質(zhì)量,但加熱過程中會促使乳清蛋白變性,酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)改變,導致蛋白聚集和膠凝[20],繼而出現(xiàn)脂肪上浮、蛋白質(zhì)沉淀等現(xiàn)象,使乳液熱穩(wěn)定性降低,因而加入適量的表面活性劑是形成穩(wěn)定的乳液的有效方法之一。大豆磷脂常用作表面活性劑,對牛奶乳狀液的熱穩(wěn)定性有重要影響。大豆磷脂通過疏水相互作用與乳蛋白結(jié)合使蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變,增加乳狀液中粒子間的斥力,抑制巰基的氧化,從而提高了乳狀液的熱穩(wěn)定性[21]。Le等[22]研究發(fā)現(xiàn)在牛奶熱處理期間產(chǎn)生的熱聚沉現(xiàn)象是因為乳清蛋白和酪蛋白膠束相互作用,并證實了在牛奶加熱過程中,水解大豆磷脂或羥基化大豆磷脂會優(yōu)先結(jié)合到乳清蛋白表面,導致乳清蛋白不能和酪蛋白再結(jié)合,進而避免酪蛋白膠束發(fā)生聚沉現(xiàn)象,模擬過程如圖3所示。同時大豆磷脂和酪蛋白結(jié)合可以保護新生的脂肪球表面,改變脂肪球結(jié)構(gòu),并降低熱處理過程中吸附的總界面蛋白含量[23],進而提高乳液的熱穩(wěn)定性。Gallier等[24]利用磷脂-酪蛋白單層膜作為模型系統(tǒng),以模仿天然牛乳脂肪小球膜的結(jié)構(gòu),研究發(fā)現(xiàn)靜電和疏水相互作用是膜系統(tǒng)中磷脂和酪蛋白間的主要作用力。在乳制品加熱過程中,磷脂與乳清蛋白的相互作用更加值得研究。大豆磷脂主要通過疏水相互作用改變?nèi)榍宓鞍椎亩壗Y(jié)構(gòu),降低了熱誘導過程中蛋白質(zhì)分子間的相互作用,在一定程度上阻止乳清蛋白熱誘導的凝膠形成,從而防止了熱誘導的蛋白質(zhì)聚集[25-26]。同時,Yi等[27]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白可以通過靜電作用、疏水相互作用和氫鍵與脂質(zhì)體(由大豆磷脂和膽固醇制備)發(fā)生相互作用,導致乳清蛋白二級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使無規(guī)則卷曲含量增加,α-螺旋含量減少,從而進一步優(yōu)化含乳清蛋白產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。
圖3 牛奶加熱過程中磷脂與乳清蛋白的相互作用
肌原纖維蛋白(myofibrillar protein,MP)是總肌肉蛋白(55%~65%)的主要成分,不僅是肌細胞中具有收縮功能的肌纖維的重要組成部分,還是一類具有重要生物學功能的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)群[28]。MP主要包括肌球蛋白、肌動蛋白、肌動球蛋白和調(diào)節(jié)蛋白(原肌球蛋白、肌鈣蛋白)等[29]。在肉糜制品加工過程中,MP加熱后形成凝膠的能力對肉制品的品質(zhì)和加工特性有重要影響,特別是加工肉制品的質(zhì)構(gòu)特性、保水性和感官特性[30]。肌內(nèi)磷脂是組成動物肌內(nèi)脂質(zhì)的主要成分(約占50%以上),富含不飽和脂肪酸,是肉制品中風味化合物的重要前體[11]。Xia等[31]研究發(fā)現(xiàn)磷脂對MP的猝滅方式主要是靜態(tài)猝滅,表明MP與磷脂在基態(tài)時相互作用生成了復合物。在復合凝膠體系中,磷脂與MP主要相互作用力是疏水相互作用和氫鍵,而磷脂的添加會抑制MP二硫鍵的形成,從而影響熱誘導凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。磷脂親水性頭部可通過氫鍵與蛋白質(zhì)結(jié)合,而其疏水性脂肪酸鏈可在凝膠形成過程中通過疏水相互作用與蛋白疏水性區(qū)域結(jié)合,這種作用促使MP凝膠形成更為緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而改善其凝膠特性,其互作機制如圖4所示。磷脂與MP通過疏水相互作用結(jié)合后,磷脂附著于蛋白表面,自由基優(yōu)先攻擊磷脂,降低了蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈被攻擊的幾率,抑制蛋白氧化[32]。Marín等[33]將不同的大豆磷脂酰膽堿脂質(zhì)體添加到肌肉中有助于增加系統(tǒng)的水結(jié)合力并提高蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性,脂質(zhì)體(水分散體)通過促進蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開而誘導其快速凝膠化,進而干擾肌原纖維蛋白的熱凝膠作用。
圖4 磷脂與肌原纖維蛋白在凝膠形成過程的互作機制
除了上述的幾種蛋白質(zhì)與磷脂存在相互作用之外,食品中其他蛋白如麥醇溶蛋白、谷蛋白、熱休克蛋白等也會與磷脂發(fā)生相互作用。張牧焓等[34]研究了PC和熱休克蛋白90(Hsp90)的互作機制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)PC對Hsp90的內(nèi)源熒光有較強的靜態(tài)猝滅作用,主要通過氫鍵和范德華力結(jié)合,且PC的極性頭部和脂肪酸鏈均可與Hsp90發(fā)生穩(wěn)定的結(jié)合。在面團發(fā)酵過程中,磷脂與麥醇溶蛋白或谷蛋白發(fā)生相互作用,磷脂和面筋蛋白在發(fā)酵過程中具有協(xié)同作用,從而穩(wěn)定氣體,形成了更強的面筋網(wǎng)絡(luò)[35]。Yang等[36]制備了負載姜黃素(Cur)的麥醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒,研究發(fā)現(xiàn)Cur與麥醇溶蛋白和卵磷脂之間的主要作用力為氫鍵、靜電作用和疏水相互作用。玉米醇溶蛋白被廣泛用于制造包埋Cur、葉黃素等功能性成分的納米顆粒,Dai等[37]制備了負載Cur的玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒,研究發(fā)現(xiàn)在磷脂濃度相對較低時,磷脂的烷基鏈可能嵌入玉米蛋白的疏水顆粒的區(qū)域,從而減少了部分展開的疏水區(qū)域并導致復合納米顆粒的聚集,而玉米蛋白、卵磷脂和Cur之間的相互作用隨著磷脂濃度的增加而增加。磷脂的烷基鏈主要通過疏水相互作用、氫鍵和靜電作用與玉米醇溶蛋白和Cur相互作用(圖5),形成更致密的結(jié)構(gòu),并抑制納米顆粒的聚集。孫禹凡等[38]研究發(fā)現(xiàn)在Oleosin蛋白和PC制備的乳液中,PC與Oleosin蛋白可能發(fā)生疏水相互作用,改變蛋白的表面活性,使其蛋白結(jié)構(gòu)以及表面電荷發(fā)生變化,甚至可能將蛋白包裹于PC形成的囊泡和膠束中,在油水界面形成相對穩(wěn)定的界面膜,促進重組油體的穩(wěn)定。
圖5 負載姜黃素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復合納米顆粒的形成機理
磷脂和蛋白質(zhì)之間的相互作用會受其自身特性和外界條件的影響,主要分為內(nèi)在因素和外界因素。內(nèi)在因素主要有磷脂類型、蛋白質(zhì)的種類及濃度等,外在因素主要包括pH、離子強度、溫度、加工條件等。
2.5.1 內(nèi)在因素 磷脂與蛋白質(zhì)間的相互作用因磷脂和蛋白質(zhì)的種類以及濃度不同而有所差異,這主要與磷脂和蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特性及作用強度不同有關(guān)。磷脂的極性頭部基團以及其脂肪酸組成是調(diào)控磷脂誘導的蛋白變性過程的決定性因素,與磷脂的極性有關(guān)。磷脂屬于兩性離子活性劑,在不同pH介質(zhì)中可表現(xiàn)出陽離子或陰離子表面活性劑的性質(zhì)。陰離子表面活性劑與蛋白質(zhì)發(fā)生強烈的相互作用,形成蛋白質(zhì)-表面活性劑復合物,并誘導蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開,而非離子表面活性劑結(jié)合作用較弱。磷脂與乳清蛋白主要通過疏水作用結(jié)合,其作用力隨磷脂疏水鏈長度增加而增加[25]。Wang等[39]通過對不同濃度的大豆磷脂對乳清蛋白分離物(WPI)乳液的影響研究,發(fā)現(xiàn)乳狀液的穩(wěn)定性取決于磷脂和WPI在界面上的相互作用,在磷脂濃度較低時,乳液的液滴大小、Zeta電位和粘彈性顯著降低,磷脂和WPI在界面上的協(xié)同作用可以賦予乳液良好的特性。而在高磷脂濃度下,由于競爭性吸附機制,乳液平均粒徑幾乎沒有變化,Zeta電位有所增加,并在乳液儲存過程中出現(xiàn)明顯的乳化。
蛋白質(zhì)的濃度與類型對磷脂與蛋白質(zhì)的相互作用影響較大,大豆蛋白、乳蛋白和肌原纖維蛋白等分別與磷脂的相互作用類型均不同,大豆蛋白和乳清蛋白主要通過疏水相互作用與磷脂結(jié)合,靜電作用次之,而MP與磷脂之間的相互作用主要是疏水相互作用、氫鍵及二硫鍵,并且其作用強度與蛋白濃度有關(guān)。適宜配比的蛋白質(zhì)與磷脂能發(fā)生疏水相互作用使乳化層保持致密完整,而在蛋白質(zhì)含量較低時液滴直徑大小差異較大,當?shù)鞍踪|(zhì)含量過高時,乳液產(chǎn)生不規(guī)則的非球狀,對乳液的均一有負面影響[40]。不同大豆蛋白(7S和11S)與磷脂之間相互作用強度不同,其疏水相互作用越強,乳液界面張力越低,乳液界面膜越穩(wěn)定,乳滴粒徑減小,從而增強乳液穩(wěn)定性。乳液活性主要受到乳液液滴的粒徑大小的影響,乳化穩(wěn)定性主要與蛋白與卵磷脂之間的結(jié)合量及相互作用強弱有關(guān)[12]。
2.5.2 外界因素 外界環(huán)境因素會影響磷脂與蛋白質(zhì)的相互作用,從而導致復合體系功能特性的變化。pH是影響大豆蛋白和卵磷脂乳化活性的重要因素,大豆蛋白制備的乳液對離子電荷的變化敏感,大豆分離蛋白-Lec水包油型乳狀液的液滴大小和乳化率隨pH的變化而變化[2],在不接近蛋白質(zhì)等電點時,該乳化體系在乳化過程顯示出更高的穩(wěn)定性,而大豆蛋白-磷脂復合乳化體系在pH≥7時,乳化體系最穩(wěn)定,此時的豆制品性能較好[41]。熱變性大豆蛋白和磷脂間的相互作用變強,磷脂-蛋白乳化體系在熱處理后其乳化特性增強[42]。MP屬于鹽溶性蛋白,離子強度對其影響較大。磷脂的親水性頭部有利于保留MP表面的水分子,能抑制MP在高鹽濃度(0.7 mol/L)下產(chǎn)生的鹽析效應[31],增加NaCl濃度會使磷脂-乳清蛋白乳液粒徑增大,容易導致油滴聚集從而使乳液穩(wěn)定性降低[40]。李秋慧等[43]研究發(fā)現(xiàn)將磷脂經(jīng)過適度酶解時間(4 h),酶解改性后的產(chǎn)物會促進其與大豆分離蛋白的相互作用,在水油界面形成相對穩(wěn)定的界面膜,提高乳液的乳化特性。不同物理處理對磷脂與蛋白質(zhì)間相互作用的影響較大,如高壓均質(zhì)[44]、超聲波[45]、射流空化[46]等,均可在一定程度上提高蛋白表面疏水性,暴露其疏水性基團,從而增強蛋白質(zhì)與磷脂之間的相互作用強度,改善復合乳液的功能特性,并且高壓均質(zhì)作用的影響顯著強于超聲處理[44]。在液體介質(zhì)中高壓均質(zhì)的動態(tài)攪拌和高速剪切等作用,會導致大豆蛋白的空間結(jié)構(gòu)改變,誘導磷脂結(jié)構(gòu)變化,促進大豆蛋白與磷脂間的融合與交互[47]。
蛋白質(zhì)的溶解度是衡量蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化的重要指標,是蛋白質(zhì)最重要的功能特性之一[48]。當?shù)鞍踪|(zhì)如大豆蛋白作為食品加工中的添加劑時,要求其具有良好的溶解性與分散性。蛋白質(zhì)溶解度對乳化性有重要的影響,蛋白質(zhì)溶解度越高,其乳化活性越高,乳化穩(wěn)定性越好。磷脂與蛋白質(zhì)通過疏水相互作用結(jié)合后會使蛋白表面活性、乳液的結(jié)構(gòu)和表面電荷發(fā)生改變,由于磷脂具有雙親結(jié)構(gòu),使復合物具有更多的親水基團,可以提高蛋白在水中的分散性,使蛋白溶解度提高,降低復合乳液的絮凝及聚集現(xiàn)象[42]。李菊芳[3]研究發(fā)現(xiàn)復合磷脂與大豆蛋白粉相互作用后,大豆蛋白粉的溶解性顯著提高,隨著復合比例的增加,蛋白粉溶解性進一步增加。在肌原纖維蛋白凝膠形成過程中,添加磷脂后復合體系暴露了更多的酪氨酸殘基或充當氫鍵受體,導致氫鍵作用增強,磷脂對蛋白質(zhì)表面水分子的保護作用增強,從而抑制高鹽濃度下的鹽析效應,使蛋白溶解性提高[31]。
蛋白質(zhì)的乳化特性主要包括乳化穩(wěn)定性和乳化活性,是表征乳液體系特性的重要指標。磷脂作為一種天然的兩性表面活性劑,具有良好的乳化性,磷脂的疏水性脂肪酸鏈可以通過疏水相互作用與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的疏水區(qū)域結(jié)合,而其親水性基團則朝向水表面,這種磷脂-蛋白復合物在穩(wěn)定乳濁液方面具有協(xié)同促進作用,有助于減少O/W乳液界面的張力,進一步提高乳液的熱穩(wěn)定性[14]。蛋白質(zhì)與磷脂之間的相互作用會導致蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和乳液界面性質(zhì)發(fā)生改變,提高乳液體系的乳化能力。蛋白-磷脂復合乳液的乳液活性主要與液滴的粒徑大小有關(guān),而乳化穩(wěn)定性主要受到蛋白與磷脂之間的結(jié)合量及相互作用強弱的影響。蛋白與磷脂間相互作用的增強有利于形成更穩(wěn)定的界面膜,增加乳液滴之間的靜電斥力,使乳液界面張力降低,降低乳滴粒徑[12]。同時由于磷脂與蛋白之間存在疏水相互作用,誘導蛋白質(zhì)構(gòu)象變化,使其乳化活性增加,磷脂的雙親性可使蛋白在水中的分散性能提高,防止形成的乳狀液發(fā)生絮凝和聚集,提高了乳液體系的穩(wěn)定性。Yi等[27]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白通過靜電作用、疏水相互作用以及氫鍵與脂質(zhì)體(由大豆磷脂和膽固醇制備)發(fā)生相互作用,使乳清蛋白的乳化能力顯著提高。李秋慧等[49]研究發(fā)現(xiàn)在SPI中添加一定量的溶血磷脂會促進磷脂與SPI的相互作用,降低其界面張力,在油-水界面形成比較穩(wěn)定的界面膜,提高乳液體系的乳化性,使乳液粒徑分布更加均勻,從而提高復合乳狀液穩(wěn)定性。但當磷脂添加量過高時,乳液體系的穩(wěn)定性變差,這與界面上蛋白吸附含量降低、相互作用減弱、粒徑分布不均勻有關(guān)。
凝膠特性是食品中蛋白質(zhì)的重要功能特性之一,是形成食品特有的感官品質(zhì)以及風味的決定性因素之一。蛋白質(zhì)凝膠是蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)-溶劑間斥力和引力(疏水相互作用、氫鍵、二硫鍵等)之間相互平衡從而形成穩(wěn)定有序的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[50]。磷脂與蛋白質(zhì)之間的相互作用對食品凝膠體系的流變性及微觀結(jié)構(gòu)等有很大的影響。在大豆蛋白中加入磷脂有利于凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成,李菊芳[3]將磷脂與大豆分離蛋白復合物制成凝膠,發(fā)現(xiàn)添加磷脂后蛋白凝膠的硬度降低,內(nèi)聚性略有提高,同時熱凝膠的彈性顯著增強,大豆蛋白與磷脂的結(jié)合程度與其組分11S和7S有關(guān),其中11S與磷脂相互作用較強,結(jié)合強度高于7S,其形成的凝膠特性也更好。畢爽等[51]研究發(fā)現(xiàn)SPI-磷脂復合體系構(gòu)象的變化是影響復合體系凝膠特性的主要因素,磷脂與蛋白質(zhì)的疏水區(qū)域結(jié)合后,促使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開,改變SPI-磷脂復合體系中二級結(jié)構(gòu)的組成,進一步暴露其疏水基團,促進體系的相互作用,使蛋白質(zhì)-磷脂凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加致密牢固。乳清蛋白與磷脂相互作用使磷脂結(jié)合于乳清蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中,從而使凝膠強度增強[50]。肌肉蛋白凝膠是決定肉制品品質(zhì)的關(guān)鍵,在很大程度上影響肉制品的感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)、保水性等。Xia等[31]研究發(fā)現(xiàn)添加磷脂不會改變肌原纖維蛋白的流變模式,但在熱誘導凝膠形成過程中,復合體系更多的肌原纖維蛋白疏水基團暴露并與磷脂疏水性尾部結(jié)合,氫鍵和疏水相互作用增強,有利于肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強,從而使復合凝膠的彈性和內(nèi)聚性增加,同時磷脂可以抑制二硫鍵的形成,減少蛋白質(zhì)的交聯(lián),從而降低復合凝膠的硬度和咀嚼性,有利于形成緊密有序的三維網(wǎng)絡(luò),從而提高了復合凝膠的持水能力。
目前研究蛋白質(zhì)和磷脂相互作用的方法較多,主要有熒光光譜法、拉曼光譜法、圓二色譜法、核磁共振技術(shù)、動態(tài)光散射、原子力顯微鏡、分子模擬等。熒光光譜法具有靈敏度高、用樣量少等特點,是研究蛋白質(zhì)與各種配體分子相互作用的常用方法[52]。Bourassa等[53]利用熒光光譜法和分子建模等方法研究了牛奶中α-酪蛋白和β-酪蛋白與脂質(zhì)的相互作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)主要通過疏水相互作用與酪蛋白結(jié)合形成更穩(wěn)定的復合物,結(jié)合位點數(shù)為0.7~1.1,并且該相互作用改變了酪蛋白構(gòu)象,使部分蛋白展開。拉曼光譜法、圓二色譜法以及紅外光譜法均是研究蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的常用光譜法。拉曼光譜技術(shù)屬于振動光譜的一個分支,是紅外光譜的有效補充,在保證樣品完整性基礎(chǔ)上,可以提供分子的振動或轉(zhuǎn)動信息,從而反映磷脂與蛋白質(zhì)復合體系空間構(gòu)象的變化[54]。畢爽等[51]利用拉曼光譜研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理使復合體系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,改變了色氨酸、酪氨酸所處的微環(huán)境,促進了大豆蛋白與卵磷脂發(fā)生疏水相互作用。核磁共振波譜技術(shù)是能夠在原子分辨率下研究生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法[55],其在蛋白質(zhì)-小分子相互作用過程中應用廣泛。低場脈沖核磁共振技術(shù)可估計凝膠體系中由蛋白質(zhì)部分固定的水分子的不同部分的流動性和結(jié)構(gòu)特性[56],Miklos等[57]利用核磁共振研究了肌原纖維蛋白和脂質(zhì)復合凝膠中水和脂肪的流動性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)脂肪酸組成和?;视徒Y(jié)構(gòu)的差異顯著影響肌原纖維蛋白的乳化能力。核磁共振可以更直接地評估蛋白質(zhì)表面活性劑的相互作用。此外原子力顯微鏡技術(shù)、激光共聚焦顯微鏡以及一些基于計算機的結(jié)構(gòu)模擬和預測技術(shù)等方法也常用來進行小分子和蛋白質(zhì)的相互作用研究。分子對接技術(shù)主要利用計算機模擬對已知三維結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)受體以及配體,不斷優(yōu)化受體的位置、構(gòu)象、氨基酸殘基側(cè)鏈及骨架等,尋求配體與受體分子之間最佳的結(jié)合構(gòu)象,從而分析受體和配體的相互作用[58]。隨著研究的深入,蛋白質(zhì)和磷脂相互作用的研究也應從多角度多方面進行,這樣更能全面系統(tǒng)地研究蛋白質(zhì)與磷脂復雜體系。
在食品加工過程,磷脂和蛋白質(zhì)的相互作用會影響牛奶、豆奶、肉制品等食品的品質(zhì),研究其互作機制能夠為改善該類食品品質(zhì)提供理論依據(jù)。目前在磷脂與乳蛋白以及大豆蛋白相互作用機制的研究較多,但對于磷脂與食品中其他蛋白相互作用的研究深度不足,還不夠全面,比如磷脂與谷蛋白、肌球蛋白等,其互作機制還沒有形成完整的體系。由于研究技術(shù)的局限性,磷脂和蛋白質(zhì)的種類繁多,分子間作用的復雜性,現(xiàn)在大部分相互作用的研究停留在磷脂與蛋白質(zhì)疏水相互作用、靜電作用等非共價作用上,但對于磷脂-蛋白二元復合體系里加入其它物質(zhì)(多酚、多糖等)的研究很少,加入多酚后是否會產(chǎn)生共價作用也值得進一步研究。此外,磷脂與蛋白質(zhì)間的相互作用可以改善蛋白質(zhì)的功能特性,如何合理地將其應用到食品加工、醫(yī)藥等領(lǐng)域,充分發(fā)揮磷脂的功能特性還有待更深入系統(tǒng)的探究。