鄧伶俐 羅仕園 安建輝

(湖北民族大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院1，恩施 445000)(湖北民族大學(xué)生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2，恩施 445000)(超輕彈性體材料綠色制造國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3，恩施 445000)

大豆蛋白的主要成分是球蛋白，其中7S(β-伴大豆球蛋白)和11S(大豆球蛋白)是大豆蛋白的主要成分，大約分別占蛋白總量的40%和30%。大豆球蛋白是由通過二硫鍵連接的A和B多肽組成的六聚體蛋白，6個(gè)[AB]亞基組成了一個(gè)六面體，尺寸大約11.0 nm×11.0 nm×7.5 nm[1]。β-伴大豆球蛋白是由非共價(jià)結(jié)合的亞基α’、α和β組成的同源三聚體(圖1)[2]。大豆蛋白作為一種天然的食品乳化劑已經(jīng)被應(yīng)用到食品領(lǐng)域各個(gè)方面。大豆蛋白具有相對(duì)柔性的結(jié)構(gòu)，在乳液制備過程中，埋藏在球狀蛋白內(nèi)部的疏水氨基酸暴露并吸附到油滴的表面，親水氨基酸朝向水相，在界面處形成致密的蛋白吸附層，作為防止聚結(jié)和絮凝的空間屏障[3]，從而穩(wěn)定乳液[4]。研究表明11S組分具有相對(duì)較穩(wěn)定的寡聚結(jié)構(gòu)，因此其功能特性相比于7S組分較差，如溶解性和乳化性。Rivas等[5]發(fā)現(xiàn)在不同的pH和離子強(qiáng)度環(huán)境下，7S組分由于其較強(qiáng)的分子間和分子內(nèi)相互作用能夠形成比11S組分更緊密的界面。11S組分具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量，較低的表面疏水性和分子靈活度，因此難以快速地吸附在界面上。

圖1 大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白結(jié)構(gòu)

大豆蛋白的功能特性取決于其三維結(jié)構(gòu)、親疏水性、表面電荷和溶解性等。大豆蛋白在水溶液中的溶解度有限，其等電點(diǎn)位于pH 5.0，是食品加工過程中常見的pH。大豆蛋白的球狀結(jié)構(gòu)也不利于其在乳液形成的過程中快速展開其結(jié)構(gòu)分布于油水界面上，因此許多研究以大豆蛋白為原料制備各種改性大豆蛋白，以獲得更加優(yōu)良的乳化性能。大豆蛋白改性可以分為物理法，化學(xué)法和酶法[6]，本文首先介紹改性大豆蛋白乳化能力和乳化穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法及影響因素，然后進(jìn)行不同方式改性后的大豆蛋白產(chǎn)物乳化性能。

1 乳化能力與乳化穩(wěn)定性

改性大豆蛋白的乳化能力是乳化體系研究的重點(diǎn)。通常采用乳化能力和乳化活性指數(shù)這兩個(gè)指標(biāo)來表征乳化能力。乳化能力定義為一定蛋白濃度條件下穩(wěn)定乳液能夠分散的最大的油相的含量。而乳化活性指數(shù)定義為單位蛋白能夠乳化的油相的量。乳液的不穩(wěn)定性通常涉及上浮/沉降，聚結(jié)，絮凝，相轉(zhuǎn)化和奧斯特瓦爾德熟化。乳液上浮和沉降都是重力分離的表現(xiàn)。絮凝和聚結(jié)都是乳液液滴聚集的類型。相轉(zhuǎn)化是將O/W乳液轉(zhuǎn)化為W/O乳液或相反的過程。奧斯特瓦爾德熟化是由于液滴中化學(xué)勢(shì)的差異而以較小的液滴為代價(jià)的一種乳液液滴的生長(zhǎng)。常用的用于表征乳液穩(wěn)定性的指標(biāo)有乳液穩(wěn)定指數(shù)，其測(cè)定方式與乳化活性指數(shù)測(cè)定過程相同，通過間隔一定時(shí)間后乳液的濁度變化來進(jìn)行計(jì)算[7]。通常也用乳析指數(shù)和絮凝指數(shù)來表征乳液的穩(wěn)定性。食品工業(yè)中使用的乳化劑必須能夠在一系列不同的環(huán)境條件下起作用，如不同的pH，離子強(qiáng)度，溶液組成，溫度和機(jī)械力都可能會(huì)破壞乳液結(jié)構(gòu)，因此測(cè)試乳液在脅迫環(huán)境下的穩(wěn)定性也是十分有必要的。影響大豆蛋白質(zhì)乳化特性的關(guān)鍵因素是蛋白質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、分子大小、表面疏水性、溶解度、柔韌性、環(huán)境因素(pH值和離子強(qiáng)度)等。蛋白分子在不同的環(huán)境條件下表現(xiàn)出一定的柔性，其柔性區(qū)間在界面處發(fā)生去折疊的過程，從而影響其乳化特性[8]。Cui等[9]研究發(fā)現(xiàn)大豆分離蛋白分子柔性與其乳化性相關(guān)。研究表明較低的分子尺寸、較高的表面疏水性、表面電荷、溶解性和分子柔性保證了良好的乳化性能[10]。

2 改性大豆蛋白乳化性能

2.1 物理法改性

2.1.1 熱處理

熱處理對(duì)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性會(huì)產(chǎn)生較大影響。研究表明對(duì)大豆蛋白進(jìn)行熱處理會(huì)影響蛋白亞基結(jié)構(gòu)間的相互作用，也可能會(huì)引起蛋白聚集從而形成凝膠結(jié)構(gòu)[11]。加熱會(huì)使得蛋白的結(jié)構(gòu)展開，暴露出其中的巰基和疏水基團(tuán)，大豆球蛋白加熱后表現(xiàn)出更強(qiáng)的表面疏水性。大豆蛋白經(jīng)過75 ℃處理后能夠更好的吸附在油水界面上，這可能是由于β-伴大豆球蛋白經(jīng)過加熱后亞基解離出來更易于吸附到油水界面上。并且研究表明β-伴大豆球蛋白亞基的解離有利于產(chǎn)生可溶性復(fù)合物[12, 13]。但是將大豆蛋白在更高的溫度進(jìn)行處理后(95 ℃加熱15 min)，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白都發(fā)生了解離和變性，反而不利于其乳化性能的改善。

除了以上常見的非熱處理方式，近年其他一些非熱處理方式也被應(yīng)用于大豆蛋白乳化能力的改善，如脈沖電場(chǎng)處理[19]，擠出過程[20]和輻照處理[21]等。Wang等[22]對(duì)大豆分離蛋白-麥芽糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行輻照處理后發(fā)現(xiàn)，7.5 kGy輻照處理使其乳化活性和乳化穩(wěn)定性均到達(dá)最高，而過高的輻照強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致蛋白變性和聚集，不利于乳化性能提升。該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)輻照有利于提升大豆分離蛋白-麥芽糖穩(wěn)定乳液的凍融穩(wěn)定性[21]。

超聲作為一種高能高效的非熱處理方式用于改善各種植物來源蛋白的功能特性[14]。超聲過程引起的空化效應(yīng)，從而形成局部高溫或者高壓，從而引起蛋白的結(jié)構(gòu)及功能特性發(fā)生變化[15]。研究表明超聲的過程能夠破壞蛋白的氫鍵和疏水相互作用以及一些共價(jià)鍵(如二硫鍵)，從而導(dǎo)致蛋白亞基的解聚。Ma等[15]發(fā)現(xiàn)超聲處理增加了大豆分離蛋白-柑橘果膠靜電復(fù)合物的Zeta電位，表面疏水性，并且降低了其顆粒直徑，熒光強(qiáng)度和濁度。超聲的空穴效應(yīng)不僅引起了大分子結(jié)構(gòu)的變化，對(duì)大豆分離蛋白和柑橘果膠的靜電相互作用也有增強(qiáng)，從而提升了乳化能力。Ren等[16]研究了水力空化和超聲空化對(duì)大豆分離蛋白功能特性的影響，發(fā)現(xiàn)水力空化和超聲空化均能夠降低顆粒直徑和粘度，增加蛋白表面疏水性。水力空化和超聲空化后的大豆分離蛋白的溶解性、乳化活性、乳化穩(wěn)定性、起泡性均有顯著提升，但起泡穩(wěn)定性有所降低。許多研究表明超聲能夠增加大豆蛋白的表面疏水性，空化效應(yīng)能夠使蛋白質(zhì)內(nèi)部埋藏的疏水區(qū)域暴露于親水性環(huán)境，增加蛋白的表面疏水性，有利于提升其在乳液界面的柔性和吸附性能[14]。

高壓處理能夠引起蛋白質(zhì)(尤其是球狀蛋白質(zhì))的結(jié)構(gòu)變化，隨后導(dǎo)致其物理化學(xué)和功能性質(zhì)的變化。Molina等[17]發(fā)現(xiàn)400 MPa高壓處理7S球蛋白表現(xiàn)出最高的乳化活性，而在200 MPa高壓處理11S球蛋白獲得最高的乳化活性。丁儉等[18]研究了超高壓(200～600 MPa)對(duì)大豆分離蛋白及其與多糖間的作用，發(fā)現(xiàn)超高壓處理改善了大豆蛋白柔性、二級(jí)構(gòu)象，隨著壓力的增加，α-螺旋含量先升高后降低，β-折疊結(jié)構(gòu)含量降低，β-轉(zhuǎn)角、無規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)含量先降低再升高；400 MPa時(shí)α-螺旋、β-折疊結(jié)構(gòu)含量最高，大豆蛋白構(gòu)象發(fā)生轉(zhuǎn)變，此時(shí)大豆蛋白有序構(gòu)象的組成、柔性結(jié)構(gòu)的展開，影響蛋白質(zhì)整體構(gòu)象的柔韌性，更易與可溶性多糖形成功能特性較好的復(fù)合物，增加乳液穩(wěn)定性。

化學(xué)改性包括糖基化、?；土姿峄确椒?，通過改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)來改善其功能特性，反應(yīng)簡(jiǎn)單、效果明顯且應(yīng)用廣泛。糖基化是將糖鏈以共價(jià)鍵的形式與蛋白質(zhì)分子上的α或ε-氨基相連接而形成糖蛋白，通常稱為美拉德反應(yīng)。此反應(yīng)無需添加任何催化劑，僅加熱即可自發(fā)進(jìn)行，分為干熱法和濕熱法。研究表明，糖基化后的大豆蛋白具有優(yōu)良的乳化能力，且溶解性、凝膠性、熱穩(wěn)定性和抗氧化性等均有不同程度的提高[27, 28]。蛋白與單糖或者多糖形成復(fù)合物后其分子質(zhì)量增大，并且使得蛋白內(nèi)部的一些疏水基團(tuán)暴露出來，使得復(fù)合物更易于吸附到油水界面上，有利于提升乳液穩(wěn)定性[29](圖2)。蛋白糖基化反應(yīng)產(chǎn)物形成的乳液也有更高的溶解性和環(huán)境穩(wěn)定性，例如在酸性條件和高離子強(qiáng)度條件下更穩(wěn)定[30, 31]。近年來針對(duì)大豆蛋白進(jìn)行糖基化法改性的研究及其乳化特性改善結(jié)論如表1。Li等[32]將大豆蛋白與葡萄糖進(jìn)行濕法美拉德反應(yīng)，其反應(yīng)產(chǎn)物穩(wěn)定的乳液液滴直徑隨著接枝度的增加而降低，并且使得蛋白β-轉(zhuǎn)角和無序結(jié)構(gòu)比例增加，而α-螺旋和β-折疊比例降低。其他相關(guān)研究也表明美拉德反應(yīng)能夠提升大豆蛋白溶解性，改變其二級(jí)結(jié)構(gòu)，分子柔性增加。大豆蛋白美拉德反應(yīng)產(chǎn)物乳化活性和乳化穩(wěn)定性得以提升，乳液在脅迫環(huán)境(如冷凍、加熱)下的穩(wěn)定性也顯著提升。

2.1.3 高壓處理

西部排洪工程的建成，使一干渠及北支退水渠過流能力達(dá)到15 m3/s，保證了淘金河洪水順利通過一干渠及北支退水渠，直接排入南云中河，有效緩解了忻州市西部城區(qū)的防洪壓力；東部排洪工程的建成，將城區(qū)東部七一路至云中路、光明街至梨花街區(qū)域11.6 km2的降雨匯水及經(jīng)處理后的生活污水，沿改造后的忻定排洪渠及新建排洪箱涵順暢地排入南云中河，降低了東部城區(qū)的防洪壓力。2017年汛期經(jīng)過數(shù)次強(qiáng)降雨的考驗(yàn)，城區(qū)沒有出現(xiàn)內(nèi)澇的局面。初步估算，該工程的年防洪效益可達(dá)4.3億元，所創(chuàng)造的社會(huì)效益巨大。

估價(jià)機(jī)構(gòu)應(yīng)積極轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，強(qiáng)化數(shù)據(jù)建設(shè)和加快業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。大數(shù)據(jù)離不開數(shù)據(jù)建設(shè)，數(shù)據(jù)建設(shè)耗時(shí)耗資，估價(jià)機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)自身情況，決定獨(dú)立建設(shè)數(shù)據(jù)庫還是加入現(xiàn)有數(shù)據(jù)聯(lián)盟，數(shù)據(jù)建設(shè)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)把握數(shù)據(jù)的全面性、真實(shí)性和及時(shí)性。在此基礎(chǔ)上，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的分析研究，提高對(duì)數(shù)據(jù)的“加工能力”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的增值服務(wù)和業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)型，進(jìn)而朝智慧評(píng)估與智慧管理方向發(fā)展。

2.1.2 超聲處理

2.2 酶法改性

SSM（Spring+SpringMVC+Mybatis），是目前較為主流的企業(yè)級(jí)架構(gòu)方案。標(biāo)準(zhǔn)的MVC設(shè)計(jì)模式，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為顯示層、Controller層、Service層、Dao層四層，使用SpringMVC負(fù)責(zé)請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)和視圖管理，Spring實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)對(duì)象管理, MyBatis作為數(shù)據(jù)對(duì)象持久化引擎。

2.3 化學(xué)法改性

這里分析市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)e、購電商風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避度λ、批發(fā)價(jià)格w、零售價(jià)格p、購電商成本cr對(duì)購電商最優(yōu)購電量q*的影響。

表1 近年糖基化大豆蛋白乳液體系研究列表

圖2 大豆蛋白-多糖復(fù)合物及大豆蛋白水解物-多糖復(fù)合物穩(wěn)定乳液示意圖

近年也出現(xiàn)許多將糖基化法與其他物理改性或酶法改性進(jìn)行結(jié)合進(jìn)一步改善糖基化大豆分離蛋白乳化性能的研究。Wang等[21, 22]通過輻照提升了大豆分離蛋白-麥芽糖復(fù)合物的乳化性能和乳液凍融穩(wěn)定性，Cui等[9]通過超聲進(jìn)一步提升了大豆分離蛋白-葡萄糖復(fù)合物的乳化性。Yu等[31]發(fā)現(xiàn)相比于大豆蛋白-葡聚糖復(fù)合物，酶水解大豆蛋白-葡聚糖復(fù)合物穩(wěn)定的乳液具有更高的乳化穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性。該團(tuán)隊(duì)在后期研究發(fā)現(xiàn)水解大豆蛋白與葡聚糖質(zhì)量比2∶3，大豆蛋白水解物濃度為40 g/L，美拉德反應(yīng)在pH 8緩沖液中，85 ℃反應(yīng)1 h后的產(chǎn)物所穩(wěn)定的乳液凍融性最好[33]。

3 應(yīng)用與展望

本研究中，ALDH2基因Glu487Lys分為G/G、G/A和A/A，其中，攜帶G/G野生型基因的入組者平均每次飲酒量（白酒）、平均每月飲酒量及累積飲酒量均高于G/A及A/A型，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。見表3。

3.1新型乳液制備

酶法改性由于其溫和性，易操作性，和副產(chǎn)物少的優(yōu)點(diǎn)成為大豆蛋白乳化特性改善的常用方法，已有研究表明通過酶法改性能夠增加大豆蛋白的溶解性、乳化活性、乳化穩(wěn)定性和起泡性等。酶解法可通過酶的水解作用使大豆分離蛋白的多肽鏈長(zhǎng)短發(fā)生改變，致使大豆蛋白分子的三維結(jié)構(gòu)變化，從而暴露出某些被掩埋的氨基酸殘基，使大豆蛋白的理化性質(zhì)得以改變，最終達(dá)到改善其功能特性的目的，水解大豆蛋白也是食品工業(yè)中重要的食品原料[4]。水解度是水解過程中需要控制的關(guān)鍵因素，因?yàn)檫^度水解使肽鏈縮短后可能對(duì)其乳化特性是不利的，因此需要控制合適的水解程度來達(dá)到對(duì)大豆蛋白構(gòu)象的精準(zhǔn)調(diào)控[23]。Tsumura等[24]制備了水解β-伴大豆球蛋白和大豆球蛋白，發(fā)現(xiàn)在中性pH條件下未水解的大豆蛋白具有更好的乳化活性，但是在酸性pH條件下水解后的大豆蛋白具有更高的乳化活性，說明水解大豆蛋白更適用于酸性食品體系。Shen等[25]研究了3種不用的酶(風(fēng)味蛋白酶、堿性蛋白酶和復(fù)合蛋白酶)對(duì)大豆分離蛋白不同程度的水解作用形成大豆蛋白納米粒子(SPNPs)的能力，發(fā)現(xiàn)風(fēng)味蛋白酶不同水解程度均能夠形成SPNPs，而SPNPs 在乳液形成的過程中能夠快速吸附到油水界面表現(xiàn)出良好的乳化性能。除了通過蛋白酶降低大豆蛋白分子質(zhì)量以外，也可以通過谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG酶)對(duì)蛋白進(jìn)行一定程度的交聯(lián)，從而改善其功能特性。Zang等[26]研究了大豆分離蛋白和三種酶法改性(大豆蛋白+TG酶，大豆蛋白木瓜蛋白酶水解產(chǎn)物(SPIH)，SPIH+TG酶)的大豆蛋白的凍融穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)通過酶解，蛋白分子的運(yùn)動(dòng)性得以提升并且由于TG酶的交聯(lián)形成了乳液凝膠結(jié)構(gòu)，說明大豆蛋白木瓜蛋白酶水解產(chǎn)物進(jìn)行TG酶交聯(lián)后能夠作為食品體系良好的乳化劑。

基于乳液的分散相和連續(xù)相，食品中的乳液通常分為兩種傳統(tǒng)型乳液，即油包水乳液和水包油乳液。皮克林乳液是一種被有機(jī)或者無機(jī)顆粒所穩(wěn)定的乳液，相比于常規(guī)乳液，皮克林乳液展現(xiàn)出更良好的穩(wěn)定性和緩釋性能。大豆蛋白及其改性產(chǎn)物具有：1)原料豐富經(jīng)濟(jì)；2)能夠以聚集體或者納米顆粒的形式存在；3)顆粒更易于形成穩(wěn)定的皮克林乳液凝膠；4)具有乳化和營(yíng)養(yǎng)雙重功效，相比于其他蛋白更適合于穩(wěn)定皮克林乳液(圖3)。除此之外，熱變性大豆蛋白可用于制備乳液凝膠。Euston等[43]研究發(fā)現(xiàn)熱變性過程中大豆蛋白聚集的機(jī)制涉及連續(xù)相中乳液液滴表面吸附的蛋白質(zhì)與非吸附熱變性蛋白質(zhì)的相互作用。未被界面吸附的蛋白質(zhì)起著“膠水”的作用，將乳液液滴聚集到在一起，這種復(fù)雜的膠體體系可以以乳液和凝膠的形式共同存在，具有作為油脂替代品和開發(fā)新型載運(yùn)體系的潛力。

圖3 改性大豆蛋白皮克林乳液和乳液凝膠示意圖

3.2 油脂替代品

由于越來越多的消費(fèi)者對(duì)低脂食品的青睞，現(xiàn)在許多脂肪替代品被用于肉制品、奶制品和冰淇淋中，可以減輕由于脂肪含量減少而引起的質(zhì)地和感官缺陷。Dreher等以菜籽油為油相，大豆蛋白為乳化劑，加熱乳化后經(jīng)過轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶交聯(lián)得到動(dòng)物油脂模擬產(chǎn)品[44, 45]?；诖蠖沟鞍椎娜橐耗z結(jié)構(gòu)被應(yīng)用于雞肉腸[46]和博洛尼亞香腸中[47]。植物酸奶作為一種動(dòng)物酸奶的替代品能夠迎合一些特殊人群的需求。大豆由于其原料易得，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，功能性好備受關(guān)注。但是植物酸奶的研發(fā)最大的挑戰(zhàn)在于模擬動(dòng)物酸奶的質(zhì)地和口感，防止相分離[48]。因此基于大豆蛋白制備的乳液凝膠體系可用于開發(fā)植物基酸奶，如大豆蛋白納米顆粒穩(wěn)定的皮克林乳液凝膠[49]。

冰淇淋作為一種復(fù)雜的多相食品，由脂肪球、氣泡和分散在半冷凍溶液中的冰晶組成。冰淇淋中的乳液結(jié)構(gòu)及其凍融性質(zhì)對(duì)于冰淇淋的口感和儲(chǔ)存十分重要。大豆分離蛋白替代部分乳粉不僅能夠降低產(chǎn)品成本，提升營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，也有利于形成更小的冰晶，溫度穩(wěn)定更高。已有研究表明水解大豆蛋白能夠有效的促進(jìn)冰淇淋中脂肪的部分凝聚，降低其融化速率[50]。Chen等[51]研究發(fā)現(xiàn)熱凝聚的大豆分離蛋白納米顆粒穩(wěn)定的皮克林乳液具有較高的凍融穩(wěn)定性，可應(yīng)用于冰淇淋性質(zhì)的改善。鄭環(huán)宇等[52]利用超高壓均質(zhì)改性大豆分離蛋白-磷脂復(fù)合物替代乳粉生產(chǎn)冰淇淋，融化率降低26.86%，膨脹率提高了94.84%，相比于傳統(tǒng)冰淇淋口感更綿軟。

3.3 生物活性物質(zhì)載運(yùn)

食品功能性成分的載運(yùn)和釋放也是改性大豆蛋白應(yīng)用具有前景的方向，尤其是作為脂溶性生物活性物質(zhì)的載運(yùn)和緩釋/靶向釋放系統(tǒng)。改性大豆分離蛋白所制備的常規(guī)乳液[42]、納米乳液[40]、皮克林乳液、乳液凝膠等被應(yīng)用于載運(yùn)典型的生物活性物質(zhì)，如β-胡蘿卜素[53]。

隨著食品行業(yè)的發(fā)展，各種新型產(chǎn)品的研發(fā)，基于大豆蛋白及其改性產(chǎn)品的乳液體系研究將繼續(xù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。通過各種改性手段也能夠得到乳化性能更好的食品原料。但是現(xiàn)有大多數(shù)研究還未應(yīng)用到實(shí)際的食品體系，還需要更多的應(yīng)用性探索來擴(kuò)大大豆蛋白在食品體系中的應(yīng)用領(lǐng)域。