李 玉， 劉業(yè)學(xué)， 李雪瑩， 劉佳萌， 魏立坤， 路福平， 王穩(wěn)航

(1.工業(yè)發(fā)酵微生物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院， 天津 300457；2.北京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院， 北京 101300； 3.天津科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院， 天津 300457)

豆類是蛋白質(zhì)的重要來源，球蛋白(globulin)和白蛋白(albumin)是豆類蛋白中的兩種主要成分。球蛋白是鹽溶性蛋白質(zhì)，約占豆類蛋白總質(zhì)量的70%，其又可以細(xì)分為11S球蛋白(legumin)和7S球蛋白(vicilin和covicilin)；而白蛋白是水溶性的，占豆類蛋白質(zhì)量的10%～20%[1]。豆類蛋白最重要的作用是其能夠賦予食物功能特性，如：乳化性、發(fā)泡性、凝膠性和成膜性，因而在食品加工過程中備受關(guān)注。此外，根據(jù)豆類蛋白的氨基酸圖譜可知其具有含量較高的人類必需氨基酸，如：賴氨酸、亮氨酸、天冬氨酸和精氨酸，因而豆類蛋白具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。豆類中的蛋白質(zhì)和多肽在機(jī)體健康方面也發(fā)揮著重要作用[3]。如水解扁豆、豌豆、大豆和鷹嘴豆蛋白產(chǎn)生的多肽具有顯著的抑制血管緊張素-1轉(zhuǎn)換酶(ACE)的特性[4]；并且還具有結(jié)合膽汁的能力，有利于去除膽汁酸并增加膽固醇的代謝，降低血液中的膽固醇水平[5]。

蛋白質(zhì)分子在一定條件下會(huì)發(fā)生聚集組裝，這是一種蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)單元之間或者蛋白質(zhì)與其他高分子(酚類和多糖)之間以非共價(jià)鍵(氫鍵、疏水相互作用以及靜電相互作用)或者共價(jià)鍵為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)行相互聚集組裝的行為。組裝行為使蛋白質(zhì)物化特性發(fā)生改變，這將為蛋白質(zhì)改進(jìn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)或創(chuàng)造出新的結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)，從而獲得其他方式無法提供的具有新穎結(jié)構(gòu)(組裝結(jié)構(gòu))的功能屬性，為各種食品應(yīng)用制備不同的材料。另外，蛋白質(zhì)與活性化合物的組裝行為可有效降低這些化合物對(duì)化學(xué)、生物或物理降解的不穩(wěn)定性，有助于其保持最佳的活性特性。因此，了解豆類蛋白在不同環(huán)境下的組裝行為對(duì)豆類蛋白在食品加工中的進(jìn)一步開發(fā)利用具有重要意義。

1 豆類蛋白分子的組裝行為及影響機(jī)制

蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)會(huì)在環(huán)境因素，如pH值、溫度和離子類型及強(qiáng)度的影響下發(fā)生改變，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)行組裝；另外，交聯(lián)酶會(huì)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分子間進(jìn)行交聯(lián)而成為蛋白質(zhì)組裝的強(qiáng)效驅(qū)動(dòng)力；蛋白質(zhì)與多糖和酚類化合物之間的相互作用會(huì)促使蛋白質(zhì)發(fā)生組裝行為。

1.1 pH值對(duì)豆類蛋白組裝的影響機(jī)制

溶液的pH值會(huì)決定蛋白質(zhì)表面電荷的類型及分布，影響蛋白質(zhì)分子內(nèi)折疊和蛋白質(zhì)分子間的相互作用，影響蛋白質(zhì)構(gòu)象的穩(wěn)定性和膠體的穩(wěn)定性，從而影響蛋白質(zhì)的聚集組裝行為[6-7]。根據(jù)pH值的不同，蛋白質(zhì)會(huì)組裝成兩種不同的形態(tài)：當(dāng)pH值遠(yuǎn)離蛋白質(zhì)等電點(diǎn)時(shí)，就會(huì)形成半柔性蛋白纖維聚集體；而當(dāng)pH值接近蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)時(shí)，就會(huì)形成球狀的聚集體[8]。

蛋白質(zhì)的半柔性纖維絲始于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的部分展開，半柔性蛋白纖維絲形成的公認(rèn)模型是成核- 伸長(zhǎng)型(圖1)[9-11]。天然狀態(tài)的球蛋白具有緊密的剛性結(jié)構(gòu)，因此其纖維化過程需要先通過環(huán)境條件的劇烈變化將其剛性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)樗沙诘牟糠终归_構(gòu)象。一般認(rèn)為，在正常的環(huán)境條件下，溶液中蛋白質(zhì)的天然球狀構(gòu)象與部分展開構(gòu)象處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。當(dāng)處于極端pH值條件下，蛋白質(zhì)表面帶有致密的電荷，顯著增加分子內(nèi)和分子間的排斥相互作用，從而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)平衡向部分與完全展開狀態(tài)之間轉(zhuǎn)移。這種部分展開的構(gòu)象是球蛋白纖維化的重要先決條件，因?yàn)橥耆归_的球蛋白缺乏有序結(jié)構(gòu)，而部分展開的構(gòu)象則產(chǎn)生了特定的分子間相互作用，例如氫鍵、靜電力和疏水相互作用，可用于驅(qū)動(dòng)低聚物和原纖維絲的形成[10]。在低pH值條件下可促使豆類蛋白的球狀結(jié)構(gòu)部分展開并發(fā)生水解作用[8-9]。通過水解獲得的蛋白質(zhì)短肽或單體自組裝成核，然后在蛋白核的基礎(chǔ)上添加蛋白質(zhì)單體成長(zhǎng)為原纖維絲，而蛋白質(zhì)的聚集速率與溫度和水解速率有關(guān)，并隨著溫度和水解速率的升高而升高[11]。Loveday等[12]研究了pH值為1.6～2.4對(duì)蛋白纖維形成的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這幾種pH值條件下均可形成蛋白纖維，但是在pH值為1.6的條件下形成的速率最快，這可能是由于在更低的pH值條件下蛋白質(zhì)能夠更快水解。在pH值為2的條件下，大豆球蛋白和大豆分離蛋白均可獲得半柔性蛋白纖維聚集體[13]。

圖1 蛋白纖維形成機(jī)制示意圖

1.2 溫度對(duì)豆類蛋白組裝的影響機(jī)制

溫度通過影響蛋白質(zhì)擴(kuò)散速率，蛋白質(zhì)間相互作用，蛋白質(zhì)/聚集體的溶解度，構(gòu)象穩(wěn)定性以及化學(xué)降解等性質(zhì)而影響蛋白質(zhì)的組裝行為[7]。當(dāng)溫度升高到變性溫度以上時(shí)，球蛋白就會(huì)部分展開，從而暴露先前埋藏在結(jié)構(gòu)中的一些基團(tuán)；同時(shí)，升溫還會(huì)增加蛋白質(zhì)擴(kuò)散和碰撞的速率而加速蛋白質(zhì)聚集過程，最終可能導(dǎo)致不同分子之間通過疏水相互作用、氫鍵和二硫鍵等作用力使蛋白質(zhì)聚集[14]。

Guo等[15]研究了大豆蛋白中的7S球蛋白和11S球蛋白在100 ℃和pH值為7的條件下處理30 min后的聚集行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在溫度超過60 ℃時(shí)，β-伴大豆球蛋白會(huì)形成可溶性的蛋白聚集體，而當(dāng)溫度升高至100 ℃時(shí)，則會(huì)形成不可溶的蛋白聚集體。將大豆蛋白分散溶液在pH值為5.9和95 ℃條件下熱處理30 min，可獲得納米凝膠顆粒。這些納米顆粒的特征是具有一個(gè)疏水核心(由7S的β-亞基和11S的堿性亞基組成)和一個(gè)親水外殼(由7S的α和α′亞基以及11S的酸性多肽組成)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由二硫鍵和疏水相互作用穩(wěn)定[16]。豌豆分離蛋白在加熱85 ℃，60 min后，其11S球蛋白先解離，然后通過疏水相互作用及二硫鍵重新組合，最終形成高分子量的無規(guī)則結(jié)構(gòu)的蛋白聚合物；與11S球蛋白相比，7S球蛋白由于其結(jié)構(gòu)中缺乏半胱氨酸殘基，而具有較低的熱穩(wěn)定性，因此僅通過非共價(jià)相互作用形成聚集體[17]。在相同的pH值條件下，不同的加熱時(shí)間則會(huì)影響蛋白纖維的長(zhǎng)度，較長(zhǎng)時(shí)間的加熱水解可將蛋白質(zhì)所形成的短的蛋白纖維轉(zhuǎn)變?yōu)殚L(zhǎng)鏈的蛋白纖維。蕓豆7S球蛋白溶液經(jīng)加熱15～60 min后可以觀察到短的蛋白纖維鏈，而當(dāng)加熱時(shí)間超過10 h后，便可獲得長(zhǎng)鏈的蛋白纖維[18]。豌豆蛋白在85 ℃下處理20 h后則會(huì)形成微米級(jí)長(zhǎng)度的纖維聚集體；另外，由此得到的豌豆蛋白纖維具有與大豆蛋白纖維相似的結(jié)構(gòu)特征且比使用乳清蛋白獲得的纖維更具柔韌性、分支性和卷曲性[19]。

1.3 離子類型及強(qiáng)度對(duì)豆類蛋白組裝的影響機(jī)制

1.3.1離子類型的影響機(jī)制

圖2 Hofmeister序列

1.3.2離子強(qiáng)度的影響機(jī)制

溶液中的離子強(qiáng)度是影響蛋白聚集組裝的另一個(gè)重要條件。通過改變?nèi)芤褐械碾x子強(qiáng)度，可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)纖維的韌性及長(zhǎng)度。在pH值為2時(shí)，蛋白質(zhì)組裝形成纖維聚集體，在低離子強(qiáng)度下蛋白質(zhì)纖維呈現(xiàn)出剛性特性；提高離子強(qiáng)度后，蛋白質(zhì)纖維則變得柔軟；在pH值7時(shí)，低離子強(qiáng)度下會(huì)形成小的細(xì)長(zhǎng)聚集體，而在高離子強(qiáng)度下，小聚集體則會(huì)更傾向于隨機(jī)結(jié)合形成較大的蛋白質(zhì)組裝體[23]。利用離子可以促使蛋白質(zhì)聚集這一特性，Li等[24]發(fā)現(xiàn)，在大豆蛋白聚集物/右旋糖酐混合溶液中加入鹽可以屏蔽膠體上的電荷，減少兩者間的靜電相互作用，從而實(shí)現(xiàn)大豆蛋白聚集組裝。

1.4 交聯(lián)酶對(duì)豆類蛋白組裝的影響機(jī)制

蛋白質(zhì)除了受外部環(huán)境影響而發(fā)生聚集組裝外，交聯(lián)劑的使用也是驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)行組裝的一種重要手段。在交聯(lián)劑的作用下，蛋白質(zhì)分子內(nèi)部或者蛋白質(zhì)分子之間通過共價(jià)鍵或者非共價(jià)鍵作用促使蛋白質(zhì)交聯(lián)聚集，是改善重組蛋白的理化性質(zhì)、提升蛋白質(zhì)功能特性的重要手段之一。近年來，酶法作為一種溫和的交聯(lián)方法越來越引起人們的關(guān)注?？捎糜谑称返鞍捉宦?lián)的酶有：谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶、酪氨酸酶、漆酶以及賴氨酰氧化酶等[25]。

1.4.1谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶的影響機(jī)制

微生物來源的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(microbial transglutaminase, MTG, EC 2.3.2.13)是現(xiàn)階段研究最深入、應(yīng)用最廣泛的驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)組裝的一種酶。MTG誘導(dǎo)的交聯(lián)反應(yīng)在不改變pH值、風(fēng)味、顏色以及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的情況下，驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)行聚集組裝，進(jìn)而改善蛋白質(zhì)的功能特性和溫度穩(wěn)定性[26]。在MTG誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集組裝中，蛋白質(zhì)的聚集程度與蛋白質(zhì)的濃度有關(guān)。例如，研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)大豆分離蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3%時(shí)，MTG誘導(dǎo)的交聯(lián)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)組裝，形成小的蛋白聚集體；而當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于3%時(shí)，MTG則會(huì)誘導(dǎo)小的蛋白聚集體發(fā)生進(jìn)一步的組裝，進(jìn)而使蛋白質(zhì)發(fā)生凝膠化[27]。蛋白質(zhì)的種類也會(huì)影響MTG驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)組裝行為的發(fā)生。Djoullah等[28]在利用MTG驅(qū)動(dòng)豌豆蛋白的白蛋白組分和球蛋白組分在化學(xué)變性(DTT)和物理變性(熱處理)下的聚集組裝的研究中發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的蛋白質(zhì)濃度下，豌豆球蛋白經(jīng)MTG交聯(lián)后會(huì)順利完成聚集組裝，進(jìn)而形成堅(jiān)固而有彈性的化學(xué)凝膠，而白蛋白組分則無法完成組裝行為。在大豆分離蛋白的交聯(lián)中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象，相對(duì)于11S球蛋白亞基，7S球蛋白的亞基是MTG作用的更好底物[29]。Gan等[30]深入分析發(fā)現(xiàn)，11S球蛋白亞基對(duì)MTG的敏感性較低，是因?yàn)樗鼈兯墓劝滨０泛唾嚢彼?酶的主要底物)水平要比酸性多肽低。這些結(jié)果表明，酶促交聯(lián)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的蛋白質(zhì)聚集行為與蛋白質(zhì)的氨基酸組成及構(gòu)象高度相關(guān)，在MTG誘導(dǎo)豆類蛋白的聚集及組裝應(yīng)用中，必須合理選擇蛋白質(zhì)的來源及種類，才能使交聯(lián)酶在蛋白質(zhì)的組裝中發(fā)揮更有效的作用。

1.4.2酪氨酸酶的影響機(jī)制

與谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶類似，氧化酶類中的酪氨酸酶(tyrosinase, EC 1.14.18.1)，也稱為酚氧化酶，可以在沒有輔助因子的情況下催化大分子網(wǎng)絡(luò)的形成。在大多數(shù)動(dòng)植物中，酪氨酸酶具有相當(dāng)廣泛的底物特異性。Glusac等[31]指出，豌豆蛋白是酪氨酸酶的一種良好的底物，在酶處理30 min內(nèi)即可驅(qū)動(dòng)豌豆蛋白形成組裝聚合物。Chen等[32]則比較了酪氨酸酶和MTG交聯(lián)后形成的明膠和殼聚糖凝膠，發(fā)現(xiàn)酪氨酸酶更能誘導(dǎo)凝膠的形成。Isaschar-Ovdat等[33]研究表明，酪氨酸酶交聯(lián)大豆11S球蛋白后可增加凝膠硬度并形成更有序的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)但彈性有所降低。

1.4.3漆酶的影響機(jī)制

漆酶(EC 1.10.3.2)可以利用氧分子作為末端氧化劑，催化酚類化合物發(fā)生單電子氧化，從而產(chǎn)生水和自由基，自由基底物可進(jìn)一步進(jìn)行非酶反應(yīng)，包括歧化、聚合、水合和斷裂。值得注意的是，漆酶催化反應(yīng)的唯一副產(chǎn)物是水，因此漆酶在豆類蛋白食品加工行業(yè)具有巨大的潛力[34]。研究結(jié)果表明，大豆分離蛋白經(jīng)漆酶交聯(lián)組裝后可以顯著改善其凝膠強(qiáng)度，儲(chǔ)存模量以及持水性，并且還會(huì)使大豆分離蛋白凝膠具有更加均勻的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[35]。

1.4.4賴氨酰氧化酶的影響機(jī)制

賴氨酰氧化酶(EC 1.4.3.13)也許是蛋白質(zhì)交聯(lián)中最具有應(yīng)用前景的氧化還原酶之一，它是銅依賴性的胺氧化酶，負(fù)責(zé)膠原蛋白和彈性蛋白的氧化交聯(lián)，同時(shí)將O2還原為H2O2。在反應(yīng)中，賴氨酸側(cè)鏈被氧化為相應(yīng)的醛，并且通過兩個(gè)不同的途徑產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)：在第一種情況下，兩分子醛化合物縮合形成醛醇縮合產(chǎn)物；在第二種情況下，來自第二個(gè)賴氨酸殘基的胺與醛反應(yīng)形成席夫堿，從而完成交聯(lián)反應(yīng)[36]。Bakota等[37]發(fā)現(xiàn)賴氨酰氧化酶通過賴氨酸殘基的氧化交聯(lián)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)多域肽組裝成納米纖維結(jié)構(gòu)。雖然賴氨酰氧化酶現(xiàn)在還沒有應(yīng)用在豆類蛋白的組裝中，但基于其可以促進(jìn)多肽組裝成納米纖維這一優(yōu)異性質(zhì)，將會(huì)在豆類蛋白的組裝和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。

1.5 多糖和酚類對(duì)豆類蛋白組裝的影響機(jī)制

1.5.1多糖的影響機(jī)制

蛋白質(zhì)- 多糖相互作用在生物系統(tǒng)(維持細(xì)胞完整性和細(xì)胞分裂)、控制食品的宏觀特性(流動(dòng)、穩(wěn)定性、質(zhì)地和口感)以及可食用包裝的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。研究表明，多糖與豆類蛋白之間有兩種相互作用：物理相互作用和美拉德反應(yīng)(圖3)[38]。物理相互作用指的是蛋白質(zhì)與多糖之間的非共價(jià)作用，包括靜電作用、氫鍵作用和疏水作用，其中靜電作用是主要驅(qū)動(dòng)力。與美拉德反應(yīng)相比，蛋白質(zhì)- 多糖間的物理相互作用具有方便、易操作等特點(diǎn)，因而在調(diào)控蛋白質(zhì)組裝方面具有更加便捷的優(yōu)勢(shì)。

圖3 豆類蛋白和多糖相互作用示意

溶液的pH值會(huì)影響生物聚合物在溶液中的官能團(tuán)的電離，進(jìn)而改變兩者間的靜電作用，因此在蛋白質(zhì)- 多糖的聚集組裝中發(fā)揮著重要的作用。如果將蛋白質(zhì)- 多糖混合物溶液的pH值從中性調(diào)整為酸性，可以通過使用3個(gè)臨界 pH 值(pHc、pHφ1、pHφ2)來劃分4個(gè)不同的pH區(qū)域，根據(jù)它們的相互作用，對(duì)應(yīng)于多糖與豆類蛋白混合物的4種不同相行為(pH>pHc，共溶；pHc～pHφ1，可溶性絡(luò)合物；pHφ1～pHφ2，絡(luò)合物凝聚層；pH

1.5.2酚類的影響機(jī)制

酚類化合物廣泛存在于天然植物性食品原料中，具有較強(qiáng)的抗氧化性能，因此在食品領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。酚類化合物與蛋白質(zhì)之間的共軛組裝行為會(huì)影響蛋白質(zhì)的功能特性，如乳化性能、凝膠性能、溶解度、熱穩(wěn)定性和發(fā)泡性能。酚類和豆類蛋白間的結(jié)合機(jī)制(見圖4)[41]可以分為單位點(diǎn)結(jié)合[圖4(a)]和多位點(diǎn)結(jié)合[圖4(b)]兩種結(jié)合機(jī)制。單位點(diǎn)結(jié)合是指酚類化合物僅與一個(gè)蛋白質(zhì)位點(diǎn)相互作用，當(dāng)酚類化合物與蛋白質(zhì)的摩爾比例較高時(shí)，兩者則會(huì)通過該方式進(jìn)行結(jié)合；多位點(diǎn)結(jié)合僅適用于足夠大小的酚類化合物，能夠與蛋白質(zhì)上一個(gè)以上的位點(diǎn)相互作用，從而促使蛋白質(zhì)之間形成交聯(lián)[41]。另外，根據(jù)作用方式的不同又可以分為非共價(jià)相互作用(疏水鍵、離子鍵和氫鍵)和共價(jià)相互作用(堿性反應(yīng)、自由基接枝、多酚氧化酶、漆酶、酪氨酸酶)[42]。影響蛋白質(zhì)- 多酚相互作用的因素有很多，例如溫度、pH值、蛋白質(zhì)類型、蛋白質(zhì)濃度、酚化合物的類型和結(jié)構(gòu)、鹽濃度以及化學(xué)試劑(Na2SO3)[43]。這些因素均會(huì)引起蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其暴露出更多的結(jié)合位點(diǎn)，進(jìn)而通過疏水作用、氫鍵、靜電作用以及共價(jià)鍵與酚類化合物相互結(jié)合產(chǎn)生組裝行為。

圖4 酚類化合物與豆類蛋白的結(jié)合機(jī)制

綠原酸和槲皮素會(huì)使大豆蛋白的等電點(diǎn)向低pH區(qū)域轉(zhuǎn)移，這可能是由于酚類化合物與蛋白質(zhì)的反應(yīng)可引起蛋白質(zhì)的交聯(lián)，降低了蛋白質(zhì)分子的凈電荷，從而誘導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)行聚集組裝；另外，蛋白質(zhì)的二級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)也會(huì)發(fā)生變化，從而影響分子的表面性質(zhì)，使其具有親水性，進(jìn)而對(duì)蛋白質(zhì)的溶解度產(chǎn)生影響[44]。Ali等[45]發(fā)現(xiàn)，在pH值7和pH值9條件下，大豆球蛋白和沒食子酸相互作用后其熱變性溫度分別從(92.5±0.1)℃和(92.4±0.3)℃提升至(95.6±0.1)℃和(95.1±0.2)℃，這表明酚類化合物與蛋白質(zhì)通過氫鍵和疏水相互作用發(fā)生聚集組裝行為，形成蛋白質(zhì)- 多酚復(fù)合物，從而提升了蛋白質(zhì)的熱穩(wěn)定性。Yan等[46]利用EGCG(表沒食子兒茶素沒食子酸酯)接枝大豆分離蛋白，結(jié)果顯示大豆分離蛋白的β-轉(zhuǎn)角和β-折疊結(jié)構(gòu)含量減少，而α-螺旋和無規(guī)則卷曲結(jié)構(gòu)的含量增加，表明EGCG可以使大豆分離蛋白暴露更多的蛋白內(nèi)部疏水基團(tuán)，進(jìn)而改變蛋白的二級(jí)結(jié)構(gòu)，這為大豆分離蛋白聚集組裝提供了重要的前體條件。

2 豆類蛋白組裝行為與加工特性的關(guān)聯(lián)性研究

蛋白質(zhì)的乳化性、發(fā)泡性、凝膠性和成膜性等功能特性是在儲(chǔ)存、加工、制備和食用時(shí)引起蛋白質(zhì)行為變化的物理和化學(xué)特性。蛋白質(zhì)的組裝行為對(duì)改善豆類蛋白的品質(zhì)和加工特性也起著重要作用。合理控制蛋白質(zhì)的組裝，可以顯著提高蛋白質(zhì)的加工特性，改善和保持食品特殊品質(zhì)。

乳化特性的提升會(huì)促進(jìn)脂肪乳液的形成和穩(wěn)定，使蛋白質(zhì)廣泛應(yīng)用于香腸、意大利面、湯、蛋糕等食品中。蛋白質(zhì)的組裝可有效改善其乳化特性，如Wan等[47]研究發(fā)現(xiàn)，甜菊糖苷- 大豆分離蛋白二者的組裝聚集體在油水界面上相互吸附，形成大豆分離蛋白和甜菊糖苷混合界面層，減小乳滴粒徑從而顯著提高了乳液的物理穩(wěn)定性。大豆分離蛋白與茶多酚的偶聯(lián)組裝也會(huì)顯著提高大豆分離蛋白的乳化能力，最高可達(dá)43%，乳化穩(wěn)定性最高可達(dá)59%；并且當(dāng)使用0.75%綠茶多酚時(shí)，大豆分離蛋白- 茶多酚偶聯(lián)物表現(xiàn)出最佳的乳化性能[48]。

在烘焙食品、糖果和甜點(diǎn)等食品加工應(yīng)用中，蛋白質(zhì)則主要起泡沫形成和穩(wěn)定泡沫的作用。蛋白質(zhì)的發(fā)泡特性改善可以形成更穩(wěn)定的薄膜來截留氣體。通過對(duì)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)及聚集組裝狀態(tài)進(jìn)行控制，可以實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)發(fā)泡性的有效調(diào)控。多糖類物質(zhì)，如黃原膠，會(huì)驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)在界面處進(jìn)行組裝并形成聚集體，降低排水率和減少泡沫的破裂來增加大豆蛋白的發(fā)泡特性；同樣，將黃原膠添加到羽扇豆、豌豆和蠶豆的分離蛋白中也會(huì)增加起泡能力，這可能要?dú)w因于界面處蛋白質(zhì)吸附的改善和水相黏度的增加，這使得水流失變得困難[49]。Sui等[50]發(fā)現(xiàn)，多酚化合物會(huì)通過非共價(jià)作用和共價(jià)作用驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)行組裝，實(shí)現(xiàn)了大豆分離蛋白的發(fā)泡性能的提升；并且共價(jià)作用下的大豆分離蛋白- 花青素復(fù)合物比非共價(jià)復(fù)合物表現(xiàn)出更強(qiáng)的發(fā)泡能力，這可能要?dú)w因于共價(jià)相互作用可以更有效地提高蛋白質(zhì)膜的穩(wěn)定性。

凝膠特性與蛋白質(zhì)基質(zhì)的形成和維持有關(guān)，在一定條件下提高蛋白質(zhì)凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性等功能特性，可以有效地改善食品品質(zhì)，例如肉類、凝乳和奶酪。組裝聚集體的存在會(huì)嵌入可溶性蛋白質(zhì)所形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)中，從而形成堅(jiān)硬的凝膠[51]。Liu等[52]報(bào)道大豆分離蛋白經(jīng)MTG作用組裝后，其凝膠特性得到很大程度的改善。當(dāng)溶液中存在不相容的多糖時(shí)，促進(jìn)了蛋白質(zhì)分子之間的吸引，并通過減少蛋白質(zhì)分子與周圍溶液接觸的機(jī)會(huì)促進(jìn)了大豆蛋白的分子排列，驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)進(jìn)行聚集組裝，從而促進(jìn)了蛋白質(zhì)的凝膠化。Zhao等[53]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大豆蛋白溶液中分別含有0.5%的魔芋膠、吉蘭糖膠和可得然膠(curdlan gum)時(shí)，均可顯著提升大豆蛋白的凝膠特性 。

基于蛋白組裝的薄膜具有較低的水敏感性和較強(qiáng)的機(jī)械性能。Jensen等[54]使用大豆分離蛋白與纖維素以95∶5(g/g)的比例通過自組裝獲得了由大豆分離蛋白- 纖維素制成的復(fù)合薄膜。與大豆分離蛋白薄膜相比，這些源自自組裝復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量值顯著提升，并且其斷裂伸長(zhǎng)率表現(xiàn)出更剛性的機(jī)械行為。

3 展 望

豆類蛋白具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，含有高比例的賴氨酸、亮氨酸、天冬氨酸和精氨酸等必需氨基酸，已廣泛應(yīng)用于各類營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充產(chǎn)品的加工中。豆類蛋白優(yōu)異的食品加工特性使其可作為動(dòng)物蛋白的替代品，在未來健康食品產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。豆類蛋白分子的組裝是進(jìn)一步開發(fā)利用豆類蛋白的重要策略。環(huán)境因素，如pH值、溫度、離子類型和強(qiáng)度以及大分子物質(zhì)會(huì)顯著影響蛋白質(zhì)的組裝行為；蛋白組裝體則會(huì)改善蛋白的乳化性、發(fā)泡性、凝膠性和成膜性等加工特性。

為了更高效地利用豆類蛋白，需要進(jìn)一步研究豆類蛋白的分子結(jié)構(gòu)、組裝方式與酶解消化間的相關(guān)性，探討豆類蛋白與其他食物成分的相互作用對(duì)其消化特性的協(xié)同或干擾，豐富豆類蛋白營(yíng)養(yǎng)健康理論。同時(shí)，還需要對(duì)豆類蛋白食品的加工技術(shù)進(jìn)行大力發(fā)展與深度革新，比如，根據(jù)不同豆類的蛋白質(zhì)組成及營(yíng)養(yǎng)特性選擇合適的豆類加工品種；優(yōu)化豆類蛋白的分子組裝策略使其在宏觀狀態(tài)下呈現(xiàn)不同的質(zhì)地結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)和食品加工雙特性的改善；更有效地依賴物理技術(shù)和酶技術(shù)提高豆類蛋白加工的綠色和健康屬性；對(duì)傳統(tǒng)食品加工技術(shù)進(jìn)行改良以提高豆類蛋白終端產(chǎn)品的感官品質(zhì)等等。這一系列工作的突破，無論是在傳統(tǒng)食品的深度應(yīng)用，還是未來食品的研究開發(fā)，豆類蛋白都將發(fā)揮重要作用。