大豆油體的研究進(jìn)展及其在食品中的應(yīng)用

吳隆坤, 肖志剛

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

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大豆油體的研究進(jìn)展及其在食品中的應(yīng)用

吳隆坤, 肖志剛

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

油體是儲(chǔ)存種子萌發(fā)和生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)三酰甘油的場(chǎng)所,大豆油體是由單層磷脂分子及其鑲嵌的蛋白組成半單位膜包裹液態(tài)三酰甘油而形成的球體(粒徑是0.2～0.5 μm)。大豆油體富含多不飽和脂肪酸和生物活性物質(zhì),具有物理化學(xué)穩(wěn)定性,可作為天然的乳化劑提高食品原料的穩(wěn)定性,比乳化劑更加經(jīng)濟(jì)、健康。大豆油體在食品領(lǐng)域中應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面:基于大豆油體乳液和奶油性狀,乳制品和仿制乳飲料自然是潛在應(yīng)用的主要領(lǐng)域,還可以以油包水乳液的形式出現(xiàn)在其他液體、半液體或固體食物中,如沙司,蛋黃醬和色拉調(diào)味品,大豆油體還可以應(yīng)用到可食性膜和食品包裝當(dāng)中。對(duì)大豆油體的組成、結(jié)構(gòu)、提取過(guò)程、物理化學(xué)性質(zhì)及在食品中的潛在應(yīng)用進(jìn)行概述。

大豆油體; 油體蛋白; 提取; 物理化學(xué)性質(zhì); 應(yīng)用

大豆是世界上重要的油料作物之一,富含蛋白質(zhì)和油脂,是食品工業(yè)中重要的功能性原料。植物中以三酰甘油酯(triacylglycerols, TAG)的形式存儲(chǔ)脂類物質(zhì)的亞細(xì)胞器叫做油體(oil body)。大豆油體富含對(duì)人體健康有益的脂溶性生物活性物質(zhì)(如磷脂、生育酚和異黃酮等)和多不飽和脂肪酸,其特殊結(jié)構(gòu)和功能性組分及其良好的穩(wěn)定特性,以及可以作為天然的乳化劑使得大豆油體在食品、美容和醫(yī)療保健行業(yè)有廣闊的應(yīng)用前景。本文概述了近年來(lái)大豆油體結(jié)構(gòu)、特性及在食品中潛在應(yīng)用的研究現(xiàn)狀,為進(jìn)一步開展大豆油體應(yīng)用和研究做以鋪墊。

1 大豆油體的基本信息

1.1 油體的主要成分

大豆子葉超顯微結(jié)構(gòu)中顯示,油體緊密排列于蛋白體和細(xì)胞壁的周圍,油體在細(xì)胞內(nèi)部的密度小于在細(xì)胞壁附近,少量油體存在于蛋白體中。大豆油體的粒徑是0.2～0.5 μm,外部為磷脂和蛋白組成的半單位膜,內(nèi)部為液態(tài)的三酰甘油酯,磷脂層的疏水?；c內(nèi)部的三酰甘油酯相互作用,親水頭部基團(tuán)則面向細(xì)胞液[1]。大豆油體作為一種天然的納米級(jí)大小的亞細(xì)胞器,集中了大豆的多不飽和脂肪酸,包含中性脂類98.17%、蛋白質(zhì)0.94%、磷脂0.80%、游離脂肪酸0.09%,其中PI、PC、PE、和PS的含量分別是8.4%、61.6%、5.0%、和25%[1]。大豆油體還含有生育酚,異黃酮及少量的細(xì)胞色素C還原酶、脂酶和酰基甘油酶等物質(zhì)。

1.2 油體蛋白

大豆油體磷脂層中鑲嵌著小分子堿性蛋白質(zhì),即油體結(jié)合蛋白(oil body banding protein, OBBP)。油體蛋白分子量為 15～26 kDa,占油體重量的 0.5%～4%。這些結(jié)合蛋白包括油體膜蛋白(oleosin)及油體鈣蛋白(caleosin)和固醇蛋白(steroleosin),其中 oleosin 的含量最豐富。oleosin分子含有3個(gè)區(qū)域,即含有 50～70個(gè)氨基酸殘基兩親性的 N-末端、70 個(gè)氨基酸殘基左右的中央疏水區(qū)和長(zhǎng)度可變兩親性 C-末端[1]。國(guó)內(nèi)外對(duì)大豆油體蛋白的轉(zhuǎn)基因研究很多。 徐等[2]克隆了大豆的24 k Da油體蛋白的基因和啟動(dòng)子,構(gòu)建 “油體蛋白一腸肽酶一水蛭素”植物表達(dá)載體,在轉(zhuǎn)基因煙草中成功表達(dá),通過(guò)腸肽酶切割重組蛋白的電泳分離得到水蛭素。龐實(shí)鋒等[3]把大豆油體基因(DDoil)與EGF構(gòu)建成融合基因,構(gòu)建成植物表達(dá)載體p1390Do-EGF,轉(zhuǎn)化進(jìn)農(nóng)桿菌LBA4404中用于侵染紅花外植體,通過(guò)甘露糖篩選獲得紅花轉(zhuǎn)化苗。利用RNAi 技術(shù)Monica等敲除大豆中的一種24 kD Oleosin,結(jié)果導(dǎo)致異常形態(tài)的OB形成。在大豆中,由于Oleosin 缺失形成的突變體會(huì)產(chǎn)生巨大OB, Oleosin的沉默導(dǎo)致Caleosin 含量增加[4],表明Oleosin在OB 個(gè)體發(fā)生過(guò)程中發(fā)揮重要作用,同時(shí)其他因子的參與也是必要的。

2 大豆油體提取方面的研究

2.1 油體的提取方法

Tzen等[5]提出傳統(tǒng)提取油體的方法,即首先有機(jī)溶劑萃取,離心除去沉淀,用去污劑洗滌,及鹽離子洗脫,離液劑處理等步驟。Jacks 等[6]提出了的水提取大豆油體的方法。該方法省去溶劑提取植物油的過(guò)程,無(wú)毒,且不需要乳化劑和均質(zhì)的過(guò)程,將大豆油體作為天然的穩(wěn)定的植物油來(lái)源可直接添加到食品中。Chen等[7],通過(guò)兩步水萃取法,可以得到約65%的油體,在儲(chǔ)存期間平均粒徑(D43)的油體的沉降增大,表明容易聚集。Kapchie等[8]用酶輔助法提取大豆油體, 用復(fù)合果膠酶、纖維素酶和β-葡聚糖酶的混合物,在 60 ℃,150 rpm對(duì)豆粉進(jìn)行處理、過(guò)濾、離心進(jìn)而得到油體,并研究了超聲和高靜壓2種前處理方法對(duì)油體的影響,油體的回收率最高可達(dá)到 84.65%。Kapchie等進(jìn)行了中試規(guī)模的酶輔助法提取大豆油體的研究,這種方法提取大豆油體的顯著效率高,提取產(chǎn)率由實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的 76.83%上升至93.40%,并且得到的大豆油體蛋白和其他副產(chǎn)物性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,為大豆油體的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2.2 油體提取過(guò)程

在大豆油體提取預(yù)處理(均質(zhì),攪拌,研磨及濕漿液等處理)過(guò)程、提取溫度、pH值及酶的種類和用量等都影響油體的提取率[9]。在大豆油體的提取過(guò)程中,大豆球蛋白、伴大豆球蛋白等許多外源性蛋白會(huì)結(jié)合到油體表面,其中Bd 30 K是大豆蛋白中一種重要的免疫顯性過(guò)敏原,這給油體開發(fā)和應(yīng)用帶來(lái)安全問題。趙路蘋等[10]研究發(fā)現(xiàn)80～100 ℃加熱處理15 min 和使用大于6 mol·L- 1尿素均有利于去除油體表面結(jié)合的大豆蛋白質(zhì),得到的油體純度高。Chen等[11]報(bào)道,從pH值為11的生豆?jié){中提取得到的油體不含有過(guò)敏性蛋白(Bd 30 K)。但在100 ℃和pH值為11的條件會(huì)存在大豆蛋白質(zhì)嚴(yán)重變性的情況,同時(shí)pH值較高提取油體也不利于環(huán)境保護(hù)。Chen[12]研究高堿性提取會(huì)使大豆油體表面的蛋白質(zhì)和磷脂部分脫離油體,油體粒徑減小,蛋白質(zhì)/中性脂比值減小、磷脂/中性脂比值減小,但對(duì)中性脂部分(生育酚、脂肪酸)基本無(wú)影響,證明了油體的天然乳化結(jié)構(gòu)對(duì)于保護(hù)植物種子中性脂的意義重大。

3 大豆油體物理化學(xué)性質(zhì)

3.1 油體的物理穩(wěn)定性

Mcclements等人研究了大豆油體在不同pH值、鹽離子濃度和熱處理溫度等環(huán)境下的穩(wěn)定性,發(fā)現(xiàn)大豆油體在pH值為4.0時(shí)表面靜電荷為0。通常的蛋白質(zhì)乳液在添加NaCl 時(shí)表面電荷絕對(duì)值會(huì)不同程度降低,而大豆油體表面電荷對(duì)NaCl的添加不敏感。在 30～90 ℃的溫度處理下,大豆油體的平均粒徑?jīng)]有明顯變化,說(shuō)明在熱處理過(guò)程中大豆油體蛋白的表面疏水性沒有增加,這點(diǎn)有別于普通蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳液[13],這可能與大豆油體結(jié)合蛋白的結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。王麗麗等[14]通過(guò)透射電鏡觀察冷凍前后大豆子葉細(xì)胞中油體形態(tài)的變化,發(fā)現(xiàn)冷凍處理導(dǎo)致了較大粒徑的油體聚集體出現(xiàn),冷凍處理能夠輕微地降低油體的等電點(diǎn),增加油體表面的疏水性,穩(wěn)定性降低。Wu等人[15]研究了3種不同的卡拉膠對(duì)大豆油體穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)由于卡拉膠的覆蓋能提高大豆油體穩(wěn)定性,帶有更密集帶電荷螺旋結(jié)構(gòu)的λ-卡拉膠效果最好。隨后,該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了λ-卡拉膠對(duì)大豆油體在鹽、熱、凍融等處理過(guò)程中的穩(wěn)定性的影響[16]。Chen等[17]采用甜菜果膠覆蓋大豆油體再用漆酶交聯(lián),以增加大豆油體穩(wěn)定性,說(shuō)明多糖的覆蓋能增加油體的空間位阻和靜電斥力,因此使油體的物理穩(wěn)定性提高。

3.2 大豆油體的氧化穩(wěn)定性

Kapchie等[18]考察了pH值和金屬離子對(duì)大豆油體油脂氧化穩(wěn)定性的影響。發(fā)現(xiàn)鐵離子對(duì)油體的氧化具有促進(jìn)作用,在酸性(pH=2.0)環(huán)境下,較高的靜電斥力使油體處于高度分散狀態(tài),增加了表面積,導(dǎo)致了較快的氧化速度。在中性(pH=7.0)環(huán)境下帶正電的鐵離子吸附在帶負(fù)電的油體表面上,此時(shí)的表面電荷較低,油體傾向于聚集,減少了氧化面積,降低了氧化速度。凍融、凍結(jié)或熱處理則對(duì)油體氧化穩(wěn)定性沒有明顯影響。

3.3 油體的界面性質(zhì)

Waschatko等[19]利用LB膜天平和布魯斯特角顯微鏡研究了天然大豆油體在氣-水界面的吸附行為。研究結(jié)果表明大豆油體能夠迅速擴(kuò)散至界面,使界面壓劇烈增加。到達(dá)界面后,油體發(fā)生破裂,磷脂、甘油三酯以及油體結(jié)合蛋白分別在界面上發(fā)生吸附或自組裝。在接近于Oleosin的等電點(diǎn)或添加鹽離子的情況下,可以獲得更高的界面壓。當(dāng)采用胰蛋白酶處理大豆油體,使界面上的油體結(jié)合蛋白的C-末端和N-末端2個(gè)親水基團(tuán)剪切后,界面壓降低。說(shuō)明油體結(jié)合蛋白對(duì)維持界面穩(wěn)定起到關(guān)鍵作用。

4 大豆油體在食品中的應(yīng)用前景

4.1 乳制品和飲料

基于大豆油體乳液和奶油性狀,乳制品和仿制乳飲料自然是潛在應(yīng)用的主要領(lǐng)域。該類產(chǎn)品有仿牛奶和其他飲料,酸奶,奶酪,奶油,冰淇淋等;其中酸奶或奶酪會(huì)涉及發(fā)酵與使用微生物,因此也可被表征為益生菌的食品和飲料。豆乳是廣為人知的仿制乳制品,通過(guò)混合的熱處理含水提取物大豆與糖(甜豆?jié){)并加入調(diào)味添加劑而制成,大豆油體可作為自然乳化劑加入到豆乳當(dāng)中。Jacques等人所述的制備蔬菜乳飲料的自然乳化過(guò)程,加入水提取杏仁油體[9]。

4.2 沙拉醬和調(diào)味料

大豆油體可以以油包水乳液的形式出現(xiàn)在其他液體、半液體或固體食物中,如沙司、蛋黃醬和色拉調(diào)味品,作為摻入乳液的油、脂肪滴和蛋白質(zhì),或者應(yīng)用在肉類、糕點(diǎn)或烘焙產(chǎn)品中作為多糖基的基質(zhì)[9]。沙拉醬以穩(wěn)定乳液和加厚的質(zhì)感為特點(diǎn),油脂和多糖結(jié)合需要相對(duì)低的濃度,在蛋黃醬中,油脂體積分?jǐn)?shù)可能達(dá)到高達(dá)80%甚至更高。大豆油體能否成功的摻入成這類產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)中,還取決于蛋黃的成分及界面特征,相對(duì)于疏水脫輔基脂蛋白的蛋黃與天然油體高度疏水的油質(zhì)蛋白表面膜不同,可能導(dǎo)致絮凝現(xiàn)象的出現(xiàn)[20]。

4.3 可食用膜和涂層

食品包裝膜和涂料的研究領(lǐng)域中,將大豆油體摻入蛋白質(zhì)或多糖的結(jié)構(gòu)制作成可食性膜,是一個(gè)相對(duì)較新的研究方向。Wang從大豆中得到的油體水提取物制備了充滿油體的可食用膜,但薄膜的機(jī)械性能較差[15]。可食用膜和涂層是具有改進(jìn)的水阻隔性和作為生物活性疏水?dāng)y帶者的化合物,想要結(jié)合油體到薄膜基質(zhì),依賴于成膜生物聚合物與油體的表面間密切的相互作用,因此還需要深入研究。

近年來(lái),隨著對(duì)大豆油體研究趨向的多樣化,內(nèi)容包括提取方法的改進(jìn)、存儲(chǔ)穩(wěn)定性測(cè)試、組成成分及功能開發(fā)、基因重組油體蛋白以及油體應(yīng)用領(lǐng)域,為大豆油體在食品及其他領(lǐng)域的開發(fā)與利用提供更大的可能性。

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Advances in soybean oil body and its application in food

WULongkun,XIAOZhigang

(College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Oil body is used to store TAGs for germination and postgerminative growth. Soybean oil body is subcellular spherical (0.2～0.5 μm in diameter), which consists of a core of triacylglycerol (TAG) surrounded by proteins embedded in a phospholipid monolayer. Soybean oil body contains of polyunsaturated fatty acids and fat-soluble biologically active substance, with physical and chemical stability. Therefore it can be used as natural emulsifiers to enhance the stability of food materials. Additionally, compared with emulsifiers, it is much more economical and healthy. In general, soybean oil body has been applied in the following fields. Firstly, dairy products and imitation milk drinks naturally can be acknowledged as potential applications, based on oil bodies emulsions and creams. Besides, soybean oil body plays a significant role in other oil-in-water emulsions, such as mayonnaise, salad dressings and creams. Furthermore, soybean can be an essential part in the production of edible film and food packaging. This paper briefly states composition, structure of soybean oil body. Meanwhile extraction process, physical and chemical properties and potential applications are illustrated as well.

soybean oil body; oil body protein; extract; physical and chemical properties; applications

2015-03-31。

科技部“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD34B02); 黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(12511z006); 哈爾濱市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人基金資助項(xiàng)目(2012RFXXN107)。

吳隆坤(1980-),女(滿族),遼寧撫順人,沈陽(yáng)師范大學(xué)講師,東北農(nóng)業(yè)大學(xué)博士研究生。

1673-5862(2015)03-0369-04

TS214.2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2015.03.011