大豆蛋白—磷脂交互作用與乳液特性構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

劉寶華，張菀坤，伍 丹，張 鑫，米 思，王中江，隋曉楠，李 楊，江連洲

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030)

大豆蛋白—磷脂交互作用與乳液特性構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展

劉寶華，張菀坤，伍 丹，張 鑫，米 思，王中江，隋曉楠，李 楊，江連洲

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030)

基于大豆蛋白-磷脂交互作用機(jī)理，闡述了物化修飾及外界環(huán)境對(duì)大豆蛋白-磷脂交互作用的影響，介紹了大豆蛋白-磷脂交互作用對(duì)乳液構(gòu)建及性質(zhì)的影響機(jī)制，并對(duì)大豆蛋白-磷脂復(fù)合納米乳液制備進(jìn)行了展望。

大豆蛋白；磷脂；交互作用；納米乳液

天然的大豆蛋白無(wú)法滿(mǎn)足食品體系對(duì)于大豆蛋白各種功能性質(zhì)的要求，因此必須對(duì)大豆蛋白進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男訹1]。近年來(lái)有研究表明，蛋白質(zhì)與磷脂復(fù)合后可改善其乳化特性。李菊芳等[2]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白-磷脂復(fù)合后，其復(fù)合乳液體系的乳化活性及穩(wěn)定性均得到了提高。Paul等[3]研究發(fā)現(xiàn)，卵磷脂可防止熱誘導(dǎo)的蛋白-蛋白間的相互作用，從而增加乳制品乳液的熱穩(wěn)定性。磷脂是一種兩性離子表面活性劑，一種有效的天然乳化劑，被廣泛應(yīng)用于降低乳液的界面張力[4]。Yuan等[5]研究發(fā)現(xiàn)，卵磷脂可提高低酪蛋白濃度制備的O/W型乳狀液的乳化穩(wěn)定性。Comas 等[6]也提出將大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合后，乳液的物理穩(wěn)定性顯著提高。李秋慧等[7]通過(guò)向大豆蛋白溶液中加入磷脂，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白乳液的乳化性顯著提高。因此，進(jìn)一步研究大豆蛋白-磷脂交互作用及其對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響是必要的。

本文綜述了大豆蛋白-磷脂交互作用及其對(duì)復(fù)合乳液影響機(jī)制研究進(jìn)展，以期為新型大豆制品開(kāi)發(fā)及大豆蛋白-磷脂納米乳液制備提供理論依據(jù)。

1 大豆蛋白-磷脂交互作用研究進(jìn)展

大豆蛋白質(zhì)與磷脂相互作用是了解相關(guān)食品品質(zhì)的基礎(chǔ)，但是在實(shí)際加工生產(chǎn)中二者的應(yīng)用主要是依靠常年積累的經(jīng)驗(yàn)和不斷改進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，對(duì)于二者相互作用的理論研究甚少。Beckwith等[8]研究預(yù)測(cè)大豆蛋白質(zhì)與卵磷脂之間存在交互作用。Ohtsuru等[9]研究發(fā)現(xiàn)，磷脂酰膽堿與大豆蛋白之間可能存在兩種類(lèi)型的相互作用：一種是由于磷脂酰膽堿分子與蛋白疏水區(qū)發(fā)生的疏水相互作用，另一種是由于磷脂酰膽堿的片層結(jié)構(gòu)與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中的疏水區(qū)域結(jié)合。李菊芳等[10]通過(guò)熒光光譜法分析大豆分離蛋白-磷脂的結(jié)合作用，發(fā)現(xiàn)磷脂的結(jié)合導(dǎo)致大豆蛋白色氨酸及酪氨酸微環(huán)境變化，使得更多的酪氨酸和色氨酸包埋于磷脂與蛋白結(jié)合形成的疏水區(qū)域中，同時(shí)也證明磷脂的復(fù)合使得蛋白質(zhì)多肽鏈的骨架伸展，蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。Comas等[6]驗(yàn)證了改性大豆分離蛋白-卵磷脂溶液中表現(xiàn)出更強(qiáng)的蛋白-磷脂相互作用，這是由于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和pH值的不同。畢爽等[11]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)部分熱變性后利于與磷脂發(fā)生交互作用。

另外，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)物理處理?xiàng)l件對(duì)大豆蛋白-磷脂相互作用的影響已進(jìn)行了部分研究。Kanamoto等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在超聲處理下磷脂酰膽堿與脫脂大豆蛋白生成多種復(fù)合物。畢爽等[13]采用熒光光譜法研究了不同超聲波處理對(duì)大豆蛋白-磷脂復(fù)合程度的影響，發(fā)現(xiàn)超聲波可通過(guò)改變大豆蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)及調(diào)節(jié)色氨酸、酪氨酸疏水基團(tuán)微環(huán)境，提高蛋白與磷脂間的疏水交互作用，而低、中功率超聲處理對(duì)大豆蛋白-磷脂交互作用的影響更顯著[14]。李秋慧等[15]通過(guò)將大豆蛋白-磷脂復(fù)合體系進(jìn)行微波處理，發(fā)現(xiàn)微波處理會(huì)促進(jìn)大豆蛋白與磷脂間的相互作用。以上研究結(jié)果表明，對(duì)大豆蛋白-磷脂復(fù)合體系進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈锢硖幚?，可提高大豆蛋?磷脂間的交互作用。

2 大豆蛋白-磷脂交互作用對(duì)乳液性質(zhì)的影響

食品乳狀液的穩(wěn)定和不穩(wěn)定的機(jī)制已被研究過(guò)[16-17]?，F(xiàn)有研究表明，蛋白質(zhì)與磷脂間的相互作用會(huì)影響蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及乳液界面特性，進(jìn)而增強(qiáng)其乳化能力，并影響到蛋白質(zhì)的微膠囊化性質(zhì)[18-20]。Comas等[6]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白與磷脂發(fā)生相互作用后會(huì)導(dǎo)致蛋白的表面活性、復(fù)合乳液的結(jié)構(gòu)和表面電荷發(fā)生變化。李菊芳等[2]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白與磷脂復(fù)合作用下，由于磷脂特殊的雙親結(jié)構(gòu)，使蛋白在水中的分散性能提高，降低了乳液的絮凝和聚集現(xiàn)象。Fang等[21]研究發(fā)現(xiàn)，向O/W乳狀液中添加磷脂可提高乳液的穩(wěn)定性。李楊等[22]研究發(fā)現(xiàn)，大豆磷脂與大豆球蛋白之間存在疏水相互作用，復(fù)合作用誘導(dǎo)了大豆球蛋白構(gòu)象變化，提高了復(fù)合乳液體系的穩(wěn)定性，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)磷脂與β-伴大豆球蛋白交互作用強(qiáng)度大于大豆球蛋白。王妍等[23]進(jìn)一步驗(yàn)證了與大豆球蛋白相比，β-伴大豆球蛋白因含有更多的疏水基團(tuán)更易形成穩(wěn)定的復(fù)合乳化體系。 Hirotsuka等[24]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)熱處理或乙醇處理后大豆蛋白與磷脂交互作用可提高復(fù)合物的乳化活性，且乙醇處理對(duì)大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳液穩(wěn)定性的影響顯著高于熱處理。畢爽等[25]發(fā)現(xiàn)適宜的超聲處理可增強(qiáng)大豆蛋白-磷脂交互作用、改善復(fù)合乳液的穩(wěn)定性，但過(guò)高的超聲功率可誘導(dǎo)大豆蛋白不溶性聚集，阻礙了大豆蛋白與磷脂間的交互作用，進(jìn)而使復(fù)合乳液體系的凝膠性和流變性等功能特性降低[14]。以上研究結(jié)果表明，大豆蛋白-磷脂交互作用可影響復(fù)合乳液體系的穩(wěn)定性、乳化活性等功能特性。

大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳液體系普遍存在于傳統(tǒng)豆制品加工、新興全豆類(lèi)制品加工中，現(xiàn)有研究并未清晰闡明蛋白質(zhì)-磷脂交互作用對(duì)復(fù)合乳液乳化特性及穩(wěn)定性的影響機(jī)理。僅Catharina等[19]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)-磷脂交互作用乳液穩(wěn)定性，并提出兩種可能的機(jī)制：(a)磷脂通過(guò)與表面吸附蛋白的交換或交互作用提高熱穩(wěn)定性；(b)磷脂通過(guò)與游離蛋白交聯(lián)進(jìn)而影響熱誘導(dǎo)蛋白的形成。在此基礎(chǔ)上，李楊[22，26-27]、江連洲等[26]通過(guò)探索發(fā)現(xiàn)，疏水作用是維系大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳液的主要作用力，氫鍵是次要作用力，大豆蛋白-磷脂交互作用是降低乳滴粒徑及界面張力、增加界面蛋白含量、提高乳液體系的穩(wěn)定性及乳化活性的主要影響因素。

外界環(huán)境因素會(huì)導(dǎo)致復(fù)合體系功能性質(zhì)的變化，Mcclements等[28]的實(shí)驗(yàn)也驗(yàn)證了這一結(jié)論，發(fā)現(xiàn)pH和熱處理都會(huì)在一定程度上影響蛋白-磷脂復(fù)合體系功能性質(zhì)的表達(dá)。但是，無(wú)論是天然蛋白質(zhì)還是變性蛋白質(zhì)，磷脂的存在都會(huì)提高所形成的復(fù)合物乳液的穩(wěn)定性。王歡等[29]比較分析了不同pH條件對(duì)大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳液的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)pH≥7時(shí)，復(fù)合乳化體系的穩(wěn)定性最好。Hirotsuka等[24]研究發(fā)現(xiàn)，大豆蛋白-磷脂乳化體系在經(jīng)過(guò)熱處理后其乳化性質(zhì)增強(qiáng)，尤其是在11S球蛋白發(fā)生熱變性后乳化性增加更顯著。Li Jufang等[30]通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了具有高11S含量的大豆蛋白更易于與卵磷脂發(fā)生結(jié)合。韓天翔等[31]研究發(fā)現(xiàn)，大豆乳清蛋白-磷脂乳化體系的乳化活性較大豆乳清蛋白乳化體系顯著提高，且熱變性大豆乳清蛋白-磷脂復(fù)合乳液的穩(wěn)定性高于非變性大豆乳清蛋白-磷脂復(fù)合乳液。畢爽等[11]研究證實(shí)了高壓均質(zhì)能夠改善大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳化體系的乳化性、乳化穩(wěn)定性等功能性質(zhì)，且大豆蛋白在熱變性條件下的提高程度明顯高于天然蛋白。Scuriatti等[32]研究發(fā)現(xiàn)，熱變性大豆蛋白與磷脂之間存在更強(qiáng)的相互作用。磷脂與經(jīng)過(guò)適當(dāng)變性處理的大豆蛋白相互作用形成的復(fù)合物更利于維持蛋白溶液良好的乳化活性，這可能是由于大豆蛋白經(jīng)過(guò)一定的處理后結(jié)構(gòu)打開(kāi)，更利于其與磷脂的結(jié)合導(dǎo)致的。

已有研究發(fā)現(xiàn)，由于磷脂、磷脂酶解產(chǎn)物及溶血磷脂結(jié)構(gòu)中存在親水基團(tuán)及親油基團(tuán)可添加于蛋白制品當(dāng)中以增強(qiáng)乳化活性及乳化穩(wěn)定性[2，33-35]。李楊等[33]通過(guò)構(gòu)建大豆分離蛋白-磷脂酶解產(chǎn)物乳液體系，通過(guò)磷脂酶 A1、A2、C、D 酶解作用研究酶解磷脂對(duì)復(fù)合乳化特性的影響，研究結(jié)果表明，磷脂酶 A2酶解作用下磷脂的非極性基團(tuán)減少、親水性增強(qiáng)，酶解磷脂與大豆蛋白交互作用增強(qiáng)，大豆蛋白更規(guī)律地排布于磷脂的片層結(jié)構(gòu)內(nèi)，增強(qiáng)了乳化體系穩(wěn)定性。大豆分離蛋白-磷脂復(fù)合體系在47℃下經(jīng)磷脂酶A2酶解6 h，乳化活性顯著提高[36]。李秋慧等[37]研究發(fā)現(xiàn)，添加適量的溶血磷脂會(huì)促進(jìn)其與大豆蛋白的相互作用，且當(dāng)溶血磷脂濃度為10%時(shí)，大豆蛋白-溶血磷脂乳狀液的界面蛋白含量最大、界面張力最低、乳化穩(wěn)定性最強(qiáng)。以上研究結(jié)果表明，磷脂、磷脂酶解產(chǎn)物及溶血磷脂都可與大豆蛋白發(fā)生交互作用，使復(fù)合乳液體系的穩(wěn)定性提高，且適當(dāng)?shù)奈锢硖幚砜僧a(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。

3 展望

乳液由兩種不混溶的液體(通常是油和水)組成。從物理化學(xué)的觀(guān)點(diǎn)看，O/W型乳液是一種不穩(wěn)定的系統(tǒng)，從一開(kāi)始的均勻系統(tǒng)演變到完全相分離。乳液的物理不穩(wěn)定機(jī)理包括油滴粒徑變化過(guò)程(例如：絮凝和聚結(jié))和顆粒遷移現(xiàn)象(例如：沉降和乳化)[32]。通過(guò)向乳液中加入乳化劑或者經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理會(huì)使乳液形成小狀液滴，從而達(dá)到動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。納米乳液由于具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和功能特性(高光學(xué)透明度、持久的穩(wěn)定性和高生物利用度)而被廣泛應(yīng)用于食品、藥物和個(gè)人護(hù)理行業(yè)中[38-42]。以乳液為基礎(chǔ)的輸送系統(tǒng)在食品和制藥行業(yè)進(jìn)行封裝、保護(hù)和釋放非極性物質(zhì)方面的潛在應(yīng)用越來(lái)越多地被研究[43-45]。但現(xiàn)今納米乳液存在乳化劑包裹不理想而使納米乳液的穩(wěn)定性較差，包埋物外漏的現(xiàn)象。

O/W型納米乳液含有分散在連續(xù)水相中的小油滴(d<100 nm)，每個(gè)油滴包裹于乳化劑分子的保護(hù)層中[41，43-46]。乳化劑對(duì)研發(fā)一種成功的納米乳液制劑起到關(guān)鍵作用，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)吸附到油-水界面并降低界面張力而促進(jìn)均質(zhì)期間小液滴的形成，并且還通過(guò)產(chǎn)生排斥相互作用保護(hù)液滴在其形成之后不聚集[41，47-48]。目前，研究單獨(dú)應(yīng)用生物大分子乳化劑如蛋白質(zhì)、多糖等取代傳統(tǒng)化學(xué)表面表面活性劑時(shí)，發(fā)現(xiàn)其乳化效果并不能令人滿(mǎn)意，主要原因在于生物大分子乳化劑穩(wěn)定性易受結(jié)構(gòu)變化、環(huán)境因素等影響，不能形成很好的納米級(jí)乳液。而小分子表面活性劑如磷脂、吐溫、司盤(pán)等，具有極易在油水界面展開(kāi)和降低表面張力等特性，在納米級(jí)食品中應(yīng)用較為廣泛。Qian[49]、Charoen等[50-51]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)和變性淀粉等大分子乳化劑穩(wěn)定的乳液均表現(xiàn)出良好的抗油脂氧化特性。由于大分子吸附存在擴(kuò)散、吸附和構(gòu)象重排三個(gè)步驟，低的吸附速率導(dǎo)致在使用超高壓均質(zhì)時(shí)無(wú)法瞬間飽和吸附和穩(wěn)定納米級(jí)液滴，粒徑多處于150 nm左右。Mao等[52]比較了乳清蛋白和變性淀粉在構(gòu)建β-胡蘿卜素納米乳化體系時(shí)與吐溫20、月桂酸十甘油酯為代表的小分子乳化劑的性質(zhì)差異，發(fā)現(xiàn)乳清蛋白和變性淀粉乳液體系的粒徑大于吐溫20和月桂酸十甘油酯乳液體系，但50℃保存12d后乳液中的β-胡蘿卜素保留率卻顯著高于后者。因此，研究人員開(kāi)始集中研究復(fù)合乳化劑制備納米乳液的關(guān)鍵技術(shù)和穩(wěn)定機(jī)制。Noshad等[53]采用界面學(xué)手段對(duì)大豆分離蛋白-辛烯基琥珀酸淀粉-殼聚糖納米乳液的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白及小分子的添加可以提高納米乳液的凍融穩(wěn)定性。Yerramilli等[54]通過(guò)將豌豆分離蛋白和酪蛋白酸鈉以1∶1的比例混合后進(jìn)行高壓均質(zhì)處理，發(fā)現(xiàn)形成的納米乳液可穩(wěn)定保存數(shù)月。Wang等[55]以玉米醇溶蛋白水解物-單寧酸復(fù)合物為乳化劑構(gòu)造藻油納米乳體系，并指出小分子復(fù)合乳化劑可提高納米乳液的物理及氧化穩(wěn)定性。Wan等[56]利用改性大豆蛋白和生物表面活性劑甜菊糖作為復(fù)合乳化劑，通過(guò)納米沉淀-超聲波法制備白藜蘆醇納米乳液，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白-甜菊糖復(fù)合溶劑的表面活性更高，更快地吸附在顆粒表面上，使粒徑減少，并且小分子甜菊糖可作為填充物填補(bǔ)大豆蛋白留下的缺陷，從而提供更完整和致密的顆粒表面覆蓋，且該復(fù)合納米乳液具有較好的穩(wěn)定性。Nash等[57]研究發(fā)現(xiàn)，高黏彈性表面活性劑界面層的形成有利于穩(wěn)定的食品級(jí)O/W納米乳液遞送系統(tǒng)生成，而含有卵磷脂的O/W界面黏彈性比含有吐溫20的高，這可能是由于卵磷脂和相鄰分子間發(fā)生了強(qiáng)烈的化學(xué)締合，即卵磷脂穩(wěn)定界面顯示的界面變形阻力可能有助于形成高度穩(wěn)定的納米乳液。

通過(guò)上述分析可知，大豆蛋白與磷脂主要通過(guò)疏水作用進(jìn)行復(fù)合，適宜的物化處理、外界環(huán)境及蛋白結(jié)構(gòu)變化均可增強(qiáng)大豆蛋白-磷脂間交互作用，改善復(fù)合乳液體系的功能特性，如穩(wěn)定性、乳化性、凝膠性等。蛋白質(zhì)-磷脂復(fù)合乳化劑可有效包裹納米乳液有效組分，提高納米乳液的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。蛋白質(zhì)與磷脂的交互作用可增強(qiáng)納米乳液穩(wěn)定性、乳化性等功能特性。因此，將大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳液體系推廣應(yīng)用于納米乳液的制備具有很好的發(fā)展?jié)摿??！?/p>

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The Relationship Between Interaction of Soybean Protein-Phospholipid and Emulsion Properties

LIU Bao-hua，ZHANG Wan-kun，WU Dan，ZHANG Xin，MI Si，WANG Zhong-jiang，SUI Xiao-nan，LI Yang，JIANG Lian-zhou

(Collefe of Food science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

Based on the mechanism of soybean protein-phospholipid interaction，the paper expounded the effects of physicochemical modification and external environment on the interaction of soybean protein-phospholipid，introduced the mechanism of soybean protein-phospholipid interaction on emulsion construction and its properties，and prospected the preparation of soybean protein-phospholipid composite nanoemulsion.

soybean protein；phospholipid；interaction；nanoemulsion

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“大豆蛋白—磷脂酰膽堿納米乳液的穩(wěn)定機(jī)制及營(yíng)養(yǎng)素運(yùn)載代謝途徑”(項(xiàng)目編號(hào)：31571876)；國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目“大豆蛋白結(jié)構(gòu)柔性與界面功能的構(gòu)效關(guān)系研究”(項(xiàng)目編號(hào)：31671807)；山東省泰山產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍人才工程高效生態(tài)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新類(lèi)項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：LJNY201607)；黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新體系崗位專(zhuān)家。

劉寶華(1994— )，女，碩士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

江連洲(1960— )，男，教授，博士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

(責(zé)任編輯 唐建敏)