磷脂與食品中蛋白質(zhì)相互作用機(jī)制及對(duì)蛋白質(zhì)特性的影響研究進(jìn)展

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(xué)院蠶業(yè)研究所,四川南充 637000)

磷脂是一類(lèi)含有磷酸基類(lèi)脂的總稱,廣泛存在于動(dòng)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(tuán)作用、界面吸附作用等,在食品加工中具有廣泛應(yīng)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(qiáng)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(dāng)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(fù)雜體系,研究磷脂與食品中其他組分間的相互作用對(duì)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(bào)道,這些相互作用會(huì)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(jī)制及其對(duì)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)。

1 磷脂概述

磷脂(phospholipid),也稱為磷脂類(lèi)、磷脂質(zhì),是組成動(dòng)植物細(xì)胞膜、核膜及各種細(xì)胞器膜結(jié)構(gòu)的基本成分,在人體生命活動(dòng)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(lái)源,可分為動(dòng)物來(lái)源、植物來(lái)源和微生物來(lái)源:動(dòng)物磷脂主要來(lái)自蛋黃、腦組織、牛奶、肝臟及肌肉組織等;植物磷脂主要來(lái)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(lái)源的磷脂主要是細(xì)菌和酵母菌等[7]。磷脂根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分為甘油磷脂和神經(jīng)鞘磷脂兩類(lèi)。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(dòng)物來(lái)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(tuán)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(zhǎng)-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(tuán)為親水基,兩個(gè)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(dòng)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(zhǎng)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(fēng)味前體物質(zhì)[10],與肉制品風(fēng)味和品質(zhì)的形成密切相關(guān)[11]。

2 磷脂與蛋白質(zhì)的相互作用

2.1 磷脂與大豆蛋白的相互作用機(jī)制

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(yīng)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(duì)其功能特性的各種需求,所以需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?。磷脂作為一種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(jí)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(guò)與大豆蛋白之間的相互作用來(lái)改善蛋白質(zhì)的乳化特性[14],對(duì)大豆蛋白在食品加工中的應(yīng)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(guò)疏水相互作用結(jié)合(圖2a),另一種是磷脂頭部的極性基團(tuán)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(guò)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(duì)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(shí)形成了SPI-PC復(fù)合物,且疏水相互作用是穩(wěn)定復(fù)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(duì)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(guò)程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)展開(kāi),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

2.2 磷脂與乳蛋白的相互作用機(jī)制

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(shí)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(guò)程中會(huì)促使乳清蛋白變性,酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)改變,導(dǎo)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(duì)牛奶乳狀液的熱穩(wěn)定性有重要影響。大豆磷脂通過(guò)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?yàn)槿榍宓鞍缀屠业鞍啄z束相互作用,并證實(shí)了在牛奶加熱過(guò)程中,水解大豆磷脂或羥基化大豆磷脂會(huì)優(yōu)先結(jié)合到乳清蛋白表面,導(dǎo)致乳清蛋白不能和酪蛋白再結(jié)合,進(jìn)而避免酪蛋白膠束發(fā)生聚沉現(xiàn)象,模擬過(guò)程如圖3所示。同時(shí)大豆磷脂和酪蛋白結(jié)合可以保護(hù)新生的脂肪球表面,改變脂肪球結(jié)構(gòu),并降低熱處理過(guò)程中吸附的總界面蛋白含量[23],進(jìn)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(guò)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(guò)疏水相互作用改變?nèi)榍宓鞍椎亩?jí)結(jié)構(gòu),降低了熱誘導(dǎo)過(guò)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(dǎo)的凝膠形成,從而防止了熱誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集[25-26]。同時(shí),Yi等[27]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白可以通過(guò)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(dǎo)致乳清蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,使無(wú)規(guī)則卷曲含量增加,α-螺旋含量減少,從而進(jìn)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(guò)程中磷脂與乳清蛋白的相互作用

2.3 磷脂與肌原纖維蛋白的相互作用機(jī)制

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(xì)胞中具有收縮功能的肌纖維的重要組成部分,還是一類(lèi)具有重要生物學(xué)功能的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)群[28]。MP主要包括肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、肌動(dòng)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(guò)程中,MP加熱后形成凝膠的能力對(duì)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(dòng)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(fēng)味化合物的重要前體[11]。Xia等[31]研究發(fā)現(xiàn)磷脂對(duì)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(shí)相互作用生成了復(fù)合物。在復(fù)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(huì)抑制MP二硫鍵的形成,從而影響熱誘導(dǎo)凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成。磷脂親水性頭部可通過(guò)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(guò)程中通過(guò)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(jī)制如圖4所示。磷脂與MP通過(guò)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(guò)促進(jìn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開(kāi)而誘導(dǎo)其快速凝膠化,進(jìn)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(guò)程的互作機(jī)制

2.4 磷脂與其他蛋白的相互作用

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(huì)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(jī)制,結(jié)果發(fā)現(xiàn)PC對(duì)Hsp90的內(nèi)源熒光有較強(qiáng)的靜態(tài)猝滅作用,主要通過(guò)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(tuán)發(fā)酵過(guò)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(guò)程中具有協(xié)同作用,從而穩(wěn)定氣體,形成了更強(qiáng)的面筋網(wǎng)絡(luò)[35]。Yang等[36]制備了負(fù)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(fù)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(duì)較低時(shí),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(kāi)的疏水區(qū)域并導(dǎo)致復(fù)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(guò)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(duì)穩(wěn)定的界面膜,促進(jìn)重組油體的穩(wěn)定。

圖5 負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒的形成機(jī)理

2.5 磷脂與蛋白質(zhì)相互作用的影響因素

磷脂和蛋白質(zhì)之間的相互作用會(huì)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(lèi)型、蛋白質(zhì)的種類(lèi)及濃度等,外在因素主要包括pH、離子強(qiáng)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(lèi)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(qiáng)度不同有關(guān)。磷脂的極性頭部基團(tuán)以及其脂肪酸組成是調(diào)控磷脂誘導(dǎo)的蛋白變性過(guò)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(yáng)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(qiáng)烈的相互作用,形成蛋白質(zhì)-表面活性劑復(fù)合物,并誘導(dǎo)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的展開(kāi),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(guò)疏水作用結(jié)合,其作用力隨磷脂疏水鏈長(zhǎng)度增加而增加[25]。Wang等[39]通過(guò)對(duì)不同濃度的大豆磷脂對(duì)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(shí),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(jìng)爭(zhēng)性吸附機(jī)制,乳液平均粒徑幾乎沒(méi)有變化,Zeta電位有所增加,并在乳液儲(chǔ)存過(guò)程中出現(xiàn)明顯的乳化。

蛋白質(zhì)的濃度與類(lèi)型對(duì)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(lèi)型均不同,大豆蛋白和乳清蛋白主要通過(guò)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(qiáng)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(shí)液滴直徑大小差異較大,當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量過(guò)高時(shí),乳液產(chǎn)生不規(guī)則的非球狀,對(duì)乳液的均一有負(fù)面影響[40]。不同大豆蛋白(7S和11S)與磷脂之間相互作用強(qiáng)度不同,其疏水相互作用越強(qiáng),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(qiáng)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(qiáng)弱有關(guān)[12]。

2.5.2 外界因素 外界環(huán)境因素會(huì)影響磷脂與蛋白質(zhì)的相互作用,從而導(dǎo)致復(fù)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(duì)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(diǎn)時(shí),該乳化體系在乳化過(guò)程顯示出更高的穩(wěn)定性,而大豆蛋白-磷脂復(fù)合乳化體系在pH≥7時(shí),乳化體系最穩(wěn)定,此時(shí)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(qiáng),磷脂-蛋白乳化體系在熱處理后其乳化特性增強(qiáng)[42]。MP屬于鹽溶性蛋白,離子強(qiáng)度對(duì)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(yīng)[31],增加NaCl濃度會(huì)使磷脂-乳清蛋白乳液粒徑增大,容易導(dǎo)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(guò)適度酶解時(shí)間(4 h),酶解改性后的產(chǎn)物會(huì)促進(jìn)其與大豆分離蛋白的相互作用,在水油界面形成相對(duì)穩(wěn)定的界面膜,提高乳液的乳化特性。不同物理處理對(duì)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(tuán),從而增強(qiáng)蛋白質(zhì)與磷脂之間的相互作用強(qiáng)度,改善復(fù)合乳液的功能特性,并且高壓均質(zhì)作用的影響顯著強(qiáng)于超聲處理[44]。在液體介質(zhì)中高壓均質(zhì)的動(dòng)態(tài)攪拌和高速剪切等作用,會(huì)導(dǎo)致大豆蛋白的空間結(jié)構(gòu)改變,誘導(dǎo)磷脂結(jié)構(gòu)變化,促進(jìn)大豆蛋白與磷脂間的融合與交互[47]。

3 磷脂與蛋白質(zhì)相互作用對(duì)蛋白特性的影響

3.1 對(duì)蛋白質(zhì)溶解度的影響

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(biāo),是蛋白質(zhì)最重要的功能特性之一[48]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)如大豆蛋白作為食品加工中的添加劑時(shí),要求其具有良好的溶解性與分散性。蛋白質(zhì)溶解度對(duì)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(guò)疏水相互作用結(jié)合后會(huì)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(fù)合物具有更多的親水基團(tuán),可以提高蛋白在水中的分散性,使蛋白溶解度提高,降低復(fù)合乳液的絮凝及聚集現(xiàn)象[42]。李菊芳[3]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)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(fù)合比例的增加,蛋白粉溶解性進(jìn)一步增加。在肌原纖維蛋白凝膠形成過(guò)程中,添加磷脂后復(fù)合體系暴露了更多的酪氨酸殘基或充當(dāng)氫鍵受體,導(dǎo)致氫鍵作用增強(qiáng),磷脂對(duì)蛋白質(zhì)表面水分子的保護(hù)作用增強(qiáng),從而抑制高鹽濃度下的鹽析效應(yīng),使蛋白溶解性提高[31]。

3.2 對(duì)蛋白質(zhì)乳化特性的影響

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(biāo)。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(guò)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(tuán)則朝向水表面,這種磷脂-蛋白復(fù)合物在穩(wěn)定乳濁液方面具有協(xié)同促進(jìn)作用,有助于減少O/W乳液界面的張力,進(jìn)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(huì)導(dǎo)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(fù)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(qiáng)弱的影響。蛋白與磷脂間相互作用的增強(qiáng)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(shí)由于磷脂與蛋白之間存在疏水相互作用,誘導(dǎo)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(guò)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(huì)促進(jìn)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(fù)合乳狀液穩(wěn)定性。但當(dāng)磷脂添加量過(guò)高時(shí),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)。

3.3 對(duì)蛋白質(zhì)凝膠特性的影響

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(fēng)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(duì)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(fù)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(shí)熱凝膠的彈性顯著增強(qiáng),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(qiáng),結(jié)合強(qiáng)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(fù)合體系構(gòu)象的變化是影響復(fù)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(kāi),改變SPI-磷脂復(fù)合體系中二級(jí)結(jié)構(gòu)的組成,進(jìn)一步暴露其疏水基團(tuán),促進(jìn)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(qiáng)度增強(qiáng)[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(huì)改變肌原纖維蛋白的流變模式,但在熱誘導(dǎo)凝膠形成過(guò)程中,復(fù)合體系更多的肌原纖維蛋白疏水基團(tuán)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(qiáng),有利于肌原纖維蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的增強(qiáng),從而使復(fù)合凝膠的彈性和內(nèi)聚性增加,同時(shí)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(fù)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(fù)合凝膠的持水能力。

4 磷脂與蛋白質(zhì)相互作用表征方法

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(dòng)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(diǎn),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(guò)疏水相互作用與酪蛋白結(jié)合形成更穩(wěn)定的復(fù)合物,結(jié)合位點(diǎn)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(kāi)。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(dòng)光譜的一個(gè)分支,是紅外光譜的有效補(bǔ)充,在保證樣品完整性基礎(chǔ)上,可以提供分子的振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)信息,從而反映磷脂與蛋白質(zhì)復(fù)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(fù)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(jìn)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(guò)程中應(yīng)用廣泛。低場(chǎng)脈沖核磁共振技術(shù)可估計(jì)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(dòng)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(fù)合凝膠中水和脂肪的流動(dòng)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(píng)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(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)模擬和預(yù)測(cè)技術(shù)等方法也常用來(lái)進(jìn)行小分子和蛋白質(zhì)的相互作用研究。分子對(duì)接技術(shù)主要利用計(jì)算機(jī)模擬對(duì)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(yīng)從多角度多方面進(jìn)行,這樣更能全面系統(tǒng)地研究蛋白質(zhì)與磷脂復(fù)雜體系。

5 結(jié)語(yǔ)

在食品加工過(guò)程,磷脂和蛋白質(zhì)的相互作用會(huì)影響牛奶、豆奶、肉制品等食品的品質(zhì),研究其互作機(jī)制能夠?yàn)楦纳圃擃?lèi)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(jī)制的研究較多,但對(duì)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(jī)制還沒(méi)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(lèi)繁多,分子間作用的復(fù)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(jià)作用上,但對(duì)于磷脂-蛋白二元復(fù)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(huì)產(chǎn)生共價(jià)作用也值得進(jìn)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(yīng)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。