高壓均質(zhì)技術(shù)對(duì)大豆蛋白結(jié)構(gòu)和發(fā)酵特性影響研究進(jìn)展

孫冰玉，李志敏，劉琳琳，呂銘守，朱秀清, ，王 歡，邵志遠(yuǎn)

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江省谷物食品與谷物資源綜合加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江哈爾濱 150076；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；3.黑龍江農(nóng)墾龍王食品有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150028）

大豆蛋白是人類膳食的重要蛋白質(zhì)，主要由球蛋白和清蛋白組成，其中，球蛋白約占蛋白總量的90%，其組分主要是β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）。大豆蛋白的氨基酸組成和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與牛奶蛋白質(zhì)相近，除甲硫氨酸略低外，其余必需氨基酸含量均較豐富，是植物性的完全蛋白質(zhì)，也是最具營(yíng)養(yǎng)的植物蛋白質(zhì)[1?2]。因此，有人提倡肥胖、糖尿病、冠心病、高血壓、高血脂等患者應(yīng)多吃大豆及其制品[3?4]。大豆制品包括大豆粉、豆腐、豆?jié){粉以及發(fā)酵大豆制品等，其中，以豆?jié){或豆粉為基質(zhì)的發(fā)酵食品因其既可以為人體提供更好的益生元，又能夠滿足素食主義和乳糖不耐受人群對(duì)酸乳制品的消費(fèi)需求[5]，逐漸成為豆基發(fā)酵食品研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。

大豆蛋白由于其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、理想的加工特性和低成本性，已被納入各種食品配方中[6]。眾所周知，在食品加工過(guò)程中低聚糖、纖維素等成分與蛋白質(zhì)不能很好地結(jié)合在一起，因此需要適當(dāng)?shù)厝榛蚣尤脒m宜的乳化劑來(lái)穩(wěn)定界面，從而減少乳液相分離的現(xiàn)象[7]。大豆蛋白是一種天然的乳化劑，它可以通過(guò)降低油水界面的張力并在界面上形成物理屏障來(lái)保持溶液的穩(wěn)定性。然而大豆蛋白緊湊的球狀結(jié)構(gòu)往往會(huì)削弱其分子靈活性從而導(dǎo)致其表面活性不如具有柔性構(gòu)象的蛋白質(zhì)，如酪蛋白酸鈉[8]。因此，考慮對(duì)大豆蛋白的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性，以此來(lái)改善其功能特性。蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾相連縮合而成的共價(jià)多肽鏈，每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的空間結(jié)構(gòu)[9]。蛋白質(zhì)的功能性質(zhì)與其空間結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，特定的空間結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)行使其特定功能特性的基礎(chǔ)，如蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)與生物進(jìn)化、酶原激活有關(guān)；蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)常常決定蛋白酶的變性、復(fù)性及功能性質(zhì)的喪失與恢復(fù)等[10]。大豆蛋白的功能特性同樣也隨其空間結(jié)構(gòu)的變化而變化，例如：大豆蛋白的凝膠特性與其酪蛋白穩(wěn)定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有關(guān)；大豆蛋白的起泡性以及乳化性與其高級(jí)結(jié)構(gòu)中巰基含量的變化有關(guān)；大豆蛋白的溶解性以及粘性與其粒徑以及乳脂肪球的空間排布有關(guān)等。而大豆中蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)受其加工形式的影響，在食品工業(yè)中常利用多酚相互作用、美拉德反應(yīng)以及非熱加工技術(shù)對(duì)大豆蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾[11]。

高壓均質(zhì)是一種非熱加工技術(shù)，可以極大限度地減少蛋白質(zhì)的熱誘導(dǎo)變性，能夠很大程度地保留食品原有的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[12]。它通過(guò)體積壓縮改變食物的特性，重要的是，高壓均質(zhì)可以誘導(dǎo)化學(xué)鍵的形成和破壞，以及蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，從而影響蛋白質(zhì)的變性、聚集以及乳化性[13]。經(jīng)過(guò)這一加工步驟蛋白質(zhì)分子的表觀特性，如蛋白質(zhì)的粒徑分布、界面性質(zhì)以及生物功能特性都會(huì)發(fā)生變化。大豆酸奶的形成過(guò)程即蛋白質(zhì)凝膠立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程，大豆蛋白在乳酸菌誘導(dǎo)下發(fā)生分子間的膠聯(lián)反應(yīng)使體系的粘度驟然增加而產(chǎn)生凝膠的不可逆凝膠化現(xiàn)象[14]。因此，在以大豆蛋白作為主要氮源物質(zhì)的植物基發(fā)酵酸奶中，蛋白結(jié)構(gòu)特性的改變同樣也會(huì)引起酸豆乳發(fā)酵的凝膠結(jié)構(gòu)變化，從而體現(xiàn)出不同的感官特性。經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理的豆乳，其蛋白粒徑減小并在蛋白分子表面產(chǎn)生了更多的負(fù)電荷，這使得發(fā)酵酸乳的酸性增加同時(shí)儲(chǔ)藏穩(wěn)定性提高[15]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外利用高壓均質(zhì)對(duì)蛋白進(jìn)行改性的研究越來(lái)越多。本文對(duì)高壓均質(zhì)技術(shù)對(duì)植物蛋白尤其是大豆蛋白結(jié)構(gòu)和功能特性的影響，以及對(duì)大豆基發(fā)酵制品功能特性的潛在影響展開綜述。探討高壓均質(zhì)對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)和發(fā)酵特性的影響機(jī)制，以期為高壓均質(zhì)改性大豆蛋白結(jié)構(gòu)及發(fā)酵特性研究提供理論指導(dǎo)。

1 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白結(jié)構(gòu)和表觀特性的影響

1.1 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白亞基及結(jié)構(gòu)的影響

1.1.1 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白7S、11S 組分的影響 大豆中的7S 和11S 組分與大豆蛋白的功能特性密切相關(guān)，7S 和11S 蛋白隨著體系的離子強(qiáng)度變化而發(fā)生解離和聚合反應(yīng)，從而改變體系的溶解性、乳化性以及發(fā)泡性等。高壓均質(zhì)作用于大豆蛋白后，變性蛋白發(fā)生亞基的解離和分子重排，體系中7S、11S 亞基發(fā)生不同程度的聚合反應(yīng)。Liu 等[16]對(duì)比了熱處理和100、150 MPa 高壓均質(zhì)處理對(duì)豆粉可溶性蛋白和顆粒蛋白亞基組成的影響，結(jié)果表明超高壓均質(zhì)處理后豆粉可溶性蛋白和顆粒蛋白中的7S、11S 亞基含量明顯減少。翟愛(ài)華等[17]研究了均質(zhì)壓力對(duì)7S 和11S 功能性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理后的蛋白溶液中7S 亞基減少，而7S 富集組分明顯增加，蛋白溶解性增強(qiáng)。

1.1.2 高壓均質(zhì)對(duì)蛋白結(jié)構(gòu)的影響 蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)是指多肽鏈盤曲折疊而成的有規(guī)律的結(jié)構(gòu)或構(gòu)象，是通過(guò)碳骨鏈上羰基和酰胺基團(tuán)間的氫鍵維持的[18?19]，常見(jiàn)的二級(jí)結(jié)構(gòu)有α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角、無(wú)規(guī)卷曲等四種。高壓均質(zhì)處理后蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中各亞基的含量發(fā)生變化，使大豆蛋白內(nèi)部的氫鍵結(jié)構(gòu)排布發(fā)生改變，導(dǎo)致α-螺旋與β-折疊之間發(fā)生了相互轉(zhuǎn)換，其空間結(jié)構(gòu)變得更加拉伸，蛋白質(zhì)的無(wú)規(guī)則性增加。張媛[20]用60、80、100 和120 MPa 的靜態(tài)壓力水平處理大豆分離蛋白時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著均質(zhì)壓力的增加α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角的百分含量增多，β-折疊含量減少，無(wú)規(guī)卷曲的含量也發(fā)生了變化。王娜等[21]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高壓均質(zhì)壓力從40 升至80 MPa 后，大豆蛋白中α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角以及無(wú)規(guī)卷曲的含量顯著下降，而β-折疊的含量則相對(duì)逐漸上升。

多項(xiàng)研究表明，高壓（＞100 MPa）對(duì)穩(wěn)定球蛋白四級(jí)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的疏水和靜電相互作用有很強(qiáng)的影響。Keerati-u-rai 等[22]研究大豆蛋白高壓均質(zhì)后大豆蛋白在溶液中的聚集狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)后大豆蛋白的超分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，7S 和11S 蛋白的變性溫度升高。Yang 等[23]研究了高壓均質(zhì)對(duì)蠶豆蛋白結(jié)構(gòu)、聚集狀態(tài)及其功能性質(zhì)的影響，研究表明，經(jīng)高壓均質(zhì)處理后的蠶豆蛋白熒光光譜出現(xiàn)藍(lán)移的現(xiàn)象，表明蛋白質(zhì)的三級(jí)、四級(jí)構(gòu)象發(fā)生較明顯的改變。

1.1.3 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理 蛋白質(zhì)分子是由氨基酸首尾相連縮合而成的共價(jià)多肽鏈，但是天然蛋白質(zhì)分子并不是走向隨機(jī)的松散多肽鏈，每一種天然蛋白質(zhì)都有自己特有的三維結(jié)構(gòu)，這種三維結(jié)構(gòu)通常被稱為蛋白質(zhì)的構(gòu)象[24]。蛋白質(zhì)可以在多個(gè)類似結(jié)構(gòu)中相互轉(zhuǎn)換，從而表現(xiàn)出不同的生物學(xué)特性。超高壓、高壓操作通常破壞蛋白質(zhì)的非共價(jià)鍵部分，如氫鍵、疏水鍵、離子鍵等。目前，高壓均質(zhì)主要改變蛋白質(zhì)的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)，并不影響蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序[9]。

高壓均質(zhì)的機(jī)械作用使大豆蛋白結(jié)構(gòu)變得伸展、氨基酸間的靜電斥力增加，鏈內(nèi)氫鍵更傾向于形成分子間的氫鍵，從而不利于α-螺旋的形成并加速向β-折疊的轉(zhuǎn)化，蛋白質(zhì)分子出現(xiàn)拉伸的現(xiàn)象[25?26]。蛋白質(zhì)的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)是在二級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上形成的，借助疏水相互作用、氫鍵、范德華力和靜電相互作用這些次級(jí)鍵穩(wěn)定的三維構(gòu)象[27?29]。高壓均質(zhì)通過(guò)影響穩(wěn)定蛋白質(zhì)三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的最主要作用力疏水相互作用來(lái)改變蛋白質(zhì)的聚集體結(jié)構(gòu)。高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白三、四級(jí)結(jié)構(gòu)的影響如圖1 所示，在自然狀態(tài)下蛋白質(zhì)的內(nèi)部為疏水核心，外部為親水基團(tuán)構(gòu)成的外殼。經(jīng)高壓均質(zhì)后，蛋白質(zhì)分子發(fā)生解聚以及去折疊化，并且蛋白質(zhì)的解離程度隨著高壓均質(zhì)壓力的增加而增加。原來(lái)藏于分子內(nèi)部的疏水區(qū)域逐漸暴露于蛋白質(zhì)表面，這使得維持11S 酸性亞基與堿性亞基之間的氫鍵、二硫鍵發(fā)生斷裂，7S 蛋白之間的疏水基斷裂[30?31]。這使得各蛋白分子間的相互作用更加隨機(jī)，11S 酸性亞基與堿性亞基和7S 蛋白的α、α，和β亞基之間通過(guò)疏水相互作用及分子間作用力形成結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的小分子基團(tuán)。隨著高壓均質(zhì)壓力以及時(shí)間的增加，體系的溫度在高速剪切和碰撞等機(jī)械力的作用下逐漸增加，蛋白質(zhì)發(fā)生變性而形成分子量更大的聚集物。

圖1 高壓均質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理示意圖Fig.1 Schematic diagram of the effect of high pressure homogenization on protein structure

1.2 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白表觀特性的影響

1.2.1 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白粒徑的影響 粒度分布是大豆蛋白加工過(guò)程中的一個(gè)重要指標(biāo)，它指示了加工過(guò)程中物料的變化以及蛋白顆粒的聚集情況[32]。高壓均質(zhì)可以破壞蛋白質(zhì)的氫鍵及二硫鍵使蛋白質(zhì)分散成小分子多肽，使蛋白質(zhì)的顆粒尺寸減小[33]。Yang 等[23]利用動(dòng)態(tài)激光散射法測(cè)量了高壓均質(zhì)前后蠶豆蛋白的粒徑分布，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓均質(zhì)處理后，乳液體系中蛋白顆粒的平均粒徑顯著降低。劉鵬等[34]研究了均質(zhì)壓力對(duì)大豆分離蛋白-乳清分離蛋白混合體系中蛋白粒徑分布的影響，經(jīng)0、30、60、90、120、150 MPa 高壓均質(zhì)處理后，蛋白質(zhì)粒徑隨著均質(zhì)壓力的增加而減少，這表明高壓均質(zhì)能夠顯著減小蛋白顆粒尺寸。李楊等[35]的研究結(jié)果與此相似，研究團(tuán)隊(duì)采用高壓均質(zhì)技術(shù)探究了大豆分離蛋白經(jīng)高壓均質(zhì)后溶解性及結(jié)構(gòu)的變化，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓均質(zhì)處理后蛋白質(zhì)的粒徑分布出現(xiàn)了左移的現(xiàn)象。

但是，隨著均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)的增加，蛋白質(zhì)分子由于變性過(guò)度而出現(xiàn)粒徑增加的現(xiàn)象。劉競(jìng)男等[36]研究了高壓均質(zhì)的次數(shù)對(duì)大豆分離蛋白乳液粒徑的影響，結(jié)果表明隨著均質(zhì)次數(shù)的增加體積平均粒徑呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)，當(dāng)均質(zhì)3 次時(shí)平均粒徑達(dá)到最小值。S?rensen 等[37]通過(guò)測(cè)定高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白粒徑分布的影響發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)的平均粒徑隨著均質(zhì)壓力的增加呈現(xiàn)先減小后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)槭┘拥降鞍踪|(zhì)上的高壓均質(zhì)作用越顯著，蛋白顆粒被破壞的程度則越大，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)在剪切效應(yīng)、對(duì)流撞擊等機(jī)械力的作用下進(jìn)一步展開而發(fā)生解離和去折疊化，并在疏水相互作用下形成相互聚集的絮凝物。因此，大豆蛋白的粒徑隨著均質(zhì)壓力的增加呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢(shì)。

1.2.2 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白界面性質(zhì)的影響 游離巰基和表面疏水性是影響蛋白質(zhì)功能性質(zhì)的重要因素，游離巰基含量的變化通常可以反映蛋白質(zhì)三級(jí)和四級(jí)結(jié)構(gòu)的變化[38]。一些研究表明，高壓均質(zhì)能夠加速蛋白質(zhì)的變性，使其結(jié)構(gòu)變得松散[39]。隨著蛋白質(zhì)多肽鏈的打開，蛋白質(zhì)表面的一些基團(tuán)也開始改變，高壓均質(zhì)使蛋白質(zhì)表面疏水基團(tuán)暴露，并且加速巰基與二硫鍵的相互轉(zhuǎn)化[40]。表面疏水性與游離巰基含量呈顯著的線性正相關(guān)，當(dāng)游離巰基含量較高時(shí)，蛋白質(zhì)的折疊盤旋的程度也相對(duì)增加，使得更多的疏水性殘基暴露于蛋白質(zhì)表面，導(dǎo)致蛋白質(zhì)的表面疏水性增加[41]。Ma 等[42]的研究發(fā)現(xiàn)，隨著高壓均質(zhì)壓力的增加，蛋白質(zhì)的表面疏水性和游離巰基含量也隨之增加。Wang 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)（50～250 MPa）處理后蛋白質(zhì)分子內(nèi)共價(jià)鍵發(fā)生斷裂，并且隨著均質(zhì)壓力的增加大豆乳清蛋白中的巰基含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，而二硫鍵含量則恰好相反，表明高壓均質(zhì)處理加速了表面巰基與二硫鍵的相互轉(zhuǎn)換。李朝陽(yáng)等[43]研究了不同高壓均質(zhì)壓力（0～120 MPa）對(duì)大豆乳清回收蛋白表面疏水性的影響，結(jié)果表明，隨著均質(zhì)壓力的增加，大豆乳清回收蛋白的表面疏水性顯著增加。這是因?yàn)楦邏壕|(zhì)使得蛋白空間結(jié)構(gòu)逐漸破壞，疏水基團(tuán)也隨之暴露，當(dāng)壓力升至120 MPa 時(shí)，更高的剪切力對(duì)分子內(nèi)隱藏的疏水基團(tuán)進(jìn)行切割導(dǎo)致回收蛋白的表面疏水性大大增加。

1.2.3 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白乳液穩(wěn)定性的影響 在大豆蛋白乳液體系中油水兩相受到高強(qiáng)度的剪切力和壓力，液滴迅速發(fā)生相互作用，形成具有較小粒徑的乳狀液。乳狀液中顆粒沉降速度與其粒徑成正比，顆粒粒徑越小，沉降速度越慢。因此常使用高壓均質(zhì)的方法來(lái)降低溶液中溶質(zhì)的粒徑，從而增加其在溶液中的穩(wěn)定性，減少乳液相分離的現(xiàn)象[44]。另外，乳液中溶液表面電荷的多少及Zeta 電位也可以反映溶液的穩(wěn)定性，電荷的絕對(duì)值越大則溶液的穩(wěn)定性越好。郭增旺等[45]研究了高壓均質(zhì)壓力（30～120 MPa）對(duì)大豆分離蛋白Zeta 電位的影響，電位圖譜顯示隨著均質(zhì)壓力的增加，Zeta 電位呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，表明乳液的穩(wěn)定性隨壓力的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)。Fayaz 等[46]研究了不同均質(zhì)壓力（50、100、150 MPa）對(duì)豆?jié){中大豆蛋白體系穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明經(jīng)高壓均質(zhì)處理的分散體的物理穩(wěn)定性明顯高于未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的樣品，且在儲(chǔ)存1 d 后沒(méi)有出現(xiàn)明顯的相分離現(xiàn)象。這是由于高壓迫使蛋白中不溶性顆粒減小，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，從而增強(qiáng)大豆蛋白乳液的穩(wěn)定性。

1.2.4 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白表觀特性的影響機(jī)理經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理后，大豆蛋白的平均粒徑、表面疏水性和乳液穩(wěn)定性發(fā)生顯著改變。高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白表觀特性的影響機(jī)理如圖2 所示，構(gòu)成大豆蛋白的主要組分7S、11S 蛋白在高壓均質(zhì)機(jī)所產(chǎn)生的空化和剪切作用下，原來(lái)緊密排列的球狀結(jié)構(gòu)逐漸變得舒展、松弛。在高壓均質(zhì)作用下維持大豆蛋白構(gòu)象的非共價(jià)鍵逐漸斷裂，這使得一些大的蛋白質(zhì)分子解聚成小的亞基單位，暴露出更多的疏水基團(tuán)以及酪氨酸殘基[47]。隨著作用于蛋白質(zhì)的均質(zhì)壓力和時(shí)間的增加，分子間的氫鍵、二硫鍵隨著亞基基團(tuán)的解離而發(fā)生斷裂，蛋白質(zhì)表面的游離巰基含量增加。巰基是由一個(gè)硫原子和一個(gè)氫原子組成的負(fù)一價(jià)官能團(tuán)，具有很強(qiáng)的親脂性，游離巰基含量的增加使蛋白質(zhì)的表面疏水性也相應(yīng)增加[48]。另外，由于蛋白質(zhì)表面巰基和酪氨酸殘基含量的增加，蛋白分子的表面負(fù)電荷大量增加。這使得帶有相同電荷的大豆蛋白分子在相互靠近時(shí)，各自外層的電子產(chǎn)生相互排斥的靜電斥力而處于一個(gè)相對(duì)平衡的狀態(tài)，各蛋白分子能夠均勻穩(wěn)定的分布在溶液中而不產(chǎn)生沉積，蛋白溶液的穩(wěn)定性增加，溶解性也得到改善[45]。但是當(dāng)作用于蛋白質(zhì)的均質(zhì)壓力過(guò)大時(shí)，蛋白質(zhì)分子容易發(fā)生過(guò)度變性而發(fā)生分子間的相互聚集，蛋白質(zhì)產(chǎn)生絮凝、沉淀而導(dǎo)致其表觀特性變差。

圖2 高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白表觀特性影響機(jī)理示意圖Fig.2 Schematic diagram of effect mechanism of high pressure homogenization on apparent proerties of soybean protein

2 高壓均質(zhì)對(duì)豆?jié){中大豆蛋白發(fā)酵特性的影響

2.1 高壓均質(zhì)對(duì)發(fā)酵酸度的影響

高溫和高壓都有可能改變某些蛋白質(zhì)的構(gòu)象進(jìn)而影響其表面電荷和溶解性，從而導(dǎo)致pH 的變化[49]。高壓均質(zhì)使大豆蛋白質(zhì)發(fā)生解聚而使多肽鏈中的氨基基團(tuán)暴露出來(lái)，通過(guò)氨基基團(tuán)的吸附作用使得溶液中氫離子含量增多，溶液的pH 降低。高壓均質(zhì)可以降低酸豆乳的pH，但是高壓均質(zhì)壓力與發(fā)酵酸豆乳酸度之間的關(guān)系很復(fù)雜，并沒(méi)有研究表明均質(zhì)壓力與酸度呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。Jaideep 等[50]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高壓均質(zhì)處理后的發(fā)酵酸豆乳的最終pH 為4.1，明顯低于未均質(zhì)的樣品（pH=4.3），但各壓力水平處理間并沒(méi)有顯著差異。Cruz 等[51]研究發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)處理有利于酸豆乳中的發(fā)酵劑產(chǎn)生更多的乳酸，從而使得發(fā)酵產(chǎn)物的pH 更低。除了加工條件以外，發(fā)酵酸乳的酸度變化還與發(fā)酵菌種、發(fā)酵時(shí)間、凝固劑以及發(fā)酵基質(zhì)等因素有關(guān)，如乳酸發(fā)酵過(guò)程中球桿菌的比例影響產(chǎn)酸速度、發(fā)酵溫度越高產(chǎn)酸越快等[52?54]。由此推測(cè)，高壓均質(zhì)并不直接影響酸豆乳的發(fā)酵pH，而是通過(guò)改變大豆蛋白的結(jié)構(gòu)來(lái)提高乳酸菌對(duì)蛋白質(zhì)的利用效率，進(jìn)而增加其產(chǎn)酸速率，加速大豆酸奶的發(fā)酵。

2.2 高壓均質(zhì)對(duì)酸乳粘度的影響

高壓均質(zhì)后，大豆蛋白乳液的粘度降低，流動(dòng)性增加。在剪切力的作用下，流體動(dòng)力將破壞體系中的絮凝物使聚集的脂肪球破碎，液滴定向排布阻力減小，乳液表觀黏度減小[55?56]。Emin 等[57]研究了高壓均質(zhì)下脫脂牛乳粉的粉末流動(dòng)性和凝聚指數(shù)，發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)處理后的脫脂乳粉樣品在儲(chǔ)存180 d 后與對(duì)照組相比具有更低的粘性。但是，經(jīng)過(guò)益生菌發(fā)酵后，酸乳的粘度要高于未處理的樣品。Burns 等[8]研究了高壓均質(zhì)處理及熱處理對(duì)發(fā)酵酸乳在儲(chǔ)存期間物理化學(xué)特性的影響發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理的酸乳的凝固效果要顯著高于熱處理樣品，且稠度、黏度指標(biāo)均高于未經(jīng)高壓均質(zhì)處理的乳。有關(guān)高壓均質(zhì)質(zhì)對(duì)酸乳發(fā)酵過(guò)程中粘性變化的研究還相對(duì)較少，關(guān)于高壓均質(zhì)后酸乳粘度增加的機(jī)理尚不明確，還需進(jìn)一步研究。

2.3 高壓均質(zhì)對(duì)酸乳凝膠強(qiáng)度的影響

在酸豆乳發(fā)酵過(guò)程中，蛋白質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)尤為重要，高壓均質(zhì)通過(guò)減小蛋白的粒徑、增加蛋白質(zhì)的解離程度來(lái)增加蛋白在乳液中的溶解度，進(jìn)而影響酸豆乳的凝膠特性。楊盛楠等[33]研究了不同均質(zhì)條件對(duì)大豆分離蛋白凝膠強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)在5、10、20、40、60、80 MPa 的高壓均質(zhì)作用下蛋白質(zhì)變性程度增加，凝膠形成的活性部位也相應(yīng)增加，并且隨著均質(zhì)壓力的增加，酸豆乳凝膠的儲(chǔ)能模量呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，大豆分離蛋白的凝膠強(qiáng)度大大增加。Bi 等[58]研究發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)通過(guò)破壞蛋白質(zhì)立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的二硫鍵共價(jià)交聯(lián)，同時(shí)加速蛋白基團(tuán)的膨脹，從而促進(jìn)非極性區(qū)域間疏水基團(tuán)的相互作用增加凝膠形成的活性位點(diǎn)，最終提高蛋白質(zhì)凝膠體系的凝膠強(qiáng)度。

Serra 等[59]采用熱誘導(dǎo)與高壓均質(zhì)對(duì)酸乳進(jìn)行處理并觀察其凝膠特性，發(fā)現(xiàn)隨著均質(zhì)壓力的增加，酸乳的凝聚率和凝膠密度也呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，這表明高壓均質(zhì)處理可以增加酸乳的凝膠強(qiáng)度。Zuo 等[60]對(duì)大豆蛋白的凝膠能力進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)高壓處理后，大豆蛋白凝膠網(wǎng)絡(luò)中的顆粒蛋白含量增加，形成更為致密的凝膠網(wǎng)絡(luò)。此外，蛋白質(zhì)的凝膠行為還與溶液的pH 有關(guān)，在高壓均質(zhì)酸乳體系中，由于大豆蛋白電荷的變化以及乳酸發(fā)酵，蛋白質(zhì)的pH 很快降到蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)以下，加速了蛋白質(zhì)多肽鏈間的相互靠攏進(jìn)而形成大小不同的聚集體，從而加速凝膠網(wǎng)絡(luò)的形成[61]。

2.4 高壓均質(zhì)對(duì)酸乳離心沉降率的影響

酸乳的含水率是評(píng)價(jià)凝膠結(jié)構(gòu)中乳清保留能力的重要指標(biāo)，酸奶產(chǎn)品表現(xiàn)出最小乳清分離能力是其零售成功的一個(gè)重要因素，在實(shí)驗(yàn)中常用離心沉降率來(lái)表征酸乳的持水率。高壓均質(zhì)通過(guò)提高酸豆乳的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使水分子保留在網(wǎng)絡(luò)中而提高酸豆乳的離心沉降率，減少乳清析出的現(xiàn)象。Mei 等[62]比較了超聲、攪拌以及高壓均質(zhì)處理對(duì)大豆酸乳離心沉降率的影響，結(jié)果顯示經(jīng)高壓均質(zhì)處理后的酸乳沉降率由48.13%提高到48.43%，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是是高壓使得凝膠中膠束體系的凝膠化程度較高且大豆酸乳的微觀結(jié)構(gòu)更加松散，在離心作用下不易失水[63]。王毅等[64]研究了均質(zhì)壓力和熱效應(yīng)對(duì)酸乳持水力的影響，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)高溫、高壓處理后酸豆乳的持水力明顯增加。這是由于蛋白質(zhì)在高溫高壓下發(fā)生適度變性，蛋白質(zhì)的肽鏈逐漸展開并結(jié)合更多的水分，經(jīng)乳酸發(fā)酵后酸豆乳的脫水收縮作用減小、持水率增加[65]。

2.5 高壓均質(zhì)對(duì)酸乳發(fā)酵色度的影響

豆?jié){或發(fā)酵豆乳的顏色直接影響消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的印象，研究發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)可以顯著提高發(fā)酵酸豆乳的亮度。Noh 等[66]研究表明經(jīng)高壓均質(zhì)處理后的豆?jié){在儲(chǔ)存期間其顏色有明顯的改善，豆?jié){在儲(chǔ)存期間L*（亮度）值增加，a*（綠）值、b*（黃）值則顯著降低，與未施加壓力的豆?jié){相比，壓力使得豆?jié){中的液滴尺寸降低以及溶解度增加，導(dǎo)致光的散射和吸收的變化。據(jù)報(bào)道，高壓均質(zhì)處理后的酸乳亮度增加還與高壓均質(zhì)導(dǎo)致酸乳產(chǎn)生更強(qiáng)的凝膠結(jié)構(gòu)有關(guān)[67]。Needs 等[24]研究了高壓均質(zhì)對(duì)牛奶酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)及酶凝作用的影響，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)600 MPa 高壓均質(zhì)處理后，凝固的牛乳因其酪蛋白膠束的減小而由乳白色變?yōu)辄S色。這表明，高壓均質(zhì)可以通過(guò)改變蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其溶液及發(fā)酵乳的顏色，這對(duì)大豆蛋白發(fā)酵酸奶的研究具有一定的參考意義。

2.6 高壓均質(zhì)大豆酸乳凝膠形成機(jī)理

蛋白質(zhì)凝膠的形成過(guò)程即蛋白質(zhì)分子的聚集過(guò)程，在聚集的過(guò)程中，蛋白質(zhì)分子間的吸引力和排斥力處于平衡的狀態(tài)，以至于形成能夠保持大量水分的高度有序的三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[68]。大豆酸乳的凝膠過(guò)程如圖3 所示，豆?jié){經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)后所產(chǎn)生的湍流和剪切作用，破壞了大豆蛋白中的非共價(jià)相互作用，肽鏈之間隨機(jī)展開。蛋白質(zhì)分子的疏水基團(tuán)和巰基暴露在其分子表面，使得大豆蛋白表面負(fù)電荷增多，產(chǎn)生的分子間靜電斥力增加。當(dāng)向豆乳中加入乳酸菌后，乳酸菌產(chǎn)酸并使表面帶有正電荷，正負(fù)電荷相互結(jié)合從而使得蛋白表面的負(fù)電荷減少，分子間斥力減弱，蛋白分子間相互靠攏，在共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵的作用下形成具有一定三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的體系。當(dāng)溶液的pH 降低到大豆蛋白的等電點(diǎn)時(shí)，暴露的各基團(tuán)受到氫鍵、二硫鍵以及疏水相互作用而形成不可逆的聚集體核心，這些核心在化學(xué)力作用下將水、脂肪等包埋在其中，形成更加緊密的、體積更大的聚集體，從而進(jìn)一步形成凝膠網(wǎng)絡(luò)[69]。并且隨著作用于蛋白質(zhì)分子上的均質(zhì)壓力越大，產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)與熱效應(yīng)也越多，蛋白質(zhì)分子變性程度增加，由此暴露出更多的游離巰基和帶電氨基酸殘基，這有利于促進(jìn)凝膠體系中蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)之間的相互作用以及游離巰基氧化形成二硫鍵，使得形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加密集，顯著影響了凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)處理后的大豆蛋白粒徑減小，使得形成的凝膠更加細(xì)膩、光滑，從而提高凝膠的持水率。

圖3 高壓均質(zhì)大豆酸乳凝膠形成機(jī)理示意圖Fig.3 Schematic diagram of formation mechanism of high pressure homogeneous soybean yoghurt gel

3 結(jié)論與展望

本文綜述了高壓均質(zhì)技術(shù)對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和表觀特性的影響，以及高壓均質(zhì)對(duì)大豆蛋白乳液發(fā)酵特性的影響，高壓均質(zhì)處理后大豆蛋白的粒徑減小，蛋白質(zhì)分子發(fā)生解離，分子間作用力增強(qiáng)，使得蛋白質(zhì)所表現(xiàn)的溶解性、凝膠性、乳液穩(wěn)定性等功能特性均有所改善。經(jīng)乳酸發(fā)酵后，酸豆乳的凝膠強(qiáng)度增強(qiáng)，持水力和酸豆乳色度改善，感官品質(zhì)提高。這主要是由于高壓破壞了蛋白質(zhì)的三、四級(jí)結(jié)構(gòu)，使蛋白質(zhì)釋放出更多的游離巰基，這些基團(tuán)在疏水相互作用以及離子作用下重新結(jié)合成新的聚集體，蛋白質(zhì)的溶解性、界面性質(zhì)以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均得到改善，最終提高蛋白質(zhì)的功能性。目前，已有較多關(guān)于高壓均質(zhì)技術(shù)改善大豆蛋白質(zhì)構(gòu)象以及溶解性、乳化性、起泡性等功能特性的研究，而對(duì)高壓均質(zhì)后大豆蛋白乳的發(fā)酵特性及其影響機(jī)制的研究還不夠深入。同時(shí)，利用大豆植物基發(fā)酵酸豆乳的研究還不夠完善，對(duì)于高壓均質(zhì)前處理對(duì)發(fā)酵酸乳的品質(zhì)特性影響的相關(guān)研究還不夠深入?？梢葬槍?duì)這一方面做出深入研究，用以改善豆粉復(fù)溶發(fā)酵產(chǎn)品的風(fēng)味和質(zhì)地。

總之，高壓均質(zhì)作為一項(xiàng)非熱乳品加工技術(shù)，具有傳統(tǒng)熱加工技術(shù)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的研究前景。隨著高壓均質(zhì)技術(shù)的進(jìn)一步研究和深入，有望實(shí)現(xiàn)我國(guó)植物基蛋白飲品加工領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化，為消費(fèi)者提供更加全面、健康、綠色的蛋白乳產(chǎn)品。