大豆親脂蛋白-多酚互作及復(fù)合物性質(zhì)研究進(jìn)展

孫冰玉，高 遠(yuǎn)，劉琳琳，朱秀清，衣程遠(yuǎn)

（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)實驗室 哈爾濱 150076）

在植物蛋白中，大豆蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的植物蛋白來源，具有營養(yǎng)豐富、易加工、成本較低及保健功能等優(yōu)點(diǎn)。大豆蛋白質(zhì)作為食品基質(zhì)中重要的組成部分在食品領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，據(jù)預(yù)測，到2050年大豆將成為提供可持續(xù)性蛋白的首要來源[1-5]。

長期以來，大豆蛋白的功能性問題一直是研究重點(diǎn)。眾多學(xué)者針對大豆分離蛋白（soy protein isolate SPI）、大豆球蛋白和伴大豆球蛋白進(jìn)行了大量研究。早期研究認(rèn)為大豆分離蛋白功能性質(zhì)主要由11S 球蛋白和7S 球蛋白決定，而近年越來越多研究顯示SPI 和11S 與7S 球蛋白混合體系行為的不一致性。2007年，Samoto 等[6]首次通過分步酸沉分離出磷脂含量約為10%的疏水性蛋白-大豆親脂蛋白，他們建立了一種通過逐步調(diào)節(jié)pH值，依次獲得11S、SLP 和7S 的方法。根據(jù)過往對大豆品種的研究和分離程序，得知7S、11S 和SLP的含量分別為23%，46%和31%[7-9]。與11S 和7S相比，SLP 對考馬斯亮藍(lán)的染色（用于檢測凝膠電泳中分離的蛋白質(zhì)帶）相對不敏感，這可能是導(dǎo)致SLP 在早期研究中沒有被認(rèn)為是SPI 主要成分的原因。SLP 中的磷脂和疏水油體蛋白組合形成的復(fù)合界面，對維持乳液穩(wěn)定性的效果良好，因此SLP 可以直接作為乳化劑使用。

多酚是具有多元酚狀結(jié)構(gòu)的次級代謝產(chǎn)物，不參與人體內(nèi)正常的生長和能量代謝[10]。多酚來源豐富，包括水果（葡萄、蘋果、梨、櫻桃、漿果）、茶、咖啡、紅酒、谷類食品、干豆和巧克力等食品，可作為有效的抗氧化劑[11-12]。這些化合物被證明可以誘導(dǎo)抗氧化酶（如超氧化物歧化酶和過氧化氫酶）的過度表達(dá)[13]。研究表明，多酚具有經(jīng)濟(jì)和健康優(yōu)勢，并能減少疾病。富含多酚的飲食是有效的抗氧化劑，既可以在體外發(fā)揮作用，也可以在體內(nèi)發(fā)揮作用。多酚化合物，如白藜蘆醇、槲皮素和姜黃素，作為一種具有抗衰老活性的含苯多羥基化合物，對氧化應(yīng)激損傷具有保護(hù)作用；同時可以預(yù)防各種疾病，延長壽命[14]。

在食品體系中，酚類和蛋白質(zhì)在儲存和加工過程中的相互作用是無法避免的，可能會改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、功能和營養(yǎng)特性[15]。蛋白質(zhì)和多酚相互作用引起功能性質(zhì)的變化取決于其誘導(dǎo)的復(fù)合物的非共價或共價性質(zhì)[15]。Sui 等[16]發(fā)現(xiàn)與非共價相互作用誘導(dǎo)的復(fù)合物相比，共價鍵合的SPI-花青素復(fù)合物的乳化性和起泡性能顯著提高。此外，Liu 等[17]認(rèn)為乳鐵蛋白-綠原酸或乳鐵蛋白-表沒食子兒茶素沒食子酸酯的共價復(fù)合物的穩(wěn)定作用顯著改善了乳狀液的理化性能。多酚與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合可以展開蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而增加蛋白質(zhì)在油滴表面的吸附量，提高乳狀液的穩(wěn)定性。

近年來，關(guān)于大豆蛋白與多酚互作已有一些研究，然而，對于親脂蛋白與酚類物質(zhì)互作的研究并不廣泛，更多的研究集中在7S 或11S 與酚類化合物的相互作用上[18-20]。為了更好地了解植物多酚-蛋白質(zhì)的相互作用，并在加工、運(yùn)輸和儲存過程中控制食品中蛋白質(zhì)的功能特性，本文綜述親脂蛋白-多酚復(fù)合物的功能性質(zhì)及其潛在用途，總結(jié)親脂蛋白與多酚的非共價和共價結(jié)合的機(jī)制，對于開發(fā)具有更好功能和生物活性的新型復(fù)合物用于食品系統(tǒng)具有重要的意義。

1 影響親脂蛋白-多酚復(fù)合物形成的因素

影響親脂蛋白與多酚之間相互作用的主要因素有兩類，即外部因素（pH 值和溫度）和內(nèi)部因素（多酚的結(jié)構(gòu)和類型）。這些因素決定了通過非共價或共價相互作用形成的蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物的功能性質(zhì)。

1.1 溫度對親脂蛋白多酚復(fù)合物形成的影響

溫度可能通過疏水相互作用或氫鍵誘導(dǎo)親脂蛋白質(zhì)多酚復(fù)合物的形成。通常，加熱會誘導(dǎo)蛋白質(zhì)構(gòu)象變化，并暴露先前包埋的疏水位點(diǎn)，從而影響疏水化合物的結(jié)合[21]。疏水基團(tuán)的暴露可以引發(fā)與酚類化合物上的非極性基團(tuán)的疏水相互作用。Bonomi 等[22]發(fā)現(xiàn)了酪蛋白與姜黃素之間的疏水相互作用。Suryaprakash 等[23]發(fā)現(xiàn)，隨著溫度在10～45 ℃范圍內(nèi)升高，咖啡酸可以通過離子或氫鍵與向日葵蛋白（向日葵種子中的多亞基蛋白）中的賴氨酸、色氨酸和酪氨酸殘基相互作用。但當(dāng)溫度從40 ℃升高至90 ℃時，牛血清白蛋白（BSA）與沒食子酸、阿魏酸和綠原酸之間疏水作用的親和力降低[15]。在適當(dāng)?shù)臏囟认录訜釙?dǎo)致親脂蛋白的部分變性和構(gòu)象變化，從而暴露更多的結(jié)合位點(diǎn)，并且加熱可誘導(dǎo)親脂蛋白和多酚之間的共價相互作用。加熱時，多酚發(fā)生氧化，導(dǎo)致形成醌衍生物。但是，這種方法可能會導(dǎo)致多酚分解，從而喪失其生物活性。因此，溫度是影響親脂蛋白與多酚相互作用，功能特性以及生物活性的重要參數(shù)之一。

1.2 pH 值對親脂蛋白多酚復(fù)合物形成的影響

親脂蛋白多酚復(fù)合物可以通過共價或非共價相互作用在很寬的pH 值范圍（4.0～10.0）內(nèi)形成[24]。在低pH 值（pH＜7.0）條件下，親脂蛋白發(fā)生解離，導(dǎo)致結(jié)合位點(diǎn)暴露出來，從而通過靜電相互作用與多酚發(fā)生相互作用[15]。幾種球狀蛋白質(zhì)（例如牛血乳清蛋白）在pH 4.9 時與單寧酸結(jié)合的親和力比在pH 7.8 時更高。然而，Rawel 等[25]發(fā)現(xiàn)沒食子酸與牛血清白蛋白在pH 3.5 條件下的結(jié)合作用很弱。隨著pH 值的增加（pH＞7.0），蛋白質(zhì)和多酚之間的共價相互作用通過非酶促氧化進(jìn)行。多酚在堿性pH 值條件下容易被氧化成自由基和醌。隨后，這些化合物與蛋白質(zhì)進(jìn)行共價相互作用[24]。這些現(xiàn)象表明了pH 值對親脂蛋白構(gòu)象或多酚結(jié)構(gòu)具有一定的影響，從而確定SLP 與多酚具有相互作用并可以生成復(fù)合物。

1.3 多酚的類型對親脂蛋白-多酚復(fù)合物形成的影響

多酚是一種多樣化的化合物，大致分為四類，包括酚酸、黃酮、木脂素和羥基肉桂酸[26]。每一類都根據(jù)雜環(huán)的氧化程度進(jìn)行分類。因此，不同的酚類化合物在分子質(zhì)量、羥基化、甲基化、氫化和糖基化方面各不相同，這會影響親脂蛋白-多酚的相互作用。Dubeau 等[27]研究表明，親脂蛋白與多酚的結(jié)合親和力主要取決于它們的分子大小。與黃酮（兒茶素）單體相比，紅茶中較大的酚類化合物，如茶紅素和茶黃素，對牛奶蛋白的反應(yīng)顯示出更高的偏好，因為在較大的酚類化合物的情況下，可用于相互作用的結(jié)合位點(diǎn)更多[27]。Chanphai 等[28]研究發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的多酚-β-乳球蛋白復(fù)合物，其載藥率由高到低依次為：表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）＞表兒茶素沒食子酸酯（ECG）＞表兒茶素（EC）＞兒茶素（C）。Chanphai 等[29]還觀察到，兒茶素與不同蛋白形成的復(fù)合物的負(fù)載效率也不同。兒茶素的載藥率越高，多酚-蛋白質(zhì)結(jié)合物的穩(wěn)定性越高。此外，多酚的羥基化程度也被證明影響親脂蛋白與多酚的復(fù)合親和力和負(fù)載效率。黃酮類化合物的羥基化水平越高，與牛血乳清蛋白的結(jié)合效率就越高[30]。Hasni 等[31]發(fā)現(xiàn)酪蛋白多酚復(fù)合物的負(fù)載率隨多酚中羥基數(shù)量的增加而增加，其順序為：兒茶素表兒茶素＞表兒茶素沒食子酸酯＞EGCG。Jarosaw 等[26]研究發(fā)現(xiàn)黃酮類化合物的羥基化可以提高結(jié)合效率，而甲基化降低了親和力。然而，多酚的氫化是導(dǎo)致復(fù)合親和力降低的原因。黃酮類化合物C2=C3雙鍵的氫化會降低膳食多酚與牛奶蛋白的結(jié)合親和力[32]。

2 大豆親脂蛋白-多酚復(fù)合物的功能特性

大豆親脂蛋白和多酚分別具有不同的功能特性。親脂蛋白和多酚制備的復(fù)合物可能產(chǎn)生具有獨(dú)特或多功能屬性，如膠凝性、起泡性和乳化特性。復(fù)合物的抗氧化性能也有所提高。

2.1 乳化性

食品中乳狀液通常由水相和油相組成。由于兩不相容相間的界面面積較大，乳液的熱力學(xué)穩(wěn)定性較差。在加工或儲存過程中經(jīng)常觀察到絮凝與沉淀。加入乳化劑可以起到穩(wěn)定乳液的作用。乳化劑是一種兩親性成分，它自身定位在油/水界面，可以降低界面張力，并減少絮凝和沉淀[33]。蛋白質(zhì)與多酚的復(fù)合可有效改善蛋白質(zhì)功能特性。

親脂蛋白的主要蛋白質(zhì)是蛋白磷脂復(fù)合物（OL-PL），它是油體的原始成分，與油有親和力，因此親脂蛋白表現(xiàn)出較高的表面活性。在水中加入0.0001%親脂蛋白可使表面張力降低10 mN/m，而加入等量的大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白則無明顯變化。說明親脂蛋白的表面活性優(yōu)于大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白，具有作為一種優(yōu)良乳化劑的潛力。在高濃度鹽和表面活性劑存在下，親脂蛋白復(fù)合乳液表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，而大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白乳狀液表現(xiàn)出明顯的絮凝[34]。此外，多酚部分的共價結(jié)合可以改變親脂蛋白的構(gòu)象，增加其表面疏水性，從而降低界面張力[26]。蛋白質(zhì)-多酚復(fù)合物對乳狀液的形成有負(fù)面影響，而對乳狀液的穩(wěn)定性有正向影響。Chen 等[35]最近的一項研究中發(fā)現(xiàn)單寧酸與卵清蛋白有很強(qiáng)的相互作用。卵清蛋白單寧酸的復(fù)合物對卵清蛋白的疏水基團(tuán)產(chǎn)生了掩蓋，從而降低了卵清蛋白的界面活性。單寧酸的加入降低了乳化力，但通過在卵蛋白等電點(diǎn)延緩乳狀液的乳化，提高了乳狀液的穩(wěn)定性。這種現(xiàn)象可能是由于單寧酸的存在增強(qiáng)了乳液滴之間的靜電斥力，可能會阻止液滴在卵蛋白等電點(diǎn)附近聚集[35]。

2.2 凝膠性

許多植物多酚與蛋白質(zhì)相互作用后，可以形成具有優(yōu)良性質(zhì)的凝膠。由共價相互作用形成的凝膠與由其它非共價相互作用形成的凝膠具有更好的熱穩(wěn)定性。Strauss 等[36]發(fā)現(xiàn)含有多酚的凝膠的機(jī)械強(qiáng)度和硬度顯著增加。加入多酚的復(fù)合物可以顯著增強(qiáng)凝膠強(qiáng)度，表面更致密。Staszewski等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，綠茶多酚修飾的β-乳球蛋白的凝膠溫度更低，凝膠時間更短，從而提高了凝膠的穩(wěn)定性。將茶多酚加入到β-乳球蛋白中會影響凝膠的黏彈性。由于多酚的種類不同，可以充分發(fā)揮親脂蛋白與多酚的共價復(fù)合，用來制備具有更好凝膠性能的親脂蛋白-多酚復(fù)合物。

2.3 抗氧化性

抗氧化活性是蛋白質(zhì)-多酚結(jié)合物最重要的性質(zhì)之一。有研究表明，蛋白多酚復(fù)合物可以比初始蛋白顯示出更強(qiáng)的抗氧化活性[38-39]。Jiang 等[40]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乳清蛋白和酪蛋白與綠原酸復(fù)合時，自由基清除能力明顯增強(qiáng)，EGCG 與乳清蛋白、α-酪蛋白、β-乳球蛋白和β-酪蛋白復(fù)合物的抗氧化活性高于天然蛋白。Chen 等[41]研究了用綠原酸或單寧酸復(fù)合的豬血漿蛋白復(fù)合物的抗氧化活性，結(jié)果表明隨著多酚濃度的增加，復(fù)合物的自由基清除活性、螯合活性都有顯著增加。在所有的復(fù)合物中，卵清蛋白-EGCG 復(fù)合物具有最高的抗氧化活性。蛋白多酚復(fù)合物抗氧化活性的增加是因為將多酚中的羥基引入蛋白質(zhì)中。因此，蛋白多酚復(fù)合物可以用來增強(qiáng)抗氧化性能，改善幾種脂類食品的氧化穩(wěn)定性。

3 大豆親脂肪蛋白-多酚復(fù)合物的形成機(jī)理

基本上，大豆親脂蛋白和多酚能夠通過疏水鍵、離子鍵和氫鍵等非共價鍵或共價鍵相互作用[42]，并且是可逆的。然而，由于共價鍵形成的結(jié)合物更牢固，相互作用更持久，穩(wěn)定性更高，在堿性條件下，多酚被氧化成相應(yīng)的醌，隨后這些醌與蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的賴氨酸或半胱氨酸殘基等反應(yīng)，分別形成C-N 鍵或CS-鍵[43]，因此更優(yōu)選用于食品[44]。蛋白多酚復(fù)合物一般可以通過堿性反應(yīng)或自由基接枝的非酶反應(yīng)或多酚氧化酶、漆酶、酪氨酸酶等的酶促反應(yīng)共價形成[44-45]。

3.1 大豆親脂蛋白與多酚之間的非共價相互作用

大豆親脂蛋白和多酚之間的非共價相互作用通常是可逆的相互作用，并且與共價反應(yīng)相比相對較弱[46-47]。一般來說，主要是氫鍵和疏水相互作用參與大豆親脂蛋白-多酚復(fù)合物的形成[48-49]。酚類基團(tuán)一直被認(rèn)為是優(yōu)秀的供氫體，可以與親脂蛋白的C=O 基團(tuán)形成氫鍵[50]。此外，多酚羥基基團(tuán)與氧或氮，特別是蛋白質(zhì)的羥基（-OH）和氨基（-NH2）之間的相互作用也形成氫鍵[51]。Ojha 等[52]發(fā)現(xiàn)阿魏酸的酚羥基可以通過形成氫鍵與牛血清白蛋白主要多肽鏈的C，O 和NH 相互作用。EGCG 與人血清白蛋白的結(jié)合位點(diǎn)為Glu 141、Leu 182、Tyr 138、Tyr 161，從而形成氫鍵[53]。Chanphai 等[54]研究發(fā)現(xiàn)酪蛋白能夠通過氫鍵和疏水相互作用在Phe 23、Phe 24、Phe 28、Phe 32、Val 31 殘基與兒茶素相互作用。

大豆親脂蛋白質(zhì)和多酚的結(jié)合也涉及疏水相互作用，其中親脂蛋白的疏水氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、酪氨酸、半胱氨酸和色氨酸）殘基與多酚的非極性芳環(huán)相互作用[55]。其它相互作用，例如離子鍵，可以在親脂蛋白-多酚相互作用中發(fā)揮次要作用，在這種相互作用中，親脂蛋白的正電荷基團(tuán)，如賴氨酸的ε-氨基與多酚的負(fù)電荷羥基反應(yīng)[56]。非共價蛋白質(zhì)-多酚相互作用通常是不同相互作用組合的結(jié)果[44]。雖然形成的鍵可能是可逆的，能量較低，但親脂蛋白-多酚的非共價相互作用可能在食品工業(yè)中發(fā)揮重要作用，以改善食品的功能和質(zhì)量。

3.2 大豆親脂蛋白與多酚的共價相互作用

大豆親脂蛋白與多酚可以通過堿性和酶反應(yīng)進(jìn)行共價結(jié)合以及蛋白質(zhì)的交聯(lián)，也可利用自由基接枝法實現(xiàn)親脂蛋白與多酚的共價復(fù)合和蛋白質(zhì)的交聯(lián)。這是兩種廣泛使用的共價制備親脂蛋白和多酚復(fù)合物的常用方法。堿性反應(yīng)是用于多酚和親脂蛋白偶聯(lián)的常用非酶方法之一[41]。多酚在有氧存在的堿性條件下（pH 9.0）容易氧化生成半醌自由基，再重排成醌基。這些反應(yīng)性中間產(chǎn)物很容易與親脂蛋白側(cè)鏈中的殘基如蛋氨酸、賴氨酸、色氨酸和半胱氨酸等基團(tuán)的反應(yīng)。因此，親脂蛋白和多酚之間可以形成共價交聯(lián)（C-N 或C-S）[44]。Ishii 等[57]發(fā)現(xiàn)EGCG 主要與甘油醛-3-磷酸脫氫酶活性中心的半胱氨基-3-磷酸脫氫酶結(jié)合形成共價鍵。此外，兒茶素可以與蛋白質(zhì)形成共價鍵，蛋白質(zhì)結(jié)合的兒茶素可以在基于乳劑的體系中提高蛋白質(zhì)的抗氧化活性[58]。

通過自由基接枝，抗壞血酸和過氧化氫用作引發(fā)劑體系進(jìn)行氧化還原，事實證明這種非酶法是最簡單快捷的，可用于親脂蛋白和多酚的互作[45]。首先，位于親脂蛋白質(zhì)側(cè)鏈的氨基酸被最初由氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生的羥基自由基氧化，自由基在蛋白質(zhì)分子上通過共價鍵與多酚發(fā)生反應(yīng)，從而形成親脂蛋白-多酚復(fù)合物。Gu 等[45]證明，自由基誘導(dǎo)的共軛物表現(xiàn)出比堿性方法更高的抗氧化活性。此外，該反應(yīng)可以在室溫下進(jìn)行而不會產(chǎn)生有毒產(chǎn)物或抗氧化劑分解。因此，該方法被認(rèn)為是生產(chǎn)生物活性蛋白-多酚復(fù)合物的有效方法。

酶催化形成親脂蛋白與多酚復(fù)合物方法中，首先是單酚酶（或甲酚酶）誘導(dǎo)的單酚氧化為鄰二酚的反應(yīng)。隨后，在氧氣存在下使用鄰二酚酶（或兒茶酚酶）將鄰二酚轉(zhuǎn)化為鄰醌[59]。另一方面，醌也可以由漆酶形成，漆酶可以同時氧化鄰二酚和對二酚[60]。醌可以很容易地與蛋白質(zhì)鏈中的氨基酸殘基相互作用而形成交聯(lián)的蛋白質(zhì)或聚合物。酶法通常被認(rèn)為是具有高特異性的方法，且對環(huán)境因素要求不高。酶促反應(yīng)的復(fù)合物表現(xiàn)出強(qiáng)的自由基清除活性。但是，使用的制備方法和步驟復(fù)雜且成本高[45]。

綜上所述，大豆脂蛋白與多酚形成復(fù)合物的互作機(jī)理如圖1所示。

圖1 脂蛋白-多酚互作機(jī)理圖Fig.1 Mechanism diagram of lipoprotein polyphenol interaction

4 脂蛋白-多酚復(fù)合物的潛在應(yīng)用及展望

脂蛋白和多酚作為食品體系中重要的組成部分，會有越來越多針對兩者和其復(fù)合物的研究，且近些年對大豆植物蛋白的研究愈加的深入與廣泛，相信在不久的將來親脂蛋白與多酚的復(fù)合產(chǎn)物會越來越多的出現(xiàn)在公眾面前。

4.1 皮克林乳液

采用親脂蛋白和多酚（花色苷）制備一種新型的復(fù)合納米粒子穩(wěn)定的皮克林乳狀液。親脂蛋白和多酚在納米顆粒中共價鍵合，制備具有氧化穩(wěn)定性的皮克林乳液。皮克林乳狀液表現(xiàn)出許多優(yōu)良的特性，包括乳狀液穩(wěn)定性、更好的氧化穩(wěn)定性和抗體外消化能力。該乳狀液在低熱量食品生產(chǎn)與應(yīng)用中有很大市場潛力。

4.2 蛋白質(zhì)基膜

可食性薄膜或蛋白質(zhì)基膜是涂在食品上的薄層，具有保護(hù)食品和提高食品質(zhì)量的作用。薄膜是從自然產(chǎn)生的可再生資源，如親脂蛋白與多酚的復(fù)合物中制備的，可以直接食用。這些薄膜對環(huán)境友好，含有抗氧化劑、防褐變劑和著色劑，具有很好的發(fā)展前景。

4.3 傳送載體

親脂蛋白-多酚復(fù)合物的研究證明，復(fù)合物對疏水和親水化合物都具有很強(qiáng)的親和力。因此，親脂蛋白-多酚復(fù)合物可用作多種生物活性化合物的載體，如藥物、脂肪酸、類固醇激素和許多其它親脂性化合物。牛奶蛋白-多酚結(jié)合物作為生物活性物質(zhì)的載體已被廣泛研究。因此親脂蛋白-多酚復(fù)合物同樣可以被認(rèn)為是潛在的營養(yǎng)物質(zhì)遞送載體。