大豆蛋白組分制備及其功能性的研究進(jìn)展

欒濱羽，張 波，孟 昂，黃雨洋，夏曉雨，朱秀清,*

（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實驗室，黑龍江 哈爾濱 150028；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品加工綜合性重點實驗室，北京 100193）

大豆是重要的植物蛋白源和油料作物，我國進(jìn)口的轉(zhuǎn)基因大豆主要用于榨油，其豆粕用于制作飼料，而國產(chǎn)非轉(zhuǎn)基因大豆榨油后的豆粕可以制備大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）、大豆?jié)饪s蛋白、脫脂大豆粉等進(jìn)入食品鏈[1-3]。大豆中蛋白主要存在于籽粒子葉組織的蛋白質(zhì)體中，約占籽粒干物質(zhì)總量的40%[4-5]，根據(jù)其在0.5 mol/L離子強度下的沉降系數(shù)可分成2S、7S、11S和15S球蛋白4 種組分[6]；也可按功能分成結(jié)構(gòu)蛋白、貯藏蛋白和調(diào)節(jié)代謝、合成儲存物質(zhì)、創(chuàng)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)的酶等代謝蛋白[7]。其中7S和11S球蛋白是大豆主要的貯藏蛋白，約占蛋白總量的80%[8]。此外，近年在大豆蛋白分離過程中還發(fā)現(xiàn)一種包裹在籽粒油體周圍的膜蛋白——親脂蛋白（lipophilic proteins，LP），該組分是由大豆球蛋白、β-大豆伴球蛋白和油球蛋白等油體結(jié)合蛋白與磷脂形成的復(fù)合物[9-10]。

大豆蛋白組分結(jié)構(gòu)、功能性等對豆腐、豆?jié){、植物肉等大豆或大豆蛋白制品的感官品質(zhì)均有較大影響[11-13]。王喜波等[14]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)大豆蛋白的含硫氨基酸相對含量高于2%、11S與7S球蛋白比例高于1.88、平行式β-折疊結(jié)構(gòu)相對含量高于39.96%時，生產(chǎn)的千葉豆腐品質(zhì)較好；James等[15]分析了大豆蛋白含量與球蛋白亞基組成對豆腐凝膠性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)蛋白含量越高豆腐硬度越大，11SA4亞基的缺失與豆腐硬度和持水性呈正相關(guān)；Zhang Qing等[16]對近年來原料品質(zhì)和加工條件對豆腐品質(zhì)的影響進(jìn)行綜述，提出豆腐的品質(zhì)主要與大豆球蛋白和β-大豆伴球蛋白有關(guān)，一般大豆球蛋白影響豆腐的硬度，而β-大豆伴球蛋白影響豆腐的彈性，故11S與7S球蛋白比例可視為篩選適宜生產(chǎn)豆腐的大豆品種的一個指標(biāo)。

本文綜述大豆蛋白組分結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，重點闡述大豆蛋白組分制備工藝，總結(jié)大豆蛋白不同組分的功能性，旨在為大豆或大豆蛋白制品質(zhì)量控制提供參考。

1 大豆蛋白組分的結(jié)構(gòu)

11S球蛋白是大豆中含量最多的球蛋白，主要為含硫氨基酸較多的大豆球蛋白，分子質(zhì)量介于320～375 kDa之間，其結(jié)構(gòu)在中性條件下為由5 種亞基構(gòu)成的空心六聚體[17]，每種亞基由一條酸性多肽和一條堿性多肽通過二硫鍵連接形成，等電點處pH值約為5.8[8,18-19]。7S球蛋白主要由β-大豆伴球蛋白、γ-大豆伴球蛋白和堿性7S球蛋白組成[8]。其中β-大豆伴球蛋白是7S球蛋白的主要組分，分子質(zhì)量約為180～210 kDa，在中性條件下以三聚體形式存在，由α、α’、β3 種亞基經(jīng)疏水相互作用聚合形成，α、α’亞基等電點分別為5.2和5.3，而β亞基由等電點在5.8～6.2的4 種組分（β1～β4）構(gòu)成[5,20-22]；β-大豆伴球蛋白結(jié)構(gòu)尤其特殊，表現(xiàn)在α和α’亞基除了核心區(qū)外還存在延伸區(qū)，且3 種亞基均為N-糖基化，即3 種亞基N末端均與高甘露糖聚糖分子相連，這使它們在溶解性上與大豆球蛋白截然不同[21,23-25]。11S和7S球蛋白的變性溫度在不同實驗中也有所差別，一般β-大豆伴球蛋白在68～72 ℃變性，大豆球蛋白在86～90 ℃變性[9,26]。大豆籽粒中11S與7S球蛋白的含量比通常在0.5～1.3之間，具體要歸因于生長環(huán)境和基因型的差異[27-29]。

此外，大豆蛋白中15S球蛋白含量最少，約5%，但凝膠過濾層析分析其分子質(zhì)量表明15S球蛋白可視為由11S球蛋白亞基構(gòu)成的二聚體[8,30]。2S球蛋白主要由胰蛋白酶抑制劑等抗?fàn)I養(yǎng)因子構(gòu)成，雖然其含量僅為8%，但其可引發(fā)人體呼吸道過敏反應(yīng)，故加工中必須除去[8]。LP中約含蛋白70%、脂質(zhì)10%，主要由脂肪氧合酶和膜蛋白組成[9,19]。其蛋白根據(jù)分子質(zhì)量可分成來自油體的油質(zhì)蛋白（24、18 kDa）、源于液泡中的蛋白（34 kDa）以及7S和11S球蛋白中各亞基和多肽等，其中7S和11S球蛋白亞單位約占LP總蛋白含量的60%[9]。LP中的蛋白對考馬斯亮藍(lán)染液的敏感性較低，因此通常十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）無法對其蛋白組成進(jìn)行粗略定量。Samoto等[19]在2008年才通過凱氏定氮法和薄層色譜定量脫脂過程中未被正己烷除去的LP，最終發(fā)現(xiàn)7S、11S球蛋白及LP分別占脫脂豆粕總蛋白含量的23%、46%、31%。

2 大豆蛋白組分的制備

目前常見的大豆蛋白商品主要有脫脂豆粉、大豆?jié)饪s蛋白、SPI 3 種。其中SPI的蛋白含量最高，可達(dá)90%以上；大豆?jié)饪s蛋白次之，約70%；而脫脂豆粉僅去除了原料中絕大部分脂質(zhì)，殘留約50%的多糖等非蛋白組分，但它是SPI的原料[5]，它們均具有完備的工藝流水線生產(chǎn)方案。但7S、11S球蛋白及LP的提取方法還遠(yuǎn)未達(dá)到流水線生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。

Nagano等[31]為測定7S大豆球蛋白凝膠的動態(tài)流變參數(shù)，首次提出了一個針對7S和11S球蛋白的提純方案。該方案以脫脂豆粕為原料，將其與蒸餾水混合后，室溫靜置1 h，篩去不溶性組分后離心；離心后對上清液添加終質(zhì)量濃度為0.98 g/L的亞硫酸氫鈉（sodium bisulphite，SBS），調(diào)整pH值至6.4后冰浴過夜儲存，再次離心，此時得到的沉淀物為11S球蛋白；上清液再加入0.25 mol/L NaCl溶液并調(diào)整pH值至5.0，再次離心；將離心后的上清液與2 倍體積的蒸餾水混合，調(diào)整pH值至4.8，再次離心，此時的沉淀為7S球蛋白。這種方法獲得的11S和7S球蛋白在脫脂豆粕中的提取率分別為10%和6%，純度均可達(dá)到90%以上。其中0.25 mol/L NaCl、pH 5.0和4 ℃被認(rèn)為是分離7S球蛋白的最佳條件，而SBS則起到還原劑的作用，從而使蛋白提取率提高[32]。該方法是大豆蛋白“三步酸沉”的基本分離方案。

自1992年起，眾多研究致力于優(yōu)化大豆蛋白的提取效果，主要基于提取過程中溫度、pH值和離子強度等工藝參數(shù)對蛋白構(gòu)象的影響[31,33-35]。Deak等[33]曾為簡化提取過程采用CaCl2代替NaCl，由于表面電荷密度差異，pH 6.4時鈣離子更易與11S球蛋白結(jié)合，此方法雖提高了蛋白產(chǎn)量，但所提取的蛋白純度較低。Liu Chun等[34]選取堿性提取液的種類、堿溶pH值、提取溫度、脫脂豆粉與Tris-HCl緩沖液的比例、SBS濃度5 個因素，以11S和7S球蛋白含量、純度和提取率為指標(biāo)依次進(jìn)行單因素優(yōu)化試驗，結(jié)果表明，以0.3 mol/L Tris-HCl緩沖液作為提取液可使11S和7S球蛋白的產(chǎn)量分別顯著提高2.01%和1.16%；堿溶pH值從7.5升高至9.0的過程中，兩種蛋白的產(chǎn)量和純度均先升高再降低，在pH 8.5時提取效果最好；提取溫度是指堿溶溫度，在由25 ℃升溫至45 ℃的過程中，兩種蛋白產(chǎn)量均顯著上升，并在45～65 ℃時顯著下降，相比Nagano等[31]在室溫下提取的方法效果更好，但45～55 ℃并未達(dá)到兩種蛋白通常的變性溫度；增加單位質(zhì)量豆粉所需緩沖液的質(zhì)量對增大蛋白溶解度從而提高產(chǎn)率和純度是最簡便有效的方法，但這還需考慮所用容器容量問題；通過SBS破壞二硫鍵從而降低蛋白聚集度同樣可提高蛋白溶解性，但隨著SBS濃度的提高，兩種蛋白的產(chǎn)量、蛋白含量、純度均呈先升高后降低趨勢，并在SBS濃度為0.01 mol/L時均達(dá)到最大值。在此基礎(chǔ)上，Din等[36]于2021年注意到前處理條件、原料種類對蛋白提取效果的影響，并將二次酸沉得到的中間產(chǎn)物回收用于提取11S球蛋白；結(jié)果表明用植酸酶前處理大豆籽粒、脫脂豆粕和SPI均可使11S和7S球蛋白的純度顯著提高，其中用SPI提取11S球蛋白效果最好，純度可達(dá)97.16%，產(chǎn)率可達(dá)48.92%，但酶處理后7S球蛋白產(chǎn)率會顯著下降。

實際上SPI中不僅有7S和11S球蛋白，在籽粒蛋白體和油體周圍還存在著大量膜蛋白[9]。研究表明通過傳統(tǒng)堿溶酸沉方式提取的大豆蛋白味道不佳，還殘留部分與脂類結(jié)合的蛋白，即LP[32]。受此啟發(fā)，Samoto等[19]重點探討了蛋白提取過程中LP的反應(yīng)，為保證蛋白品質(zhì)設(shè)計了一種新提取方案。該方案以經(jīng)過70～80 ℃預(yù)熱處理的低溫脫脂豆粕為原料，與Nagano等[31]方法的明顯區(qū)別在于：選用5 mol/L稀硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值；將pH值調(diào)整到5.8后提取11S球蛋白，之后調(diào)節(jié)pH值至5.0，再調(diào)至pH 5.5后進(jìn)行離心提取LP，最后將pH值調(diào)至4.8得到7S球蛋白；此方法不需要大量的鹽和冷卻分離過程。該方法能夠提取LP的關(guān)鍵是利用了LP具有強疏水性且易于發(fā)生鹽析的特性。在pH 5.0時LP與7S球蛋白都處于不可溶狀態(tài)，pH 5.5時達(dá)到7S球蛋白溶解而LP不溶的狀態(tài)。此外預(yù)熱處理可保證7S和11S球蛋白的提取效果，但溫度過高會降低LP提取率。LP的發(fā)現(xiàn)間接解釋了以往方法中提取的11S與7S球蛋白不純且量少的原因，同時也促使一些研究者開始探討其功能性。

不同研究中大豆蛋白組分的提取流程和參數(shù)分別如圖1和表1所示。

表1 大豆蛋白提取工藝參數(shù)Table 1 Process parameters of soybean protein extraction

3 大豆蛋白組分功能性

加工條件會導(dǎo)致蛋白質(zhì)由天然狀態(tài)轉(zhuǎn)換為中間狀態(tài)，最終徹底變性，蛋白質(zhì)的功能性也由此變化[37]。在該轉(zhuǎn)變過程中蛋白質(zhì)分子質(zhì)量和一級結(jié)構(gòu)通常不變，主要變化體現(xiàn)為蛋白質(zhì)二級和三級結(jié)構(gòu)改變引起的表層氨基酸組成改變，這為蛋白與蛋白之間以及蛋白與其他組分的相互作用提供條件。故蛋白質(zhì)的天然狀態(tài)并不能完全決定其功能性，還需了解溶液、界面和凝膠等環(huán)境下蛋白質(zhì)在折疊與展開過程中的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變行為。

3.1 溶解性

蛋白質(zhì)的溶解性通常是凝膠、乳液、飲料等產(chǎn)品生產(chǎn)所需考察的首要特性，可通過蛋白質(zhì)在特定溶液中處于可溶狀態(tài)的氮含量占樣品總氮含量的比例表示。溶解性不僅與蛋白本身的氨基酸組成、序列、分子質(zhì)量、蛋白構(gòu)象有關(guān)，還與離子強度、pH值、溫度等環(huán)境因素有關(guān)[38-39]。根據(jù)蛋白結(jié)構(gòu)可推測中性條件下β-大豆伴球蛋白N末端所連多糖會使其在水中的溶解度增大，這一結(jié)果已得到部分研究證實[40-41]。Jiang Jiang等[40]采用同種脫脂豆粕分別制備出SPI及11S、7S球蛋白3 種蛋白，將所得樣品以20 mg/mL質(zhì)量濃度分散于pH 7.0、10 mmol/L磷酸鈉溶液中，通過調(diào)節(jié)分散液pH值，發(fā)現(xiàn)在pH 7.0時7S球蛋白溶解度最大（90%），其次是SPI（80%）和11S球蛋白（60%）。3 種蛋白的溶解度隨pH值的變化曲線均呈現(xiàn)為U型，7S球蛋白和SPI均在pH 4.5左右溶解度最低，11S球蛋白在pH 5.0處達(dá)到溶解度最低點，表明11S和7S球蛋白的等電點分別約為4.5和5.0。此外，隨著分散液中鹽濃度的增大，3 種蛋白的溶解度對pH值的敏感性都降低，在0、0.1、0.6 mol/L NaCl條件下，11S和7S球蛋白的溶解度變化差值分別為82.2%、82.0%、53.7%和93.9%、88.7%、8.2%。這與NaCl的離子效應(yīng)有關(guān)。在等電點（pH 4～5）內(nèi)，較高濃度的Na+和Cl－與蛋白質(zhì)表面帶電基團相互作用，可在晶體-溶液界面形成雙電子層，從而增加等電點處大豆蛋白質(zhì)的表觀溶解度。在等電點外，高濃度的離子會中和蛋白質(zhì)表面異種電荷，并因此降低了調(diào)節(jié)溶液的pH值時引起的凈電荷增益。

大豆蛋白的溶解性還會受到熱聚集行為影響。一些研究者提出了Lumry-Eyring成核聚集模型，該模型中認(rèn)為蛋白聚集由多個階段組成，依次包括構(gòu)象變化、成核前、不可逆的聚集體成核、聚合程度增大和聚集體自締合[42-44]。Tang Chuanhe等[41]研究表明經(jīng)過80 ℃預(yù)熱處理后，SPI僅在97.6 ℃出現(xiàn)11S球蛋白對應(yīng)的吸熱峰，這可能是由于7 S 球蛋白在8 0 ℃下完全變性展開后與11 S 球蛋白形成了更穩(wěn)定的聚集體。Guo Jian等[21]發(fā)現(xiàn)了β-大豆伴球蛋白和大豆球蛋白在加熱過程中聚集行為的區(qū)別。β-大豆伴球蛋白在由50 ℃加熱至100 ℃的過程中溶解度基本不變，而大豆球蛋白的溶解度隨溫度增加呈下降趨勢。當(dāng)大豆球蛋白與β-大豆伴球蛋白分別按照4∶1、2∶1、1∶1的比例混合時，隨著β-大豆伴球蛋白的加入，復(fù)合物聚集體更小，溶解度提高。疏水相互作用可能是蛋白聚集的主要驅(qū)動力[45]。兩種蛋白的熱聚集機理如圖2所示。當(dāng)聚集發(fā)生時，對于β-大豆伴球蛋白，一旦疏水殘基被覆蓋并形成聚集體，表面的多糖和親水基團就會提供排斥力抑制其他蛋白單體接近；但大豆球蛋白的堿性多肽中存在較多疏水氨基酸，因此展開后會暴露出更多活性位點。雖然部分活性位點在聚集過程中被覆蓋，但聚集體表面仍存在疏水殘基，導(dǎo)致活性位點持續(xù)聚集；在兩種蛋白共存時，覆蓋在球蛋白聚集體表面的不再是疏水殘基，而是β-大豆伴球蛋白的親水基團，從而終止了聚集行為。此外，這種蛋白質(zhì)之間的熱聚集行為還與濃度有關(guān)。增加蛋白濃度會減小蛋白間距，有效地促進(jìn)聚集[46-47]。葉榮飛等[48]研究表明不同濃度的SPI經(jīng)80、100、120 ℃熱處理后的溶解度均隨著蛋白濃度的增大而減小。Chen Nannan等[49]認(rèn)為由于天然大豆蛋白在高濃度下自發(fā)結(jié)合，導(dǎo)致蛋白質(zhì)濃度越大，形成的聚集體回轉(zhuǎn)半徑越大，蛋白間相互作用越強。

圖2 pH 7.0條件下β-大豆伴球蛋白、大豆球蛋白及其混合物的熱聚集行為[21]Fig.2 Thermal aggregation behavior of β-conglycinin,glycinin and their mixtures at pH 7.0[21]

育種和蛋白提取工藝的改進(jìn)為獲得純度較高的某種大豆蛋白提供了更好的方法，Yuan Debao等[50]以經(jīng)低熱處理后的豆粕為原料，通過DEAE-Sepharose快速流動色譜結(jié)合固定化金屬離子親和色譜，成功獲得了純度較高的β-大豆伴球蛋白的3 種亞基，其中β亞基含量為91.4%、α亞基含量為95.0%、α′亞基含量為92.1%。在此基礎(chǔ)上，He Xiuting等[25]發(fā)現(xiàn)7S球蛋白的熱聚集主要由β亞基主導(dǎo)，11S球蛋白熱聚集由堿性多肽主導(dǎo)。β亞基在50～90 ℃加熱過程中分子質(zhì)量較高（＞669 kDa）的組分對應(yīng)色譜峰的峰面積顯著增加，而α及α’亞基的分子質(zhì)量分布基本不隨溫度變化而改變；11S球蛋白的部分酸性多肽在加熱過程中完全不聚集，堿性多肽在90 ℃加熱30 min后即產(chǎn)生大量不溶物。動態(tài)光散射結(jié)果表明從50 ℃至90 ℃，11S球蛋白和酸性多肽的粒徑均變大，兩者的Z-平均直徑分別由56 nm增至158 nm（11S球蛋白）、由79 nm增至112 nm（酸性多肽）；7S球蛋白粒徑在加熱過程中的增長較?。ㄓ?9 nm增至44 nm），α及α’亞基的Z-平均直徑在不同溫度下始終穩(wěn)定在29 nm左右，但β亞基的Z-平均直徑在50 ℃加熱時就達(dá)到了70 nm，在90 ℃時增大至158 nm，因此7S球蛋白中β亞基更易于聚集。對比不同蛋白亞基及多肽間表面疏水性發(fā)現(xiàn)，11S球蛋白的表面疏水性H0在60 ℃時約為5 000，后隨溫度升高急劇增加，在80 ℃時達(dá)到峰值12 000；酸性多肽加熱過程中的H0變化較小，在80 ℃同樣達(dá)到峰值，為4 200。7S球蛋白、β亞基和α及α’亞基在不同溫度下加熱的H0峰值分別在8 000、7 800和6 000左右波動。此外，蛋白、亞基和多肽的表面疏水性均在加熱過程的前10 min內(nèi)增長迅速。這些結(jié)論與Guo Jian等[21]相似，即球蛋白分子先經(jīng)過去折疊，在變性溫度下加熱一定時間后球狀結(jié)構(gòu)展開，暴露出更多的疏水殘基，使表面疏水性增加。這種亞基及多肽間的熱聚集行為差異可能與蛋白一級結(jié)構(gòu)氨基酸組成有關(guān)，例如含Val、Leu、Ala等疏水氨基酸較多的堿性多肽室溫下即可形成不溶性聚集體[51]，β亞基同樣疏水氨基酸含量較多，且其結(jié)構(gòu)中的延伸區(qū)僅有一個N-連接的高甘露糖多糖，但α及α’亞基各含有兩個，因此β亞基比α及α’亞基更易于聚集。故大豆球蛋白的溶解性受溫度影響較大，β-大豆伴球蛋白溶解性受離子強度影響較大。

3.2 凝膠性

凝膠是一種介于固態(tài)與液態(tài)之間的物質(zhì)特殊狀態(tài)，大多食品都可以凝膠狀態(tài)食用。當(dāng)?shù)鞍兹苣z的分子間相互作用增加，交聯(lián)增大至一定程度時轉(zhuǎn)化為凝膠[37]。大豆蛋白熱誘導(dǎo)凝膠的基本形成過程如下：大豆蛋白分散在水中，先以卷曲緊密的形式構(gòu)成溶膠，隨溫度升高蛋白逐漸變性去折疊，鄰近分子間先形成聚集體，同時高溫使分子運動加劇，蛋白與蛋白間疏水相互作用更頻繁，達(dá)到平衡后形成具有一定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的凝膠，部分游離水被截留在凝膠網(wǎng)絡(luò)之中[52]。該形成過程中，共價相互作用二硫鍵起主導(dǎo)作用，同時也存在氫鍵、靜電斥力等非共價相互作用[37]。其中11S和7S球蛋白在35 mmol/L磷酸鹽緩沖液中（pH 7.6），100 ℃下形成凝膠的臨界蛋白含量分別為2.5%和7.5%[53]。11S球蛋白熱凝膠主要通過二硫鍵和靜電相互作用形成，7S球蛋白熱凝膠則通過氫鍵形成[16]。故pH值和溫度同樣可通過影響蛋白質(zhì)聚集體的方式影響凝膠的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)[54-55]。

根據(jù)大豆球蛋白加熱后聚集度更高可推測其熱誘導(dǎo)凝膠的儲能模量（G’）也應(yīng)相對較大。Renkema等[56]證實了這一結(jié)論。同種大豆制備的大豆球蛋白（純度95%）和β-大豆伴球蛋白（純度60%）熱誘導(dǎo)凝膠的溫度掃描結(jié)果表明，在pH 3.8下大豆球蛋白和β-大豆伴球蛋白凝膠冷卻結(jié)束時的G’分別為4 000 Pa和2 500 Pa，pH 7.6下前者的G’為7 400 Pa，后者為5 400 Pa。pH 3.8和pH 7.6的大豆球蛋白凝膠的斷裂應(yīng)力也顯著大于β-大豆伴球蛋白凝膠，前者分別為46.2 kPa和18.1 kPa，后者分別為2.1 kPa和2.2 kPa。

這兩種蛋白凝膠G’的差異也可能是由于含硫氨基酸含量不同，11S球蛋白每單位蛋白的蛋氨酸和半胱氨酸含量是7S球蛋白的3～4 倍[57]，因此11S球蛋白在凝膠形成過程中有更強的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。Bainy等[58]的研究結(jié)果也表明熱誘導(dǎo)凝膠的G’與11S和7S球蛋白比例并不直接相關(guān)（r＜0.50），還取決于一種半胱氨酸殘基含量較少的A3酸性亞基的含量。由11 種不同大豆球蛋白、β-大豆伴球蛋白亞基缺失型大豆和1 種正常蛋白組成大豆制成的SPI熱誘導(dǎo)凝膠的動態(tài)流變分析結(jié)果表明，當(dāng)A3亞基占總蛋白含量小于2%時，11S球蛋白亞基含量與凝膠完全形成時的G’存在相關(guān)性（r＞0.967）；當(dāng)A3亞基占總蛋白含量大于2%時，凝膠完全形成時的G’與大豆蛋白組成無相關(guān)性，且11S球蛋白含量高的品種與11S球蛋白含量低的品種凝膠G’間無顯著差異，即7S球蛋白是熱誘導(dǎo)凝膠的主要結(jié)構(gòu)單體，這可能是90 ℃下11S球蛋白不足以完全展開造成的。在針對豆腐的研究中也有相似結(jié)論，即11S球蛋白亞基組成與凝膠硬度間存在相關(guān)性[15,59]。此外，由于蛋白去折疊是凝膠形成的先決條件，故可以預(yù)測熱轉(zhuǎn)變溫度較低的β-大豆伴球蛋白凝膠形成時（損耗模量（G’）/G’＝1）的溫度低于大豆球蛋白。7S球蛋白含量較高的品種凝膠形成溫度為74.2～82.2 ℃，11S球蛋白含量較高的品種凝膠形成溫度則介于86.2～90.2 ℃之間。

3.3 流變學(xué)特性

流變性測試可通過施加較大的剪切力或剪切頻率來破壞物料結(jié)構(gòu)，從而在一定程度上反映原料在加工過程中的相變，具體通過黏度、G’、G’’以及扭矩等參數(shù)表征[60-62]。例如蛋白黏度過高往往會在加工中形成結(jié)塊無法溶解。物料流變性變化既受工藝參數(shù)的影響也受物料本身組成的影響。

Sandoval等[60]的研究表明對于高水分?jǐn)D壓大豆蛋白產(chǎn)品，由黏度不同導(dǎo)致的速度梯度是其纖維狀結(jié)構(gòu)形成的關(guān)鍵。Wittek等[63]對來源和蛋白質(zhì)含量基本相同（占干物質(zhì)總量的90%以上）的4 種SPI凝膠的穩(wěn)態(tài)掃描結(jié)果表明，相同條件下，處理60 s時SPI凝膠的復(fù)合黏度分別為44 kPa·s（SPI 1）、43 kPa·s（SPI 2）、34 kPa·s（SPI 3）和14 kPa·s（SPI 4），這種差異可歸因于提取工藝不同導(dǎo)致的變性程度不一[64]。在Wittek等[63]的研究中，大豆?jié)饪s蛋白的蛋白含量約占干物質(zhì)總量的67%，但相同條件下其黏度（101 kPa·s）為SPI黏度的2 倍以上。這表明原料中較高比例的多糖等其他成分對黏度也有影響，與Zhang Wei等[65]對擠壓植物蛋白的研究結(jié)果相似，SPI的變性焓（ΔH）為0.72 J/g，將SPI、谷朊粉分別與小麥淀粉、玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、木薯淀粉、綠豆淀粉、豌豆淀粉、馬鈴薯直鏈淀粉、玉米支鏈淀粉共9 種淀粉混合（m（SPI）∶m（谷朊粉）∶m（淀粉）＝65∶15∶20）后，混合物的ΔH介于1.24～2.42 J/g之間，混合物擠壓時的黏度介于308.70～633.61 Pa·s之間，混合物的ΔH與黏度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

大多研究從蛋白質(zhì)組分理化性質(zhì)的角度討論其對凝膠結(jié)構(gòu)形成的影響，但這不足以解釋凝膠加工過程的變化行為[66-69]。Mellema等[70]提出由展開的蛋白互相連接形成的鏈的曲率和連接方式?jīng)Q定著凝膠將以何種方式在微觀水平上變形，例如具有弧形鏈的凝膠主要變形方式為彎曲，而直線型且互相連接的鏈以拉伸的方式變形。在此基礎(chǔ)上，Renkama[71]的研究表明蛋白質(zhì)鏈越彎曲，凝膠斷裂時的應(yīng)變越大，因為彎曲的鏈要先伸直再發(fā)生斷裂。Xia Wenjie等[72]通過大振幅振蕩剪切實驗發(fā)現(xiàn)SPI、富11S蛋白（11S球蛋白含量72.1%、7S球蛋白含量3.3%）和富7S蛋白（7S球蛋白含量30.4%、11S球蛋白含量4.2%）三者形成熱凝膠的固有黏度和分子間相互作用強度不同。低蛋白含量（6%）條件下，三者G’排序依次為富11S蛋白（600 Pa）＞SPI（300 Pa）＞富7S蛋白（60 Pa），較低蛋白含量時的G’可反映分子間不發(fā)生或較少發(fā)生碰撞、聚合等相互作用時分散相的固有黏度，故富11S蛋白的固有黏度較高，SPI次之。但富7S蛋白的分子間相互作用更高，這可通過3 種蛋白G’-蛋白濃度曲線體現(xiàn)，富7S蛋白對應(yīng)曲線的斜率最大（281.25），其次是SPI（266.67），富11S蛋白最?。?50），即每增加單位濃度蛋白，富7S蛋白分子碰撞、聚集程度更大，G’增長更快。這可能是由于大豆球蛋白展開不充分，剛性結(jié)構(gòu)的球蛋白顆粒抑制了分子間交聯(lián)[73-74]。對于富7S蛋白凝膠，可能是由于β-大豆伴球蛋白的柔性較強，形成的顆粒分支較多，相互間的聯(lián)系也更緊密，隨著應(yīng)變增加，最初解離的顆粒會互相纏繞形成新團簇[75]。Gisler等[76]利用共聚焦激光掃描顯微鏡和掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，SPI和富11S凝膠具有相對致密的網(wǎng)絡(luò)，由較大的聚集體構(gòu)成，而富7S蛋白凝膠更粗糙和不均勻，其組成的顆粒較小且分支較多。

4 結(jié)語

大豆雖在我國食品生產(chǎn)中有較多應(yīng)用，但由于其組分和提取工藝的多樣性，企業(yè)對于產(chǎn)品品質(zhì)的調(diào)控仍多憑借經(jīng)驗選擇，原料組成、結(jié)構(gòu)、功能性與感官品質(zhì)之間的相關(guān)性仍比較模糊。本文介紹了近年來有關(guān)大豆蛋白組成及工業(yè)生產(chǎn)的相關(guān)知識，主要側(cè)重于蛋白提取工藝和功能性方面。有關(guān)大豆各組分的分離鑒定和蛋白功能性的表征手段仍留有空白。此外，為了達(dá)到綠色生產(chǎn)、減少碳排放的目的，應(yīng)該鼓勵豆渣、豆粕等副產(chǎn)品廢棄物的利用，例如采用擠壓蒸煮生產(chǎn)素肉產(chǎn)品、開發(fā)大豆活性肽、生產(chǎn)生物基塑料制品等。