大豆非蛋白成分與蛋白質的互作

歐仕益

（暨南大學 食品科學與工程系，廣州 510632）

大豆非蛋白成分與蛋白質的互作

歐仕益

（暨南大學 食品科學與工程系，廣州 510632）

綜述了國內外有關植酸、皂苷、膳食纖維、低聚糖、生物堿、酚類與蛋白質互作并影響蛋白質消化率的研究進展，以期為正確引導“雙蛋白”產品開發提供參考。

雙蛋白；非蛋白成分；蛋白質；互作

0 引 言

2006年，上海召開的“中國大豆食品產業圓桌峰會議”提出了“雙蛋白”概念和“雙蛋白”戰略[1]。其內涵是：以植物蛋白質為基礎，實行植物蛋白與動物蛋白開發并舉。

但是，兩年多來，國內有數十家食品企業將“雙蛋白”工程單純理解為開發動物蛋白+植物蛋白復合產品，市場上出現了許多帶“雙蛋白”標簽的乳制品。由于植物種子中存在一些抗營養因子[2]，它們在加工過程中會與蛋白質發生理化反應（互作），從而可能給牛奶蛋白的營養甚至安全帶來潛在影響。

本文綜述了大豆中非蛋白成分與蛋白質互作的研究進展，以期為“雙蛋白”制品開發提供參考。

1 植 酸

植酸為大豆次生代謝產物，質量分數為0.4%～0.5%[3]。眾多報道表明它抑制蛋白酶對植物蛋白質的水解[4]，如玉米蛋白、高梁蛋白、大豆球蛋白、大豆分離蛋白和其它豆類蛋白，同時，也發現其降低胃蛋白酶活性[4]。植酸抑制蛋白質消化的機理是：通過其螯合的二價金屬離子與蛋白質之間形成“橋梁”，從而使蛋白質聚合而難于被酶作用，并依據同樣機理而使酶蛋白活性下降[4]。

2 皂 苷

大豆含皂苷2%～4%[3]，它是大豆的一種功能性成分，具有降血脂和抗癌腫功能。皂苷可與蛋白質進行共價和非共價結合，它與蛋白質結合后，蛋白質空間結構發生改變，熱穩定性更高，不利于蛋白酶的降解[5]。當大豆皂苷的添加量為1 g/L時，胰蛋白酶（180 min后）對大豆球蛋白（Glycinin）和β-大豆球蛋白（β-Conglycinin）的降解率分別下降43%和61%[5]。

3 生物堿

大豆中生物堿質量分數約為2%，主要有羽扇豆堿、金雀花堿、羽扇烷寧、臭豆堿[6]。盡管目前還未有生物堿影響蛋白酶催化活性的報道，但我們推測，它可能影響蛋白質消化，因為生物堿可與單寧互作（圖1）形成復合物[7]，而單寧易與蛋白質反應。

圖1 生物堿與單寧的互作

4 膳食纖維和低聚糖（單糖）

膳食纖維從兩方面抑制蛋白質的消化，一是包裹蛋白質和蛋白酶，從而阻止蛋白質降解[3]；二是增加腸胃中飽腹肽的釋放從而抑制蛋白質消化[8]。大豆低聚糖主要有水蘇糖、棉子糖（乳糖、蔗糖），它們干擾動物對蛋白質的消化，其詳細機制不是很清楚，有人認為低聚糖會與蛋白質中的一些氨基酸如脯氨酸結合從而阻止蛋白質的消化[9]。此外，大豆中還含有一些還原糖，如甘露糖、葡萄糖，它們在熱加工過程中與蛋白質發生Maillard反應而降低蛋白質效價。

5 油脂氧化物

油脂氧化產生的醛酮類物質可與蛋白質中氨基酸、特別是賴氨酸發生Maillard反應從而影響蛋白質的生物有效性。江南大學發現大豆脂氧合酶催化產生的氧化物可與組氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸和半胱氨酸反應而降低其含量，且產生一些新的物質[10]。

6 酚 類

酚類是植物中種類最多、功能不同的次生代謝成分，目前已分離出6 000多種[4]。按結構分可歸納為苯甲酸衍生物、肉桂酸衍生物和黃酮類物質等3大類 （圖2），其中黃酮類物質又可分為黃酮、異黃酮、黃烷酮、花青素、兒茶素、黃酮醇等6類。大豆種子富含酚類物質，目前已經分離出12種異黃酮[11]，異黃酮總質量分數高達1.72%；其他酚類的種類更多，質量分數也較高，如單寧為85.8～151.3 mg/100g， 原花青素為300 mg/100g，其他黃酮類物質超過80 mg/100g[11]，同時還含有酚酸，如綠原酸、咖啡酸、阿魏酸、對-香豆酸等[12]。

圖2 主要酚類物質

酚類（包括其糖苷）不僅含量高，組分復雜，而且非常活潑，它們至少可能以5種方式與蛋白質發生互作，分別是氫鍵、疏水交互作用、π鍵、離子鍵和共價鍵[11]。酚類與蛋白質互作形成絮狀物影響含蛋白質飲料的穩定性常常成為食品加工和貯藏過程中較難解決的問題，在此不再闡述。下面主要討論酚類與蛋白質中氨基酸發生的主要反應以及酚類對蛋白質消化的影響。

6.1 酚類物質與賴氨酸的反應

賴氨酸有活潑的ε-NH2，因此，無論游離態還是結合態（蛋白質中）的賴氨酸反應活性都較高。酚類與賴氨酸的反應模式可用圖3表示。由圖3可以看出，酚類可直接與賴氨酸反應，也可與其氧化物醌反應。當酚類被氧化成醌后（酚氧化在常溫和熱加工過程中都易發生），醌作為親電中間物更易與親核試劑如蛋白質中的賴氨酸、色氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸反應，從而降低氨基酸的生物有效性并引起蛋白質交聯。Kroll等[12]用黃烷酮、芹菜苷、莰非醇、槲皮素、楊梅素的酚衍生物（醌）與血紅蛋白在常溫下反應，發現不同酚類與賴氨酸的反應活性存在很大差別，賴氨酸生物有效性降低0～3.5倍。研究表明，單寧和阿魏酸可使大豆分離蛋白中賴氨酸的生物有效性降低1倍多[13]。

圖3 蛋白質中賴氨酸與酚類及其氧化物醌的反應模式

6.2 與含硫氨基酸的反應

含硫氨基酸中，半胱氨酸與賴氨酸一樣非常活潑，它可直接與酚和酚氧化物醌反應。一分子醌可與2分子半胱氨酸反應從而使蛋白質交聯[12]，其反應模式如圖4所示。

目前還沒有發現酚直接與蛋氨酸反應的報道，但酚被氧化成醌后，后者可使蛋氨酸中的二硫鍵中的硫氧化成亞砜和砜[14]。

6.3 與芳香族氨基酸的反應

酚類都是較好的抗氧化劑，它們作為抗氧化劑的基本條件是能在苯環中形成穩定的自由基，但這些自由基容易將電子轉移到芳香族氨基酸如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸上[12]，典型的反應如圖5所示。

酚類與芳香族氨基酸反應顯著降低氨基酸生物有效性。Kroll等[12]用5種酚類與血紅蛋白反應，發現色氨酸生物有效性下降2～16倍。

從酚類與蛋白質中氨基酸的反應模式看，其氧化物醌的反應活性更高。醌的產生既可通過多酚氧化酶催化（熱加工可殺酶而避免此類反應），又可在加熱時直接氧化形成半醌和醌。加熱時，pH值在4～10的范圍內酚都可直接氧化為醌[16]，且pH值越高，氧化速度越快。

圖4 蛋白質中半胱氨酸與酚類反應模式

圖5 阿魏酸形成自由基后與蛋白質中酪氨酸的反應[15]

在蛋白質酶解過程中，酚類不僅與被降解蛋白發生互作，它們也與酶互作從而降低蛋白酶活性。Kroll等[12]研究發現，加入0.28 mmol/g蛋白質的綠原酸可使胰蛋白酶、胃蛋白酶和菠蘿蛋白酶的活性分別降低60%，40%和80%。因此，食用酚類與蛋白質互作物后，蛋白質的生物效價將顯著降低。Rohn等[16]采用大豆分離蛋白與綠原酸、槲皮素等酚類反應的物質飼喂小白鼠，發現蛋白質的生物效價和小白鼠體重顯著下降。不過，也有酚類引起某些酶活性和蛋白質水解增加的報道[12]，意味著不同酚類對蛋白質的作用機制不同。

在“雙蛋白奶”面世和豆奶未成為人們日常飲品之前，人類主要通過果蔬、茶、咖啡攝入酚類，每日攝入量低于1 g[12]。大豆酚類物質含量高，食用量大，更為值得注意的是，在“雙蛋白奶”加工過程中，以下因素會加劇中酚類與蛋白質互作。①牛乳蛋白氨基酸組成與大豆品種的改變：牛乳中的半胱氨酸、賴氨酸、色氨酸、酪氨酸含量顯著高于豆奶[17]，加上目前市場上廣泛采用酚類物質含量更高的抗草苷膦轉基因大豆品種[18]，酚類與牛乳蛋白中特定氨基酸間的互作更為強烈，有可能因為增加酚/醌類與氨基酸反應復合物的攝入而造成新的食品安全問題。②滅菌工藝的改變：牛乳滅菌一般可采用巴氏滅菌或UHT滅菌。由于大豆攜帶的細菌芽孢和霉菌孢子多，加工時往往需要高壓滅菌（一般121℃20 min左右）[3]，如此劇烈的滅菌條件將大大促進酚氧化成醌以及酚/醌類與蛋白質的互作。③堿處理：在“雙蛋白”復合飲品中，有的采用大豆分離蛋白作為大豆蛋白源[8]。由于濃縮效應，大豆分離蛋白中酚類物質（大豆異黃酮）含量比大豆籽粒中高10%～30%[19]，加之大豆分離蛋白采用堿法制備，因而酚類物質更易轉變為醌而增加其與牛乳蛋白的互作。④牛乳中牛磺酸和其它游離氨基酸含量較高：牛乳中含有0.46%的游離氨基酸和約4 mg/100g的牛磺酸[17]，游離氨基酸更易與醌類發生褐變反應。

酚類與蛋白質中的氨基酸反應不僅導致蛋白質生物效價和消化率下降，而且影響生物活性酚類、特別是大豆異黃酮的生物有效性。

7 結 論

大豆中存在的非蛋白成分、特別是次生代謝成分酚類易于與蛋白質發生互作，影響蛋白質消化率，降低一些必需氨基酸和大豆異黃酮的生物有效性，并有可能帶來潛在食品安全問題。而牛奶中容易與植物此生代謝成分互作的氨基酸如賴氨酸、半胱氨酸、色氨酸等含量比豆奶更高，因此，充分利用豆奶和牛奶的營養互補絕不是簡單的復配問題，應慎重開發“雙蛋白奶”產品。

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Interaction between non-protein components in soybean and protein

OU Shi-yi
（Department of Food Science and Engineering,Jinan University,Guangzhou 510632,China）

In order to provide some theretical background for developing dual protein mixture,the interaction of non-protein components,such as phytic acid,saponin,dietary fiber/oligosaccharides,alkloids and phenolic substances with protein were reviewed in this article.

dual protein;non-protein components;protein;interaction

TQ93

B

1001-2230（2010）01-0048-03

2009-07-17

歐仕益（1963-），男，教授，從事食品化學方面的研究。