大豆蛋白—磷脂交互作用與乳液特性構效關系研究進展

劉寶華，張菀坤，伍 丹，張 鑫，米 思，王中江，隋曉楠，李 楊，江連洲

(東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030)

大豆蛋白—磷脂交互作用與乳液特性構效關系研究進展

劉寶華，張菀坤，伍 丹，張 鑫，米 思，王中江，隋曉楠，李 楊，江連洲

(東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030)

基于大豆蛋白-磷脂交互作用機理，闡述了物化修飾及外界環境對大豆蛋白-磷脂交互作用的影響，介紹了大豆蛋白-磷脂交互作用對乳液構建及性質的影響機制，并對大豆蛋白-磷脂復合納米乳液制備進行了展望。

大豆蛋白；磷脂；交互作用；納米乳液

天然的大豆蛋白無法滿足食品體系對于大豆蛋白各種功能性質的要求，因此必須對大豆蛋白進行適當的改性[1]。近年來有研究表明，蛋白質與磷脂復合后可改善其乳化特性。李菊芳等[2]研究發現，大豆蛋白-磷脂復合后，其復合乳液體系的乳化活性及穩定性均得到了提高。Paul等[3]研究發現，卵磷脂可防止熱誘導的蛋白-蛋白間的相互作用，從而增加乳制品乳液的熱穩定性。磷脂是一種兩性離子表面活性劑，一種有效的天然乳化劑，被廣泛應用于降低乳液的界面張力[4]。Yuan等[5]研究發現，卵磷脂可提高低酪蛋白濃度制備的O/W型乳狀液的乳化穩定性。Comas 等[6]也提出將大豆蛋白-卵磷脂復合后，乳液的物理穩定性顯著提高。李秋慧等[7]通過向大豆蛋白溶液中加入磷脂，發現大豆蛋白乳液的乳化性顯著提高。因此，進一步研究大豆蛋白-磷脂交互作用及其對乳液穩定性的影響是必要的。

本文綜述了大豆蛋白-磷脂交互作用及其對復合乳液影響機制研究進展，以期為新型大豆制品開發及大豆蛋白-磷脂納米乳液制備提供理論依據。

1 大豆蛋白-磷脂交互作用研究進展

大豆蛋白質與磷脂相互作用是了解相關食品品質的基礎，但是在實際加工生產中二者的應用主要是依靠常年積累的經驗和不斷改進的生產技術，對于二者相互作用的理論研究甚少。Beckwith等[8]研究預測大豆蛋白質與卵磷脂之間存在交互作用。Ohtsuru等[9]研究發現，磷脂酰膽堿與大豆蛋白之間可能存在兩種類型的相互作用：一種是由于磷脂酰膽堿分子與蛋白疏水區發生的疏水相互作用，另一種是由于磷脂酰膽堿的片層結構與蛋白質結構中的疏水區域結合。李菊芳等[10]通過熒光光譜法分析大豆分離蛋白-磷脂的結合作用，發現磷脂的結合導致大豆蛋白色氨酸及酪氨酸微環境變化，使得更多的酪氨酸和色氨酸包埋于磷脂與蛋白結合形成的疏水區域中，同時也證明磷脂的復合使得蛋白質多肽鏈的骨架伸展，蛋白結構發生變化。Comas等[6]驗證了改性大豆分離蛋白-卵磷脂溶液中表現出更強的蛋白-磷脂相互作用，這是由于蛋白質結構和pH值的不同。畢爽等[11]研究發現，蛋白質部分熱變性后利于與磷脂發生交互作用。

另外，國內外研究者對物理處理條件對大豆蛋白-磷脂相互作用的影響已進行了部分研究。Kanamoto等[12]研究發現，在超聲處理下磷脂酰膽堿與脫脂大豆蛋白生成多種復合物。畢爽等[13]采用熒光光譜法研究了不同超聲波處理對大豆蛋白-磷脂復合程度的影響，發現超聲波可通過改變大豆蛋白二級結構及調節色氨酸、酪氨酸疏水基團微環境，提高蛋白與磷脂間的疏水交互作用，而低、中功率超聲處理對大豆蛋白-磷脂交互作用的影響更顯著[14]。李秋慧等[15]通過將大豆蛋白-磷脂復合體系進行微波處理，發現微波處理會促進大豆蛋白與磷脂間的相互作用。以上研究結果表明，對大豆蛋白-磷脂復合體系進行適當的物理處理，可提高大豆蛋白-磷脂間的交互作用。

2 大豆蛋白-磷脂交互作用對乳液性質的影響

食品乳狀液的穩定和不穩定的機制已被研究過[16-17]。現有研究表明，蛋白質與磷脂間的相互作用會影響蛋白質結構及乳液界面特性，進而增強其乳化能力，并影響到蛋白質的微膠囊化性質[18-20]。Comas等[6]研究發現，大豆蛋白與磷脂發生相互作用后會導致蛋白的表面活性、復合乳液的結構和表面電荷發生變化。李菊芳等[2]研究發現，大豆蛋白與磷脂復合作用下，由于磷脂特殊的雙親結構，使蛋白在水中的分散性能提高，降低了乳液的絮凝和聚集現象。Fang等[21]研究發現，向O/W乳狀液中添加磷脂可提高乳液的穩定性。李楊等[22]研究發現，大豆磷脂與大豆球蛋白之間存在疏水相互作用，復合作用誘導了大豆球蛋白構象變化，提高了復合乳液體系的穩定性，進一步研究發現磷脂與β-伴大豆球蛋白交互作用強度大于大豆球蛋白。王妍等[23]進一步驗證了與大豆球蛋白相比，β-伴大豆球蛋白因含有更多的疏水基團更易形成穩定的復合乳化體系。 Hirotsuka等[24]研究發現，經過熱處理或乙醇處理后大豆蛋白與磷脂交互作用可提高復合物的乳化活性，且乙醇處理對大豆蛋白-磷脂復合乳液穩定性的影響顯著高于熱處理。畢爽等[25]發現適宜的超聲處理可增強大豆蛋白-磷脂交互作用、改善復合乳液的穩定性，但過高的超聲功率可誘導大豆蛋白不溶性聚集，阻礙了大豆蛋白與磷脂間的交互作用，進而使復合乳液體系的凝膠性和流變性等功能特性降低[14]。以上研究結果表明，大豆蛋白-磷脂交互作用可影響復合乳液體系的穩定性、乳化活性等功能特性。

大豆蛋白-磷脂復合乳液體系普遍存在于傳統豆制品加工、新興全豆類制品加工中，現有研究并未清晰闡明蛋白質-磷脂交互作用對復合乳液乳化特性及穩定性的影響機理。僅Catharina等[19]研究發現，蛋白質-磷脂交互作用乳液穩定性，并提出兩種可能的機制：(a)磷脂通過與表面吸附蛋白的交換或交互作用提高熱穩定性；(b)磷脂通過與游離蛋白交聯進而影響熱誘導蛋白的形成。在此基礎上，李楊[22，26-27]、江連洲等[26]通過探索發現，疏水作用是維系大豆蛋白-磷脂復合乳液的主要作用力，氫鍵是次要作用力，大豆蛋白-磷脂交互作用是降低乳滴粒徑及界面張力、增加界面蛋白含量、提高乳液體系的穩定性及乳化活性的主要影響因素。

外界環境因素會導致復合體系功能性質的變化，Mcclements等[28]的實驗也驗證了這一結論，發現pH和熱處理都會在一定程度上影響蛋白-磷脂復合體系功能性質的表達。但是，無論是天然蛋白質還是變性蛋白質，磷脂的存在都會提高所形成的復合物乳液的穩定性。王歡等[29]比較分析了不同pH條件對大豆蛋白-磷脂復合乳液的影響，發現當pH≥7時，復合乳化體系的穩定性最好。Hirotsuka等[24]研究發現，大豆蛋白-磷脂乳化體系在經過熱處理后其乳化性質增強，尤其是在11S球蛋白發生熱變性后乳化性增加更顯著。Li Jufang等[30]通過模擬實驗驗證了具有高11S含量的大豆蛋白更易于與卵磷脂發生結合。韓天翔等[31]研究發現，大豆乳清蛋白-磷脂乳化體系的乳化活性較大豆乳清蛋白乳化體系顯著提高，且熱變性大豆乳清蛋白-磷脂復合乳液的穩定性高于非變性大豆乳清蛋白-磷脂復合乳液。畢爽等[11]研究證實了高壓均質能夠改善大豆蛋白-磷脂復合乳化體系的乳化性、乳化穩定性等功能性質，且大豆蛋白在熱變性條件下的提高程度明顯高于天然蛋白。Scuriatti等[32]研究發現，熱變性大豆蛋白與磷脂之間存在更強的相互作用。磷脂與經過適當變性處理的大豆蛋白相互作用形成的復合物更利于維持蛋白溶液良好的乳化活性，這可能是由于大豆蛋白經過一定的處理后結構打開，更利于其與磷脂的結合導致的。

已有研究發現，由于磷脂、磷脂酶解產物及溶血磷脂結構中存在親水基團及親油基團可添加于蛋白制品當中以增強乳化活性及乳化穩定性[2，33-35]。李楊等[33]通過構建大豆分離蛋白-磷脂酶解產物乳液體系，通過磷脂酶 A1、A2、C、D 酶解作用研究酶解磷脂對復合乳化特性的影響，研究結果表明，磷脂酶 A2酶解作用下磷脂的非極性基團減少、親水性增強，酶解磷脂與大豆蛋白交互作用增強，大豆蛋白更規律地排布于磷脂的片層結構內，增強了乳化體系穩定性。大豆分離蛋白-磷脂復合體系在47℃下經磷脂酶A2酶解6 h，乳化活性顯著提高[36]。李秋慧等[37]研究發現，添加適量的溶血磷脂會促進其與大豆蛋白的相互作用，且當溶血磷脂濃度為10%時，大豆蛋白-溶血磷脂乳狀液的界面蛋白含量最大、界面張力最低、乳化穩定性最強。以上研究結果表明，磷脂、磷脂酶解產物及溶血磷脂都可與大豆蛋白發生交互作用，使復合乳液體系的穩定性提高，且適當的物理處理可產生協同效應。

3 展望

乳液由兩種不混溶的液體(通常是油和水)組成。從物理化學的觀點看，O/W型乳液是一種不穩定的系統，從一開始的均勻系統演變到完全相分離。乳液的物理不穩定機理包括油滴粒徑變化過程(例如：絮凝和聚結)和顆粒遷移現象(例如：沉降和乳化)[32]。通過向乳液中加入乳化劑或者經過高壓均質處理會使乳液形成小狀液滴，從而達到動力學穩定。納米乳液由于具有獨特的物理化學性質和功能特性(高光學透明度、持久的穩定性和高生物利用度)而被廣泛應用于食品、藥物和個人護理行業中[38-42]。以乳液為基礎的輸送系統在食品和制藥行業進行封裝、保護和釋放非極性物質方面的潛在應用越來越多地被研究[43-45]。但現今納米乳液存在乳化劑包裹不理想而使納米乳液的穩定性較差，包埋物外漏的現象。

O/W型納米乳液含有分散在連續水相中的小油滴(d<100 nm)，每個油滴包裹于乳化劑分子的保護層中[41，43-46]。乳化劑對研發一種成功的納米乳液制劑起到關鍵作用，因為它們通過吸附到油-水界面并降低界面張力而促進均質期間小液滴的形成，并且還通過產生排斥相互作用保護液滴在其形成之后不聚集[41，47-48]。目前，研究單獨應用生物大分子乳化劑如蛋白質、多糖等取代傳統化學表面表面活性劑時，發現其乳化效果并不能令人滿意，主要原因在于生物大分子乳化劑穩定性易受結構變化、環境因素等影響，不能形成很好的納米級乳液。而小分子表面活性劑如磷脂、吐溫、司盤等，具有極易在油水界面展開和降低表面張力等特性，在納米級食品中應用較為廣泛。Qian[49]、Charoen等[50-51]研究發現，蛋白質和變性淀粉等大分子乳化劑穩定的乳液均表現出良好的抗油脂氧化特性。由于大分子吸附存在擴散、吸附和構象重排三個步驟，低的吸附速率導致在使用超高壓均質時無法瞬間飽和吸附和穩定納米級液滴，粒徑多處于150 nm左右。Mao等[52]比較了乳清蛋白和變性淀粉在構建β-胡蘿卜素納米乳化體系時與吐溫20、月桂酸十甘油酯為代表的小分子乳化劑的性質差異，發現乳清蛋白和變性淀粉乳液體系的粒徑大于吐溫20和月桂酸十甘油酯乳液體系，但50℃保存12d后乳液中的β-胡蘿卜素保留率卻顯著高于后者。因此，研究人員開始集中研究復合乳化劑制備納米乳液的關鍵技術和穩定機制。Noshad等[53]采用界面學手段對大豆分離蛋白-辛烯基琥珀酸淀粉-殼聚糖納米乳液的儲藏穩定性進行研究，發現大豆蛋白及小分子的添加可以提高納米乳液的凍融穩定性。Yerramilli等[54]通過將豌豆分離蛋白和酪蛋白酸鈉以1∶1的比例混合后進行高壓均質處理，發現形成的納米乳液可穩定保存數月。Wang等[55]以玉米醇溶蛋白水解物-單寧酸復合物為乳化劑構造藻油納米乳體系，并指出小分子復合乳化劑可提高納米乳液的物理及氧化穩定性。Wan等[56]利用改性大豆蛋白和生物表面活性劑甜菊糖作為復合乳化劑，通過納米沉淀-超聲波法制備白藜蘆醇納米乳液，發現大豆蛋白-甜菊糖復合溶劑的表面活性更高，更快地吸附在顆粒表面上，使粒徑減少，并且小分子甜菊糖可作為填充物填補大豆蛋白留下的缺陷，從而提供更完整和致密的顆粒表面覆蓋，且該復合納米乳液具有較好的穩定性。Nash等[57]研究發現，高黏彈性表面活性劑界面層的形成有利于穩定的食品級O/W納米乳液遞送系統生成，而含有卵磷脂的O/W界面黏彈性比含有吐溫20的高，這可能是由于卵磷脂和相鄰分子間發生了強烈的化學締合，即卵磷脂穩定界面顯示的界面變形阻力可能有助于形成高度穩定的納米乳液。

通過上述分析可知，大豆蛋白與磷脂主要通過疏水作用進行復合，適宜的物化處理、外界環境及蛋白結構變化均可增強大豆蛋白-磷脂間交互作用，改善復合乳液體系的功能特性，如穩定性、乳化性、凝膠性等。蛋白質-磷脂復合乳化劑可有效包裹納米乳液有效組分，提高納米乳液的儲藏穩定性。蛋白質與磷脂的交互作用可增強納米乳液穩定性、乳化性等功能特性。因此，將大豆蛋白-磷脂復合乳液體系推廣應用于納米乳液的制備具有很好的發展潛力。◇

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The Relationship Between Interaction of Soybean Protein-Phospholipid and Emulsion Properties

LIU Bao-hua，ZHANG Wan-kun，WU Dan，ZHANG Xin，MI Si，WANG Zhong-jiang，SUI Xiao-nan，LI Yang，JIANG Lian-zhou

(Collefe of Food science，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China)

Based on the mechanism of soybean protein-phospholipid interaction，the paper expounded the effects of physicochemical modification and external environment on the interaction of soybean protein-phospholipid，introduced the mechanism of soybean protein-phospholipid interaction on emulsion construction and its properties，and prospected the preparation of soybean protein-phospholipid composite nanoemulsion.

soybean protein；phospholipid；interaction；nanoemulsion

國家自然科學基金面上項目“大豆蛋白—磷脂酰膽堿納米乳液的穩定機制及營養素運載代謝途徑”(項目編號：31571876)；國家自然科學基金面上項目“大豆蛋白結構柔性與界面功能的構效關系研究”(項目編號：31671807)；山東省泰山產業領軍人才工程高效生態農業創新類項目(項目編號：LJNY201607)；黑龍江省現代農業產業技術協同創新體系崗位專家。

劉寶華(1994— )，女，碩士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

江連洲(1960— )，男，教授，博士，研究方向：糧食、油脂及植物蛋白工程。

(責任編輯 唐建敏)