大豆蛋白与大豆肽的生物活性及加工特性研究进展

摘要：大豆提供了具有良好营养和理化特性且低成本的蛋白质来源。 在大豆加工产业链中,大 豆蛋白和大豆肽是非常重要的延伸产品,因在预防和缓解某些疾病方面有不可忽视的利用价值,受 到国内外研究人员以及消费者的关注,其作为重要的优质蛋白质来源在食品工业等领域具有广阔 的应用前景。 介绍了大豆蛋白及大豆肽的生产工艺、生理活性,同时论述了大豆蛋白的食用安全性 及加工特性。 分别比较了大豆分离蛋白和大豆肽的现存工艺及新工艺的差异,提出了新工艺的优 势和特点,为大豆蛋白和大豆肽的生产加工技术的提高提供了新思路;重点介绍了大豆蛋白及大豆 肽的生物活性,包括降血脂、调节免疫力、改善骨质疏松和调节肠道菌群平衡等,并对新的生物活性 的研究方向进行了总结;同时对大豆蛋白加工特性中良好的凝胶性、乳化性和组织化进行了介绍, 特别对于组织化大豆蛋白(人造肉)国内存在的技术问题和今后研究方向做出了展望。

 

大豆原产于中国,在中国各地区种植有长达 4000多年的历史,也是我国传统饮食中非常重要的蛋白质来源。早在公元前240年,《荀子全书》中就有食用大豆粥的记载,公元前200年,发酵豆酱首次在《五十二病方》中被提及。到公元1578年,《本草纲目》已经开始讨论多种大豆及其制品,提出豆腐 乳、豆腐皮等的做法。自18世纪以来,法国和英国已开始进行一些种植大豆的试验,但尚未得到进一步发展。自1930年以来,美国开始种植大豆,如今已成为世界上产量最大的国家。在欧美国家,大 豆蛋白食品也逐渐受到欢迎,并已以各种形式得到 利用,例如豆腐、豆酱、纳豆、腐竹等。大豆富含多种生物活性成分,大豆蛋白是主要活性成分之一。大豆蛋白包含所有人体必需氨基酸,能够给人体提供良好的氨基酸平衡,是膳食中植物性蛋白的重要来源,也一直是中国人传统优质食用蛋白的主要来源之一。大豆组成复杂,并含有较多的抗营养因子,在应用方面受到一定的限制。通过食品加工技术得到的大豆分离蛋白,因能够去除大豆中主要的抗营养因子,具有更安全、营养且加工特性良好的特点。大豆分离蛋白可发挥降低胆固醇,提高机体免疫力,缓解骨质疏松,改善肠道 菌群平衡等功效。此外,大豆蛋白原料成本较低且具有优良的加工特性,例如胶凝性、乳化性以及目前研究较热的组织化大豆蛋白,使大豆蛋白产品在食品营养与加工等领域中显示出广阔的应用前景。

 

1、大豆蛋白的生产工艺

 

以平均干物质计,大豆约含40%的蛋白质和20%的油脂。经过浸出法提取油脂后,豆粕在低温条件下脱除溶剂,大豆蛋白质基本不发生变性。利用低温脱溶工艺产出的豆粕,俗称白豆片,可以进一步生产为大豆蛋白粉、大豆浓缩蛋白、大豆分离蛋白等大豆蛋白产品。大豆蛋白粉又称为脱脂豆粉,其蛋白质含量一般为50%~65%,大豆蛋白粉是豆粕粉碎后的粉状蛋白产品。大豆浓缩蛋白是豆粕除去大量低分子可溶性非蛋白成分后的剩余物,以干基计粗蛋白含量为65% ~90%。大豆分离蛋白是目前最主要的大豆蛋白产品,是一种蛋白质含量较高的功能性食品添加剂或食品原料,具有多种优良的加工特性,被广泛地应用于食品工业。目前生产大豆蛋白的传统加工工艺是利用碱溶酸沉的原理进行大豆蛋白的生产,pH值在4.5左右,蛋白质处于等电点状态而凝聚沉淀下来,经分离可得到沉淀的蛋白,然后再中和喷雾干燥得到大豆分离蛋白粉。由于在酸沉过程中蛋白质的等电点沉淀蛋白质表面的疏水性作用非常强,色素、极性脂质等物质会吸附在蛋白质表面与其一同沉降,导致大豆蛋白产品的颜色较深、豆腥味较重,严重影响了大豆蛋白在食品领域的应用;同时现在的碱溶酸沉的生产工艺 生产一吨蛋白质至少需要产生24吨的废水,一个年 产一万吨的大豆蛋白生产线要排放24万吨的废水, 导致严重的环境污染,由此大豆蛋白深加工行业成为国家政策上严格限制发展的行业之一。

 

2、大豆蛋白的食用安全性

 

2.1 大豆中的抗营养因子

 

大豆中含有胰蛋白酶抑制剂、凝集素等多营养因子 这些抗营养因子能影响营养物质的利用和新陈代谢并引起一系列不良反应, 度上限制了大豆的应用。胰蛋白酶抑制 存在大豆籽实的子叶中,约占大豆蛋白的6%, 以kunitz 胰蛋白酶抑制剂(STI) bowman鄄birk 蛋白酶抑制剂(BBI)的影响最为严 STI主 制胰蛋白酶,对糜蛋白酶的抑制作用较弱,BBI 蛋白酶、糜蛋白酶均有较强的抑制作用为,小肠内胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶与胰蛋白酶制剂迅速反应、结合而失活,蛋白质消化率降低, 而导致外源氮的损失,通过反馈机制造成胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶过度分泌,从而导致内源氮和含硫 氨基酸损失而阻碍动物的生长发育。

 

大豆凝集素是一种高亲和性的糖蛋白,在大豆中的含量为3%。大豆凝集素是一个由4个亚基组成的四聚体,在动物消化道中不被蛋白酶水解,对糖分子具有高度的亲和性。凝集素可以和小肠壁上皮 细胞表面的特定受体(多糖)结合,从而破坏小肠壁 刷状缘黏膜结构,干扰刷状缘黏膜分泌多种酶的功能,消化道的消化和吸收营养物质的能力大幅降低, 使动物机体蛋白质利用率下降、生长受阻甚至停滞。豆中主要的抗营养因子均对热不稳定,因此在大豆分离蛋白的加工过程中,通过温度超过120益以上的闪蒸杀菌能够有效失活蛋白酶抑制剂以及凝集素等抗营养因子,从而提高大豆分离蛋白食用安全性。在国家植物蛋白标准里面这些抗营养因子多被限制。

 

2.2 大豆蛋白的致敏性

 

一些研究发现,大豆蛋白可能存在一定的致敏性,特别对于一些特殊人群。研究调查了具有对蛋白质过敏症状儿童的临床反应,使用的诊断测试是放射性过敏吸附试验(RAST)、皮肤点刺试验(SPT)或选择食物与安慰剂对照的双盲试验(DBPCFC)。Giampietro等研究了317 名具有过敏体质的儿童,发现RAST阳性率为22%,但DBPCFC仅有3% 为阳性。Burks等在一项针对165名蛋白过敏患者的研究中,发现儿童服用大豆分离蛋白显示SPT阳性率为13%,DBPCFC 阳性率为1郾8%。这些数据显示蛋白过敏体质的儿童对于大豆分离蛋白过敏率相对较低。另一些研究表明,当大豆蛋白替代牛乳基配方奶粉时,具有牛乳蛋白过敏的婴儿可能也会发生大豆蛋白的过敏,但数量较少。Bock 等报道,当服用豆基配方奶粉时,54 名对牛乳基配方奶粉过敏婴儿中只有4名(7%)出现大豆蛋白过敏。在Klemola等的研究中,80例牛乳过敏婴儿中有8 例(10%)发生豆基配方奶粉过敏。因此大 豆蛋白可以作为牛乳蛋白过敏患者的替代品,以降低其过敏性。总的来说,目前认为大豆蛋白对人体是安全的,而对于具有蛋白过敏体质的人群包括婴儿和儿童具有较轻的致敏性,其致敏性相较于牛乳蛋白要低。  

 

3、大豆蛋白的生理功能

 

3.1降血脂作用

 

近来,人们对大豆蛋白的健康功效给予了相当大的关注,特别是其可以通过降低血液中低密度脂蛋白(LDL)的含量,降低心血管疾病(CVD)的风险。许多动物试验和人体试验均证明,摄入大豆蛋白能够降低血清中胆固醇的含量。Kayukov等对喂食高盐饲料和添加大豆蛋白的高盐饲料的Wistar大鼠的超声心动图变化测量发现,高盐摄入会导致心脏损失,而大豆蛋白则可以抵消这一过程。Mejia等进行了一项对46 项研究的分析,与非大豆蛋白对照组相比,服用剂量为25g/d的大豆蛋白,持续6周,志愿者血液中的LDL胆固醇和总胆固醇水平均显著降低约3%~4%。Sirtori等对1995年以来的33项关于大豆蛋白与胆固醇关系的随机对照试验进行分析,进一步证实了大豆蛋白能有效降低胆固醇水平,效果与胆固醇最初在体内的含量有关。许多研究表明,大豆蛋白中生物活性肽具有降胆固醇的生物活性,这些活性肽主要通过调控LDL 受体(LDLR)和胆汁酸的机制发挥作用。此外, 美国和加拿大等一些国家的大豆蛋白的功能声称也认为,每日摄入 25g 大豆蛋白能够降低 CVD 的风险。

 

3.2提高免疫力功效

 

大豆蛋白对体液免疫功能有显著的提高作用, 对炎症反应有一定抑制作用,大豆蛋白可以抑制脾脏组织中的炎症标志物肿瘤坏死因子鄄a。研究发现,大豆球蛋白可致18日龄断奶仔猪的肠道肥大细胞数量和组胺释放量提高;大豆球蛋白和茁-伴大豆球蛋白日粮降低了埃及胡子鲇鱼、鲤鱼的红细胞数目及血红蛋白含量,提高了小鼠脾细胞上清液IL鄄4、IL鄄5 和IFN鄄酌水平,饲喂豆粕日粮的大西洋比目鱼免疫基因表达发生了变化,仔猪血清的大豆抗原特异性抗体滴度升高,小鼠T鄄AOC和抗氧化酶(SOD、GSH鄄PX、CAT)活性显著下降。刘明美等发现,大豆低丰度蛋白提取物通过增加小鼠血液的白细胞、淋巴细胞、中性粒细胞数目,提高脾脏指数及脾脏IL鄄2、TNF鄄琢基因相对表达量;大豆低丰度蛋白提取物对小鼠抗氧化能力的影响表现为先降低后增强的现象。因为大豆蛋白对体液免疫功能的显著作用,具有提高免疫力保健功能的大豆蛋白粉的市场也越来越大。

 

3.3对益生菌及肠道菌群的影响

 

益生菌是一类当足够量定植于机体肠道或生殖系统内,能改善宿主微生态环境从而发挥其对宿主健康有益功效的活性微生物。利用益生元来调节肠道菌群,也日益受到研究人员的关注。益生元被定义为“一种能够选择性发酵并允许胃肠道菌群组成或活性发生特定的变化,从而有益于宿主健康的物质冶。肠道微生物的主要生长基质来源于饮食,由未被上消化道吸收的食物组成,同时还从不可消化的低聚糖、膳食纤维和到达结肠的未消化蛋白质和内源性来源的物质中获得生长基质。这其中,具有潜在益生元功效的蛋白质越来越受到研究人员的关注。有研究表明,大豆分离蛋白经过中性蛋白酶水解后能够促进益生菌的增殖,1%的添加量可以使保加利亚乳杆菌的增殖速度提高将近一倍。Butteiger等为了比较了大豆蛋白与乳蛋白对仓鼠肠道菌群的影响,分别用含乳蛋白分离物、大豆浓缩蛋白、部分水解大豆分离蛋白和完整的大豆分离蛋白的饲料喂养小鼠,6周后发现,每种大豆蛋白喂养组的肠道微生物多样性都高于乳蛋白喂养组,且双歧杆菌较多。An等研究了大豆蛋白对肠道环境的影响,监控饲喂试验饲料的大鼠盲肠环境的变化,发现大豆蛋白可通过影响肠道益生菌的发酵和腐败化合物的生成从而改善肠道环境。在断奶的猪仔饲料中以30g/(kgBW)和60g/(kgBW)的水平添加酪蛋白或大豆粉后也能促进其肠道益生菌的增 殖,且高水平添加量促进效果更显著,断奶期间充足的饲料摄入促进了有益细菌的增殖,从而有助于改善肠道健康。

 

3.4改善骨质疏松的作用

 

骨质疏松易发生于老年人和绝经后的女性,老年人由于年龄的增长骨质逐渐流失而发生骨质疏松症。女性绝经后的骨质疏松症是一种常见的病症, 其中雌性激素组成的降低会改变骨骼中的矿物组成,从而导致矿化骨组织的损失和结构性衰竭。研究表明,摄入大豆蛋白对骨骼可以起到适度的有益作用。利用卵巢摘除动物作为绝经模型来模拟研究绝经女性摄入大豆蛋白对骨吸收和骨生成的影响。随着大豆蛋白的摄入,不论卵巢激素状态如何, 均改善了雌性大鼠骨的生物力学特性。针对绝经女性进行的人群实验表明,补充大豆蛋白粉比大豆分离蛋白能够更有效地缓解骨质疏松。此外, 大豆异黄酮可通过增加正常体重个体的骨密度,减少超重/肥胖个体的骨吸收,来预防骨质流失。大豆蛋白对绝经女性随高龄化而产生的骨质疏松症起到一定的改善作用和预防作用,但大豆蛋白的摄入可能会伴随其他激素水平上升,相关作用机制仍需要更深入的研究。大豆蛋白在改善骨质疏松症方面的前景广阔,将其与其他物质复合使用是改善骨质疏松症的方法之一。

 

4.大豆蛋白的加工特性

 

4.1凝胶性

 

蛋白凝胶是指蛋白质发生聚集后,聚集体间进一步形成的网络结构。当蛋白质形成聚集体后,通过加热或添加各类凝固剂(如酸类、盐类凝固剂等),会形成大豆蛋白热致凝胶或冷致凝胶,其区别在于蛋白浓度的高低与成胶的方式。在大豆蛋白热致凝胶形成过程中,蛋白浓度高,其变性、聚集和胶凝过程同时发生,加热冷却后便可凝固成胶。当蛋白浓度较低时,加热冷却后只能形成蛋白聚集体或者沉淀,因而需要通过添加其他物质,改变蛋白体系的pH值或离子强度,进而成胶。因为大豆分离蛋白良好的凝胶特性,在食品加工过程中发挥了非常重要的作用。韩丽英通过研究影响大豆分离蛋白凝胶的不同条件,改善了豆腐形成的质地,且发现碱性蛋白酶具有较强的豆浆凝固能力,而且形成的豆浆凝胶结构细腻、无苦味,具有一定的应用价值。此外,大豆分离蛋白也是肉制品加工中常用的植物蛋白,通过添加到猪肉、鱼肉等制品中,在一定条件下提高其硬度、弹性、内聚性和咀嚼性,进而有效地改善肉制品的品质。

 

4.2乳化性

 

大豆球蛋白作为乳化剂主要用于制造水包油型乳浊液。乳化剂在乳浊液生产中的主要作用是吸附在新形成的细小液滴的表面,从而防止它们与邻近的小液滴凝聚而再次形成更大的小液滴,因此在界面处变性球蛋白覆盖小液滴表面。埋藏在球状蛋白核心中的疏水氨基酸暴露并吸附到油滴的表面,亲水氨基酸在水相内,作为防止聚结和絮凝的空间屏障。研究人员也通过尝试不同方法来提高大豆蛋白的乳化性,Jambrak等报道,超声处理可以提高大豆蛋白的乳化和起泡能力。Chove等通过微滤修饰结构后发现,富含7S球蛋白大豆蛋白亚基的组分在溶解度、起泡和乳化性方面有所提高。Wan等通过添加作为天然抗氧化剂的白藜芦醇与甜菊糖苷来提高基于大豆分离蛋白的乳浊液的稳定性。提高大豆分离蛋白乳化性可以更好地将其应用于食品工业的生产和新产品的开发。

 

4.3组织化

 

组织化大豆蛋白是经调理、组织化等工艺制成的具有类似于瘦肉组织结构的富含大豆蛋白质的产品,也被称为“人造肉冶。人造肉的原料可以是低温脱脂豆粕、大豆浓缩蛋白质、大豆分离蛋白等。蛋白质经预处理后, 在高温、高压、强剪切力作用下发生变性,在变性过程中,受定向力的作用,蛋白质分子以一定的取向定向排列,分子内部的高度规则性空间排列发生变化, 最后在组织化机出口处由于温度、压力突变,水分急剧蒸发,产生一定的膨化而形成类似于瘦肉结构的组织化大豆蛋白质[54]。人造肉因为不受环境污染和动物病疫影响,相对更加安全化和营养化[55],目前正成为全球研究和投资热点,商业前景广阔[56]。大豆蛋白作为人造肉的植物原料,在营养价值上可与动物蛋白接近或等同,再加上大豆蛋白低廉的价格,使得其被应用于大多数人造肉的生产中。目前,人造肉主要需要解决的是大豆蛋白含有的豆腥味,以及怎样利用天然植物源的原料来改善人造肉的味道的问题。现阶段国内的人造肉与真肉仍有一定的差距,主要表现在肉色较深、无光泽感且咀嚼肉质感差、植物豆腥味重,软骨等口感方面。

 

5、对未来的展望

 

人们对大豆分离蛋白的组成已经有了深入的了解,然而大豆球蛋白和茁-伴大豆球蛋白的晶体还没有获得,这使人们很难清楚地了解其结构与加工特性之间的关系;去除抗营养因子后的大豆分离蛋白是食用安全性较高的蛋白质,对于牛乳蛋白过敏的婴儿具有较低致敏性,可作为牛乳基婴儿配方奶粉的替代品。大豆肽作为大豆蛋白产业的延伸产品, 具有分子量比较小,能快速被人体吸收的特点。随着我国逐步进入老龄化社会,大豆肽产品必将成为消化吸收能力低的老年人群的主要蛋白质营养的供应源,同时在防止老年人的肌肉萎缩,提高老年人生活自理能力方面也会有非常好的表现和很大的发展前景。新的大豆蛋白生产工艺的推广和应用,减少了废水排放,减少了环境负担,因而更加符合我国食品工业发展的政策和方向。大豆分离蛋白的适口性和加工适应性等品质的大幅度提升,还可以提高植物来源的大豆蛋白的应用领域和范围,减少我国对动物蛋白质的依赖程度。目前,特殊医学用途配方食 品、植物蛋白饮料、植物肉等产业都对大豆蛋白的口味和品质要求比较高,随着豆腥味小、色泽白、加工特性好的大豆蛋白的应用和推广,上述产业特别是植物肉的市场方向将迎来一个快速发展的契机。植物肉被消费者的接受以及市场的扩大也会带动整个大豆蛋白产业的巨大发展,促进大豆产业链的延伸, 给植物蛋白产业带来更加广阔的前景和发展空间。大豆蛋白具有优良的加工特性,且成本低、营养价值高,然而我国大豆深加工技术和能力还有待进一步提高,深加工产品的科技附加值还需要不断提 升;大豆蛋白生产企业对环境保护的意识需要增强, 产品的品种还需要增加。在食品产业中,大豆蛋白 的应用适口性和加工适应性和动物蛋白相比还存在缺陷和不足,大豆及大豆蛋白制品的产业链还需要进一步延伸。当前,大豆产品深加工技术领域的科学研究、技术提升、产品开发和整体装备等方面仍是今后行业需要关注的重点。

 

 

 

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