（食品科学专业论文）定位限制性酶解对大豆分离蛋白表面性质及结构特性的影响.pdf

中文摘要 皇詈! 量皇曼皇詈鼍鲁一 n 一一一i i 鼍鼍詈皇詈皇鼍! 曼! 皇詈曼量皇皇曼皇! 皇量曼詈! 量曼詈暑置暑宣 摘要 大豆分离蛋白( s p i ) 本身具有一定的表面性质( 乳化性、起泡性) ，但不是很理想，利用 酶法修饰可以提高s p i 的表面性质。由于不同蛋白酶对s p i 作用位点不同和水解程度的不同， 蛋白酶作用后s p i 的表面性质也有所不同。而s p i 所有表面性质的变化归根结底是由s p i 的 结构发生了变化而产生的。所以从分子角度来了解s p i 酶解前后结构特性的变化及其与表面 性质间的关系是十分重要的。课题选取作用位点分别为碱性氨基酸的胰蛋白酶、亲水氨基酸 的木瓜蛋白酶、底物广泛的米曲霉蛋白酶和疏水氨基酸的枯草杆菌中性蛋白酶修饰s p i ，测 定s p i 经蛋白酶修饰后随水解度的增加，表面性质、结构性质的变化情况，从而探讨s p i 结 构特性与表面性质间的关系。 首先根据单一蛋白酶作用位点和水解程度不同导致s p i 水解物表面性质存在差异，研究 不同蛋白酶修饰s p i ，随水解度的增加表面性质变化情况。试验结果表明：对于乳化性来说， 胰蛋白酶修饰s p i 乳化活性较水解前有所提高，在d h 为3 时提高幅度最大，提高了5 2 6 ， 枯草杆菌中性蛋白酶修饰的s p i 乳化活性随水解度增加先增大后减小，在d h 为5 时有最大 值，较原料提高了1 4 2 7 ，而木瓜蛋白酶和米曲霉蛋白酶修饰的s p i 乳化活性较原料没有提 高。4 种酶修饰s p i 后得到的乳化稳定性都是降低的。 4 种酶修饰s p i 起泡性比原料都有不同程度的提高，其中胰蛋白酶修饰s p i 随水解度的增 加起泡能力提高，最大提高幅度为2 2 0 3 9 6 ，木瓜蛋白酶在d h 为3 时提高最大，较原料提高 了2 5 ，米曲霉蛋白酶修饰s p i 起泡力提高得最少，最大提高幅度仅为1 3 5 6 ，枯草杆菌中性 蛋白酶作用s p i 的起泡性在d h - 8 时最高，较水解前增加1 4 5 2 9 6 ，泡沫稳定性除胰蛋白酶 修饰的s p i 随水解度增加而提高外，其他三种酶修饰的s p i 的泡沫稳定性均随水解度的增加而 明显下降。 不同蛋白酶修饰s p i 具有上述不同的表面性质主要与蛋白质在界面处吸附特性有关。界 面张力的降低程度反映蛋白质的表面吸附能力，对4 种蛋白酶水解前后的水解液表面张力进 行随时间延长测定。结果为：4 种酶修饰s p i 在不同水解度时表面张力下降的幅度不同。原 料表面张力在1 8 0 m i n 内降低幅度为7 9 0 ，木瓜蛋白酶修饰s p i 在d h 为9 表面张力降低 的幅度比原料的小，其他三种酶在各水解度时表面张力下降的幅度均比原料大，其中以枯草杆 菌中性蛋白酶在d h 为9 5 和胰蛋白酶在d h 为5 时表面张力下降的幅度最大，因此产生 很好的起泡性。4 种蛋白酶修饰s p i 乳化体系界面的蛋白吸附量顺序为是胰蛋白酶 木瓜蛋 白酶 枯草杆菌中性蛋白酶 米曲霉蛋白酶，而且胰蛋白酶修饰s p i 的乳化活性也较其他蛋 白酶高，说明界面蛋白吸附量与乳化活性间存在着一定的关系。蛋白质膜的黏度与蛋白质乳 化和起泡的稳定性有密切的关系。胰蛋白酶修饰的s p i 水解液的黏度与乳化体系的粘结性较 原料有较大提高，而其他三种蛋白酶修饰的s p i 的水解液的黏度与乳化体系的粘结性都随水 解度的增加而降低。这些黏度和粘结性上的差异表现出来的是胰蛋白酶修饰s p i 的泡沫稳定 性和乳化稳定性有所提高，其他三种酶修饰后的s p i 的泡沫稳定性和乳化稳定性明显降低。 影响蛋白质的表面性质除了上述的吸附特性外还有与蛋白质结构有关的一些结构特性。 通过对4 种蛋白酶修饰s p i 结构特性的变化的研究得到如下结论： 东北农业大学工学硕士学位论文 表面疏水性能够反映出蛋白质疏水基团暴露以及连续疏水区域的形成情况。对4 种蛋白 酶修饰s p i 前后的表面疏水性进行测定，结果为：胰蛋白酶修饰s p i 比原料表面疏水性提高， 而木瓜蛋白酶、米曲霉蛋白酶和枯草杆菌中性蛋白酶修饰后s p i 表面疏水性随着水解度的增 加而不断下降，这些影响s p i 的乳化活性。 对4 种蛋白酶修饰的不同水解度时的水解液的z e t a 电位进行测定，结果显示：蛋白酶修 饰s p i 后z e t a 电位均较水解前低，但下降的程度不同。胰蛋白酶修饰后s p i 的z e t a 电位降低， 而泡沫稳定性提高，二者变化规律呈负相关，而木瓜蛋白酶、米曲霉蛋白酶和枯草杆菌中性 蛋白酶水解后z e t a 电位较水解前低，且变化趋势与水解液泡沫稳定性变化规律呈正相关。这 种差异可能是来自不同的蛋白酶修饰s p i 结构发生不同的变化，结合s p i 吸附特性与表面性 质间关系说明酶修饰后如果能够带来s p i 适于界面吸附的的结构，那么z e t a 电位的适度减少 会有利于产生稳定的泡沫。 蛋白质经酶修饰后由于肽键断裂使得分子变小，研究4 种蛋白酶修饰前后s p i 粒度的变 化，得到以下结论，酶修饰后( d h = 5 ) s p i 粒度较原料明显降低，不同蛋白酶修饰s p i 的 粒度减小程度不同，在d h 为5 粒度由大n d , 分别为胰蛋白酶 木瓜蛋白酶 米曲霉蛋白 酶 枯草杆菌中性蛋白酶。酶修饰后枯草杆菌中性蛋白酶修饰的s p i 粒度最小，说明此时它 的分子最小，而且枯草杆菌中性蛋白酶修饰s p i 在界面处的吸附量较高，这些可能是它在d h 为5 时具有较好的乳化活性但稳定性较差的原因。 此外，从胰蛋白酶修饰s p i 的差示量热仪( d s c ) 研究的热特性结果可以看出，蛋白质 的变性热焓随水解度的增加而增加。说明s p i 水解后蛋白质的结构更松散无序，这种结构特 性有利于界面吸附，产生好的表面性质。 在单一酶修饰后s p i 结构和表面性质变化的基础上，选取胰蛋白酶和木瓜蛋白酶进行复 配，并测定复配酶修饰前后s p i 的表面性质及结构特性，继续探讨复配酶修饰s p i 结构特性 与表面性质间关系。试验结果显示：当酶的添加量为胰蛋白酶：木瓜蛋白酶= 2 ：1 时，具有 较单一蛋白酶修饰优的表面性质。而且蛋白酶在此比例下复配修饰s p i 随着水解度的增加， 表面疏水性、水解液的黏度、乳化体系的粘结性都比胰蛋白酶单独修饰时略小，而比木瓜蛋 白酶修饰s p i 时明显增加，复配酶修饰后的s p i 的粒度在d h 为5 时比胰蛋白酶和木瓜蛋白 酶大，在界面处的蛋白吸附量也高于单一酶修饰s p i 。这些结果都进一步说明：s p i 较高的 表面疏水性、黏度以及助于蛋白质在界面吸附的松散无序的结构有利于s p i 产生好的表面性 质。 关键词：大豆分离蛋白；酶修饰；表面性质；结构特性 a b s t r a c t =, i i i 。! 喜量詈皇詈詈曼! 曼曼! ! ! ! ! ! ! 曼皇詈詈皇皇皇皇皇皇鲁詈詈暑皇! ! ! ! 皇曼 s u r f a c ep r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c so fs o y b e a np r o t e i ni s o l a t ew i t h l i m i t e dh y d r o l y s i s a b s t r a c t s o y b e a np r o t e i ni s o l a t eh a ss o m es u r f a c ep r o p e r t i e s ( e m u l s i f y i n g ，f o a m i n g ) ，b u tn o ta v a i l a b l e p r o t e o l y t i c m o d i f i c a t i o nw e r eu s e dt o i m p r o v es u r f a c ep r o p e r t i e s a s d i f f e r e n tp r o t e a s ei s s p e c i f i c i t yf o r d i f f e r e n tp e p f i d eb o n d s ，t h ei m p r o v e m e n to fs u r f a c ep r o p e r t i e si sd i f f e r e n t t h e c h a n g e so fs u r f a c ep r o p e r t i e sa r em e n f l yb e c a u s eo fi n t r i n s i cs t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o t e i n s o i ti sv e r yi m p o r t a n tt ok n o wt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds u r f a c ep r o p e r t i e s n i ss u b j e c tc h o o s ef o u rp r o t e a s e sw h i c hw e r es p e c i a lf o rp e p t i d eb o n d st ol i m i t e dh y d r o l y z es p i a n dd e t e r m i n a t i o nt h es u r f a c ep r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s w i t ht h ei n c r e a s i n go f h y d r o l y s i sd e g r e et h e n d i s c u s st h er e l t i o n s h i p sb e t w e e nt h es u r f a c ep r o p e r t i e sa n ds t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s f i r s t l yt h i ss u b j e c td i s c u s s e dt h ed i f f e r e n ts u r f a c ep r o p e r t i e so fd i f f e r e n tp r o t e a s e sh y d r o l y s i s w i t hi n c r e a s i n gh y d r o l y s i sd e g r e ea c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n tp e p t i d eb o n d so fp r o t e a s e s t h e e x p e r i m e n ts h o w e dt h a tt h ee m u l s i f y i n ga c t i v i t yo fs p it h a tl i m i t e dh y d r o l y s i sb yt r y p s i nw a s h i g h e rt h a nn a t i v es p i ，t h e r ew a sh i g h e s ta td h = 3 ，i n c r e a s e d5 2 6 t h ee m u l s i f y i n ga c t i v i t yo f s p ih y d r o l y z e dw i t hs u b t i l i si n c r e a s e dt h e nd e c r e a s e dw i t ht h eh y d r o l y s i sd e g r e ei n c r e a s i n g ，a n d e m u l s i f y i n ga c t i v i t ya td h = 5 w a s1 4 2 7 h i g h e rt h a no t h e rd e g r e e s t h ee m u l s i f y i n ga c t i v i t yo f s p ih y d r o l y z e db yp a p a i na n da s p e r g i l l u so r y z a ep r o t e i n a s eh a dn oi n c r e a s e d e m u l s i o ns t a b i l i t y m o d i f i c a t i o nb ya l lf o u rp r o t e a s e sw e r er e d u c e d f o a ms t a b i l i t yo fs p ih y d r o l y z e db yf o u rp r o t e a s e sw a sh i g h e rt h a nt a ws p i ，f o a ms t a b l i l i t y i n c r e a s e dw i t hd e g r e ea n dt h el a r g e s ti n c r e a s e st o2 2 0 3 ，t h e r ew a sm a xa td h = 3 o fs p i h y d r o l y z e db yp a p a i n , w h i c hw a s2 5 h i g h e rt h a nr a ws p i f o a m i n go fs p im o d i f i e db y a s p e r g i u u so r y z a ei n c r e a s e di nt h em i n i m u ma n dm a x i m u mr a t eo fi n c r e a s ew a so n l y1 3 5 6 s p i h y d r o l y z e db yb a c i l l u ss u b t i l i si nt h ef o a m i n go ft h ed h = 8 h a dh i g h e s ti n c r e a s et h a tw a s1 4 5 2 f o a ms t a b i l i t yi na d d i t i o nt ot h et r y p s i nw i t ha l li n c r e a s ew i t hh y d r o l y s i si n c r e a s e ，o t h e rp r o t e a s e s m o d i f i e ds p ih a ds i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e dw i t ht h eh y d r o l y s i si n c r e a s e d s p ih y d r y l z e db yd i f f e r e n tp r o t e a s e sh a dd i f f e r e n ts u r f a c ep r o p e r t i e s ，w h i c hc o n n e c tw i t h a d s o r p t i o np r o p e r t i e s n er a p i da d s o r p t i o no fp r o t e i ni sn e c e s s a r yt o f a c i l i t a t et h i sr e d u c t i o ni n ， s u r f a c et e n s i o n ，t h i ss u b j e c tt e s t e dt h es u r f a c et e n s i o ni n3h o u r s t h er e s u l tw a s s u r f a c et e n s i o no f s p ii nd i f f e r e n th y d r o l y s i sd e g r e et h er a t eo fd e c l i n ei nd i f f e r e n t t h el o w e rr a t eo fr a ws p iw a s 7 9 0 ，s u r f a c et e n s i o no fs p lw h i c hh y d r o l y z c dw i t hp a p a i na td h = 9 w a s l o w e s tt h a ti s1 1 1 8 ， 1 i 东北农业大学工学硕士学位论文 s p ih y d r o l y z e db yo t h e rt h r e ep r o t e a s e sh a dh i g h e rs u r f a c e t e n s i o nr a t e ，t h eb i g g e s ti sd h = 9 。5 b y s u b t i l i sa n dd h = 5 b ya s p e r g i l h so r y z a e ，t h u st h e yh a db e t t e rs u r f a c ep r o p e r t i e s t h eo r d e ro f p r o t e i na d s o r p t i o na t i n t e r f a c eh y d r o l y z e db yf o u rp r o t e a s e sw a st r y p s i n p a p a i n s u b t f l i s a s p e r g i l h so r y z a e ，a n da l s ot h ee m u l f y i n ga c t i v i t yb yt r y p s i nw a sh i g h e rt h a no t h e r s t h a ti n d i c a t e d t h a tt h e r ew a sc e r t a i nr e l a t i o n s h i pb e t w e e ne m u l s i o na n dp r o t e i na d s o r p t i o n t h e r ew e r es o m e r e l a t i v e sb e t w e e n nt h ev i s c o s i t yo fp r o t e i na n de m u l s i o n i n go rf o a m i n gs t a b i l i t y l i m i t e dh y d r o l y s i s o fs p lw i t ht r y p s i ni n c r e a s e dt h ev i s c o s i t yo t h e r sd e c r e a s e da c c o r d i n gt h ed e g r e ei n c r e a s i n g t h e v i s c o s i t yc h a n g e ss h o wd i f f e r e n ti nt h es u r f a c ep r o p e r t i e so fi t sp r o t e i n t h es u r f a c ep r o p e r t i e sa l s oh a dr e l a t i o n s h i pw i t hs t r u c t u r ec h a r a c t e d s t i c so fs p i a c c o r d i n gt o s t u d y i n gt h ec h a n g eo fs t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fs p lw h i c hh y d r o l y z e db yf o u rp r o t e a s e sg e t f o l l o w i n gc o n c l u s i o n ： t h es u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yc a nr e f l e c tt h eh y d r o p h o b i cg r o u pa n dp a t c h e s t h es u b j e c td i s c u s s t h es u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yo fh y d r o l y z e ds p lw i t hf o u rp r o t e a s e s t h er e c o r ds h o w e dt h a tt h e s u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yi n c r e a s e dw i t ht r y p s i n ，s u r f a c eh y d r o p h o b i c i t yo fs p lw h i c hh y d r o l y z e d w i t hp a p a i n 、a s p e r g i l l u so r y z a e 、s u b t i l i sd e c r e a s e dw i t ht h ed e g r e ei n c r e a s i n g t h a ta f f e c t e dt h e e m u l s i o np r o p e r t i e so fs p i t h e nd e t e r m i n e dt h ez e t a p o t e n t i a l ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：z e t a - p o t e n t i a ld e c r e a s e da f t e r h y d r o l y s i sw i t hp a p a i n 、a s p e r g i l l u so r y z a ep r o t e i n a s ea n ds u b t i l i s ，b u tt h ed e g r e ew a sd i f f e r e n t a n d i ti st h es a l n e 鹤t h ec h a n g eo ff o a m i n g b u tf o rs p ih y d r o l y z e db yt r y p s i n t h a tm a yb ef r o mt h e c h a n g eo fp r o t e i ns t r u c t u r e ，i ft h es t r u c t u r eb e c o m em o r ef i t t oa d s o r p t i o nt h a tw o u l dr e d u c es t a b l e f o a mw i t ht h ez e t a p o t e n t i a lr e d u c i n gp r o p e r l y t h es u b j e c ta l s od e t e r m i n e dt h es i z eo fh y d r o l y z e d s p i ，t h es i z ew e r ed i f f e r e n to f s p lw h i c hh y d r o l y z e db yd i f f e r e n tp r o t e a s e s f r o mh i g ht ol o ww e r e ： t r y p s i n ，p a p a i n ，a s p e r g i l h so r y z a ep r o t e a s e ，b a c i l l u ss u b t f l i sn e u t r a lp r o t e a s e t h es m a l l e s tw a ss p i h y d r o l y z e db ys u b t f l i s ，a n dw h i c hh a dh i g h e rp r o t e i na d s o r p t i o n ，w o u l db et h er e a s o nw h yt h es p i h a db e t t e re m u l s i o nb u tw o r s es t a b i l i t y f u r t h e r m o r et h ed s cc a l v e so fs p ih y d r o l y z e dw i t ht r y p s i ns h o w e dt h a tt h es t r u c t u r eb e c o m e m o r el o o s ea n dd i s o r d e r , w h i c hm a yh e l pi n t e r f a c ea d s o r p t i o n t h er e s u l to fs p ia d s o r p t i o na t e m u l s i o na l s os h o wt h a ts p lw h i c hh a dl o o pa n dd i s o r d e rs t r u c t u r ea l w a y ss h o wg o o ds u r f a c e a c t i v e p r o p e r t i e s o nt h eb a s i so fd i f f e r e n ts u r f a c ep r o p e r t i e sa n ds l r u c t u r cc h a r a c t e r i s t i c so fs p lw h i c h h y d r o l y z e dw i t hs i n g l ep r o e t a s e s ，t h es u b j e c ts e l e c t e dt r y p s i na n dp a p a i nt om u l t i p l eh y d r o l y s i st o c o n t i n u et oe x p l o r em u l t i p l eh y d r o l y s i so ft h es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c so fs p ia n dt h ei m p a c to f s u r f a c ep r o p e r t i e s t h er e s u l ts h o w e dt h a tm u l t i p l ep r o t e o l y s i s ( t r y p s i n ：p a p a i n = 2 ：1 ) l e dt ob e t t e r s u r f a c e p r o p e r t i e s t h a nt h a to f s i n g l eh y d r o l y s i s ，t h e s u r f a c eh y d r o p h o b i c i t y ，v i s c o s i t y ， c o h e s i v e n e s so fe m u l s i o nw e r el o w e rt h a nh y d r o l y z e db yt r y p s i n ，b u th i g h e rt h a np a p a i n t h es i z e o fs p ih y d r o l y z e db ym u l t i p l eh y d r o l y s i sw a sb i g g e rt h a nh y d r o l y z e dw i t hs i n g l ep r o e t a s e s ，t h e p r o t e i na d s o r p t i o ni n t h ei n t e r f a c ea l s oh i g h e rt h a ns i n g l eh y d r o l y s i s t h e s er e s u l t sf u r t h e r i n f o r m a t i o nt h a ts p lw h i c ho w n e dh 2 i g hs u r f a c eh y d r o p h o b i c i t y ，v i s c o s i t y ，h e l pt h ep r o t e i n i v a b s t r a c t a d s o r p t i o na n df o r ml o o s ea n dd i s o r d e rs t m c 眦t op r o d u c eg o o ds u r f a c ep r o p e r t i e s k e yw o r d ss o yp r o t e i ni s o l a t e ；l i m i t e dh y d r o l y s i s ；s u r f a c e - a c t i v ep r o p e r t i e s ；s t m c t i l r a l c h a r a c t e r i s t i e s v c a n d i d a t e ：g a oy u z h e s p e c i a l i t y ：f o o ds c i e n c e s u p e r v i s o r ：v i c e - p r o f x uh o n g h u a 研究生独创声明和使用授权书 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取待的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 洼! 如递直基丝盂要挂别应明煎! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 南青趣 i ii i - 2 料年乡月2 - 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。 本人授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解 密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 南商趣 日期：加2 年丹五日 导师 签名：强亍 日期：历彩年，月，龃 引言 1 引言 蛋白质是组成人体重要成分之一。它具有催化作用，调节生理机能，肌肉收缩，免疫调 节的作用。大豆最早起源于我国，古称“菽”。在过去，人们仅把它作为榨油的原料，随着人 们研究的深入，人们发现大豆中含有丰富的营养成分和生物活性物质。( 王凤翼，2 0 0 4 ) 大豆 蛋白质因其不含胆固醇而含有植物固醇，能起到降低血液胆固醇的作用而逐渐受到人们的青 睐，此外，大豆蛋白质属于两亲物质，而因此具有一些功能性质，添加到食品中有利于食品 在加工过程中各种理化性质的发挥。因此，大豆蛋白质作为一种食品添加剂的功能性质越来 越受到人们的关注。 天然的大豆蛋白质本身具有一定的功能性质，但它们由于受固有结构的限制，它们所表 现出来的功能性质不是很理想，利用蛋白酶对蛋白质进行限制性水解得到的蛋白质比起天然 蛋白质更易消化和具有较好起泡和乳化等功能性质，且这些功能性质随水解度的增加而明显 提高。而这些功能性质的变化归根结底是由于蛋白质在水解前后分子结构发生了变化，因此 无论在生产上或是在理论研究中，从分子水平这个角度来理解蛋白质结构与功能性质之间的 关系具有极其重要的意义。 1 1 大豆蛋白质概述 1 1 1 大豆蛋白质的主要成分 大豆种子蛋白质，除了有少部分生理活性的蛋白之外，主要是贮存于子叶亚细胞结构蛋 白体中的蛋白。应用超速离心分离方法对大豆蛋白质进行分离，按照沉降模式，在0 5 离子强 度的介质溶液中，可分为2 s ，7 s ，l l s 和1 5 s ( s 是蛋白质超速离心机组份分离时的单位， 1 s = 1 1 0 1 3 秒) 4 个主要的组份，它们的比例成分为9 4 ，4 3 ，4 3 6 和4 6 。 表1 - 1 大豆中的主要蛋白质成分 t a b 1 - 1m a i ni n g r e d i e n to fs o yp r o t e i n 除了2 s 和1 5 s 两个含量少的组份之外，主要的组份就是7 s 和1 1 s ，两者合在一起占球蛋 东北农业大学工学硕士学位论文 自的7 0 ，两者的比例随品种而异。大豆中的主要蛋白质成分如表1 - 1 ( t g 翼，钱方等，2 0 0 4 ) 所示。 1 1 2 大豆蛋白质氨基酸组成 大豆蛋白质中，用于食品的大豆球蛋白及各种蛋白质的氨基酸组成如表1 - 2 ( 钱方等，2 0 0 4 ) 所示。在其主要成分1 1 s 及7 s 的氨基酸含量中，最多的为谷氨酸和天门冬氨酸，两者共为4 5 左右，前者较多。其酸性氨基酸约一半为酰胺态。1 1 s 与7 s 相比，必需氨基中的色氨酸、蛋氨 酸、半胱氨酸的含量，1 1 s 则多达5 6 倍，赖氨酸则7 s 较多，含硫氨基酸较少，因此7 s 为大豆 蛋白质最具特征的代表，丫_ 浓缩球蛋白比b 一浓缩球蛋白酸性氨基酸较少，另外2 8 s 球蛋白含 酸性氨基酸量很少。 表1 - 2 大豆球蛋白成分蛋白质氨基酸组成 t a b 1 - 2m a i nc o m p s i t a i no fs o yg l u t o n 2 引言 1 1 3 大豆分离蛋白简介 大豆分离蛋白的蛋白质含量高达8 5 - 9 0 ，还含有丰富的赖氨酸、亮氨酸、苏氨酸和 色氨酸等八种人体必需的氨基酸。其外观为无色或浅黄色无味粉状固体，与其它食品混用时， 既不影响原有食品的风味和色泽，更可显著改善和提高食品的营养价值，是一种应用广泛的 高功能植物蛋白食品原辅料( p e t m c c e l ，1 9 9 4 ) 。大豆分离蛋白是以低温脱脂豆粕为原料，利 用蛋白质在等电点的聚集、沉淀的原理，经水溶解、渣分离、酸沉淀、碱中和、高温改性和 喷雾干燥等工序制作而成。目前国内外大豆蛋白的分离工艺处于现代高新技术与传统分离技 术共同发展的局面，膜分离技术、生物酶工程技术也开始用于大豆蛋白分离。国外早在2 0 世纪初就开始从大豆中分离提取蛋白，目前世界上已有近百个国家广泛应用推广大豆蛋白制 品，已开发出以大豆为原料的系列蛋白食品数千种。由于大豆蛋白具有优良的功能特性，在 食品加工业的面制品、肉制品、乳制品和饮料中的应用前景十分广阔。例如利用大豆分离蛋 白制成的大豆蛋白奶、咖啡豆奶、豆奶酪、果汁豆奶等蛋白饮料，不仅具有较高的营养价值， 而且品质优良、味道鲜美，深受广大消费者的欢迎。同时，这种近乎纯化的蛋白制品作为食 品添加剂，还可起到氨基酸互补的作用，是一种极具市场潜力的功能性保健食品( 王尔惠， 1 9 9 9 ) 。因此，针对我国的特殊国情，大力开发生产和推广大豆蛋白具有重要的社会意义和显 著的经济效益。 1 1 4 大豆蛋白的营养保健功能 大豆中蛋白质含量很高，蛋白质含量约为4 0 ，a k g 大豆的蛋白质含量相当于2 3 k g 猪 瘦肉，2 k g 牛瘦肉的含量。人们将大豆誉为“植物肉”。蛋白质是由氨基酸组成的，大豆蛋白 质的氨基酸组成还是很完全的。其中赖氨酸含量较多，蛋氨酸和半胱氨酸含量较少。弥补了 谷类食物中赖氨酸含量不足的缺陷。 目前，大豆蛋白食品的发展已呈现出席卷全球之势，大豆蛋白食品将是2 1 世纪最受欢迎 的食品。这主要是由于人们认识到大豆中有许多成分具有保健功能，能够防止诸多“富贵病” 的发生( 李晓东，2 0 0 6 ) 。有关大豆的营养学研究已经明确，大豆不含胆固醇，并且大豆蛋白 质具有降低胆固醇，减少心血管疾病发生的功效( s t e i n ，m o o ) 。大豆蛋白质经适度水解后制得 的大豆肽具有促进营养吸收和降血压作用。大豆蛋白食品之所以风靡全球，其主要原因不仅 在于是对优质蛋白质摄入量不足的补充，而且更重要的是大豆蛋白食品具有多种生理调节功 能( s u g a n o ，1 9 9 0 ) 。正因为如此，1 9 9 9 年1 0 月，美国食品与医药管理局( f d a ) 批准了大豆 蛋白质的健康认证，允许在含有大豆蛋白的食品上明确标明大豆蛋白质具有保健功能，a p ： “每天在低饱和脂肪酸，低胆固醇的饮食中，含有2 5 9 大豆蛋白可减少患心脏病的危险”。 1 1 5 大豆蛋白的加工和应用 大豆蛋白质因其具有各种功能性质，使其在食品加工，贮存过程中能发挥特殊的作用， 赋予食品良好的物理性状，给食品的组织状态和感官性状带来良好的影响。表1 - 3 列出了不 同种类大豆蛋白产品在食品中的应用情况( k i n s e l l a ，1 9 8 5 ) 。 3 东北农业大学工学硕士学位论文 蛋白质经改性后性能优化，实用性更广泛在美国己应用于鱼制品、肉制品、面制品、 冷食制品、糖制品和饮料等制品中。而目前我国国产的大豆分离蛋白质量不尽如人意，在工 业上的应用还仅限于肉制品方面。 表1 3 各种蛋白制品的功能特性及加工应用情况 t a b 1 - 3f u n c t i o n a l i t i e sa n da p p l i c a t i o n so fp r o t e i n 1 1 6 大豆蛋白的发展趋势 经过漫长的历史变迁，大豆蛋白食品不仅成为东方国家和地区的传统食品，而且不同于 传统食品的新大豆蛋白食品的研究、开发、利用正在全球范围内悄然兴起。这里所说的新大 豆蛋白食品主要是指脱脂大豆为原料的大豆蛋白制品以及近年来研究开发出来的全脂大豆制 品。 目前世界上对于新大豆蛋白食品研究开发和生产消费处于领先地位的是美国和日本。 早在2 0 世纪5 0 年代初，美国就以高等院校、科研机构、生产厂商等三位一体的形式建 立了研究、推广、应用大豆蛋白的完整体系( 李里特，2 0 0 3 ) 。其产品主要是大豆粉、大豆浓 缩蛋白、大豆分离蛋白和大豆组织蛋白。这些产品不仅大量用于外销，而且在其国内已普遍 用于各种食品生产，如香肠、火腿、肉馅、咖啡伴侣、面包、糕点等。美国大豆蛋白制品基 本品种仅5 - - 6 种，但通过功能性和配方调整派生出来的产品却达5 0 - - 一6 0 种。2 0 世纪8 0 年 代以来，美国在大豆蛋白加工方面又取得了一些新的进展，其中较重要的有： ( 1 ) 用挤压膨化方法制造大豆蛋白肉，采用两次挤压法改进大豆蛋白肉的组织结构。 ( 2 ) 应用超滤技术分离浓缩大豆中的低聚糖类、矿物质和蛋白质。 ( 3 ) 通过三项分离技术将大豆中的蛋白质、脂肪和其他成分一次分开，并分别加以纯 化。 ( 4 ) 利用超i 临界二氧化碳萃取技术提取大豆中的脂肪，不仅提取率高，无溶剂残留， 而且蛋白质未变性，因而有较好的功能特性。 4 引言 s n i i, = 目前，美国的许多企业已意识到了全球农业生产和大豆产业正在进行的变革，也在积极 地利用大豆和大豆蛋白制品设计开发新的食品品种，开发和改良中等规模的大豆加工技术， 并在全球范围推广。 日本是一个传统的有食用大豆食品习惯的国家，在过去几十年里，对大豆的营养、加工 特性、传统食品加工的理论和技术进行了深入的研究，并且走在世界的前列。在新大豆蛋白 食品的研究开发上日本仅次于美国。1 9 6 4 年世界食品技术协会在日本召开了油脂蛋白食品国 际会议。不久，日本便通过引进技术生产大豆分离蛋白。1 9 7 0 年，组织化大豆蛋白进入日本， 继而又开发出了大豆浓缩蛋白加工工艺。1 9 7 5 年日本农林水产省组织成立了“日本蛋白食品 协会”，正式开展了大豆蛋白的研究和生产，并制订了大豆蛋白的国家标准，提倡在食品工业 中使用大豆蛋白。据不完全统计，目前在日本的食品加工厂中，已有印7 0 厂家不同程 度地利用了大豆蛋白，其应用范围主要为面包、面条、糕点、水产炼制品、肉制品等。有资 料称，日本每年消费大豆约5 0 0 万吨，并且9 7 依赖进口。其中传统大豆食品生产消费大豆 约8 5 万吨，占大豆消费总量的1 7 ，用于大豆蛋白制品生产的为4 0 万吨，占1 0 1 2 。 为了满足消费者对大豆食品的营养、保健、适口等要求，、在原料上育成了与加工相适应的大 豆品种，如适于加工豆腐的高l l s 含量品种，适于a n ：i ：煮豆的大粒大豆，适于加工纳豆的小 粒大豆以及用于青毛豆加工的绿一大豆等、同时为了扩大大豆的应用范围，研究开发了许多 具有保健功能的大豆制品，如大豆肽、大豆胚芽等。 我国的大豆产业化刚刚起步，市场竞争力还比较弱，生产大豆蛋白的企业较有规模的有 几百家，但技术装备先进、自动化程度较高的也不是很多( 王尔惠，1 9 9 9 ) 。 目前，大豆蛋白食品的发展已呈现出席卷全球之势，大豆蛋白食品将是2 1 世纪最受欢 迎的食