[科普中国]-大豆乳清蛋白

大豆乳清蛋白(whey soy protein,WSP)是水抽大豆蛋白质过程中，将酸调至等电点pH415~418时的酸溶蛋白，主要是大豆蛋白中的2S组分，分为乳球蛋白、乳白蛋白、血清白蛋白、免疫球蛋白、蛋白酶-胨、另外还含有B-淀粉酶、凝血素、磷酸酶植酸等很多生理活性物质、胰蛋白酶抑制剂、细胞色素C等。

各营养成分的生理功能胰蛋白酶抑制剂胰蛋白酶抑制剂(soybean trypsin inhibitor,STI)是大豆乳清蛋白中的主要成分,能调节大豆蛋白质的合成和分解。大豆中分离出的STI主要有: Kunitz抑制剂(简称KTI)和Rowman-Birk抑制剂(简称BBI ),二者在大豆中的平均含量分别为114%和016%。一般来说,胰蛋白酶抑制剂被认为是大豆中的抗营养因子,它可以抑制胰蛋白酶和糜蛋白酶活性,降低蛋白质的消化和吸收利用,同时它还可作用于胰腺本身,造成机能亢进,胰腺分泌过多,引起必需氨基酸(特别是含硫氨基酸)的内源性损失,还可造成胰腺肥大或增生。1

低浓度的胰蛋白酶抑制剂,主要是BBI,具有降低多种癌症发病率的作用。低浓度的胰蛋白酶抑制剂是广谱抗致癌因子,能预防结肠癌、肝癌、口腔癌、肺癌等多种癌症的发生,还有降低胆固醇水平的作用;能增强胰脏生长和增加胰消化酶的活性,且对动物内皮细胞生长因子具有活化作用;能控制肾小球肾炎或肾盂肾炎的一些炎症发展过程。此外,微量胰蛋白酶抑制剂对于糖尿病治疗,调节胰岛素失调有一定效果。医药上提取胰蛋白酶抑制剂(抑肽酶)治疗急性胰腺炎。

大豆血球凝集素大豆血球凝集素(soybean agglutinin, SBA)SBA被认为是大豆的抗营养因子之一,主要是因为凝集素能与细胞粘膜的刷状缘相互作用导致细胞内吞,进而干扰消化和吸收过程,由于肠壁破坏会使粘膜上皮的通透性增加,这样SBA和其它一些肽类便可被人体吸收,从而对一些器官和机体的免疫系统产生影响。SBA容易被胃蛋白酶钝化,因此它们通过胃很难幸存下来,即使未消化的血球凝集素,由于它的分子量很高,不可能在大肠中被吸收并与红血球接触。SBA的生理活性表现于以下几个方面:凝集红血球的活性(抗A型)、血小板的凝集活性、淋巴球的活性化、愈创组织的活性化和肿瘤细胞的凝集等,其中,关于淋巴球的活性功能正在受到重视,人们把大豆凝血素作为增强机体防御功能的物质加强了研究。

大豆乳清蛋白中的其它成分WSP中的脂肪氧化酶(Lipoxygenase)是一种单一的多铁链蛋白,对它作用的底物有专一性要求,专一催化具有顺,顺-1, 4戊二烯结构的多不饱和脂肪酸及脂肪酸醋。脂肪氧化酶对胡萝卜素有漂白作用,加人到面粉中可以漂白面粉,也可参与冷冻和其它加工蔬菜中叶绿素的破坏等;细胞色素C ( Cytochrome C )参与呼吸链反应,它的功能直接与ATP的合成有关,其功能异常往往导致某些与能量代谢相关疾病的发生;另外,应用WSP中的B-淀粉酶(B-Amylase )以淀粉为原料生产麦芽糖。

大豆乳清蛋白加工特性溶解特性作为食品蛋白质原料的首要条件是蛋白质的溶解性要好,因为蛋白质的水溶性直接影响着其乳化性、起泡性等其他功能特性,决定着蛋白质在食品加工产品中的稳定性、风味等。陈爱梅等人研究了WSP的溶解性随pH的变化关系,结果表明:WSP在任何pH环境下均具有良好的溶解性,NSI值均达到80%以上,添加到任何流体食品中都不会影响其感官品质。而大豆分离蛋白在等电点pH413左右几乎全部沉淀,这对于需要补充蛋白源的酸性饮料来说,大豆分离蛋白是不能满足其需要的。2

起泡性及起泡稳定性陈爱梅等人研究了pH对WSP的起泡性及起泡稳定性的影响,结果表明:在极端pH下,WSP和大豆分离蛋白的起泡能力都很强,但在等电点pH415时,大豆分离蛋白的起泡能力明显降低,而WSP的起泡能力并没有受到pH的影响,这说明起泡性与溶解性存在着一定的关系。另外,大豆分离蛋白的起泡稳定性好于乳清蛋白,这是因为起泡性受表面张力的影响,大豆乳清蛋白溶解性好、黏度低,表面张力低,而低表面张力对泡沫的形成比较有利。决定泡沫稳定性的关键因素在于液膜的强度,而液膜强度主要决定于表面吸附膜的牢固性,液膜黏度大可以增加膜强度,而大豆乳清蛋白黏度低,液膜强度小,故泡沫稳定性比大豆分离蛋白差,这个方面加工特性不足可以通过物理、化学或酶处理方法进行改善。大豆乳清蛋白质分子由于具有典型的两性结构,凡是影响大豆乳清蛋白内在结构及其聚集状态的因素,必然影响其起泡性能。以蛋白质溶液的浓度、温度、离子强度、震荡时间等作为影响因素,通过实验研究了这些因素对大豆乳清蛋白起泡性的影响,研究结果表明:乳清蛋白的浓度、温度、pH、离子浓度、震荡时间均对起泡性有显著影响;大豆乳清蛋白起泡性效果最佳条件是:蛋白浓度110%,温度60e, pH5,钙离子浓度011mol/L。

热稳定性大豆乳清蛋白的热稳定性对于其在食品工业中的应用具有重要意义,国内外研究的较少。帖向宇等人研究了大豆乳清蛋白在豆奶体系中的热稳定性,并进一步研究了生豆奶在加热过程中大豆乳清蛋白与大豆球蛋白之间的相互作用。结果表明:WSP的热稳定性较差,乳清蛋白溶于豆奶超滤液后加热会形成混浊,但不会沉淀,当溶液的pH调节至415后便会形成沉淀,说明加热变性后的乳清蛋白对pH变化非常敏感,这与未变性状态下的大豆乳清蛋白特性存在很大差异。在大豆乳清蛋白中,脂肪氧化酶的含量很高,它是一种非血红素铁蛋白,铁离子处于酶分子的内部,而其他组分的分子结构中均含有二硫键或巯基。热处理使酶类的四级结构发生变化,使酶失活,同时,蛋白的疏水性增加。这些因素可能诱使大豆乳清蛋白的各组分在加热过程中相互交联,形成较大的蛋白凝聚物。1

乳化性及乳化稳定性总体来说,乳清蛋白的乳化性不如分离蛋白好。但乳清蛋白的乳化性不受pH的影响,而分离蛋白的乳化性在等电点处下降很明显。分离蛋白的乳化稳定性也在等电点时下降很大,而乳清蛋白的乳化稳定性在各个pH下都较稳定。

展望大豆乳清蛋白含有多种功能性成分,在广泛pH范围内具有良好的发泡能力;其分散性较好,在酸性pH范围溶解度高,因而对许多食品体系如饮料特别是酸性饮料,它是一个合适的营养和功能成分。大豆乳清蛋白中的某些生物活性因子因具有抗癌、降血糖等功效,可提取应用于儿童食品和保健食品的生产。因此,大豆乳清蛋白是一种非常有前途的功能性食品成分。

对于大豆乳清蛋白的分离、生理活性、功能特性均有一定程度的研究,它的某些优良特性也在食品工业中得到一定的应用。但相关的理论与产业化研究还都不够深入,没有充分利用其各个方面的优良特性。例如,摆在我们面前的一个疑问是,大豆乳清蛋白能否在一定程度上或者完全替代牛乳乳清蛋白?若想充分的回答这个问题,相关基础与应用研究还显得十分薄弱,这将是大豆乳清蛋白未来研究的一个热点之一。因此,随着大豆乳清蛋白性质与应用的研究深入,它的应用也将越来越广泛,它也将成为食品功能性成分中一个新的亮点。

本词条内容贡献者为:

梁志宏 - 副教授 - 中国农业大学