大豆蛋白—磷脂交互作用与乳液特性构效关系研究进展

刘宝华，张菀坤，伍 丹，张 鑫，米 思，王中江，隋晓楠，李 杨，江连洲

(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)

大豆蛋白—磷脂交互作用与乳液特性构效关系研究进展

刘宝华，张菀坤，伍 丹，张 鑫，米 思，王中江，隋晓楠，李 杨，江连洲

(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)

基于大豆蛋白-磷脂交互作用机理，阐述了物化修饰及外界环境对大豆蛋白-磷脂交互作用的影响，介绍了大豆蛋白-磷脂交互作用对乳液构建及性质的影响机制，并对大豆蛋白-磷脂复合纳米乳液制备进行了展望。

大豆蛋白；磷脂；交互作用；纳米乳液

天然的大豆蛋白无法满足食品体系对于大豆蛋白各种功能性质的要求，因此必须对大豆蛋白进行适当的改性[1]。近年来有研究表明，蛋白质与磷脂复合后可改善其乳化特性。李菊芳等[2]研究发现，大豆蛋白-磷脂复合后，其复合乳液体系的乳化活性及稳定性均得到了提高。Paul等[3]研究发现，卵磷脂可防止热诱导的蛋白-蛋白间的相互作用，从而增加乳制品乳液的热稳定性。磷脂是一种两性离子表面活性剂，一种有效的天然乳化剂，被广泛应用于降低乳液的界面张力[4]。Yuan等[5]研究发现，卵磷脂可提高低酪蛋白浓度制备的O/W型乳状液的乳化稳定性。Comas 等[6]也提出将大豆蛋白-卵磷脂复合后，乳液的物理稳定性显著提高。李秋慧等[7]通过向大豆蛋白溶液中加入磷脂，发现大豆蛋白乳液的乳化性显著提高。因此，进一步研究大豆蛋白-磷脂交互作用及其对乳液稳定性的影响是必要的。

本文综述了大豆蛋白-磷脂交互作用及其对复合乳液影响机制研究进展，以期为新型大豆制品开发及大豆蛋白-磷脂纳米乳液制备提供理论依据。

1 大豆蛋白-磷脂交互作用研究进展

大豆蛋白质与磷脂相互作用是了解相关食品品质的基础，但是在实际加工生产中二者的应用主要是依靠常年积累的经验和不断改进的生产技术，对于二者相互作用的理论研究甚少。Beckwith等[8]研究预测大豆蛋白质与卵磷脂之间存在交互作用。Ohtsuru等[9]研究发现，磷脂酰胆碱与大豆蛋白之间可能存在两种类型的相互作用：一种是由于磷脂酰胆碱分子与蛋白疏水区发生的疏水相互作用，另一种是由于磷脂酰胆碱的片层结构与蛋白质结构中的疏水区域结合。李菊芳等[10]通过荧光光谱法分析大豆分离蛋白-磷脂的结合作用，发现磷脂的结合导致大豆蛋白色氨酸及酪氨酸微环境变化，使得更多的酪氨酸和色氨酸包埋于磷脂与蛋白结合形成的疏水区域中，同时也证明磷脂的复合使得蛋白质多肽链的骨架伸展，蛋白结构发生变化。Comas等[6]验证了改性大豆分离蛋白-卵磷脂溶液中表现出更强的蛋白-磷脂相互作用，这是由于蛋白质结构和pH值的不同。毕爽等[11]研究发现，蛋白质部分热变性后利于与磷脂发生交互作用。

另外，国内外研究者对物理处理条件对大豆蛋白-磷脂相互作用的影响已进行了部分研究。Kanamoto等[12]研究发现，在超声处理下磷脂酰胆碱与脱脂大豆蛋白生成多种复合物。毕爽等[13]采用荧光光谱法研究了不同超声波处理对大豆蛋白-磷脂复合程度的影响，发现超声波可通过改变大豆蛋白二级结构及调节色氨酸、酪氨酸疏水基团微环境，提高蛋白与磷脂间的疏水交互作用，而低、中功率超声处理对大豆蛋白-磷脂交互作用的影响更显著[14]。李秋慧等[15]通过将大豆蛋白-磷脂复合体系进行微波处理，发现微波处理会促进大豆蛋白与磷脂间的相互作用。以上研究结果表明，对大豆蛋白-磷脂复合体系进行适当的物理处理，可提高大豆蛋白-磷脂间的交互作用。

2 大豆蛋白-磷脂交互作用对乳液性质的影响

食品乳状液的稳定和不稳定的机制已被研究过[16-17]。现有研究表明，蛋白质与磷脂间的相互作用会影响蛋白质结构及乳液界面特性，进而增强其乳化能力，并影响到蛋白质的微胶囊化性质[18-20]。Comas等[6]研究发现，大豆蛋白与磷脂发生相互作用后会导致蛋白的表面活性、复合乳液的结构和表面电荷发生变化。李菊芳等[2]研究发现，大豆蛋白与磷脂复合作用下，由于磷脂特殊的双亲结构，使蛋白在水中的分散性能提高，降低了乳液的絮凝和聚集现象。Fang等[21]研究发现，向O/W乳状液中添加磷脂可提高乳液的稳定性。李杨等[22]研究发现，大豆磷脂与大豆球蛋白之间存在疏水相互作用，复合作用诱导了大豆球蛋白构象变化，提高了复合乳液体系的稳定性，进一步研究发现磷脂与β-伴大豆球蛋白交互作用强度大于大豆球蛋白。王妍等[23]进一步验证了与大豆球蛋白相比，β-伴大豆球蛋白因含有更多的疏水基团更易形成稳定的复合乳化体系。 Hirotsuka等[24]研究发现，经过热处理或乙醇处理后大豆蛋白与磷脂交互作用可提高复合物的乳化活性，且乙醇处理对大豆蛋白-磷脂复合乳液稳定性的影响显著高于热处理。毕爽等[25]发现适宜的超声处理可增强大豆蛋白-磷脂交互作用、改善复合乳液的稳定性，但过高的超声功率可诱导大豆蛋白不溶性聚集，阻碍了大豆蛋白与磷脂间的交互作用，进而使复合乳液体系的凝胶性和流变性等功能特性降低[14]。以上研究结果表明，大豆蛋白-磷脂交互作用可影响复合乳液体系的稳定性、乳化活性等功能特性。

大豆蛋白-磷脂复合乳液体系普遍存在于传统豆制品加工、新兴全豆类制品加工中，现有研究并未清晰阐明蛋白质-磷脂交互作用对复合乳液乳化特性及稳定性的影响机理。仅Catharina等[19]研究发现，蛋白质-磷脂交互作用乳液稳定性，并提出两种可能的机制：(a)磷脂通过与表面吸附蛋白的交换或交互作用提高热稳定性；(b)磷脂通过与游离蛋白交联进而影响热诱导蛋白的形成。在此基础上，李杨[22，26-27]、江连洲等[26]通过探索发现，疏水作用是维系大豆蛋白-磷脂复合乳液的主要作用力，氢键是次要作用力，大豆蛋白-磷脂交互作用是降低乳滴粒径及界面张力、增加界面蛋白含量、提高乳液体系的稳定性及乳化活性的主要影响因素。

外界环境因素会导致复合体系功能性质的变化，Mcclements等[28]的实验也验证了这一结论，发现pH和热处理都会在一定程度上影响蛋白-磷脂复合体系功能性质的表达。但是，无论是天然蛋白质还是变性蛋白质，磷脂的存在都会提高所形成的复合物乳液的稳定性。王欢等[29]比较分析了不同pH条件对大豆蛋白-磷脂复合乳液的影响，发现当pH≥7时，复合乳化体系的稳定性最好。Hirotsuka等[24]研究发现，大豆蛋白-磷脂乳化体系在经过热处理后其乳化性质增强，尤其是在11S球蛋白发生热变性后乳化性增加更显著。Li Jufang等[30]通过模拟实验验证了具有高11S含量的大豆蛋白更易于与卵磷脂发生结合。韩天翔等[31]研究发现，大豆乳清蛋白-磷脂乳化体系的乳化活性较大豆乳清蛋白乳化体系显著提高，且热变性大豆乳清蛋白-磷脂复合乳液的稳定性高于非变性大豆乳清蛋白-磷脂复合乳液。毕爽等[11]研究证实了高压均质能够改善大豆蛋白-磷脂复合乳化体系的乳化性、乳化稳定性等功能性质，且大豆蛋白在热变性条件下的提高程度明显高于天然蛋白。Scuriatti等[32]研究发现，热变性大豆蛋白与磷脂之间存在更强的相互作用。磷脂与经过适当变性处理的大豆蛋白相互作用形成的复合物更利于维持蛋白溶液良好的乳化活性，这可能是由于大豆蛋白经过一定的处理后结构打开，更利于其与磷脂的结合导致的。

已有研究发现，由于磷脂、磷脂酶解产物及溶血磷脂结构中存在亲水基团及亲油基团可添加于蛋白制品当中以增强乳化活性及乳化稳定性[2，33-35]。李杨等[33]通过构建大豆分离蛋白-磷脂酶解产物乳液体系，通过磷脂酶 A1、A2、C、D 酶解作用研究酶解磷脂对复合乳化特性的影响，研究结果表明，磷脂酶 A2酶解作用下磷脂的非极性基团减少、亲水性增强，酶解磷脂与大豆蛋白交互作用增强，大豆蛋白更规律地排布于磷脂的片层结构内，增强了乳化体系稳定性。大豆分离蛋白-磷脂复合体系在47℃下经磷脂酶A2酶解6 h，乳化活性显著提高[36]。李秋慧等[37]研究发现，添加适量的溶血磷脂会促进其与大豆蛋白的相互作用，且当溶血磷脂浓度为10%时，大豆蛋白-溶血磷脂乳状液的界面蛋白含量最大、界面张力最低、乳化稳定性最强。以上研究结果表明，磷脂、磷脂酶解产物及溶血磷脂都可与大豆蛋白发生交互作用，使复合乳液体系的稳定性提高，且适当的物理处理可产生协同效应。

3 展望

乳液由两种不混溶的液体(通常是油和水)组成。从物理化学的观点看，O/W型乳液是一种不稳定的系统，从一开始的均匀系统演变到完全相分离。乳液的物理不稳定机理包括油滴粒径变化过程(例如：絮凝和聚结)和颗粒迁移现象(例如：沉降和乳化)[32]。通过向乳液中加入乳化剂或者经过高压均质处理会使乳液形成小状液滴，从而达到动力学稳定。纳米乳液由于具有独特的物理化学性质和功能特性(高光学透明度、持久的稳定性和高生物利用度)而被广泛应用于食品、药物和个人护理行业中[38-42]。以乳液为基础的输送系统在食品和制药行业进行封装、保护和释放非极性物质方面的潜在应用越来越多地被研究[43-45]。但现今纳米乳液存在乳化剂包裹不理想而使纳米乳液的稳定性较差，包埋物外漏的现象。

O/W型纳米乳液含有分散在连续水相中的小油滴(d<100 nm)，每个油滴包裹于乳化剂分子的保护层中[41，43-46]。乳化剂对研发一种成功的纳米乳液制剂起到关键作用，因为它们通过吸附到油-水界面并降低界面张力而促进均质期间小液滴的形成，并且还通过产生排斥相互作用保护液滴在其形成之后不聚集[41，47-48]。目前，研究单独应用生物大分子乳化剂如蛋白质、多糖等取代传统化学表面表面活性剂时，发现其乳化效果并不能令人满意，主要原因在于生物大分子乳化剂稳定性易受结构变化、环境因素等影响，不能形成很好的纳米级乳液。而小分子表面活性剂如磷脂、吐温、司盘等，具有极易在油水界面展开和降低表面张力等特性，在纳米级食品中应用较为广泛。Qian[49]、Charoen等[50-51]研究发现，蛋白质和变性淀粉等大分子乳化剂稳定的乳液均表现出良好的抗油脂氧化特性。由于大分子吸附存在扩散、吸附和构象重排三个步骤，低的吸附速率导致在使用超高压均质时无法瞬间饱和吸附和稳定纳米级液滴，粒径多处于150 nm左右。Mao等[52]比较了乳清蛋白和变性淀粉在构建β-胡萝卜素纳米乳化体系时与吐温20、月桂酸十甘油酯为代表的小分子乳化剂的性质差异，发现乳清蛋白和变性淀粉乳液体系的粒径大于吐温20和月桂酸十甘油酯乳液体系，但50℃保存12d后乳液中的β-胡萝卜素保留率却显著高于后者。因此，研究人员开始集中研究复合乳化剂制备纳米乳液的关键技术和稳定机制。Noshad等[53]采用界面学手段对大豆分离蛋白-辛烯基琥珀酸淀粉-壳聚糖纳米乳液的储藏稳定性进行研究，发现大豆蛋白及小分子的添加可以提高纳米乳液的冻融稳定性。Yerramilli等[54]通过将豌豆分离蛋白和酪蛋白酸钠以1∶1的比例混合后进行高压均质处理，发现形成的纳米乳液可稳定保存数月。Wang等[55]以玉米醇溶蛋白水解物-单宁酸复合物为乳化剂构造藻油纳米乳体系，并指出小分子复合乳化剂可提高纳米乳液的物理及氧化稳定性。Wan等[56]利用改性大豆蛋白和生物表面活性剂甜菊糖作为复合乳化剂，通过纳米沉淀-超声波法制备白藜芦醇纳米乳液，发现大豆蛋白-甜菊糖复合溶剂的表面活性更高，更快地吸附在颗粒表面上，使粒径减少，并且小分子甜菊糖可作为填充物填补大豆蛋白留下的缺陷，从而提供更完整和致密的颗粒表面覆盖，且该复合纳米乳液具有较好的稳定性。Nash等[57]研究发现，高黏弹性表面活性剂界面层的形成有利于稳定的食品级O/W纳米乳液递送系统生成，而含有卵磷脂的O/W界面黏弹性比含有吐温20的高，这可能是由于卵磷脂和相邻分子间发生了强烈的化学缔合，即卵磷脂稳定界面显示的界面变形阻力可能有助于形成高度稳定的纳米乳液。

通过上述分析可知，大豆蛋白与磷脂主要通过疏水作用进行复合，适宜的物化处理、外界环境及蛋白结构变化均可增强大豆蛋白-磷脂间交互作用，改善复合乳液体系的功能特性，如稳定性、乳化性、凝胶性等。蛋白质-磷脂复合乳化剂可有效包裹纳米乳液有效组分，提高纳米乳液的储藏稳定性。蛋白质与磷脂的交互作用可增强纳米乳液稳定性、乳化性等功能特性。因此，将大豆蛋白-磷脂复合乳液体系推广应用于纳米乳液的制备具有很好的发展潜力。◇

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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

国家自然科学基金面上项目“大豆蛋白—磷脂酰胆碱纳米乳液的稳定机制及营养素运载代谢途径”(项目编号：31571876)；国家自然科学基金面上项目“大豆蛋白结构柔性与界面功能的构效关系研究”(项目编号：31671807)；山东省泰山产业领军人才工程高效生态农业创新类项目(项目编号：LJNY201607)；黑龙江省现代农业产业技术协同创新体系岗位专家。

刘宝华(1994— )，女，硕士，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白工程。

江连洲(1960— )，男，教授，博士，研究方向：粮食、油脂及植物蛋白工程。

(责任编辑 唐建敏)