主栽大豆营养品质及加工特性初探

聂 莹，邢亚楠，黄家章，肖晓红，刘 锐,*

（1.农业农村部食物与营养发展研究所，北京 100081；2.北京金瑞典膳科技有限公司，北京 100068）

大豆原产于中国，不仅是我国居民饮食中不可或缺的食物来源，也是饲料制造业中重要的原料。2019 年我国大豆产量已达1810 万吨，但仍需进口大豆8895 万吨以满足国内需求。在消费方面，随着居民健康意识增强及对植物蛋白制品的关注，大豆食用消费量已达1396 万吨，较2018 年增长11.4%，预计2020 年还会有3.0%的增长[1]。当前我国大豆产业存在的主要问题，除了产量不足、进口依存度高以外，还面临着国产大豆精深加工水平低所带来的严峻挑战，这将直接影响国内大豆市场产业链的延伸和在国际市场的竞争力。2019 年初，国家颁布中央一号文件以实施大豆振兴计划，该文件不光指出需增加大豆播种面积、提高单位面积产量，还要注重大豆品质，延伸大豆产业链条。

大豆含有丰富的蛋白质并具有良好的加工特性，可加工成豆浆、豆腐、腐竹、豆干等多种形式豆制品以丰富国人的餐桌。大豆蛋白还具有较高的营养价值，可与动物蛋白媲美，为植物基肉制品发展提供了良好的替代蛋白来源[2]。同时大豆含有较高脂肪含量，是我国主要的油料作物之一。此外，大豆还有丰富的膳食纤维、微量元素及活性物质，尤其是大豆异黄酮、大豆磷脂在保健食品、药品领域均有广泛应用。

我国大豆品种繁多，大豆营养成分因品种不同而差异明显，且部分营养指标差异还会直接影响大豆的加工特性。目前关于我国大豆品种营养成分的研究主要侧重于饲用角度分析[3−4]，以我国主栽大豆品种为主，从人体营养摄入需求角度分析不同大豆品种间营养成分的研究较少。因此本文以我国主栽大豆品种为研究对象，分析其基本营养成分、微量营养素及活性物质，并对其加工特性进行初步探讨，为促进大豆加工业多元化与精深化发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

吉科鲜豆（吉林省吉林市）、吉科育种08（吉林省吉林市）、吉科密豆（吉林省吉林市）、中粒芽豆（吉林省舒兰市）、黑农51 号（黑龙江省牡丹江市）、东升7 号（黑龙江省绥化市）、农垦9 号（黑龙江省佳木斯市）、690（吉林省延边敦化市雁鸣湖镇） 均由吉林农业科技学院提供；丙酮、重铬酸钾、无水乙醚 分析纯，国药集团；三羟甲基氨基甲烷 分析纯，美国Sigma-Aldrich；硫酸氢钠 分析纯，北京伊诺凯；正己烷、异丙醇、叔丁基甲基醚 色谱纯，美国Fisher公司。

FW100 高速万能粉碎机 天津斯泰特仪器有限公司；DN2100 杜马斯定氮仪 北京诺德泰科公司；2050 Soxtec 自动索氏提取器 丹麦Foss；FD-1A-50 真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司；ALV/CGS-3 一体式激光散射仪 德国ALV 公司；PE20 pH 计 美国Mettler toledo；L-2000 高效液相色谱仪 日本日立；722S 分光光度计 上海菁华；AA7000W 原子吸收分光光度计 北京东西分析仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料前处理 将8 种大豆原料分别除杂、清洗、烘干至恒重，置于高速万能粉碎机粉碎40 s，得到相应大豆粉末样品。

1.2.2 基本营养成分 水分参照GB5009.3-2016[5]，粗蛋白质参照GB/T31578-20155[6]，脂肪参照GB 5009.6-2016[7]，总膳食纤维、可溶膳食纤维、不可溶膳食纤维均参照GB 5009.88-2014[8]，碳水化合物[5]=(样品质量−水分质量−蛋白质质量−脂肪质量)/样品质量×100。

1.2.3 微量营养素 维生素E 参照GB 5009.82-2016[9]，维生素B1参照GB 5009.84-2016[10]，维生素B2参照GB 5009.85-2016[11]，钙参照GB 5009.92-2017[12]，铁参照GB 5009.90-2016[13]，钾参照GB 5009.91-2017[14]，镁参照GB 5009.241-2017[15]。

1.2.4 活性物质 大豆异黄酮参照GB/T 26625-2011[16]，大豆磷脂参照SN/T 3851-2014[17]。

1.2.5 大豆分离蛋白提取 参照尹秀莲等[18]方法并稍作调整，将脱脂豆粉（大豆粉碎过60 目筛，用索氏抽提法进行脱脂）按1:8 的料液比加水，用3 mol/L NaOH 调pH 至8.0，机械搅拌1 h。溶液置于冷冻离心机（10000×g，10 min，20 ℃）中离心后，取上清液。上述步骤所得豆渣按料液比1:5 加水，机械搅拌10 min 后重复上述离心步骤，取上清液。将两次离心得到的上清液混合，用3 mol/L HCl 调节pH 至4.5，静置30 min 后离心（3300×g，10 min，20 ℃），弃上清液，将沉淀物加一定量的水复溶，用3 mol/L NaOH 调节pH 至7.0，冷冻干燥备用。

1.2.6 大豆7S、11S 蛋白组分测定 称取2 g 大豆分离蛋白粉（提取方法见1.2.5，按1:15 料液比加水搅拌，用2 mol/L NaOH 调pH 至7.5，室温下低速搅拌2 h，离心（9000 g，30 min，20 ℃）后在上清液中加入0.98 g/L 亚硫酸氢钠，放置0.5 h 后用2 mol/L HCl调pH 至6.4。此料液于4 ℃冰箱静置过夜后，离心（6500×g，20 min，4 ℃）所得沉淀即为11S 蛋白质组分。在上清中加入NaCl，调整料液盐浓度至0.20 mol/L，用2 mol/L HCl 调pH 至5.0。料液于4 ℃静置1 h 后，离心（9000×g，30 min，4 ℃）除去沉淀，在上清液中加入等体积经预冷（4 ℃）去离子水，用2 mol/L HCl 调pH 至4.8 后离心（6500×g，20 min，4 ℃），沉淀即为7S 蛋白质组分。7S 和11S 沉淀用去离子水洗涤两次后放入烘箱（50 ℃）烘干称重。

1.2.7 大豆分离蛋白聚集体粒径测定 将大豆分离蛋白粉溶于超纯水，配制浓度约为0.2 mg/mL 的蛋白溶液，调节pH 至7.0，过0.45 μm 的滤膜，装入己经丙酮淋洗过的光散射专用小管，采用激光散射仪检测（角度90 °，25 ℃），进行动态光散射测试，每次测试30 s，每个样品重复测3 次。

1.3 数据处理

各指标实验重复3 次，采用Microsoft Excel 进行平均值、标准差、变幅及变异系数等常规统计指标分析。变异系数(%)=（各指标标准差/各指标平均值）×100。

2 结果与分析

2.1 基本营养成分

表1 显示了8 种主栽大豆的基本营养成分检测结果。主栽大豆平均水分含量为8.38%。吉科鲜豆水分含量最低5.86%，农垦9 号水分含量最高11.1%，水分含量变异系数为19.8%，与其他6 个营养指标变异系数相比最大。除品种差异外，还与贮存环境（温度、时间、湿度）有关[20]。

表1 主栽大豆品种基本营养成分（%）Table 1 Fundamental nutritional components of the main soybean cultivars（%）

大豆蛋白质含量丰富。主栽大豆粗蛋白含量平均值为39.0%，范围31.9%～44.5%，变异系数9.6%。吉科鲜豆、吉科育种08、690 中粗蛋白含量大于40.0%，均属于高蛋白质大豆。大豆粗蛋白含量不仅是评价其营养品质的重要指标，还与其加工特性密切相关[21−22]。

大豆是主要油料作物。本次研究所测大豆脂肪平均含量21.9%，范围18.99%～24.69%，高于之前研究的关于对全国56 个大豆品种粗脂肪含量的检测结果（平均值17.15%，12.85%～19.91%）和全国大豆平均水平[19]，这可能是因为本次实验大豆样品均来自日照充足、土地肥沃的东北地区，其主栽品种大豆的脂肪含量普遍高于全国大豆平均水平。除吉科育种08 和690 以外，其余6 种大豆均为高油大豆（粗脂肪含量≥20%），适合榨油使用；其中，吉科鲜豆、吉科密豆、黑农51 号、东升7 号、农垦9 号为1 级高油大豆（粗脂肪含量≥22%）。通过比较主栽大豆粗蛋白含量和脂肪含量，发现粗蛋白含量高的品种，其相应脂肪含量偏低，此现象可能受种子发育过程中营养成分的累积受碳、氮元素平衡影响[23]。

大豆碳水化合物主要分布在大豆表皮和细胞结构中，一部分为纤维素、半纤维素、果胶等细胞壁组分，其余为淀粉、单糖、二糖和寡糖[24]。主栽大豆碳水化合物含量范围24.23%～31.62%，平均含量为28.71%，变异系数9.9%。膳食纤维是大豆碳水化合物的主要组成物质。主栽大豆平均膳食纤维含量为21.8%，变异系数4.3%，不同品种间总膳食纤维含量差异小，这主要是因其普遍为细胞结构重要组成物质[25]。因碳水化合物中主要是膳食纤维,而本次研究所测样品总膳食纤维的差异系数仅为4.3%,使不同大豆品种间碳水化合物含量造成差异的主要原因可能来自淀粉、寡糖、水溶性膳食纤维等含量较低的物质。此外，参试大豆品种碳水化合物含量均小于我国大豆平均水平（34.2%），而大豆膳食纤维含量大于大豆平均水平（15.5%）[23]。并且，主栽大豆中主要以不可溶膳食纤维为主，其在预防改善肥胖、改善肠道功能方面均有良好效果[26−27]。

2.2 微量营养素与活性成分分析

2.2.1 维生素 维生素是人和动物为维持正常的生理功能而必须从食物中获得的一类微量有机物质，在人体生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。本项目对采集的8 个主栽大豆品种的维生素E、维生素B1、维生素B2进行检测，结果如表2。

表2 主栽大豆维生素含量Table 2 Vitamin contents of the main soybean cultivars

维生素E（又名：生育酚）具有较强的抗氧化能力，还可促进生殖能力，间接降低心肌梗塞和脑栓塞的危险[28]。8 种大豆样品的维生素E 含量平均值为153.00 mg/kg，含量范围为110.3～218.4 mg/kg，品种间差异较大，变异系数22.29%。大豆在豆科植物中维生素E 含量属于最高水平。参照《WST 578.4-2018中国居民营养素参考摄入量第4 部分：脂溶性维生素》中“成年人维生素E 适宜摄入量为每天14 mg”，大豆是一种良好的日常补充维生素E 的食物来源。

维生素B1具有维持糖代谢，辅助治疗神经炎、消化不良等症状的水溶性维生素[29]。主栽大豆维生素B1含量平均值为0.398 mg/kg，与我国大豆维生素B1含量平均水平（0.41 mg/kg）相当。当人体缺乏维生素B2时，会出现口、眼、外生殖器等部位病变[26]。本次检测样品的维生素B2含量平均值为0.191 mg/kg，变异系数仅为3.14%，品种间差异较小，且与我国大豆维生素B2含量平均水平（0.20 mg/kg）基本持平。

2.2.2 矿物质 矿物质是人体必需的营养素，在人体新陈代谢过程中起着至关重要的作用。表3 是主栽大豆矿物质（钙、铁、镁、钾）含量的检测结果。

表3 主栽大豆矿物质含量（mg/kg）Table 3 Mineral substance of the main soybean cultivars(mg/kg)

主栽大豆钙含量平均值为993.00 mg/kg，范围为560.00～1270.00 mg/kg，变异系数为23.06%，品种间差异较大，其中黑农51 号钙含量最低，农垦9 号和690 最高。参试大豆钙含量均小于我国大豆平均水平（1910.00 mg/kg），鉴于相关研究较少，可能与各品种间钙含量差异大有关。《WST 578.2-2018 中国居民营养素参考摄入量第2 部分：常量元素》中规定，对于18 周岁以上成年人钙元素的推荐摄入量为每天800 mg，且牛乳中钙含量（1040 mg/kg）与大豆相当[23]，因此大豆同牛乳一样，可作为平日人体补充钙元素的优选食物。

铁元素是参与体内有氧运输和组织呼吸过程的重要物质，维持正常的造血功能并预防缺铁性贫血。8 种主栽大豆品种铁含量平均值为73.70 mg/kg，范围66.20～83.40 mg/kg，其中吉科密豆铁含量最低，690 最高。《WST 578.3-2017 中国居民营养素参考摄入量第3 部分：微量元素》中规定，对于成年男性和女性铁的推荐摄入量分别为每天12 mg 和20 mg，由此可见豆制品亦可作为补充铁元素的食物来源。

镁和钾作为人体最重要的两个阳离子，不仅有维持生物膜电位作用，还参与人体几乎所有的新陈代谢。参试大豆镁含量平均值为2459.70 mg/kg，范围为 2040.00～2670.00 mg/kg； 钾 含 量 平 均 值 为13906.00 mg/kg，范围为9250.00～22350.00 mg/kg，变异系数高达30.36%，品种间差异大。

2.2.3 功能活性物质 大豆不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质，还含有许多具有独特生理活性的功能成分，其中对人体健康最有益的是大豆异黄酮和磷脂。表4 是8 种主栽大豆品种大豆异黄酮和磷脂的含量检测结果。

大豆异黄酮属于一种植物雌激素，不仅可以缓解更年期症状、抗炎、抗菌、抗氧化，还具有很好的抗癌功效[30]。表4 结果显示，8 种主栽大豆品种的大豆异黄酮含量平均值为591.40 mg/kg，范围280.00～1054.30 mg/kg，品种间差异较大，变异系数高达39.03%；其中东升7 号含量最低，仅为280.00 mg/kg，中粒芽豆的异黄酮含量则高达1054.30 mg/kg。有研究者发现大豆品种间功能活性成分含量差异更大且与地理分布和环境影响因素有关。除品种自身差异外，尤其在东北地区，温度和日照对数是影响大豆异黄酮含量的重要因素[31−32]。

表4 主栽大豆功能成分Table 4 Functional components of the main soybean cultivars

磷脂是细胞膜和脑细胞的重要组成成分，另外还具有降低胆固醇、改善脂代谢、预防心脑血管疾病和治疗肝脏疾病等功效[33]。参试大豆的磷脂含量平均值为10.60 mg/g，范围为8.54～12.90 mg/g，变异系数16.04%，虽然不同品种间差异较大但没有大豆异黄酮的种间差异明显。这主要是因为相对于异黄酮含量，大豆磷脂含量受环境因素相对较小[9]。

2.3 大豆分离蛋白组成和聚集体粒径

大豆蛋白按照提取工艺和蛋白质含量不同，可分为脱脂豆粉（蛋白含量50%）、浓缩蛋白（蛋白含量75%）和分离蛋白（蛋白含量90%）[34]。其中，大豆分离蛋白不仅具有诸多生理功效，还因具备良好的加工特性而在食品加工业得到广泛应用。参试样品的分离蛋白平均含量38.6 g/100 g 脱脂大豆粉，范围34.13～47.91 g/100 g 脱脂大豆粉，中粒芽豆的分离蛋白含量最高，黑农51 号最低，变异系数12.69%，与粗蛋白变异系数（9.6%）相比略高。此现象产生除了大豆品种间基因型和生长环境因素差异外，还因不同大豆品种间氮溶解指数各异而致[35]。

大豆分离蛋白中主要含有7S 球蛋白和11S 球蛋白，两种球蛋白含量和组成比例也直接影响大豆蛋白的加工特性。7S 球蛋白是由氨基酸序列相似的四种亚基通过氢键和疏水作用而形成的稳定蛋白质结构，具有较好的溶解性、表面活性和乳化特性[36]。主栽大豆7S 球蛋白平均含量13.98 g/100 g 脱脂大豆粉，范围6.19～19.26 g/100g 脱脂大豆粉，变异系数31.69%，其中黑农51 号的7S 球蛋白含量最高，农垦9 号最低。11S 是由六个经二硫键修饰的酸性多肽链和碱性多肽亚基组成，具有很好的凝胶保水性[37]。主栽大豆11S 球蛋白平均含量15.35 g/100 g 脱脂大豆粉，范围6.68～22.3 g/100 g 脱脂大豆粉，变异系数38.67%，其中农垦9 号的11S 球蛋白含量最高，黑农51 号最低（图1）。

图1 主栽大豆品种分离蛋白、7S 球蛋白、11S 球蛋白含量Fig.1 The contents of soybean protein isolates,7S protein and 11S protein in the main soybean cultivars

在本次分析结果中，农垦9 号在7S 球蛋白、11S 球蛋白含量分别呈最低、最高水平，而黑农51 号则正好相反。除此之外，吉科鲜豆、吉科密豆、中粒芽豆、690 的两种球蛋白相对含量差异也较大，但东升7 号的7S 球蛋白、11S 球蛋白含量基本一致，可见大豆品种间两种球蛋白相对含量也存在较大差异，这也直接影响不同大豆品种的加工适宜性。当大豆分离蛋白中7S/11S 较大时，蛋白溶解性好、乳化特性强，适宜制作豆乳等液态加工制品，如吉科密豆、黑农51 号、690；当7S/11S 比值较小时，适合制作对凝胶特性、成膜性要求较高的豆腐、腐竹等[22,38−39]，如吉科鲜豆、中粒芽豆、农垦9 号。

大豆分离蛋白聚集体粒径大小与大豆蛋白凝胶特性有密切关系，分离蛋白聚集体粒径的增大可提高大豆蛋白凝胶的保水性和弹性模量[40−41]。8 种大豆中，吉科密豆的分离蛋白聚集体粒径最大（为95.96 nm），中粒芽豆的最小（为18.62 nm），变异系数37.48%，品种之间存在较大差异。这主要是因为大豆分离蛋白聚集体粒径大小受蛋白质浓度、大豆分离蛋白组分、环境pH、温度等多种因素综合影响[42−43]。

3 结论

本研究结果显示我国主栽大豆总体具有蛋白质、脂肪、膳食纤维及微量元素（维生素E、钙、铁）丰富的特点。其中吉科鲜豆、吉科育种08 和690 均属于高蛋白质大豆，吉科鲜豆、吉科密豆、黑农51 号、东升7 号、农垦9 号属于1 级高油大豆。本研究发现大豆异黄酮含量、蛋白组分含量以及分离蛋白聚集体粒径方面存在较大种间差异，可以为大豆加工制品多样化发展提供参考。