田海娟，于寒松，胡耀辉，*（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春130118；2.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春130062；3.国家大豆产业技术研究中心，吉林长春130118；4.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春130062）

大豆分离蛋白凝胶机理研究进展

田海娟1，2，3，4，于寒松1，3，胡耀辉1，3，*
（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春130118；2.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春130062；3.国家大豆产业技术研究中心，吉林长春130118；4.吉林工商学院粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春130062）

摘要：主要介绍了大豆分离蛋白凝胶的凝胶机理，详述大豆分离蛋白凝胶形成的影响因素，并介绍了近年来大豆分离蛋白凝胶改进技术手段，对存在问题和前景进行了展望。

关键词：大豆分离蛋白；凝胶机理；研究进展

大豆分离蛋白是从大豆籽粒中碱溶酸沉结合离心分离出来蛋白，具有多种加工功能特性，其凝胶特性在食品加工中广泛应用。千页豆腐，即是利用大豆分离蛋白凝胶特性，在制作工艺中加入淀粉和酶制剂等促使形成凝胶，该产品口感嫩滑，同时又更好的弹性和爽脆的特点，受到消费者的喜爱。蛋白质形成凝胶期间可以作为风味剂、糖及其他配合物的载体，对丰富大豆食品有利[1]。

大豆分离蛋白按照沉降系数不同可分为2S、7S、11S、15S，它们分别占大豆分离蛋白的比例为9.4%、43%、43.6%和4.6%[2]；其中7S（β-伴球蛋白）和11S（球蛋白）在大豆分离蛋白中占主要比例，对于7S与1 1S球蛋白凝胶特性研究相对广泛与深入[3-6]。2010年以来，稳定大豆蛋白乳液、乳液凝胶吸引食品科学领域中越来越多的关注。大豆分离蛋白凝胶过程较为复杂，包括蛋白质空间结构的改变，蛋白质中基团与凝胶体系中共存的离子及其他基团的相互作用后形成凝胶。

1　大豆分离蛋白凝胶特性影响因素

1.1大豆分离蛋白浓度及其组成

大豆分离蛋白浓度对大豆分离蛋白的凝胶有一定影响。大豆分离蛋白浓度较低，难于形成凝胶，浓度为8%～16%，加热后冷却形成凝胶。大豆分离蛋白质凝胶强度与形成凝胶的时间跟大豆分离蛋白的浓度相关，大豆分离蛋白浓度与凝胶强度成正相关，凝胶时间跟浓度呈负相关。浓度也不能过大，若大豆分离蛋白浓度太大会因其不能充分溶解而形成糊状物。Nakamura[7]等研究发现，相同条件下（pH7.6，0.4mol/L NaCl溶液），7S和11S球蛋白凝胶形成的最低浓度分别为7.5%与2.5%，并证实，当两种球蛋白浓度相同时，11S球蛋白凝胶的硬度比7S球蛋白凝胶大；而且随着7S在大豆分离蛋白中的比例加大，大豆蛋白的凝胶硬度降低。Damodaren[8]报道11S蛋白形成凝胶最低浓度为9%，低浓度11S蛋白由于发生解聚作用不易形成凝胶，且大豆分离蛋白和11S蛋白浓度与凝胶硬度之间存在线性关系。Chuan-HeTang[9]等报道了不同的球蛋白与伴球蛋白比例对MTGase诱导（0.003 3 kat/g蛋白）的大豆球蛋白稳定乳液凝胶的特征、微观结构和凝胶机制。酶诱导所有的大豆球蛋白稳定乳液成凝胶，但是形成的乳液凝胶具有不同的流变特征、持水能力和微观结构与球蛋白混合物中球蛋白成分不同含量一致。基本上，球蛋白含量越多，凝胶也坚硬，但是其持水能力降低。共聚激光微观扫描观察到，球蛋白含量越多，使得形成不均一和多孔微观结构的凝胶网络。凝胶的硬度随着球蛋白含量提高而提高与油滴絮凝的加强也有较大关联。更多的蛋白被束缚在网络内部，和高球蛋白含量形成的共价交联对凝胶网络形成有同样重要的作用。结果表明可以由不同蛋白组成来调整MTGase诱导的大豆蛋白稳定乳液凝胶的特性。

1.2pH的影响

大豆分离蛋白凝胶也受到pH的影响。pH影响到凝胶形成和维持的作用力，原因在于改变了蛋白质分子之间的作用力及蛋白质分子与水分子之间的结合力。有学者研究pH对11S球蛋白凝胶的影响，结果表明[10]，pH低于3时，浓度为11%的11S球蛋白不能形成凝胶，分析原因可能是11S球蛋白在未加热之前，在酸性条件下发生了部分解离，加热后的蛋白溶液出现絮状物，可能是加热使蛋白质发生了凝聚；当蛋白pH 在4.4～6.4范围内也无法形成凝胶，出现蛋白质颗粒的聚集，上层析出大量的水；而且对比了酸性条件下的凝胶和碱性条件下先形成的凝胶的外观和内部结构，发现有差异。Jacoba M.S[11]等人研究了pH对分离大豆蛋白和纯大豆球蛋白（11S）变性和聚合的凝胶形成性质的影响。结果发现，在pH为7.6条件下，形成细密的束状结构的凝胶具有较低的储能模量（G`）值，且有光滑、轻微浑浊的外观；这可能与加热后高溶解度的大豆球蛋白和大豆分离蛋白的浓度（大约50%）较低相关；pH为7.6时，在SPI胶凝期间β-伴球蛋白（7S）的作用似乎不太重要。而在pH为3.8时得到具有高硬度和粒状、白色外观的粗凝胶。在pH为3.8时在加热下所有蛋白质都沉淀，且有相对较高的G`值。凝胶的形成机理受到pH的影响，因为当pH为7.6，与pH为3.8相比，凝胶的显著形成并没有发生在β-伴球蛋白热变性开始时；且加热时在大豆球蛋白（11S）的酸性和碱性多肽之间的二硫键被破坏了。

1.3温度的影响

热诱导蛋白凝胶，温度对其凝胶过程与凝胶特性有显著影响。在大豆分离蛋白溶液中，蛋白质呈卷曲结构，表明由水滑膜包围，在胶凝过程中，蛋白质分子由卷曲被打开，藏于卷曲结构中疏水性基团露出来。

Kang[12]等研究结果显示，加热温度达60℃以上可导致球蛋白三级结构的解离和蛋白亚基伸展，加热过程中蛋白质分子运动加剧，分子间碰撞加剧，促使更进一步的交联性进而形成凝胶。秦传军[13]等认为，凝胶硬度随加热温度从85℃到95℃增加而呈上升趋势，分析其原因可能是由于温度升高可能导致凝胶从无序聚集状态转变为有序结构。周瑞宝[14]等报道了11S 和7S球蛋白在不同温度条件下凝胶形成能力具有差异，在100℃与80℃下分别加热大豆分离蛋白时，对凝胶形成起主要作用分别为11S与7S。

1.4离子强度的影响

大豆分离蛋白凝胶也受到溶液体系中离子强度的影响。中性盐中的盐离子与蛋白质分子中基团相互作用，使其溶解度有所改变。当盐浓度低时，蛋白质表现为易于溶解，此时蛋白分子间的相互推斥力大于吸引力，形成凝胶，但强度低；相反的情况是盐浓度较高，这时盐离子与水的偶极分子作用，导致蛋白质水合程度降低，使蛋白质分子间相互聚集，从而溶解度下降，进而蛋白质沉淀。离子强度提高，大豆分离蛋白分子间的相互吸引力增强而推斥力降低；大豆分离蛋白分子间相互聚集，形成无序凝聚状态，此时凝胶不透明，但是凝胶强度提高[15]。

蛋白的热凝胶过程中，高温下加热大豆分离蛋白，蛋白结构先由紧密结构舒展，活性基团暴露出来，在后续冷却与保温中，活性基团相互作用后形成凝胶[16-17]。在冷却过程中可能存在舒展的蛋白的重新折叠，蛋白重新折叠的程度会影响到凝胶的特性。在实际生产中发现，随着NaCl添加浓度提高，大豆分离蛋白凝胶性先好后变差，原因可能是：NaCl浓度低，11S球蛋白的变性温度低于加热温度，盐的加入使蛋白质的溶解性提高，进而加热过程中更利于蛋白结构的展开和活性基团的暴露，低浓度NaCl条件下，冷却中蛋白的重新折叠较弱。因此，此时的凝胶硬度较大；NaCl浓度提高后，11S球蛋白的变性温度高于加热温度，尽管NaCl促进大豆分离蛋白溶解，但由于低于变性温度的加热温度使蛋白结构伸展和活性基团的暴露不易，同时考虑冷却中蛋白的重新折叠作用，最终导致凝胶硬度小或者无法形成凝胶[18-22]。

1.5巯基化合物的影响

周红锋[23]等研究结果表明，加入环氧基等交联剂后，蛋白质中的氨基、羧基等基团与其发生交联，增强了蛋白质的网状结构。同时，不同交联剂对大豆分离蛋白凝胶特性有不同影响。郑梦[24]等研究结果表明，巯基乙醇（添加量为0.3%较好）的添加量对大豆分离蛋白的影响最显著，其次是氯化钙的添加量、氯化钠的添加量。

2　大豆分离蛋白凝胶特性改进技术研究进展

2.1物理法改进技术

物理法是利用物理手段如超高压、高剪切等，对蛋白的功能特性进行改善，物理方法的优势是在大豆分离蛋白凝胶前对大豆分离蛋白预处理，能够加速蛋白的胶凝，缩短胶凝时间，改善蛋白凝胶特性。张宏康[25]等利用超高压技术，研究其对大豆分离蛋白凝胶的影响，结果表明大豆分离蛋白凝胶强度随着超高压处理的压力增高而增加，并且对比了超高压处理的大豆分离蛋白凝胶比热诱导凝胶的强度高，外观平滑细致，品质更好。Y.C.Ker和T.H.Chen[26]研究了剪切作用对蛋白凝胶的影响，物理剪切作用后，大豆球蛋白中疏水基团暴露后促进凝胶网络的形成，利于胶凝化过程。朱建华[27]等研究成果表明，超声处理时间延长和功率增加可提高大豆分离蛋白凝胶的硬度值、弹性值和回弹性值，但降低了凝胶的脆性。

张华江[28]等研究了在干热条件为60℃，0.5 d条件下，蛋白凝胶强度比原产品提高约15%；魔芋精粉与大豆分离蛋白质量百分比例1∶1000，反应温度为60℃，相对湿度为65%（KI饱和溶液），反应时间为1 d，产品的凝胶强度比原产品提高约35%。国内外研究者对从蛋白质微观结构与相对分子质量等方面对鸡蛋蛋白粉凝胶机理进行了一定的探讨，发现鸡蛋蛋白粉进行干热处理后，能提高蛋白凝胶性能。热处理主要通过对大豆蛋白热聚集行为的影响，进而影响大豆蛋白加工特性和营养价值，是该领域研究热点。傅玉颖[29]等试验结果表明，热诱导大豆蛋白聚集可改变溶液流变性质，而不用改变蛋白质浓度；蛋白质分子浓度对热诱导蛋白聚集体影响较大，初始浓度越高，聚集体浓溶液的剪切黏度越大，但未处理的大豆分离蛋白剪切黏度最小；重新加热后，聚集体浓溶液形成强度弱的凝胶，而未处理的大豆分离蛋白溶液形成的凝胶其强度最高。

动态高压微射流技术是一种高效的超微细化技术[30-31]，液体受到高速撞击、高剪切等作用可能导致蛋白分子结构变化，从而导致其功能性质改变[32]。叶云花[33]等人报道了，采用动态高压微射流TG酶联合处理技术改性大豆分离蛋白，发现当动态高压微射流压力和处理次数的增加，交联效果出现先增加后减小的趋势。

2.2化学法改性技术

化学改性方法有磷酸化、酰基化、氨基酸共价连接、大豆分离蛋白化学交联等，改变蛋白质微观结构、疏水基团和静电作用力，可以改善大豆分离蛋白的凝胶特性。交联剂的活性基团如羟基、氨基等，能与蛋白质侧链上亲水基团发生共价键合作用，促使形成多肽链内、链间及蛋白质分子间的交联，促使大豆分离蛋白分子间交联而形成凝胶。田少君等[35]研究三氯氧磷改性大豆分离蛋白，改性后大豆分离蛋白的凝胶性提高。王飞镝[36]试验研究表明，戊二醛作为交联剂促使蛋白交联形成凝胶比天然大豆分离蛋白凝胶的硬度、弹性、内聚性及破裂强度更高，微观结构更为有序。姚玉静[36]等研究发现，乙酰化和琥珀酰化改性处理都阻止SPI形成热致凝胶，其原因可能是由此改性引起了蛋白质分子的疏水性质的改变，蛋白质分子的带电基团减少，相邻分子间的离子键减弱，阻止了热诱导凝胶的形成。黄友如等[37]研究了大豆粕进行醇洗改性对蛋白凝胶的影响，试验得出醇洗豆粕其蛋白凝胶性得到提高。

王禅秋[38]等试验结果表明，乙醇添加量显著影响大豆分离蛋白的凝胶强度，其强度随乙醇加入量增加而提高，原因在于一方面乙醇是一种极性有机溶剂，可与蛋白分子中的相反电荷作用，使蛋白分子间的无序凝聚降低，促使有序网络结构形成；另一方面乙醇中的羟基与蛋白质分子形成氢键，提高了分子定向排列有序性，使得凝胶硬度明显提高。

2.3酶法改性技术

大豆分离蛋白质通过酶法改性，其凝胶性能会有一定的改善。大豆分离蛋白通过酶作用水解后，通过非共价键（疏水相互作用）促使其分子内或分子间交联，促进凝胶。原因是大豆分离蛋白经水解后，内部疏水基团暴露促使了分子间相互交联作用的加强，提高蛋白的凝胶性。转谷氨酰胺酶属于酰基转移酶，可以催化蛋白质分子间的交联和聚合形成了网络结构，产生新的共价键，以此提高蛋白质的凝胶性。木瓜蛋白酶大部分是巯基蛋白酶，因此可以促使大豆分离蛋白形成凝胶。周红霞[39]等试验研究结果表明，蛋白浓度为7.5%、木瓜蛋白酶用量为0.085 kat/g蛋白质、处理温度为85℃时，大豆分离蛋白快速形成热诱导凝胶。杨欣[40]等报道了木瓜凝乳酶比木瓜蛋白酶促使蛋白形成凝胶所需酶活力低，前者形成的凝胶强度高，而且前者在低温下形成凝胶所要求的酶活力比高温下的低。田少君[42]等研究转谷氨酰胺酶以及微生物谷氨酰胺转移酶对大豆分离蛋白凝胶影响的研究，结果表明添加一定量的转谷氨酰胺酶可以促进大豆分离蛋白凝胶的形成，并提高了其凝胶强度，且酶作用时间越长，大豆分离蛋白凝胶性愈高。

Chee-Yuen Gan[41-42]对比了MTGase酶诱导单一处理的大豆分离蛋白凝胶和加入核糖联合处理形成的凝胶特性，应力松弛实验表明复合处理凝胶的凝胶强度、粘弹性性质比单一处理的凝胶（没有交联凝胶产生的处理）更好，复合处理的凝胶比单一处理的凝胶有更为广泛的pH范围，场发射扫描电子显微镜（FESEM）分析显示，复合处理形成的凝胶比其他单一处理形成的网络凝胶密度更高和更细腻。凝胶网络内发生的共价交联以及大豆蛋白净电荷的变化都影响复合处理形成的凝胶的理化性质和微观结构。

2.4基因工程技术

基因工程技术对大豆分离蛋白的改性，是采用植物育种技术和分子生物技术，改变大豆分离蛋白质的分子结构，通过基因调控改变7S和11S的比例，从而使其凝胶特性发生改变。转基因食品是否安全争议颇多，转基因大豆产品的安全性缺乏证据，这将影响基因工程技术在改善大豆蛋白凝胶功能性质上的应用。

2.5其他改性技术

Chee-Yuen Gan，Aishah A[43]等报道大豆分离蛋白（SPI）在 MTGase酶（SPI/MTG（5））或 24 h（SPI/MTG （24））40℃作用5 h或24 h交联获得的SPI冻干，加入2mg/L核糖（R）95℃加热2 h产生复合凝胶。当与核糖溶液重组时，更长的诱导时间促使形成更紧凑膨胀更小的SPI颗粒形状。其研究结果显示不同胶凝电泳，交联处理和复合交联处理的SPI比单一处理样品具有更高的G'（储存模量）值。这些都是由于在SPI网络中MTGase诱导和加热过程中添加核糖（即还原糖），形成了额外的（ε）-γ-glutamyl赖氨酸键和“美拉德交联”。网络/非网络蛋白质的分析发现，交联处理网络蛋白质增加，这也导致了形成了不同的SDS-PAGE成像。在非网络蛋白质部分，复合交联使A4亚基成为网络蛋白质的一部分。

3　存在问题及发展前景

大豆分离蛋白凝胶是一个复杂的体系，凝胶过程受到很多因素影响，不同控制条件对大豆分离蛋白分子结构的影响，如何通过改善加工方法提高大豆分离蛋白凝胶的储藏稳定性，国内研究尚不够深入。多方法处理大豆分离蛋白凝胶，其凝胶机理研究与条件优化，以提高其质构特性与储藏稳定性，是该领域今后研究的重点。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.22.047

收稿日期：2015-07-28

作者简介：田海娟（1980—），女（汉），讲师，在读博士研究生，研究方向：农产品加工与资源利用。

*通信作者：胡耀辉（1951—），男，教授，博士生导师。

A Review on Mechanism of Soybean Separation Protein Gel

TIANHai-juan1，2，3，4，YUHan-song1，3，HUYao-hui1，3，*
（1.College of Food Scienceand Engineering，Jilin AgricultureUniversity，Changchun 130118，Jilin，China；2.Branch of Food Engineering，Jilin Businessand Technology College，Changchun 130062，Jilin，China；3.Soybean R&DCenter，CARS，Changchun 130118，Jilin，China；4.Jilin Province Key LaboratoryofGrain and OilProcessing，Jilin Businessand Technology College，Changchun 130062，Jilin，China）

Abstract：Researches on mechanism of soybean protein isolated gel domestic and abroad were reviewed. Effectson gel functionswere discussed.Common usedmethod and progress including the latestadvance in the gel ofmodification technology researching were introduced.This paper briefly analysis the difficulties and foreground at last.

Key words：soybean protein isolated；mechanism ofgel；research advance