隋晓楠 黄 国 刘贵辰

（东北农业大学食品学院 哈尔滨150030）

蛋白质是由20 个不同的氨基酸组成的高度复杂的聚合物，蛋白质结构和功能的差异源于氨基酸通过酰胺键连接在一起的序列。蛋白质是存在于牛奶、肉类、蛋类、谷物、豆类和油籽中的重要食物成分，它们可与其它食物成分形成复合物，从而改变其结构、功能和营养特性[1]。

大豆分离蛋白（Soy protein isolate，SPI）是食品工业中使用最广泛的植物蛋白质之一，它与动物蛋白质相比，氨基酸水平相似，且不含胆固醇，具有有益于心血管健康等优点。同时大豆蛋白质是我国居民日常膳食中蛋白质的主要来源。SPI 主要是由两种成分组成：β-伴大豆球蛋白质（7S）和大豆球蛋白质（11S），它们共占SPI 总量的70%～80%，同时它们还是蛋白质中主要的过敏原[2]。β-伴大豆球蛋白质为三聚体，分子质量在150～200 ku，其中包括3 个亚基：α、α′和β，这些亚基主要是通过疏水相互作用和氢键结合[3]。大豆球蛋白质分子质量约为360 ku，是通过两个三聚体堆叠形成的六聚体，每个三聚体包含了3 个亚基，每个亚基由酸性多肽A 及碱性多肽B 通过二硫键所构成[4]。SPI 的氨基酸组成中包含极性官能团的氨基酸，它们能够提供与其它官能团发生化学反应的基础，从而使得SPI 易于修饰[5]。

多酚是一类具有多元酚结构的次级代谢产物，其不参与人体内的生长和能量代谢[6]。多酚广泛存在于人们日常食用的水果、蔬菜之中，根据其碳骨架的特征，可分为酚酸、黄酮类化合物以及不常见的芹类和木脂素[1]。食品中膳食多酚不仅是天然色素的重要组成成分，同时也是天然抗氧化剂的主要来源。此外，多酚类物质还可预防多种慢性病，例如癌症和心血管疾病等，从而备受关注[7-8]。

蛋白质和多酚是食品中重要的成分，两者在食品加工、运输和储存过程中能发生相互作用，进而影响蛋白质的结构、功能及营养特性[1，9-10]。多酚与蛋白质的相互作用常分为共价作用及非共价作用，其中，非共价作用为可逆作用力，主要包括离子键、疏水与非疏水作用、二硫键、氢键、范德华力等。例如：原花青素上的酚基团是一种优良的氢供体，它能与明胶蛋白上的羟基形成氢键，进而促进两者的非共价作用[11]。Nagy 等[12]利用超滤和气-质谱联用技术，结合主成分回归以及多元线性回归分析，建立蛋白质与多酚非共价结合的数学模型；通过蛋白质的氨基酸组成来解释多酚和蛋白质之间非共价结合的强度结果，该模型提出蛋白非共价结合的能力大小主要取决于蛋白质的等电点、酸/碱性氨基酸残基、脯氨酸数量以及蛋白质的二级结构。而共价作用属于不可逆的作用力，它利用多酚类化合物的特殊结构易被分子氧化的特性，使肽的侧链氨基在碱性pH 条件下或多酚氧化酶被喹啉化，导致蛋白质交联[13]。酚类化合物与蛋白之间的共价反应很大程度上取决于酚类化合物的结构，酚类化合物的结构决定了它在碱性或多酚氧化酶条件下自动氧化和产生氧化还原活性醌的能力，这是因为活性醌是与蛋白质侧链发生相互作用的先决条件[14]。Pham 等[15]利用亚麻籽多酚、阿魏酸和羟基酪醇分别与亚麻籽蛋白进行碱性条件以及分子氧条件下的共价交联，结果表明，仅羟基酪醇与亚麻籽蛋白产生交联，这与酚类的结构密切相关。对于具有较高的蛋白质亲和力的酚类化合物而言，自身的相对分子质量大小是有一定条件的，其一酚类物质必须足够小才能够穿透蛋白质的纤维间区域到达结合部位；其二酚类物质必须有一定的相对分子质量才能在一个或多个结合位点上交联肽链[16]。

近年来，已有大量研究探索食物蛋白质和多酚之间的相互作用。然而，只有少数研究关注大豆蛋白质，这与其在食品工业中的广泛应用不相符。此外，这些工作主要集中在大豆蛋白混合物或单独的7S 或11S[17-19]。为了更好地了解植物多酚-蛋白质相互作用，并在加工、运输和储存过程中控制食品中蛋白质的功能特性，本文综述大豆蛋白质-酚类物质的相互作用对蛋白质和酚类化合物结构和功能的影响。

1 大豆蛋白与多酚的相互作用对蛋白结构的影响

研究发现，与多酚相互作用的蛋白质一般具有相对分子质量较大，具有开放式松散的结构特点[20]。多酚对球蛋白具有很强的亲和力，能够引起蛋白质的折叠[21]。蛋白质的结构可以用多光谱技术进行表征，如傅里叶红外光谱、紫外可见光吸收光谱、拉曼光谱、圆二色性光谱等。

1.1 一级结构

与多酚发生相互作用的蛋白质，其脯氨酸或其它疏水性氨基酸含量较高[22]。多酚类物质可与蛋白质上的游离氨基酸及蛋白质侧链上的巯基发生反应，特别是对富含脯氨酸、赖氨酸及芳香族氨基酸的蛋白质有着特殊的亲和力。刘英杰等[23]研究了花青素与SPI 的共价作用，结果表明两者的共价作用能够减小SPI 侧链上巯基的含量。花青素有着大量的羟基基团，蛋白质中的巯基与花青素上的羟基结合，使得蛋白质结构改变[13]；花青素在碱性条件下基团氧化成醌，与巯基形成C-S 键，使得巯基含量下降[24]。Jiang 等[25]也发现在SPI-花色苷共价复合物中，花色苷的添加，提供了与游离氨基酸残基或巯基共价反应的潜能。Rawel 等[26]报道酚酸的加入使大豆球蛋白中巯基和色氨酸残基数量减少。阿魏酸以及单宁酸的加入使得大豆蛋白中赖氨酸的生物有效性降低[27]。来自绿咖啡提取物中的羟基肉桂酸与大豆蛋白质复合后，使蛋白质氨基酸损失，这可能是稳定的羟基肉桂酸能结合氨基、巯基及自身的酚醛结构所造成的[28]。大豆7S 蛋白质与酚类化合物反应，蛋白质的分子质量没有发生变化[29]。同样的，在Pham 等[15]的研究中利用亚麻籽多酚、阿魏酸及羟基酪醇与亚麻籽蛋白质进行反应，酚类化合物均能降低蛋白质上的游离氨基、硫醇基、色氨酸残基含量，然而仅有羟基酪醇改变了蛋白质的分子质量，导致蛋白质的交联，这与酚类化合物自身的结构有关。绿茶和迷迭香提取物导致Bologna 香肠中蛋白质的巯基含量下降，使用绿茶提取物更为明显。绿茶中的主要多酚儿茶素上的多个羟基逐个被氧化而与蛋白质上的巯基形成稳定的共价键，导致蛋白质的聚合，在此过程中，儿茶素起到桥接作用；鼠尾草酚和鼠尾草酸为迷迭香提取物中的主要酚类，均只含一个与蛋白质巯基结合位点，导致蛋白质交联困难[30]。植物多酚能与大豆蛋白质侧链上的游离氨基及巯基进行反应，蛋白质的结构改变受到多酚结构的影响，然而多酚如何调控大豆蛋白质的结构变化还需深入探讨。

1.2 二级结构

不同的多酚对蛋白质的二级结构的影响不同，蛋白质的结构因与酚类化合物的反应而改变，主要是α-螺旋、β-折叠、β-转角和无规则卷曲之间构象的相互转变。这些变化的结构特征在不同的蛋白质与酚类化合物中是不同的，这可能取决于不同的多酚类型和反应条件。花青素与热处理的SPI 相互作用后，SPI 的α-螺旋和无规卷曲的减少，β-折叠和β-转角的增加，使SPI 的结构变得有序[31]。在未加热的SPI 中，以SPI 的主要结构β-折叠逐渐转换为β-转角与无规则卷曲，SPI 部分结构展开[23，32]，这可能与SPI 所处的热环境不同所致。赵玉红等[22]利用樟子松多酚与SPI 复合后，SPI 构象无规则卷曲比例下降，α-螺旋和β-折叠比例上升，使SPI 的热稳定性得到改善。姜黄素与加热后的SPI 络合，α-螺旋和β-折叠含量降低，无规则卷曲增加，结构变得无序化[33]。Ren 等[34]研究大豆7S 蛋白质与11S 蛋白质与花青素-3-葡萄糖苷的相互作用，大豆7S 与11S 蛋白结构由β-折叠向α-螺旋和无规卷曲转变，结构变得松散。不一样的是，有部分文献表明，酚类化合物不会改变或破坏大豆蛋白的二级结构。Deng 等[35]研究表明原花青素与大豆铁蛋白质的相互作用，不能引起大豆铁蛋白质的二级结构的改变，这主要是原花青素与铁蛋白的交联，诱导蛋白与蛋白相互作用的发生，导致铁蛋白质聚集体产生。p-香豆酸、咖啡酸、没食子酸和绿原酸的添加不能引起大豆7S 蛋白质二级构象的改变[29]。大豆蛋白质似乎对绿原酸并不敏感，因其不能导致蛋白质结构的改变[26]。蛋白质结构的不变化可能是多酚的引入，诱导蛋白质参与其它反应，也与多酚上羟基的数量与位置以及检测技术的灵敏性有关。

1.3 三级结构

内在荧光已被广泛用于研究蛋白质与多酚的相互作用，这与多酚诱导的蛋白质中的极性微环境变化有关[36-37]。姜黄素与SPI 通过疏水作用结合，SPI 的荧光强度降低，最大荧光峰波长蓝移，SPI 内在的色氨酸发色基团向更疏水的环境转变[17]。Chen 等[38]利用超声处理对SPI 与姜黄素络合，发现两者结合后产生荧光猝灭现象，蛋白结构发生解折叠，更多的疏水位点暴露于分子表面，两者之间的疏水作用与二硫键得到加强。儿茶素可与大豆铁蛋白质发生相互作用，儿茶素分子通过范德华力相互作用或氢键与铁蛋白结合，内源荧光发生改变，色氨酸微环境发生变化[39]。单宁酸与大豆铁蛋白质通过疏水作用和氢键相互作用，改变色氨酸残基周围大豆铁蛋白质的三级结构，而二级结构仅有微小的变化[18]。Wan 等[19]成功构建了白藜芦醇-SPI 复合物，并指出随着白藜芦醇浓度的增加，SPI 的荧光强度逐渐降低，荧光峰波长明显的红移，猝灭类型主要为静态猝灭。在碱性条件下，花青素与SPI 的共价作用表现极为强烈，两者的共价作用诱导SPI 多肽链的解折叠；此外，SPI结构的改变，使SPI 内部的色氨酸和酪氨酸发色基团被深埋[32]。植物多酚与蛋白质发生相互作用时，会显著导致蛋白质三级结构的变化，相应的蛋白质固有荧光发生改变。

2 大豆蛋白与多酚的相互作用对蛋白功能特性的影响

2.1 溶解性

蛋白质的溶解性是蛋白质在食品中发挥功能特性的重要影响因素，较差的溶解性可能会限制蛋白质的其它功能特性。蛋白质的溶解性往往取决于一些内在因素如：氨基酸组成、氨基酸序列及一些外在的环境因素，如：pH、温度、离子强度等[40]。酚类化合物与蛋白质的相互作用可以诱导蛋白质的交联，这些相互作用会改变蛋白质分子的净电荷，进而影响蛋白质的溶解度。原花青素与蛋白质的相互作用可以改变食物中蛋白质的功能特性，这是因为这些相互作用通常导致蛋白质溶解度的降低[1]。在Rawel 等[26]的研究中，大豆球蛋白和大豆胰蛋白酶抑制剂与酚酸作用，改变了蛋白质的溶解度，影响蛋白质的功能特性。将大豆蛋白质与不同种类的酚类化合物一起温育后，观察到大豆蛋白质的等电点转移到更酸性的pH 值，蛋白质的溶解度因此受到影响[41]。将高压处理后的SPI 与茶多酚结合，发现酚类化合物具有提高蛋白质溶解度的能力，这要归功于高压处理下蛋白质表面带电基团的重新分布及茶多酚与蛋白质相互作用所带来的高电位值[42]。

2.2 抗炎性

炎症是许多疾病的标志，如动脉粥样硬化、自身免疫力、癌症等。大豆饮食中的蛋白质成分可能有助于抑制与动脉粥样硬化、脂质代谢紊乱等相关的炎症过程[43-44]。Burris 等[45]利用去除了异黄酮的SPI 对小鼠血浆的抗炎效果进行研究，结果表明：去除异黄酮的SPI 能使小鼠血浆炎症标志物减少，抑制炎症反应。大豆蛋白质能提高小鼠血清免疫蛋白含量，并对金黄色葡萄球菌感染的小鼠表皮具有良好的免疫调节作用，这可能与大豆蛋白质的某些内源因子的存在或大豆蛋白质消化后生物活性肽的释放有关[45-46]。大量研究表明，多酚具有良好的抗炎活性。儿茶素是体外磷脂酶A2（PLA2）活性的有效抑制剂，它可以结合磷脂酶A2的活性位点或通过非特异性结合改变蛋白质的构象，进而有效控制炎症的发生[47]。利用蛋白质和多糖或多酚构建自组装纳米颗粒以改善癌症疾病及相关的炎症过程逐渐成为研究热点[1，48-50]。富含麝香的葡萄以及羽衣甘蓝多酚的强化蛋白质SPI 对炎症标志物的生成有着显著的影响[51]。HOSKIN等[52]利用喷雾及冷冻干燥技术制备蓝莓多酚-蛋白质聚集体，发现该聚集体能够有效抑制炎症因子的表达，这可能取决于聚集体中丰富的多酚抗炎活性。小鼠喂食大豆蛋白质和绿茶能够改善小鼠慢性炎症的发生过程，降低了小鼠患前列腺癌的风险；而单独喂食大豆蛋白质或绿茶对此效果并不明显[53]。将蓝莓多酚-绿茶多酚-大豆脱脂豆粉复合物应用于运动员运动诱发炎症的研究中，结果发现多酚载体对炎症生物标志物的生成和氧化应激反应没有差异影响[54]。大豆蛋白质-植物多酚复合物抗炎性的探究主要应用于动物消化实验中，该复合物在动物乃至人体消化道中作用形式较为复杂。现有研究表明，大豆蛋白质中的某些内源性因子如大豆异黄酮能够对绿茶多酚肠道利用度有着相互促进的作用，使复合物抗炎能力增强；然而忽略了其它大豆成分对绿茶多酚的相互作用[53，55]。可能这是由于消化道是一个极其复杂的稳态环境，相关的作用机制还需要探究，相关的抗炎性解释尚未定论。

2.3 抑菌性

植物提取物作为抗微生物剂，因其较少的不良副作用而受到广泛关注。植物多酚具有选择性的杀菌特性[56]，多酚与大豆蛋白质复合物抑菌能力的发挥，关系到复合物中多酚所处基质的生理活性。加热后的SPI 添加富含花青素红树莓提取物，对表皮葡萄球菌具有更高的抑制活性，而在加热前的SPI/聚环氧乙烷溶液中抗菌药物敏感性的丧失可能是由于热处理过程中花青素的分解[57]。将SPI 应用于蔓越莓提取物中，两者结合能够抑制革兰氏阳性和革兰氏阴性有害细菌生长，并为蔓越莓提取物-蛋白基质组合提供了开发功能性食品配方的潜能[58]。来自于黑加仑以及麝香葡萄的多酚被浓缩富集至蛋白质基质中，能够有效抑制金黄色葡萄球菌的成长，而当SPI 单独作用时，并不抑制细菌的生长，这可能取决于大豆蛋白质基质下多酚生物活性的有效性[59]。Zhao 等[60]利用茶与含乳糖的豆浆混合发酵，茶的添加促进了德氏乳杆菌的生长，抑制了嗜酸乳杆菌和嗜热链球菌的生长。Arfa 等[61]发现在添加肉桂醛和香芹酚的SPI 的包装纸中，对葡萄孢菌、大肠杆菌具有抑制作用。含有葡萄籽提取物、乳酸链球菌和EDTA 的SPI 膜对单核细胞增多性李斯特氏菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门菌均具有抑制作用[62]。多酚与大豆蛋白质复合物具有良好的抗菌特性，然而，对于一些植物基发酵食品来说，多酚的添加可能会对食品品质、感官特性造成一定的影响，并且多酚对大豆蛋白质代谢的肠道菌群的影响尚未探究。关于这些主题的未来工作对于理解体内大豆蛋白质和多酚之间的相互作用至关重要。

2.4 消化性

酚类化合物络合对蛋白质消化率的影响是与酚类化合物和蛋白质的性质相关的复杂过程，酚类与蛋白质的相互作用对蛋白的水解特性和消化性具有两面性[63-66]。一方面，许多研究表明多酚会导致蛋白的消化抗性提高。Viva 等[67]研究发现多酚的加入能够使蛋白质沉淀，进而影响芸豆蛋白质的消化性。Zhang 等[68]利用富含多酚的黑豆蛋白进行体外消化，研究发现黑豆的蛋白水解度与总多酚含量呈负相关，这表明多酚对蛋白的消化存在抑制作用。黑大豆种皮提取物（BE）的加入有效抑制了SPI 的消化，该提取物与蛋白质上的疏水位点的结合可能在空间上阻碍酶的可及性，从而增强蛋白质在消化过程中的稳定性[33]。大豆铁蛋白质与葡萄籽原花青素结合后，对大豆铁蛋白质降解表现出显著的抑制作用，改善了体内铁蛋白中铁元素的生物可接受性[35]。来自咖啡豆中的咖啡酸、阿魏酸和绿原酸与SPI 疏水作用结合后，使蛋白水解酶作用肽键的能力减弱，导致蛋白质的消化困难，阻止了酚酸的释放[71]。另一方面，多酚能够改善蛋白的消化性。Chen 等[69]研究发现利用未加热的SPI 与加热的SPI 络合姜黄素，对应的此复合作用大大提高了SPI 的消化率，而与热预处理无关；在Lin 等[70]研究中也同样发现了类似的情况，将儿茶素与加热/未加热处理的大豆7S 蛋白质进行络合，两者的相互作用改变了蛋白质的结构，增加其对蛋白酶的可及性，消化率均得到提高。富含生咖啡提取物的豆浆能够改善淀粉的消化率，加入高剂量的提取物时，对蛋白质的消化有积极影响[65]。

3 大豆蛋白与多酚的相互作用对多酚的影响

多酚作为生物活性物质，在光、电、热及氧气的条件下极易降解。如何构建优良的多酚稳态环境，是确保多酚生理活性功能发挥的首要选择。大豆蛋白具有良好的乳化性，常用作生理活性物质包埋、封装的载体，利用多酚与蛋白的特殊亲和力来构建蛋白负载多酚的复合纳米粒子，特别是疏水性多酚是非常有效的[72-74]。利用喷雾干燥技术构建姜黄素-SPI 复合粒子，增强了姜黄素的溶解性，提高了姜黄素在水中的稳定性[75]。富含多酚的蓝莓浓缩汁吸附于大豆脱脂豆粉中，大豆脱脂豆粉上的蛋白质颗粒与多酚通过静电非共价结合，使蓝莓多酚的DSF 中花色素苷和总多酚的活性得以保存，表明它们与大豆脱脂豆粉结合是稳定的[76]。将蓝莓多酚-绿茶多酚-大豆脱脂豆粉复合物在黑暗中5℃下储存12 个月后，总多酚水平和单独的儿茶素含量保持不变，表明稳定的蛋白质-多酚基质[54]。吸附在蓝莓多酚-绿茶多酚-大豆脱脂豆粉复合物中多酚的稳定性增强，是因大豆蛋白载体提供的保护作用[77]。此外，与大豆蛋白复合后，来自蒿的疏水性多酚甲氧基二氢查耳酮的生物利用度大大提高，与大豆蛋白结合的多酚在通过上消化道时受到保护，以便随后进行结肠吸收和代谢[78]。不一样的是，将SPI 与石榴汁进行混合，经过人体消化后并没有影响石榴汁中的鞣花单宁的生物利用度及尿石素多酚代谢物的形成[79]。在豆奶中添加果蔬汁如橙汁、猕猴桃汁使多酚的利用率提高，而添加苹果及柚子汁后多酚生物利用率降低；添加葡萄汁的多酚利用率无显著变化[80]。向红茶中添加牛奶或豆奶会减弱大鼠主动脉环的血管舒张作用，红茶中的多酚活性被掩蔽，这与富含脯氨酸的酪蛋白和大豆蛋白直接络合黄烷-3-醇有关[81-83]。槲皮素因SPI 颗粒的高稳定载体的保护效应而得以保存，抗氧化性得到提高[84]。通过疏水作用构建的SPI-白藜芦醇复合物能够在消化中快速释放白藜芦醇，归功于两者复合物中白藜芦醇溶解度的提高，为疏水性的多酚运载提供了载体[72]。综上所述，大豆蛋白质载体为多酚的运输提供了可能，并在一定程度上影响了多酚的生理活性及生物利用度。在多酚与蛋白质共存的体系中，蛋白质-多酚复合物的消化和胃肠道中多酚的释放需要更深入的研究，尽管有大量文献对多酚生物利用度表示合理的担忧，人们在合理设计蛋白质-多酚食品时，还应确保两者的相互作用对食品质量、蛋白质营养和饮食中多酚的提供具有积极贡献。

4 总结与展望

食品是一个复杂的体系，蛋白质与植物多酚作为食品中重要的组成成分，有大量的学者对两者的相互作用做了多方面的研究。酚类与蛋白质的相互作用会影响食物基质中的食物成分，这主要是集中于动物性蛋白质中，对于植源蛋白质鲜有报道，这与大豆蛋白质大量的工业化生产与应用的现状是不相符的。对此，结合现有的研究现状，提出以下尚待研究与改进的方面：

1） 大豆蛋白质与植物多酚在食品体系中的互作规律解析。以往研究对大豆蛋白质与植物多酚的互作进行了积极的探索，然而鉴于大豆蛋白质与植物多酚的种类、结构及组成成分的复杂性，大豆蛋白质单一组分与单体/多聚体多酚化合物相互作用的研究缺乏，检测的技术手段与方法的限制，使两者的互作机制不够明确，互作规律仍需深入挖掘。

2） 大豆蛋白质与植物多酚的交互作用机制以及对蛋白质和多酚的结构、功能特性构效关系的研究。大豆蛋白质与不同植物多酚之间的亲和力具有一定的差异性，两者构成的复合物的结构差异是决定它们发挥生理活性功能的关键因素。然而，在大豆蛋白质与植物多酚的互作影响蛋白、多酚的结构改变与功能特性的差异的内在关联尚未明晰，特别是对于两者复合物的营养安全，蛋白和多酚肠道中的生物利用度的研究与评价以及肠道菌群功能的开发尚待研究。

3） 加工条件对大豆蛋白质与植物多酚的相互作用的差异及结构、功能特性的调控研究。加工环境的改变，如热处理及新加工技术的应用（亚临界、超高静水压、超声技术等），都会在很大程度上影响大豆蛋白质与植物多酚之间的相互作用、作用强度及作用类型，进而造成两者结构、功能特性上的差异。了解不同加工条件对两者的互作机制，可能有助于改善含蛋白质和酚类化合物食品的加工工艺。然而，现有的食品加工技术对蛋白质与多酚互作的影响研究较少，未来关于多种新型技术应用两者互作的影响也需要更深入的研究与探讨。