大豆油體的研究進展及其在食品中的應用

吳隆坤, 肖志剛

(沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034)

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大豆油體的研究進展及其在食品中的應用

吳隆坤, 肖志剛

(沈陽師范大學 糧食學院, 沈陽 110034)

油體是儲存種子萌發和生長的營養物質三酰甘油的場所,大豆油體是由單層磷脂分子及其鑲嵌的蛋白組成半單位膜包裹液態三酰甘油而形成的球體(粒徑是0.2～0.5 μm)。大豆油體富含多不飽和脂肪酸和生物活性物質,具有物理化學穩定性,可作為天然的乳化劑提高食品原料的穩定性,比乳化劑更加經濟、健康。大豆油體在食品領域中應用主要有以下幾個方面:基于大豆油體乳液和奶油性狀,乳制品和仿制乳飲料自然是潛在應用的主要領域,還可以以油包水乳液的形式出現在其他液體、半液體或固體食物中,如沙司,蛋黃醬和色拉調味品,大豆油體還可以應用到可食性膜和食品包裝當中。對大豆油體的組成、結構、提取過程、物理化學性質及在食品中的潛在應用進行概述。

大豆油體; 油體蛋白; 提取; 物理化學性質; 應用

大豆是世界上重要的油料作物之一,富含蛋白質和油脂,是食品工業中重要的功能性原料。植物中以三酰甘油酯(triacylglycerols, TAG)的形式存儲脂類物質的亞細胞器叫做油體(oil body)。大豆油體富含對人體健康有益的脂溶性生物活性物質(如磷脂、生育酚和異黃酮等)和多不飽和脂肪酸,其特殊結構和功能性組分及其良好的穩定特性,以及可以作為天然的乳化劑使得大豆油體在食品、美容和醫療保健行業有廣闊的應用前景。本文概述了近年來大豆油體結構、特性及在食品中潛在應用的研究現狀,為進一步開展大豆油體應用和研究做以鋪墊。

1 大豆油體的基本信息

1.1 油體的主要成分

大豆子葉超顯微結構中顯示,油體緊密排列于蛋白體和細胞壁的周圍,油體在細胞內部的密度小于在細胞壁附近,少量油體存在于蛋白體中。大豆油體的粒徑是0.2～0.5 μm,外部為磷脂和蛋白組成的半單位膜,內部為液態的三酰甘油酯,磷脂層的疏水酰基與內部的三酰甘油酯相互作用,親水頭部基團則面向細胞液[1]。大豆油體作為一種天然的納米級大小的亞細胞器,集中了大豆的多不飽和脂肪酸,包含中性脂類98.17%、蛋白質0.94%、磷脂0.80%、游離脂肪酸0.09%,其中PI、PC、PE、和PS的含量分別是8.4%、61.6%、5.0%、和25%[1]。大豆油體還含有生育酚,異黃酮及少量的細胞色素C還原酶、脂酶和酰基甘油酶等物質。

1.2 油體蛋白

大豆油體磷脂層中鑲嵌著小分子堿性蛋白質,即油體結合蛋白(oil body banding protein, OBBP)。油體蛋白分子量為 15～26 kDa,占油體重量的 0.5%～4%。這些結合蛋白包括油體膜蛋白(oleosin)及油體鈣蛋白(caleosin)和固醇蛋白(steroleosin),其中 oleosin 的含量最豐富。oleosin分子含有3個區域,即含有 50～70個氨基酸殘基兩親性的 N-末端、70 個氨基酸殘基左右的中央疏水區和長度可變兩親性 C-末端[1]。國內外對大豆油體蛋白的轉基因研究很多。 徐等[2]克隆了大豆的24 k Da油體蛋白的基因和啟動子,構建 “油體蛋白一腸肽酶一水蛭素”植物表達載體,在轉基因煙草中成功表達,通過腸肽酶切割重組蛋白的電泳分離得到水蛭素。龐實鋒等[3]把大豆油體基因(DDoil)與EGF構建成融合基因,構建成植物表達載體p1390Do-EGF,轉化進農桿菌LBA4404中用于侵染紅花外植體,通過甘露糖篩選獲得紅花轉化苗。利用RNAi 技術Monica等敲除大豆中的一種24 kD Oleosin,結果導致異常形態的OB形成。在大豆中,由于Oleosin 缺失形成的突變體會產生巨大OB, Oleosin的沉默導致Caleosin 含量增加[4],表明Oleosin在OB 個體發生過程中發揮重要作用,同時其他因子的參與也是必要的。

2 大豆油體提取方面的研究

2.1 油體的提取方法

Tzen等[5]提出傳統提取油體的方法,即首先有機溶劑萃取,離心除去沉淀,用去污劑洗滌,及鹽離子洗脫,離液劑處理等步驟。Jacks 等[6]提出了的水提取大豆油體的方法。該方法省去溶劑提取植物油的過程,無毒,且不需要乳化劑和均質的過程,將大豆油體作為天然的穩定的植物油來源可直接添加到食品中。Chen等[7],通過兩步水萃取法,可以得到約65%的油體,在儲存期間平均粒徑(D43)的油體的沉降增大,表明容易聚集。Kapchie等[8]用酶輔助法提取大豆油體, 用復合果膠酶、纖維素酶和β-葡聚糖酶的混合物,在 60 ℃,150 rpm對豆粉進行處理、過濾、離心進而得到油體,并研究了超聲和高靜壓2種前處理方法對油體的影響,油體的回收率最高可達到 84.65%。Kapchie等進行了中試規模的酶輔助法提取大豆油體的研究,這種方法提取大豆油體的顯著效率高,提取產率由實驗室規模的 76.83%上升至93.40%,并且得到的大豆油體蛋白和其他副產物性質相對穩定,為大豆油體的大規模工業化生產和廣泛應用奠定了基礎。

2.2 油體提取過程

在大豆油體提取預處理(均質,攪拌,研磨及濕漿液等處理)過程、提取溫度、pH值及酶的種類和用量等都影響油體的提取率[9]。在大豆油體的提取過程中,大豆球蛋白、伴大豆球蛋白等許多外源性蛋白會結合到油體表面,其中Bd 30 K是大豆蛋白中一種重要的免疫顯性過敏原,這給油體開發和應用帶來安全問題。趙路蘋等[10]研究發現80～100 ℃加熱處理15 min 和使用大于6 mol·L- 1尿素均有利于去除油體表面結合的大豆蛋白質,得到的油體純度高。Chen等[11]報道,從pH值為11的生豆漿中提取得到的油體不含有過敏性蛋白(Bd 30 K)。但在100 ℃和pH值為11的條件會存在大豆蛋白質嚴重變性的情況,同時pH值較高提取油體也不利于環境保護。Chen[12]研究高堿性提取會使大豆油體表面的蛋白質和磷脂部分脫離油體,油體粒徑減小,蛋白質/中性脂比值減小、磷脂/中性脂比值減小,但對中性脂部分(生育酚、脂肪酸)基本無影響,證明了油體的天然乳化結構對于保護植物種子中性脂的意義重大。

3 大豆油體物理化學性質

3.1 油體的物理穩定性

Mcclements等人研究了大豆油體在不同pH值、鹽離子濃度和熱處理溫度等環境下的穩定性,發現大豆油體在pH值為4.0時表面靜電荷為0。通常的蛋白質乳液在添加NaCl 時表面電荷絕對值會不同程度降低,而大豆油體表面電荷對NaCl的添加不敏感。在 30～90 ℃的溫度處理下,大豆油體的平均粒徑沒有明顯變化,說明在熱處理過程中大豆油體蛋白的表面疏水性沒有增加,這點有別于普通蛋白質穩定的乳液[13],這可能與大豆油體結合蛋白的結構特征有關。王麗麗等[14]通過透射電鏡觀察冷凍前后大豆子葉細胞中油體形態的變化,發現冷凍處理導致了較大粒徑的油體聚集體出現,冷凍處理能夠輕微地降低油體的等電點,增加油體表面的疏水性,穩定性降低。Wu等人[15]研究了3種不同的卡拉膠對大豆油體穩定性的影響,發現由于卡拉膠的覆蓋能提高大豆油體穩定性,帶有更密集帶電荷螺旋結構的λ-卡拉膠效果最好。隨后,該團隊進一步研究了λ-卡拉膠對大豆油體在鹽、熱、凍融等處理過程中的穩定性的影響[16]。Chen等[17]采用甜菜果膠覆蓋大豆油體再用漆酶交聯,以增加大豆油體穩定性,說明多糖的覆蓋能增加油體的空間位阻和靜電斥力,因此使油體的物理穩定性提高。

3.2 大豆油體的氧化穩定性

Kapchie等[18]考察了pH值和金屬離子對大豆油體油脂氧化穩定性的影響。發現鐵離子對油體的氧化具有促進作用,在酸性(pH=2.0)環境下,較高的靜電斥力使油體處于高度分散狀態,增加了表面積,導致了較快的氧化速度。在中性(pH=7.0)環境下帶正電的鐵離子吸附在帶負電的油體表面上,此時的表面電荷較低,油體傾向于聚集,減少了氧化面積,降低了氧化速度。凍融、凍結或熱處理則對油體氧化穩定性沒有明顯影響。

3.3 油體的界面性質

Waschatko等[19]利用LB膜天平和布魯斯特角顯微鏡研究了天然大豆油體在氣-水界面的吸附行為。研究結果表明大豆油體能夠迅速擴散至界面,使界面壓劇烈增加。到達界面后,油體發生破裂,磷脂、甘油三酯以及油體結合蛋白分別在界面上發生吸附或自組裝。在接近于Oleosin的等電點或添加鹽離子的情況下,可以獲得更高的界面壓。當采用胰蛋白酶處理大豆油體,使界面上的油體結合蛋白的C-末端和N-末端2個親水基團剪切后,界面壓降低。說明油體結合蛋白對維持界面穩定起到關鍵作用。

4 大豆油體在食品中的應用前景

4.1 乳制品和飲料

基于大豆油體乳液和奶油性狀,乳制品和仿制乳飲料自然是潛在應用的主要領域。該類產品有仿牛奶和其他飲料,酸奶,奶酪,奶油,冰淇淋等;其中酸奶或奶酪會涉及發酵與使用微生物,因此也可被表征為益生菌的食品和飲料。豆乳是廣為人知的仿制乳制品,通過混合的熱處理含水提取物大豆與糖(甜豆漿)并加入調味添加劑而制成,大豆油體可作為自然乳化劑加入到豆乳當中。Jacques等人所述的制備蔬菜乳飲料的自然乳化過程,加入水提取杏仁油體[9]。

4.2 沙拉醬和調味料

大豆油體可以以油包水乳液的形式出現在其他液體、半液體或固體食物中,如沙司、蛋黃醬和色拉調味品,作為摻入乳液的油、脂肪滴和蛋白質,或者應用在肉類、糕點或烘焙產品中作為多糖基的基質[9]。沙拉醬以穩定乳液和加厚的質感為特點,油脂和多糖結合需要相對低的濃度,在蛋黃醬中,油脂體積分數可能達到高達80%甚至更高。大豆油體能否成功的摻入成這類產品的結構中,還取決于蛋黃的成分及界面特征,相對于疏水脫輔基脂蛋白的蛋黃與天然油體高度疏水的油質蛋白表面膜不同,可能導致絮凝現象的出現[20]。

4.3 可食用膜和涂層

食品包裝膜和涂料的研究領域中,將大豆油體摻入蛋白質或多糖的結構制作成可食性膜,是一個相對較新的研究方向。Wang從大豆中得到的油體水提取物制備了充滿油體的可食用膜,但薄膜的機械性能較差[15]。可食用膜和涂層是具有改進的水阻隔性和作為生物活性疏水攜帶者的化合物,想要結合油體到薄膜基質,依賴于成膜生物聚合物與油體的表面間密切的相互作用,因此還需要深入研究。

近年來,隨著對大豆油體研究趨向的多樣化,內容包括提取方法的改進、存儲穩定性測試、組成成分及功能開發、基因重組油體蛋白以及油體應用領域,為大豆油體在食品及其他領域的開發與利用提供更大的可能性。

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Advances in soybean oil body and its application in food

WULongkun,XIAOZhigang

(College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Oil body is used to store TAGs for germination and postgerminative growth. Soybean oil body is subcellular spherical (0.2～0.5 μm in diameter), which consists of a core of triacylglycerol (TAG) surrounded by proteins embedded in a phospholipid monolayer. Soybean oil body contains of polyunsaturated fatty acids and fat-soluble biologically active substance, with physical and chemical stability. Therefore it can be used as natural emulsifiers to enhance the stability of food materials. Additionally, compared with emulsifiers, it is much more economical and healthy. In general, soybean oil body has been applied in the following fields. Firstly, dairy products and imitation milk drinks naturally can be acknowledged as potential applications, based on oil bodies emulsions and creams. Besides, soybean oil body plays a significant role in other oil-in-water emulsions, such as mayonnaise, salad dressings and creams. Furthermore, soybean can be an essential part in the production of edible film and food packaging. This paper briefly states composition, structure of soybean oil body. Meanwhile extraction process, physical and chemical properties and potential applications are illustrated as well.

soybean oil body; oil body protein; extract; physical and chemical properties; applications

2015-03-31。

科技部“十二五”農村領域國家科技支撐計劃項目(2012BAD34B02); 黑龍江省教育廳科學技術研究重點項目(12511z006); 哈爾濱市優秀學科帶頭人基金資助項目(2012RFXXN107)。

吳隆坤(1980-),女(滿族),遼寧撫順人,沈陽師范大學講師,東北農業大學博士研究生。

1673-5862(2015)03-0369-04

TS214.2

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2015.03.011