改性大豆分離蛋白在肉制品中的應用研究進展

耿亞鑫，陳金玉*，張坤生*，張穎璐，許時慧，胡方洋

（1.天津市食品生物技術重點實驗室，天津商業大學生物技術與食品科學學院，天津 300134；2.天津二商迎賓肉類食品有限公司，天津 300385）

大豆是我國的主要農作物之一，它不僅可用來提取食用油，而且其富含的大豆蛋白是一種重要的植物蛋白來源。食品加工領域常用的大豆蛋白種類有很多，比如大豆分離蛋白、大豆濃縮蛋白以及大豆組織蛋白等[1]。其中大豆分離蛋白（soybean protein isolate，SPI）是一種以脫脂豆粕為原料，在低溫條件下生產的全價蛋白，蛋白質含量高達90%以上，SPI具有不含膽固醇、營養豐富、價格低廉易獲得、含人體所需的多種氨基酸的特點，可作為動物蛋白替代品應用至食品工業中，具有很大的發展潛力[2]。

大豆分離蛋白主要生產工藝見圖1[1]。

圖1 大豆分離蛋白的生產工藝Fig.1 Production technology of soybean protein isolate

SPI除了具有豐富的營養價值外，還擁有一些在食品領域特別是肉制品加工生產中具有重要意義的理化特性，比如凝膠性、乳化性、溶解性和起泡性等[3-4]。然而天然的SPI難以滿足食品工業生產的要求，SPI在某些極端條件下容易變性，變性后的蛋白質會進一步形成水不溶的聚集體甚至沉淀，從而導致溶解性變差[5]。

SPI可以與肉中的肌原纖維蛋白（myofibrillar protein，MP）在一定溫度條件下形成混合凝膠，研究表明天然的SPI與肉制品混合會使成品凝膠性下降[6-7]，這是因為在肉制品生產中，中心溫度在70℃左右，7S和11S蛋白作為SPI中兩種最重要的蛋白在此溫度下還未變性，而此時MP已經到達變性溫度，凝膠開始生成，凝膠形成過程中需要不斷吸收水分，導致復合凝膠不僅結構疏松而且彈性不好，限制了SPI改善MP凝膠質構相關性質的能力。對SPI進行改性處理，可以改善其功能性質，擴大其在肉制品生產加工中的應用范圍。

1 大豆分離蛋白的改性方式

當前在大豆產品生產加工中，對SPI進行改性的常用方法有物理改性、化學改性、酶法改性等[8]。

1.1 物理改性

物理改性的方法有熱處理、超高壓均質、超聲波等，一般不會改變蛋白質的氨基酸排列順序，主要影響蛋白分子間的聚集形式和蛋白質的空間結構[9]。物理改性可以使蛋白質發生定向變形，適度的物理改性可以使蛋白質分子展開，疏水基團暴露，蛋白可以在溶液中呈現均勻分布的狀態[10]。物理改性的優點是費用低、耗時少且沒有毒副作用，但改性的效果以及對SPI功能特性改善并不明顯。

1.1.1 熱處理

高溫容易造成大豆分離蛋白變性，熱處理可以使蛋白質分子結構疏松從而使疏水基團暴露，有利于大豆蛋白的凝膠化的形成[11]。陳振家等[12]研究了凍藏過程中不同的熱處理對大豆分離蛋白凝膠特性的影響，結果表明加熱處理可以在一定程度上增加凝膠硬度，但會加速凝膠品質在凍藏期的劣變。

1.1.2 超高壓均質

超高壓均質會使大豆分離蛋白同時經歷高速率剪切和高強度壓力作用，改變蛋白質分子之間的疏水作用力、氫鍵和靜電力等[13]，從而使蛋白質二級結構的空間排列方式發生變化，疏水基團暴露，蛋白組分之間相互解離然后再次聚合，這種蛋白結構的轉變是不可逆的[14-15]。

1.1.3 超聲波

超聲波改性SPI的原理是溶液中的SPI粒子在超聲波的作用下劇烈振蕩，改變了蛋白分子構成，產生小分子亞基或者多肽結構，蛋白質分子的溶解性得以提高[16]。超聲波改性是一個復雜的過程，需要嚴格控制時間及強度，超聲處理過長容易發生蛋白聚集，進而影響蛋白和其它物質結合的能力[17]。

1.2 化學改性

化學改性SPI不僅包括利用酸、堿、鹽、表面活性劑等化學方式對SPI結構進行修飾，還包括蛋白質的化學衍生化，也就是使蛋白質分子上特定的基團和特定化學試劑如磷酸鹽、還原糖等發生反應[18]。目前來說，應用廣泛的化學改性方式有酸堿處理、磷酸化、糖基化、乙酰化等[19]。化學改性蛋白應用于食品領域需要格外注意安全問題，不僅要求操作的可行性，更要注意食用安全。

1.2.1 酸堿處理

酸堿處理法原理是將蛋白暴露于極端pH值使其變性，蛋白的亞單元和天然結構展開，隨后再調回中性使蛋白重新折疊，這樣就可以提高蛋白的功能特性[20]。極端的pH值環境會使SPI對溫度變化更加敏感，所以采用pH值和溫度處理相結合對SPI進行改性，也是一種理想的方式[21-22]。

碳水化合物是人體的“能源”，心肌的活動更離不開這一能源，而且它在胃內容易消化，停留的時間不長，有助于減輕心臟負擔。

1.2.2 磷酸化

磷酸化改性就是利用磷酸鹽作用蛋白質側鏈活性基團進行酯化反應，致使分子間的電負性發生改變，分子間互斥作用使SPI能更好地分散在溶液中，進而改善SPI的功能特性，如溶解性、乳化性及凝膠特性等[23]。目前在磷酸化改性反應中多采用微波輔助的方式來加速SPI磷酸化的反應速率，從而縮短反應時間，在食品工業中應用廣泛[24]。

1.2.3 糖基化

糖基化改性是指蛋白質和還原糖發生的美拉德反應，修飾和調節蛋白質從而使SPI功能特性發生變化[25]。SPI與大豆低聚糖經過糖基化處理，可以使SPI的乳化性和溶解性得到改善[26]。

1.3 酶法改性

酶法改性可以定向改變蛋白質的一些功能性質，通常利用蛋白酶在一定溫度及pH值的條件下，催化水解蛋白質或將蛋白質與酶制劑共價交聯[27]。酶法改性相較于其它改性方法的特點：（1）酶解反應過程溫和，且酶具有專一性，毒副作用小；（2）酶解過程可以通過選用特定的蛋白酶和反應條件進行控制；（3）大豆分離蛋白水解為一些小分子肽和氨基酸等小分子物質，更有利于人體消化系統對其吸收利用。綜上所述，酶法改性被認為是一種在食品領域有很大發展潛力的SPI改性方法。表1為改性大豆分離蛋白常用的酶。

表1 改性大豆分離蛋白常用的酶Table 1 Enzymes commonly used in modified soybean protein isolate

2 改性大豆分離蛋白在肉制品加工中的主要功能特性

MP是肉制品生產加工中發揮主要功能的一種鹽溶性蛋白質，可以賦予肉制品許多理想的理化特性[36]。在食品工業生產中，SPI不僅可以作為非功能性的填充物加入到肉制品中，也可利用其功能，作為一種添加劑和肌原纖維蛋白混合從而改善肉制品品質。

2.1 持水性

2.2 乳化性

乳化性及乳化穩定性是指水和油混合形成乳狀液的能力，也是評價肉制品質的一個重要指標[39]。SPI添加到肉制品中，可以防止肉糜制品中油脂的滲出，改善產品的組織結構，從而提高肉制品的乳化性。在加工肉制品中，改性后的SPI乳化效果可以得到增強，氮溶解指數（nitrogen soluble index，NSI）決定其乳化性，當NSI為80%時，有利于SPI在肉制品中乳化效果的改善[40]。何進武等[41]將天然SPI和糖基化SPI添加到鯉魚肌原纖維蛋白中，糖基化后的SPI處理與天然SPI相比，明顯提高了混合蛋白的乳化性。江連洲等[42]研究了經過超聲處理后的SPI與豬肉MP混合后的乳化性變化，經過400 W、20 min處理后的復合體系乳化活性和乳化穩定性最好。梁婧等[43]研究了改性SPI與肌原纖維蛋白共混體系乳化性變化，結果顯示熱改性可以提高乳化活性，堿改性效果次之，但超聲波和輻照改性效果不明顯。經過95℃高溫改性處理后的SPI，可以顯著提高復合體系的乳化性[44]。

2.3 凝膠性

在高壓或高溫環境中，肌原纖維蛋白分子先變性，然后再聚集成網絡結構，水、脂肪被包裹起來，這就是凝膠形成的過程[45]。在肌原纖維蛋白凝膠過程，交聯混雜的蛋白質只能形成不具有彈性的蛋白質顆粒，只有蛋白有序地連接，形成的凝膠才能具有彈性[46]。豬肉宰殺后，過度的空氣氧化會增大凝膠的孔隙，導致凝膠強度降低，豬肉持水性也會降低[47]。SPI受熱可以形成凝膠，所以常常在肉制品中加入SPI從而改善肉制品的凝膠性。

Feng等[48]將經過90℃高溫處理后的SPI添加到肌原纖維蛋白中，結果顯示SPI經過改性可以提高疏水作用力，與肌原纖維蛋白混合后，能夠顯著增強混合蛋白凝膠的彈性和硬度，未改性SPI則會使凝膠強度降低。孟林[49]研究了高壓對SPI和氯化鉀結合對低鈉豬肉糜理化性質的影響，隨著壓力水平的增加，豬肉糜的硬度彈性以及蒸煮損失率顯著增高，在200 MPa達到最高，200 MPa可以改善低鈉豬肉糜制品的品質。

Jiang等[50]用pH12和pH1.5這種極端pH值環境處理SPI和肌原纖維蛋白混合凝膠，發現其硬度與添加了轉谷氨酰胺酶的凝膠硬度相似，明顯高于熱處理的混合凝膠。王博等[51]將糖基化后的SPI與肌原纖維蛋白不同比例復配，結果表明，經過糖基化后的混合蛋白凝膠硬度和彈性都顯著高于天然SPI混合蛋白，微觀結構也要更加均勻致密，但白度值下降。

王玲娣[52]用高溫和轉谷氨酰胺酶處理SPI然后與MP制備混合蛋白凝膠，結果表明，轉谷氨酰胺酶可以促進SPI和MP的交聯，形成聚合物，有利于改善混合凝膠的彈性。張明成[53]研究了酶水解以及酶交聯這兩種方式共同處理SPI，使其加入到肉糜中，結果表明先經過木瓜蛋白酶水解后再使用轉谷氨酰胺酶交聯的肉糜具有均勻的組織狀態，加熱后能形成致密的凝膠網絡，產品的硬度、回復性和咀嚼性都明顯增加。

3 改性大豆分離蛋白在肉制品中的應用

改性SPI應用于肉類制品中，可以增加風味、防止肉汁分離、改善肉制品的品質以及延長貨架期等。

3.1 塊肉制品

塊肉制品通常指大塊或整塊的肉制品，但是其完整性在加工中容易受到破壞，通過添加改性SPI，可以減少脫水收縮，改善組織特性，提高產品質量。不超過6 cm的小型塊肉可以將SPI使用滾揉的方法添加，而對于一些質量較大的肉制品可以采用注射的方式，將改性SPI溶于鹽水中，再將溶液注射到肉塊中，腌制液就可以均勻地在肉塊中分散，縮短腌制時間的同時提高產品得率[54]。使用改性SPI不僅可以因其優良的持水性和凝膠性保持塊肉制品的外觀和水分，還能利用其天然的抗氧化性作為涂層材料，延緩肉制品的氧化[55]，延長食品的貨架期的同時保持塊肉制品的感官品質。

3.2 碎肉制品

肉餅、肉丸以及魚糜制品等都屬于碎肉制品，瘦肉與肥肉結合形成具有穩定性質的肉糜是決定其生產品質的關鍵。SPI因為具有良好的吸水吸油性，可以將瘦肉和肥肉結合起來，提高營養價值和產品得率。周陽等[56]在魚丸制作過程中添加了蛋清粉和大豆分離蛋白粉，SPI可以顯著增強魚丸凝膠強度及改善魚丸品質。Li等[57]研究了大豆分離蛋白經高壓處理后豬肉糜的色澤、乳化穩定性及流變性等變化，結果顯示高壓處理后的SPI可以改善豬肉糜的乳化特性。

3.3 乳化肉制品

乳化類肉制品主要指香腸、火腿等，SPI可以和肉中的鹽溶性蛋白特別是肌原纖維蛋白形成穩定的乳化體系。SPI優良的乳化性質可以防止肉糜中脂肪聚集造成的油脂滲出，提高肉制品的保油性，賦予乳化香腸等產品優質的口感風味[58]。Paglarini等[59]用經過超聲改性后的SPI、卡拉膠以及菊糖為原料制備法蘭克福腸，結果顯示改性后的SPI能夠減少動物脂肪攝入并提升產品的口感。

3.4 仿肉制品

SPI因為具有良好的乳化性和凝膠性常常作為一種替代動物蛋白的原料。SPI通過擠壓等過程，在多因素的綜合作用下，蛋白質、脂肪以及碳水化合物會發生復雜的變化，從而可以模仿天然肉的口感及風味。因其營養價值高且風味獨特，深受素食主義者喜愛。莫重文[60]研究了利用分子重組技術使大豆蛋白質構化，結果顯示蛋白能夠具有瘦肉狀的纖維組織結構，制成的仿肉食品口感好，貨架期長達6個月以上。

4 展望

開展改性大豆分離蛋白在肉制品中的應用研究，不僅可以改善動物蛋白自身的不足，使產品營養和感官品質得到提升，而且由于植物蛋白資源豐富的特點，循環再生的SPI可以部分代替動物蛋白，制備營養健康的新型產品，更符合人們對蛋白質的日常攝入需求。

當前人們對健康安全食品的關注度也逐年上升，選擇安全可靠且實用的SPI改性方式尤為重要。物理改性雖然耗時短但效果不顯著，化學改性對試劑安全的要求比較高，酶法改性雖然效果好安全可靠，但酶的提取、生產過程復雜，價格昂貴。綜上幾點，將兩種或者多種酶復配、物理改性與酶改性復合以及化學改性與酶改性復合改性SPI對擴大其在肉制品中的應用是一種新思路，也必定成為今后的發展趨勢。相信隨著人們對改性SPI認識的提高以及研究的深入，改性大豆分離蛋白在肉制品中的應用將會是一個嶄新的景象。