大豆中的氨基酸和抗营养因子

大豆中的氨基酸和抗营养因子

自古以来，大豆是中国人民非常喜欢的食物。蛋白质含量为40%50%。所需氨基酸的比例接近动物蛋白质，这是一种高质量的蛋白质。油脂的含量达到20%,含丰富的亚油酸和大豆卵磷脂。矿物质和B族维生素的含量亦丰富。同时也含有许多抗营养因子,这些抗营养因子主要包括胰蛋白酶抑制剂、植酸、大豆凝集素、脂肪氧化酶、脲酶等,它们不仅降低机体对营养物质的利用,而且危害健康。此外,大豆中存在一些因子如大豆低聚糖、大豆皂甙等,它们起着营养和抗营养的双重作用。1抗大豆养分1.1大豆tis的结构生大豆中胰蛋白酶抑制剂(TIs)的含量约30mg/g,它对植物本身具有保护作用,可防止大豆籽粒自身发生分解代谢,从而使种子处于休眠状态,能调节大豆蛋白质的合成和分解,并具有抗虫作用,因而是大豆的必需成分。目前从大豆中分离出的TIs主要有:Kunitz抑制剂和Bowman-Birk抑制剂,存在7~10种不同的化学结构,其抑制活性因结构不同而各具特点。Kunitz抑制剂(KTIs),大豆中含量约1.4%,为易变的非螺旋蛋白,分子量21.384Dal,由181个氨基酸残基组成。1分子抑制剂能钝化1分子胰蛋白酶。Bowman-Birk抑制剂(BBTIs),大豆中含量约0.6%,它是简单的多肽链,由71个氨基酸残基组成,分子量为7.861Dal。BBTIs与胰蛋白酶的结合是倍量结合,即1分子抑制剂能钝化2分子胰蛋白酶。1.2初至第12%植酸(即肌醇六磷酸)广泛存在于植物种子中,是植物性饲料中有机磷的主要存在形式。植酸能与金属离子形成植酸盐,许多谷物和油料种子中植酸盐的含量约为1%~2%。根茎中以植酸盐形式存在的磷约占总磷的10%~25%。水果和蔬菜中也存在不同含量的植酸盐,但是多叶蔬菜中几乎没有。豆类种子中植酸盐是一种很强的络合剂,其12个酸基在肠胃中能牢固地粘合带正电荷的锌、铜、钙、镁、铁等二价和多价金属离子,形成难溶性的植酸盐络合物,导致这些矿物质的利用率降低。在种子萌发过程中,植酸盐随着植酸酶活性和无机磷的增加而迅速降解,水解产物为肌醇和磷酸,从而破坏了它和金属离子的强亲和力。1.3猪细胞凝集素亚基c大豆凝集素(Soybeanagglutinin,SBA)是一类高亲和性的糖蛋白,在大豆中的含量约3%,是大豆中的主要抗营养因子之一。大豆凝集素是由4个亚基组合成的四聚体。在动物体内,凝集素分子中的一个亚基与一个血细胞表面的凝血素专一结合,另一个亚基与另一个血细胞结合,从而通过凝血素的桥架作用而导致血细胞聚集。凝血素在机体肠道内不易被蛋白酶水解,它通过与小肠壁上皮细胞表面特异性受体相结合,损坏小肠壁刷状缘粘膜结构,干扰消化酶的分泌,抑制肠道对营养物质的消化吸收,从而降低蛋白质的利用率。1.4使用脂肪酸氢过氧化物脂肪氧化酶又称抗维生素因子,约占大豆总蛋白质的2%,是一种含非血红素铁的蛋白质。该酶只要遇到水分,就能专一催化大豆中多元不饱和脂肪酸(亚油酸、亚麻酸)的加氧反应,生成的过氧化物可以破坏与其共存的VA、VD、VE、VB12和胡萝卜素,生成具有共轭双键的脂肪酸氢过氧化物,再经裂解酶分解生成短碳链的醇、酮和醛类等挥发性物质,产生豆腥味。另外,脂肪氧化酶氧化生成的过氧化物,可破坏脂肪中的脂溶性VA、VD、VE及胡萝卜素的活性,从而降低大豆蛋白的效价和营养价值。1.5酶一般脲酶并没有毒性作用,但在一定温度和pH值条件下,生大豆的脲酶遇水迅速将含氮化合物分解成氨,引起氨中毒。1.6大豆球蛋白大豆中存在4种球蛋白具有抗原性和致敏性,即大豆球蛋白和3种伴球蛋白(分别为α、β、γ-伴球蛋白),其中最主要的是大豆球蛋白与β-伴大豆球蛋白。动物的免疫系统对大豆抗原蛋白特别敏感,可引起过敏反应和肠黏膜损害。过敏反应造成的免疫损伤主要在肠道,表现为肠绒毛萎缩,黏膜双糖分解酶的数量及活性下降,木糖吸收率降低及血清中抗大豆免疫球蛋白滴度升高,导致小肠结构受损、食糜滞留时间缩短、营养物质和矿物质的转运、吸收紊乱,导致消化不良、腹泻和生长受阻。大豆过敏多发于5岁以下的幼儿,但少数成年人也有,通常症状为腹泻和皮肤出疹、发痒。2在大豆中，它也是一个含有营养和抗营养特性的因素2.1低聚糖的利用大豆低聚糖(Soybeanoligosaccharides)主要是α-半乳糖苷,以α-1,6糖苷键连接一个或两个半乳糖构成的低聚糖,又称低聚半乳糖,主要有棉子糖、水苏糖和毛蕊花糖。大豆中主要是棉子糖和水苏糖,含量分别为1.9%和5.2%。α-半乳糖苷是无色透明状液体,甜度为蔗糖的70%,总能为8136kJ/g,黏度低于麦芽糖,吸湿性比蔗糖小。α-半乳糖苷有良好的热稳定性,即使在140℃的高温下也不分解,因此一般的加工方法不能使其失活。大豆低聚糖是双歧因子之一,一般不会被人体消化酶分解,在胃肠内不被消化吸收,一直到消化道的下部,才被生存在大肠内的双歧杆菌利用,并能促进其增殖。其他有害菌几乎不能利用低聚糖,而双歧杆菌对低聚糖的利用几乎与葡萄糖相当。双歧杆菌通过磷壁酸与肠粘膜上皮紧密结合,与其他厌氧菌共同占据肠粘膜,双歧杆菌群落通过控制和占据空间阻止致病菌的定居和繁殖。大豆低聚糖还可抑制粪便中葡萄糖醛酸酶、氨醇脂酶(有害酶)的活性,使肠道中的有害物质(如吲哚、甲酸、氨、尸胺、硫化氢、酚等)减少。大豆低聚糖作为一种功能性低聚糖,在食品中应用广泛。如添加到面包中,不仅不影响面包的口感、风味和质地,而且还能延缓面包的老化时间,使货架期延长2~3d。2.2大豆皂呤的营养特性大豆皂甙(Soyasaponins)存在于豆科植物中,大豆中含量最高为0.65%,多种大豆制品中也含有大豆皂甙。从营养特性来看,大豆皂甙可降低过氧化脂质生成,具有抗氧化、抗自由基作用;抗血栓作用;增强机体免疫机能;降低血糖,增强胰岛素水平;抗肿瘤和抗病毒作用。从抗营养特性来看,大豆皂甙可使动物红细胞破裂,引起溶血,具有致甲状腺肿作用,还能抑制胰凝乳蛋白酶和胆碱脂酶活性。3提高豆的利用率由于大豆的营养价值很高,但是所含抗营养因子大大降低了大豆的利用率。因此,在食品加工中,要有针对性地采取相应的处理措施,使大豆抗营养因子失活、钝化。目前,大豆抗营养因子主要的去除方法包括物理法、化学法、生物法和添加剂法等。3.1物理处理法3.1.1在加热和干燥过程中的应用热处理可使大豆中对热敏感的抗营养因子活性降低或消除。适度的加热可以使蛋白质链展开,氨基酸残基暴露,使之易于被动物体内蛋白酶水解。加热法包括干热法和湿热法。干热法有烘炒、焙炒、热风喷射、爆裂、微波辐射、红外辐射等;湿热法有蒸汽加热、蒸煮、膨化、挤压等。加热法的优点是效率高,简单易行,无残留问题,成本较低,适用于对热不稳定的抗营养因子,如蛋白酶抑制剂、凝集素、脲酶、脂肪氧合酶等;对热稳定的抗营养因子(如植酸、低聚糖类等)效果不佳。另外,加热不足不能消除抗营养因子,加热过度则会破坏氨基酸(赖氨酸、精氨酸和部分含硫氨基酸)和维生素;加热过程中还会引起氨基酸与碳水化合物反应,如赖氨酸和还原糖反应生成不溶性复合物,导致蛋白质消化率下降。3.1.2正反酶抑制因子分常压和高压蒸气处理两种:常压加热的温度低,一般在100℃以下,常压处理30min,大豆中的胰蛋白酶抑制因子活性可降低90%,而且不破坏赖氨酸的活性。高压处理时,加热时间随温度、压力、pH值及原料性质的不同而不同。3.1.3灭活抗营养因子原料所受压力瞬间下降而使其膨化,可将抗营养因子灭活。挤压膨化加工不仅是通过加热,使大豆抗营养因子失活,而且可使细胞壁破裂,提高养分消化率。3.1.4电磁对大豆营养的作用微波是一种频率很高(30~300MHz)而波长却很短(0.001~1m)的电磁波。当电磁波在介质内部起作用时,蛋白质、脂肪、碳水化合物等极性分子受到交变电场的作用而剧烈震荡,引起强烈的磨擦而产生热,这种热效应使得蛋白质等分子结构发生改变,从而破坏大豆中的抗营养因子。微波加热可使物料受热均匀,且热穿透力强,工艺参数也容易控制。3.1.5数据载体和波长这是利用红外线的辐射热处理大豆的工业方法,滞留时间约为40~90s,波长与表面温度有关(79~90℃),微粒化法已被成功地用于大豆胰蛋白酶抑制因子和脂肪氧化酶的失活。3.1.6减少抗营养因子的应用机械加工包括粉碎、去壳、脱种皮等,很多抗营养因子主要存在于作物种子表皮层(如植酸主要存在于大豆的种皮),通过机械加工处理使之分离,可大大减少抗营养因子的作用。此法简单有效,但应对废弃种皮搞好综合利用,否则会提高加工成本。3.1.7清除聚糖、赖丙氨酸类利用某些抗营养因子溶于水的性质可以将其除去,如低聚糖、赖丙氨酸等。水浸泡也有利于大豆中内源酶的作用和微生物活动,以降低抗营养因子的含量。3.2其他常用处理化学处理方法主要有pH值处理、尿素处理、乙醇处理、亚硫酸钠处理、偏重亚硫酸钠处理、半胱氨酸处理、H2O2+H2SO4处理等。其优点是可节省设备与能源,对不同的抗营养因子均有一定的效果,但最大的障碍是化学物质残留,会造成饲料营养价值降低,对动物的生产性能产生毒副作用,且成本太高,目前国内应用较少。3.3生物处理法生物学方法主要有酶制剂处理法、微生物发酵法、发芽处理法等。3.3.1主要酶的种类添加适量的酶制剂可除去抗营养因子,且对营养物质的影响较小。酶制剂有单一酶制剂和复合酶制剂。在抗营养因子的钝化研究中最具有应用价值的酶有植酸酶(phvtase)、纤维素酶(cellulase)、木聚糖酶(xylanase)、β-葡聚糖酶(β-glucanase)、甘露糖(mannase)、果胶酶等。植酸酶是应用最广泛的单一酶制剂,能水解植酸和植酸盐,释放磷并使植酸抗营养作用消失。复合酶制剂是由两种以上的具有生物活性的酶制剂混合而成的产品,可同时灭活多种抗营养因子,如由纤维素酶、β-葡聚糖酶、果胶酶、阿拉伯木聚糖酶、甘露聚糖酶组成的NSP酶(非淀粉多糖酶),就能对多种抗营养因子起作用,最大限度地消除抗营养因子的不良影响。3.3.2蛋白质的降解利用微生物发酵技术,可基本上消除抗营养因子的作用。发酵后的大豆蛋白还有其他一些营养优势,如发酵后的大豆蛋白中的大分子蛋白质被降解为小分子蛋白、肽和氨基酸,易溶解,在消化系统中更易降解和直接吸收利用;发酵后的大豆蛋白中含有一定数量的益生菌,可以明显改善肠道微生态环境,对机体的健康和营养都有很大作用。3.3.3内源酶破坏微生物植物中的抗营养因子,如蛋白酶抑制剂、凝集素、单宁等的作用是用来抵抗微生物、昆虫、鸟类及其他天敌的破坏,种子发芽后,抗营养因子被内源酶破坏。根据这一原理,某些大豆产品加工中,通过发芽来处理抗营养因子,产品(如豆芽)的营养价值及适口性可得到明显改善。3.4碘化钾的用量食品中添加一定的矿物元素制剂(如锌、铜、钙、镁、铁)可以缓解植酸的螯合作用,添加VA、VD、VE、VB12则可以抵消抗维生素因子的作用,服用碘化钾可消除或减弱致甲状腺肿因子的作用。4生物处理技术大豆是人类重要的食物来源之一,因而,大豆营养质量的提高多年来一直受到人们的密切关注