大豆是我国的主要农作物之一，它不仅可用来提取食用油，而且其富含的大豆蛋白是一种重要的植物蛋白来源。食品加工领域常用的大豆蛋白种类有很多，比如大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白以及大豆组织蛋白等[1]。其中大豆分离蛋白（soybean protein isolate，SPI）是一种以脱脂豆粕为原料，在低温条件下生产的全价蛋白，蛋白质含量高达90%以上，SPI具有不含胆固醇、营养丰富、价格低廉易获得、含人体所需的多种氨基酸的特点，可作为动物蛋白替代品应用至食品工业中，具有很大的发展潜力[2]。
大豆分离蛋白主要生产工艺见图1[1]。
图1 大豆分离蛋白的生产工艺
Fig.1 Production technology of soybean protein isolate
SPI除了具有丰富的营养价值外，还拥有一些在食品领域特别是肉制品加工生产中具有重要意义的理化特性，比如凝胶性、乳化性、溶解性和起泡性等[3-4]。然而天然的SPI难以满足食品工业生产的要求，SPI在某些极端条件下容易变性，变性后的蛋白质会进一步形成水不溶的聚集体甚至沉淀，从而导致溶解性变差[5]。
SPI可以与肉中的肌原纤维蛋白（myofibrillar protein，MP）在一定温度条件下形成混合凝胶，研究表明天然的SPI与肉制品混合会使成品凝胶性下降[6-7]，这是因为在肉制品生产中，中心温度在70℃左右，7S和11S蛋白作为SPI中两种最重要的蛋白在此温度下还未变性，而此时MP已经到达变性温度，凝胶开始生成，凝胶形成过程中需要不断吸收水分，导致复合凝胶不仅结构疏松而且弹性不好，限制了SPI改善MP凝胶质构相关性质的能力。对SPI进行改性处理，可以改善其功能性质，扩大其在肉制品生产加工中的应用范围。
1 大豆分离蛋白的改性方式
当前在大豆产品生产加工中，对SPI进行改性的常用方法有物理改性、化学改性、酶法改性等[8]。
1.1 物理改性
物理改性的方法有热处理、超高压均质、超声波等，一般不会改变蛋白质的氨基酸排列顺序，主要影响蛋白分子间的聚集形式和蛋白质的空间结构[9]。物理改性可以使蛋白质发生定向变形，适度的物理改性可以使蛋白质分子展开，疏水基团暴露，蛋白可以在溶液中呈现均匀分布的状态[10]。物理改性的优点是费用低、耗时少且没有毒副作用，但改性的效果以及对SPI功能特性改善并不明显。
1.1.1 热处理
高温容易造成大豆分离蛋白变性，热处理可以使蛋白质分子结构疏松从而使疏水基团暴露，有利于大豆蛋白的凝胶化的形成[11]。陈振家等[12]研究了冻藏过程中不同的热处理对大豆分离蛋白凝胶特性的影响，结果表明加热处理可以在一定程度上增加凝胶硬度，但会加速凝胶品质在冻藏期的劣变。
1.1.2 超高压均质
超高压均质会使大豆分离蛋白同时经历高速率剪切和高强度压力作用，改变蛋白质分子之间的疏水作用力、氢键和静电力等[13]，从而使蛋白质二级结构的空间排列方式发生变化，疏水基团暴露，蛋白组分之间相互解离然后再次聚合，这种蛋白结构的转变是不可逆的[14-15]。
1.1.3 超声波
超声波改性SPI的原理是溶液中的SPI粒子在超声波的作用下剧烈振荡，改变了蛋白分子构成，产生小分子亚基或者多肽结构，蛋白质分子的溶解性得以提高[16]。超声波改性是一个复杂的过程，需要严格控制时间及强度，超声处理过长容易发生蛋白聚集，进而影响蛋白和其它物质结合的能力[17]。
1.2 化学改性
化学改性SPI不仅包括利用酸、碱、盐、表面活性剂等化学方式对SPI结构进行修饰，还包括蛋白质的化学衍生化，也就是使蛋白质分子上特定的基团和特定化学试剂如磷酸盐、还原糖等发生反应[18]。目前来说，应用广泛的化学改性方式有酸碱处理、磷酸化、糖基化、乙酰化等[19]。化学改性蛋白应用于食品领域需要格外注意安全问题，不仅要求操作的可行性，更要注意食用安全。
1.2.1 酸碱处理
酸碱处理法原理是将蛋白暴露于极端pH值使其变性，蛋白的亚单元和天然结构展开，随后再调回中性使蛋白重新折叠，这样就可以提高蛋白的功能特性[20]。极端的pH值环境会使SPI对温度变化更加敏感，所以采用pH值和温度处理相结合对SPI进行改性，也是一种理想的方式[21-22]。
1.2.2 磷酸化
磷酸化改性就是利用磷酸盐作用蛋白质侧链活性基团进行酯化反应，致使分子间的电负性发生改变，分子间互斥作用使SPI能更好地分散在溶液中，进而改善SPI的功能特性，如溶解性、乳化性及凝胶特性等[23]。目前在磷酸化改性反应中多采用微波辅助的方式来加速SPI磷酸化的反应速率，从而缩短反应时间，在食品工业中应用广泛[24]。
1.2.3 糖基化
糖基化改性是指蛋白质和还原糖发生的美拉德反应，修饰和调节蛋白质从而使SPI功能特性发生变化[25]。SPI与大豆低聚糖经过糖基化处理，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变蛋白质的一些功能性质，通常利用蛋白酶在一定温度及pH值的条件下，催化水解蛋白质或将蛋白质与酶制剂共价交联[27]。酶法改性相较于其它改性方法的特点：（1）酶解反应过程温和，且酶具有专一性，毒副作用小；（2）酶解过程可以通过选用特定的蛋白酶和反应条件进行控制；（3）大豆分离蛋白水解为一些小分子肽和氨基酸等小分子物质，更有利于人体消化系统对其吸收利用。综上所述，酶法改性被认为是一种在食品领域有很大发展潜力的SPI改性方法。表1为改性大豆分离蛋白常用的酶。
表1 改性大豆分离蛋白常用的酶
Table 1 Enzymes commonly used in modified soybean protein isolate
种类 名称 来源 最适pH值最适温度/℃ 作用方式动物性蛋白酶胃蛋白酶[27-28]胃黏膜主细胞1.5～2.0动物胰脏 7～9 37 是一种肽链内切酶，对精氨酸和赖氨酸肽链具有选择性水解作用，特异性强植物性蛋白酶37 作用的主要位置是芳香族氨基酸和酸性氨基酸的氨基所组成的肽键，将SPI分解为肽片段胰蛋白酶[29-30]木瓜蛋白酶[10]番木瓜 6～7 55～65 是一种巯基蛋白酶，可水解精氨酸和赖氨酸的羧基端，具有广泛的催化性菠萝蛋白酶[32-33]菠萝 5～8 55 水解酰胺基团和酯类微生物性蛋白酶碱性蛋白酶[34]枯草芽胞杆菌等发酵制备9～11 60 水解疏水性氨基酸的羧基、酰胺键、脂键转谷氨酰胺酶[35]链轮丝、链霉菌属6～7 52 催化转酰基反应，在赖氨酸残基和谷氨酰胺残基间形成新的共价键
2 改性大豆分离蛋白在肉制品加工中的主要功能特性
MP是肉制品生产加工中发挥主要功能的一种盐溶性蛋白质，可以赋予肉制品许多理想的理化特性[36]。在食品工业生产中，SPI不仅可以作为非功能性的填充物加入到肉制品中，也可利用其功能，作为一种添加剂和肌原纤维蛋白混合从而改善肉制品品质。
2.1 持水性
持水性是检测肉制品在生产加工中品质的重要性指标，因蛋白的三维网络结构可以锁住肌肉组织中的水分，且SPI肽链上的极性基团的亲水性可以在制作肉制品过程中保存肉的汁液，提高了肉制品的质量和生产率。马宇翔等[37]将SPI与盐溶肌肉蛋白制成混合凝胶，SPI高温处理后，复合凝胶的超微结构变得粗糙但持水性显著提高。低场核磁共振技术可以研究混合蛋白的水分分布，添加了改性SPI和卡拉胶后的肉糜凝胶的水分损失率下降，提高了混合凝胶的持水性[38]。
2.2 乳化性
乳化性及乳化稳定性是指水和油混合形成乳状液的能力，也是评价肉制品质的一个重要指标[39]。SPI添加到肉制品中，可以防止肉糜制品中油脂的渗出，改善产品的组织结构，从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强，氮溶解指数（nitrogen soluble index，NSI）决定其乳化性，当NSI为80%时，有利于SPI在肉制品中乳化效果的改善[40]。何进武等[41]将天然SPI和糖基化SPI添加到鲤鱼肌原纤维蛋白中，糖基化后的SPI处理与天然SPI相比，明显提高了混合蛋白的乳化性。江连洲等[42]研究了经过超声处理后的SPI与猪肉MP混合后的乳化性变化，经过400 W、20 min处理后的复合体系乳化活性和乳化稳定性最好。梁婧等[43]研究了改性SPI与肌原纤维蛋白共混体系乳化性变化，结果显示热改性可以提高乳化活性，碱改性效果次之，但超声波和辐照改性效果不明显。经过95℃高温改性处理后的SPI，可以显著提高复合体系的乳化性[44]。
2.3 凝胶性
在高压或高温环境中，肌原纤维蛋白分子先变性，然后再聚集成网络结构，水、脂肪被包裹起来，这就是凝胶形成的过程[45]。在肌原纤维蛋白凝胶过程，交联混杂的蛋白质只能形成不具有弹性的蛋白质颗粒，只有蛋白有序地连接，形成的凝胶才能具有弹性[46]。猪肉宰杀后，过度的空气氧化会增大凝胶的孔隙，导致凝胶强度降低，猪肉持水性也会降低[47]。SPI受热可以形成凝胶，所以常常在肉制品中加入SPI从而改善肉制品的凝胶性。
Feng等[48]将经过90℃高温处理后的SPI添加到肌原纤维蛋白中，结果显示SPI经过改性可以提高疏水作用力，与肌原纤维蛋白混合后，能够显著增强混合蛋白凝胶的弹性和硬度，未改性SPI则会使凝胶强度降低。孟林[49]研究了高压对SPI和氯化钾结合对低钠猪肉糜理化性质的影响，随着压力水平的增加，猪肉糜的硬度弹性以及蒸煮损失率显著增高，在200 MPa达到最高，200 MPa可以改善低钠猪肉糜制品的品质。
Jiang等[50]用pH12和pH1.5这种极端pH值环境处理SPI和肌原纤维蛋白混合凝胶，发现其硬度与添加了转谷氨酰胺酶的凝胶硬度相似，明显高于热处理的混合凝胶。王博等[51]将糖基化后的SPI与肌原纤维蛋白不同比例复配，结果表明，经过糖基化后的混合蛋白凝胶硬度和弹性都显著高于天然SPI混合蛋白，微观结构也要更加均匀致密，但白度值下降。
王玲娣[52]用高温和转谷氨酰胺酶处理SPI然后与MP制备混合蛋白凝胶，结果表明，转谷氨酰胺酶可以促进SPI和MP的交联，形成聚合物，有利于改善混合凝胶的弹性。张明成[53]研究了酶水解以及酶交联这两种方式共同处理SPI，使其加入到肉糜中，结果表明先经过木瓜蛋白酶水解后再使用转谷氨酰胺酶交联的肉糜具有均匀的组织状态，加热后能形成致密的凝胶网络，产品的硬度、回复性和咀嚼性都明显增加。
3 改性大豆分离蛋白在肉制品中的应用
改性SPI应用于肉类制品中，可以增加风味、防止肉汁分离、改善肉制品的品质以及延长货架期等。
3.1 块肉制品
块肉制品通常指大块或整块的肉制品，但是其完整性在加工中容易受到破坏，通过添加改性SPI，可以减少脱水收缩，改善组织特性，提高产品质量。不超过6 cm的小型块肉可以将SPI使用滚揉的方法添加，而对于一些质量较大的肉制品可以采用注射的方式，将改性SPI溶于盐水中，再将溶液注射到肉块中，腌制液就可以均匀地在肉块中分散，缩短腌制时间的同时提高产品得率[54]。使用改性SPI不仅可以因其优良的持水性和凝胶性保持块肉制品的外观和水分，还能利用其天然的抗氧化性作为涂层材料，延缓肉制品的氧化[55]，延长食品的货架期的同时保持块肉制品的感官品质。
3.2 碎肉制品
肉饼、肉丸以及鱼糜制品等都属于碎肉制品，瘦肉与肥肉结合形成具有稳定性质的肉糜是决定其生产品质的关键。SPI因为具有良好的吸水吸油性，可以将瘦肉和肥肉结合起来，提高营养价值和产品得率。周阳等[56]在鱼丸制作过程中添加了蛋清粉和大豆分离蛋白粉，SPI可以显著增强鱼丸凝胶强度及改善鱼丸品质。Li等[57]研究了大豆分离蛋白经高压处理后猪肉糜的色泽、乳化稳定性及流变性等变化，结果显示高压处理后的SPI可以改善猪肉糜的乳化特性。
3.3 乳化肉制品
乳化类肉制品主要指香肠、火腿等，SPI可以和肉中的盐溶性蛋白特别是肌原纤维蛋白形成稳定的乳化体系。SPI优良的乳化性质可以防止肉糜中脂肪聚集造成的油脂渗出，提高肉制品的保油性，赋予乳化香肠等产品优质的口感风味[58]。Paglarini等[59]用经过超声改性后的SPI、卡拉胶以及菊糖为原料制备法兰克福肠，结果显示改性后的SPI能够减少动物脂肪摄入并提升产品的口感。
3.4 仿肉制品
SPI因为具有良好的乳化性和凝胶性常常作为一种替代动物蛋白的原料。SPI通过挤压等过程，在多因素的综合作用下，蛋白质、脂肪以及碳水化合物会发生复杂的变化，从而可以模仿天然肉的口感及风味。因其营养价值高且风味独特，深受素食主义者喜爱。莫重文[60]研究了利用分子重组技术使大豆蛋白质构化，结果显示蛋白能够具有瘦肉状的纤维组织结构，制成的仿肉食品口感好，货架期长达6个月以上。
4 展望
开展改性大豆分离蛋白在肉制品中的应用研究，不仅可以改善动物蛋白自身的不足，使产品营养和感官品质得到提升，而且由于植物蛋白资源丰富的特点，循环再生的SPI可以部分代替动物蛋白，制备营养健康的新型产品，更符合人们对蛋白质的日常摄入需求。
当前人们对健康安全食品的关注度也逐年上升，选择安全可靠且实用的SPI改性方式尤为重要。物理改性虽然耗时短但效果不显著，化学改性对试剂安全的要求比较高，酶法改性虽然效果好安全可靠，但酶的提取、生产过程复杂，价格昂贵。综上几点，将两种或者多种酶复配、物理改性与酶改性复合以及化学改性与酶改性复合改性SPI对扩大其在肉制品中的应用是一种新思路，也必定成为今后的发展趋势。相信随着人们对改性SPI认识的提高以及研究的深入，改性大豆分离蛋白在肉制品中的应用将会是一个崭新的景象。
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