大豆种子脂肪氧化酶与豆制品产生豆腥味关系的研究进展

1999 年 6 月 June 1999 中国油料作物学报 Chinese journal of oil crop sciences 第 21 卷第 2 期 Vol. 21 No. 2 大豆种子脂肪氧化酶与豆制品 产生豆腥味关系的研究进展 麻 　浩 　官春云 (湖南农业大学植物科技学院　长沙　410128) 摘要 　全面阐述了大豆种子脂肪氧化酶参与形成豆腥味物质的主要途径、豆腥味的主要成份以及脂肪 氧化酶同功酶及其缺失体类型在豆制品形成豆腥味中的作用差异 ,指出了在遗传育种上开展大豆种子脂肪 氧化酶同功酶缺失体选育的必要性。 关键词 　大豆 　脂肪氧化酶 　豆腥味 大豆近年来已成为世界上最经济的食物蛋白质来源 ,但大豆制品具有的豆腥味限制了其作为蛋白 质来源的广泛利用 ,特别是在西方发达国家[1～3 ] 。Andre 等首先发现了大豆蛋白制品产生豆腥味是因聚 不饱和脂肪酸的酶促反应的结果 ,其中关键的酶就是脂肪氧化酶 (Lipoxygenase) ( EC 1. 13. 11. 12) 。 大豆种子特别富含脂肪氧化酶 ,已从中分离出 3 种不同性质的脂肪氧化酶同功酶 ,分别被命名为 Lox1、Lox2 和Lox3。一粒干重约为 160mg 的大豆种子 , Lox1 和Lox2 的含量至少为 0. 23 和 0. 45mg。由于 层析法的不断改进又将Lox3 分离成为Lox3a 和Lox3b 两种 ,不过由于两者在许多性质上的相似 ,仍被认 为是同一种同功酶。这几种同功酶在酶的活性的最适 pH、热稳定性和许多生化性质上都表现不同[4 ] 。 如Lox1 最适 pH为 9. 0 ,加热表现稳定 ;Lox2 和Lox3 最适 pH为 6. 0～7. 0 ,前者加热易钝化 ,后者加热钝 化更明显。 大豆种子中的Lox1、Lox2 和Lox3 分别受Lx1、Lx2 和Lx3 三个显性基因控制 ,其缺失性状分别受 lx1、 lx2 和 lx3 三个隐性基因控制 ;Lx1 和 Lx2 是紧密连锁的 ,Lx3 则是独立遗传的。目前国外已培育出缺失 Lox1、Lox2 和Lox3 的一系列近等位基因系 ,并已经有缺失体品种推广[4 ] 。 1 　豆制品中引起豆腥味的主要物质 至今为止的研究表明大豆种子中的Lox1、Lox2 和Lox3 专一催化具有顺 ,顺式 - 1 ,4 - 戊二烯结构的 多元不饱和脂肪酸如亚油酸和亚麻酸加氧反应 ,氧化后生成具有共轭双键的脂肪酸氢过氧化物[5 ] 。 　Lox - CH = CH - CH2 - CH = CH - + O2 ———→- CH OOH - CH = CH - CH = CH - 　　多元不饱和脂肪酸 　　　　　　　　脂肪酸氢过氧化物 这些脂肪酸氢过氧化物再经脂肪酸氢过氧化物裂解酶分解生成短碳链的醇类、酮类和醛类等挥发 性物质 ,使豆制品产生豆腥味[7 ] ,甚至使豆油产生“倒味”(Reversion flavor) [8 ] 。这其中最重要的挥发性物 质就是己醛。食品中只要微量 (5000μg/ kg)的己醛存在就会产生令人非常不愉快的气味[9 ] 。 Kobayashi 等[10 ]利用气相色谱、气相色谱 —质谱等研究了豆奶气味的组成成份 ,指出正常大豆 品种加工出的豆奶其挥发性物质主要由己醛 (hexanal) 、己醇 (hexanol) 、1 - 五亚乙基六胺 - 3 - 醇 (1 - penten - 3 - ol) 、反 - 2 - 己烯醛[ ( E) - 2 - hexenal ]、2 - 戊基呋喃 (2 - pentylfuran) 、1 - 戊醇 (1 - pentanol) 、 顺 - 2 - 戊烯醇[ (Z) - 2 - pentenol ]、反 - 2 - 庚烯醛[ ( E) - 2 - heptenal ]、壬醛 (nonanal) 、1 - 辛烯 - 3 - 醇 (1 - octen - 3 - ol)和 (反 ,反) - 2 ,4 - 癸二烯醛 [ ( E ,E) - 2 ,4 - decadienal ]等组成 ,所有这些物质都被认 为是多元不饱和脂肪酸氧化反应降解的产物 , 而前面两种成份是引起豆腥味的最主要成份 ; 收稿日期　1998 —03 —04 作者简介　麻浩 ,男 ,33 岁 ,博士 ,副教授 Yanjie Chen Highlight 大豆种子脂肪氧化酶缺失体材料加工出的豆奶其挥发性物质中的己醛和己醇的含量已大大减少 ,八碳、 九碳和十碳醇和羰基化合物被认为是其仍产生少量豆腥味的主要物质。 2 　大豆种子脂肪氧化酶参与形成豆腥味物质的主要途径 图 1[5 ,9 ]为大豆种子中脂肪氧化酶参与从亚油酸和亚麻酸形成挥发性化合物的途径。整个酶系统 通常包括脂酶 (Lp) 、脂肪氧化酶 (Lox) 、脂肪酸氢过氧化物裂解酶 ( HPO Lyase) 、醇脱氢酶 (Adh) 和异构因 子 ( IF) 。 图 1 　大豆种子脂肪氧化酶参与从亚油酸和亚麻酸形成主要挥发性化合物的途径 Fig1. 　　The pathway for the lipoxgenases catalyzing the peroxidation of linoleic acid and linolenic acid to form the various volatile compounds in soybean seed 一粒干重约为 160mg 的大豆种子含脂质 35mg ,脂肪氧化酶催化反应的底物亚油酸和亚麻酸的含量 分别为 15mg 和 2mg[11 ] ,90 %以上的亚油酸和亚麻酸被酯化以甘油三酯的形式存在 ,其余的大部分是存 在于磷脂中 ,在新鲜、高质量的成熟的大豆种子中只有微量的游离脂肪酸存在[12 ] 。大豆种子在收获、贮 藏、运输和加工等过程中只要发生破裂 (或破碎) ,它的脂肪氧化酶酶促反应就会十分强烈。普遍认为游 离不饱和脂肪酸是其主要催化反应底物。但也有少数的研究认为酯化在磷脂和糖脂中的不饱和脂肪酸 也能作为脂肪氧化酶的催化底物。如 Zhuang 等[12 ]发现Lox1 催化游离不饱和脂肪酸比催化酯化不饱和 脂肪酸更加有效 ;而Lox2 和Lox3 催化酯化不饱和脂肪酸比Lox1 更加有效。因此 ,目前还不完全清楚脂 酶催化释放出游离脂肪酸这一步是否总有必要。 典型的脂肪氧化酶是一种含非血红素铁的蛋白质 ,它必须在氧化或 Fe3 + 状态下才能催化氧化作用 进行。脂肪氧化酶能被它催化产生的脂质过氧化产物激活或氧化。由于不饱和脂肪酸在脂肪氧化酶催 化过程中在碳链上形成自由基的位置不同导致形成两类脂肪酸氢过氧化物。Lox1 催化形成大量的 13 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻酸) ;Lox2 催化形成几乎等量的 9 - 和 13 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻酸) ; 而Lox3 催化形成 65 %的 9 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻酸) 和 35 %的 13 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻 酸) [13 ] 。13 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻酸)经脂肪酸氢过氧化物裂解酶催化分解生成十二碳化合物和 六碳醛类如己醛或顺 - 3 - 己烯醛 ;9 - 过氧羟基 - 亚油酸 (或亚麻酸) 经脂肪酸氢过氧化物裂解酶催化 分解形成九碳氧代脂肪酸和九碳醛类物质。反 - 2 - 己烯醛 (青叶醛)和顺 - 3 - 己烯醇 (青叶醇) 已清楚 是植物叶片呈现强烈青草气味的主要物质。 Zhuang 等[12 ]和 Hildebrand 等[14 ]研究认为大豆种子中的Lox3 具有降低大豆豆浆中己醛生成的作用。 他们认为这是由于Lox3 将由Lox1、Lox2 和 Lox3 催化生成的脂肪酸氢过氧化物转变成不利于脂肪酸氢 过氧化物裂解酶裂解的物质 ,从而减少己醛的生成 ;Lox3 还可能与 Lox1 和 Lox2 争夺底物脂肪酸 , 将其 转变成 9 - 氢过氧化物而不是 13 - 氢过氧化物从而降低六碳醛类物质的生成。 3 　大豆种子脂肪氧化酶同功酶及其缺失体类型在豆制品产生豆腥味中的作用差异 大豆种子中存在的 3 种脂肪氧化酶同功酶特性有差异 ,在实际加工生产中的加工方法、加工条件和 贮藏条件等亦有差异 ,必然会使三种同功酶在豆制品产生豆腥味中的作用也存在着差异。大多数研究 者通过用正常品种及其脂肪氧化酶缺失体近等位基因系作比较 ,研究认为 Lox2 是豆制品 (豆粉、豆浆) 47 中国油料作物学报 　1999 ,21 (2) 中不饱和脂肪酸氧化和大量形成己醛最重要的酶[7 ,12 ,15 ] ;有的研究者认为在高 pH 值下 ,在生成六碳醛 类物质方面Lox1 比Lox2 显得更为重要[12 ] ;更有研究者认为Lox3 还具有降低己醛生成的作用[12 ,14 ] 。 由于大豆种子脂肪氧化酶同功酶在豆制品产生豆腥味中作用的差异 ,特别是 Lox3 是否具有降低己 醛生成的功能仍不十分明确 ,加上以前的研究者使用的缺失体类型不全、试验条件和样品制备上的差 异 ,使得到目前为止对各种类型大豆种子脂肪氧化酶缺失体材料加工的产品 (主要为豆粉、豆浆)豆腥味 程度的评价也存在有较大的差异。有的研究者认为缺失 Lox2 的类型其己醛生成量是最低的[15 ] ,有的 研 究 者认为缺失Lox2 、具Lox3的材料其己醛生成量才是最低的 [12 ] ,Moreira等 [7 ]认为在种子湿度在 10. 9 %～21. 3 %范围内缺失Lox2 和Lox3 的类型己醛生成量才是最低的。Nishiba 等[16 ]研究了 2 个正常 大豆品种 (L123) 、3 个分别具有Lox1 (L1) 、Lox2 (L2) 、Lox3 (L3) 的品种以及一个全缺失品种的豆浆 ,结果 表明豆浆中己醛的聚积量由大到小排列的顺序为 L2 > L123 > L1 > L3 > L0 ,DETBA 值 (1 ,3 - 二乙基 - 2 - 硫代巴比妥酸值 ,用作表示脂肪酸过氧化作用的指标) 大小顺序为 L123 > L2 ,L3 > L1 ,L0。Furuta 等[17 ]也得出在 pH为 4～10 ,温度为 4～70 ℃的条件下 ,全缺失体品种具最低的 DETBA 值和己醛生成量 的结论。因此他们认为种子脂肪氧化酶全缺失体品种将是作为食品原料的理想材料。 有鉴于大豆种子脂肪氧化酶同功酶及其缺失体类型在豆制品产生豆腥味中作用的研究现状 ,有必 要进一步深入地研究大豆种子脂肪氧化酶同功酶在豆制品产生豆腥味中的作用大小 ,以及各种类型大 豆种子脂肪氧化酶缺失体类型在降低豆制品豆腥味中的作用程度。 植物体内脂质过氧化作用根据起因可分为酶促和非酶促脂质过氧化两大类。非酶促脂质过氧化又 称自动氧化 ,它往往是不饱和脂质的双键受氧 (特别是活性氧) 的攻击所致。Hildebrand 等[14 ]认为脂肪 酸的自动氧化对豆腥味物质的形成贡献不大。针对大豆种子脂肪氧化酶与豆制品产生豆腥味之间的关 系 ,目前在食品加工上消除大豆种子脂肪氧化酶活性、除去豆腥味的手段主要有加热处理、微波照射、改 变介质的 pH、有机溶剂萃取和通过醛水解酶水解等[18 ] 。但这些方法都不同程度地会增加大豆产品的 成本 ,且常常会导致大豆蛋白质溶解度下降 ,降低食品的营养价值。因此 ,很有必要在遗传育种上开展 大豆种子脂肪氧化酶同功酶缺失体材料的选育[19 ] 。 参考文献 1 　Rackis J J ,Honig D H , Sessa D J et al. 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The viral particles were isometric with diameter in 27. 2nm and 28. 0nm. The safflower sap of CMV —CW and CMV —CY had TIP of 55～60 ℃and 50～55 ℃ , DEP of 10 - 4～10 - 5 and 10 - 3 ～10 - 4 , LIV of 3 and 4 days. Molecular weight of coat protein of the two isolates were 27 500 and 28 100 dalton , respectively. Two isolates were closely related to CMV —CA serologically. A predicted 534bp length of cDNA of partial coat protein gene was amplified by RT—PCR with CMV —CW and CMV —CY infected leave sap as template . Both isolates were closely related to CMV —D (type strain in CMV subgroup) , distinct to CMV —S (type strain in CMV subgroup Ⅱ) serologically. Based on the host reactions on a group of the indicative plants the strain designation was proposed for five CMV isolates tested. Key words 　Safflower 　Cucumber mosaic virus 　Strain 67 中国油料作物学报 　1999 ,21 (2)