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

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1、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

2、 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 材 料 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

3、 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 L

4、ox3b 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

5、 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

6、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 - CHOOH- 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 ”

7、(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 (5000 g/ 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 方 法 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 -

8、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

9、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

10、 肪 氧 化 酶 参 与 形 成 豆 腥 味 物 质 的 主 要 途 径图 15 ,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

11、pathway for the lipoxgenases catalyzing the peroxidation of linoleic acidand 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 2mg11 ,90 %以 上 的 亚 油 酸 和 亚 麻 酸 被 酯 化 以 甘 油 三 酯 的 形 式 存 在 ,

12、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

13、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

14、 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

15、 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

16、 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