大豆蛋白产品的功能及在化妆品中的应用

摘要: 大豆蛋白的营养价值在所有植物蛋白中是最优良的, 各种大豆产品由于它们的特殊加工条件, 使这些产品具有了特殊的功能性质如吸湿保湿性, 抗氧化性和表面活性等。这些功能性在化妆品行业中有着举足轻重的作用。故着重于讨论3种大豆蛋白产品即大豆肽、大豆水解蛋白、大豆改性蛋白的功能性质并探讨了它们在化妆品工业中的应用前景。

关键词: 化妆品; 大豆蛋白; 功能性

　　大豆蛋白是一类功能性和生物活性很强的蛋白。众所周知大豆蛋白典型的功能有凝胶性、起泡性、乳化性及充当表面活性剂的作用, 这些特性是日用化妆品行业非常重要的性质。另一方面化妆品行业对原料的要求原则是希望材料具有功能性同时价格合理。我国是大豆出产国, 大豆资源极为丰富, 大豆的提取工艺更是早已成熟, 近年来对大豆肽、大豆水解蛋白及大豆蛋白改性方面的研究也臻于成熟。从价格角度出发, 对于高附加值的化妆品行业, 大豆蛋白是相当合理的。更值得一提的是, 由于大豆蛋白的高营养性, 它不仅对体内营养是很大的补充, 对于皮肤及头发也有相当优良的滋养作用。目前, 国外如日本、美国等已对它有所研究应用, 但在国内尚属少见, 可以预见大豆蛋白将会成为未来化妆品行业的重要原料。本文对不同类型的大豆蛋白特性与化妆品行业的要求进行分析, 并对其可能的应用进行了展望。

1　大豆肽

　　大豆肽是由大豆蛋白质经酶解获得的通常由3个～ 6个氨基酸组成的低肽混合物, 其氨基酸组成与大豆蛋白质十分相似, 相对分子质量分布在300～ 700的范围内[ 1 ]。

1.1　制备

　　日本不二制油株式会社近年来对大豆肽进行了许多开发研究, 提出了以酶分解大豆蛋白制取大豆多肽的技术路线。

　　采用这一技术制取的大豆多肽, 其相对分子质量以低于1000的为主[ 1 ]。

1.2　大豆肽的功能及应用

1.2.1　良好的pH

　　大豆蛋白在酸性条件下会凝固沉淀, 特别在等电点附近溶解度急剧下降, 而大豆肽则可保持较高的溶解度[ 2 ]。由于人的皮肤适应微酸性的环境, 所以许多化妆品添加了诸如果酸类的酸性物质。对于此类化妆品,大豆肽的添加不致引起沉淀, 并能够很好的发挥它应有的作用。

1.2.2　吸湿性与保湿性

　　大豆肽有很强的吸湿性和保湿性, 这种特性使大豆肽可用作毛发、皮肤的保湿剂, 大豆肽的这种性能比原先在化妆品领域广泛应用的胶原肽、丝肽有更好的效果[ 3 ]。

1.2.3　氨基酸的作用

　　大豆肽中含有丰富的氨基酸, 可与毛发中的二硫键作用, 因而对毛发有保护作用, 可改善发质, 有助于毛发损伤的修复。另一方面, 大豆中谷氨酸含量丰富,占总氨基酸含量的18% 左右, 对于谷氨酸富集的肽(相对分子质量在150Da～ 1000Da) 可加速细胞生长, 特别是对毛囊, 因而应用于洗发剂中可加速头发的生长[ 4 ]。

　　总之, 大豆蛋白是所有蛋白质中研究最为广泛的一种蛋白质, 大豆肽的提出, 不仅进一步提高了大豆蛋白质的营养功能和加工性能, 也大大提高了大豆蛋白质的附加值。随着人们对植物化妆品的趋向, 它将得到更加广泛的应用。

2　大豆水解蛋白

　　大豆蛋白水解物的主要成分是多肽和氨基酸的混合物。

2.1　制备

　　大豆的水解方法有碱法水解、酸法水解、酶法水解三种, 它们各有利弊。

　　碱法水解: 色氨酸不被破坏, 水解液清亮, 但严重缺点是易发生消旋而且氨基酸也被破坏, 因此一般很少用碱法水解。

　　酸法水解: 水解彻底, 几乎能使全部的蛋白变为L 2AA , 但色氨酸破坏。而且与含醛基化合物作用, 生成腐黑色的物质使水解液过滤困难。酸水解的生产周期短, 产品无强烈的异味。

酶法水解: 用适宜的蛋白酶, 控制反应条件在其酶活力适宜的pH 和温度范围, 经过一定时间使蛋白水解。反应条件温和[ 5 ]。酶法水解的工艺路线如下:

2. 2　大豆水解蛋白的功能及应用

　　大豆球蛋白经酶降解后, 不仅能保持其原有的营养价值, 且由于肽链的缩短显示出许多新的功能性质。

2.2.1　高溶解性

　　大豆蛋白在微生物酶的作用下, 大分子蛋白断裂成小分子肽, 随着肽键的断裂, - COOH、- NH2的增加, 其亲水性增加。故水解后, 蛋白溶解度显著上升。而且当水解度较高时, 大豆水解蛋白的溶解度在相当宽的pH 范围内不受pH 的影响[ 6 ]。不同pH 下大豆蛋白及其水解物的溶解性见图。

　　大豆蛋白水解得到的大量氨基酸、小肽等, 可以与金属元素在一定条件下形成复合氨基酸络合物, 这种络合物有利于促进机体细胞的生长发育, 同时水溶性相当好。在化妆品中, 这类络合物对坏损皮肤有修复、愈伤效用, 可刺激生发和预防落发。目前, 美国已将缩氨酸锌作作化妆品添加剂[ 5 ]。

大豆蛋白及其水解物的溶解性比较

2.2.2　光泽和保护作用

　　大豆水解蛋白用于头发, 有很好的光泽效果和高效保护作用, 使头发免受环境条件和化学因素的破坏。这种大豆水解蛋白含有大量的阴离子氨基酸, 特别是含硫氨基酸, 以及二价阳离子成分。因此水解蛋白的阴离子成分能够有效的通过阳离子桥吸附在头发上, 一旦吸附以后, 水解蛋白中的含硫氨基酸可以和不同破坏剂作用达到保护头发的目的。目前发明的成分可以进一步合成维生素成分, 从而提高它的保护作用[ 7 ]。

2.2.3　抗氧化性

　　大豆蛋白经酶水解后的产物具有一定的抗氧化能力, 其中酸性蛋白酶水解的产物具有的抗氧化能力最强。大豆水解物的主要组成为多肽和氨基酸的混合物。已发现有抗氧化活性的氨基酸有: 色氨酸、胱氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、亮氨酸、缬氨酸。一些氨基酸的衍生物, 特别是色氨酸的衍生物252羟基色氨酸具有很强的抗氧化能力。将大豆蛋白水解产物与酚类抗氧化剂协同作用可显示出一定的增效作用。所以经过一定处理的大豆分离蛋白对于制备具有抗氧化性的化妆品将是很好的添加成分。

　　据报道, 大豆水解蛋白的功能性还表现在如作为头发染色前的预处理剂, 这种预处理剂能够达到快速染色, 均匀色素, 减少染色时的头发损伤的作用[ 8 ]; 含蛋白酶水解的大豆蛋白提取物还可作为粗糙皮肤修复型化妆品, 其活性成分相对分子质量≤10000[ 9 ]。

　　大豆蛋白经过水解后, 随着相对分子质量的降低和部分基团的暴露, 它的功能性得到大大地提高。所以大豆蛋白通过特定的水解, 其产品就可用作特定需要的化妆品添加剂。

3　大豆改性蛋白

　　大豆蛋白虽然是一种优质蛋白, 但由于制备过程中的变性和聚集作用使蛋白质的许多性质受到限制,尤其是溶解性的降低。良好的水溶性是乳化性、起泡性、粘稠性的前提, 因此溶解性是发挥大豆蛋白机能的共同前提条件。为了得到高品质的化妆品添加剂, 对大豆蛋白进行改性往往能获得更好的效果。

3.1　制备

　　大豆蛋白的改性有三种方式: 酶法改性、化学法改性、物理法改性。

3.1.1　酶法改性

　　目前, 酶法改性增溶的研究比较多, 对于特定基团的酶解反应需要专一化的酶, 如肽谷酰氨酶能在一定的温度和环境下将大豆水解成脱酰氨产品, 从而增进其水溶性, 乳化能力, 起泡性质和乳化液的稳定作用[ 10 ]。

3.1.2　化学改性

　　化学法改性是利用蛋白质侧链基团的化学活性,选择地将某些基团转化为衍生物, 以此来达到改变蛋白质的功能性质的目的。化学改性的方法有酰化反应(发生在E2NH2基上)、磷酸化反应(发生在E2NH2, -OH 上)、酰氨化作用(发生在- COOH 上) 及去酰胺反应, 其中去酰胺反应尤其引人注目。由于大豆分离蛋白的去酰胺改性导致蛋白分子中天冬酰胺和谷酰胺的酰胺键部分水解为羧基, 使蛋白的电荷性质发生了变化并使各项功能, 溶解性、乳化性、乳化稳定性、发泡性、泡沫稳定性都大大提高[ 11 ]。

3.1.3　物理改性

　　物理法改性是指利用热、电、机械能等能量形式的改性方法, 它具有费用低, 无毒副作用以及对产品营养性能影响较小等优点。目前报道过的有利用物理改性破坏蛋白质分子间的二硫键从而达到增溶效果的方法[ 12 ]。

3.2　大豆改性蛋白的功能及应用

　　大豆改性蛋白是在大豆蛋白的基础上提高了它的功能性质。除了常见的性质以外, 酰化的大豆肽及它们的盐具有良好的保湿性、软化性及头发的保护性, 并赋予头发以光泽。

　　将大豆分离蛋白(SP I) , 木瓜蛋白酶改性得到的大豆水解物A (SPHA ) 和木瓜蛋白酶与蛋白酶共同改性得到的水解物B 分别用于三种去污剂(SDS, SL S,DSL SS) 中, 并对它们的效果进行了比较, 发现SPHA的浴皂、香波和护手霜中可部分地取代这些去污剂。在对SP I、SPHA 或SPHB 同这三种去污剂混合效果以及它们的起泡性和乳化性的研究中发现, 当以75% 的去污剂、25% 的蛋白混合时, 起泡能力(FC) 与不加蛋白单用去污剂(100÷0) 是相同的; 当混合比是50÷50时,FC 值没有显著低于SDS 和SL S 混合物; 在25÷ 75时,FC 值明显降低; 当取代率达到100% (含SPHA ) 时, 将它用于皮肤和头发护理发现FC 几乎保持不变。护手霜有所不同, 它在高蛋白含量时(75% 和100% ) FC 值会较低。同FC 相反的是, 乳化稳定性(ES) 对所有产品都是随大豆蛋白含量的提高而提高。而且, FC 和ES值对于混合了SPHA 或SPHB 去污剂互相间没有显著差异。但它们的值总是高于混合SP I 的去污剂。从上所知, 应用了大豆蛋白或大豆改性蛋白去部分取代去污剂的产品不仅仍保持着良好的起泡性而且还大大提高了乳化能力。结果显示, 改性大豆蛋白可以用于化妆品中来满足市场需求[ 13 ]。

　　综上所述, 三种大豆蛋白的各种性能与化妆品行业的需求非常吻合。但是目前它们的应用和开发的深度和广度还不够, 鉴于以上所提到的优良性能, 相信大豆蛋白的化妆品行业中将会有广泛的应用前景。