第二節(jié)　大豆的籽粒細(xì)胞結(jié)構(gòu)

一、大豆籽粒的結(jié)構(gòu)

大豆的果實(shí)為莢果，豆莢內(nèi)含有1～4粒種子，一般為2～3粒。大豆莢果脫去其果莢后即為大豆籽粒。大豆籽粒有扁圓形、球形、橢圓形和長(zhǎng)圓形等幾種不同的形狀，其結(jié)構(gòu)如圖1-2（a）所示，種子的直徑在5～5.98mm，由胚和種皮兩部分組成，一般胚占種子重的92％左右，種皮占8％左右。正如在大多數(shù)其他豆科植物看到的，大豆種子基本沒(méi)有胚乳，只有種皮和一個(gè)大的、發(fā)育良好的胚，因此，大豆屬于雙子葉無(wú)胚乳種子，大豆無(wú)胚乳子葉是大豆的主要部分，占種子重的90％。子葉有兩片，是大豆儲(chǔ)藏養(yǎng)分的地方，其中含有豐富的蛋白質(zhì)和脂肪，子葉的細(xì)胞組織內(nèi)幾乎集中了大豆所含的全部油脂［如圖1-2（b）所示］。

大豆和其他的有機(jī)體一樣都是由大量的細(xì)胞組織組成，而且相比于棉籽和亞麻籽，其細(xì)胞最大，細(xì)胞的形狀可呈球形、圓柱形、紡錘形、多角形等，一般單個(gè)細(xì)胞呈球形。

1.種皮

種皮位于大豆籽粒的外層，約占整個(gè)大豆籽粒質(zhì)量的8％，是由胚珠被發(fā)育而成的，對(duì)種子具有保護(hù)作用。大多數(shù)大豆品種的種皮表面光滑，有的有蠟粉或泥膜。大豆種皮的色澤因品種而異，通常有黃、青、褐、黑及雜色五種，其上還附有種臍、珠孔和合點(diǎn)等結(jié)構(gòu)。黃色大豆數(shù)量最多，且含油量最高，主要用于制油。成熟的大豆種子表面光滑、完整、飽滿，有的還具有光澤，光澤好的大豆往往含油量較高。不同品種大豆種臍的形態(tài)、顏色、大小略有差別。大豆的種子有扁圓形、球形、橢圓形和長(zhǎng)圓形等幾種不同的形狀。在種臍下部有一凹陷的小點(diǎn)稱為合點(diǎn)，是珠柄維管束與種胚連接處的痕跡。臍上端可明顯地透視出胚芽和胚根的部位，兩者之間有一個(gè)小孔眼，種子發(fā)芽時(shí)，幼小的胚根由此小孔伸出，故稱此小孔為種孔或珠孔、發(fā)芽孔。

大豆種子的種皮從外向內(nèi)由4層形狀不同的細(xì)胞組織構(gòu)成［如圖1-2（b）所示］。最外層為柵狀細(xì)胞組織，由一層似柵欄狀并且排列整齊的長(zhǎng)條形細(xì)胞組成，細(xì)胞長(zhǎng)40～60μm，外壁很厚，為外皮層。其最外層為角質(zhì)層，其中有一條明線貫穿，決定種皮顏色的各種色素就在柵狀細(xì)胞內(nèi)。柵狀細(xì)胞較堅(jiān)硬并且排列緊密，一般情況下水較易透過(guò)，但若柵狀細(xì)胞間排列過(guò)分緊密時(shí)，水便無(wú)法透過(guò)，使大豆籽粒成為“石豆”或“死豆”，這種大豆幾乎不能加工利用。靠近柵狀細(xì)胞的是圓柱狀細(xì)胞組織，由兩頭較寬而中間較窄的細(xì)胞組成，長(zhǎng)30～50μm，細(xì)胞間有空隙。當(dāng)進(jìn)行泡豆處理時(shí)，這些圓柱狀細(xì)胞膨脹極大，使大豆體積增大。圓柱狀細(xì)胞組織的再里一層是海綿狀組織，由6～8層薄細(xì)胞壁的細(xì)胞組成，間隙較大，泡豆處理時(shí)吸水劇烈膨脹。最里層是糊粉層，由類似長(zhǎng)方形細(xì)胞組成，壁厚，含有一定的蛋白質(zhì)、糖、脂肪等成分。對(duì)于沒(méi)有完全成熟的大豆籽粒，其種皮的最里層（糊粉層之下）是一層壓縮胚乳細(xì)胞。

2.胚

大豆籽粒的胚由胚根、胚軸（莖）、胚芽和兩枚子葉4部分組成。胚根、胚軸和胚芽3部分約占整個(gè)大豆籽粒質(zhì)量的2％。大豆子葉是大豆主要的可食部分，其質(zhì)量約占整個(gè)大豆籽粒的90％。子葉的表面是由近似正方形的薄壁細(xì)胞組成的表皮，其下面有2～3層稍呈長(zhǎng)形的柵狀細(xì)胞，柵狀細(xì)胞的下面為柔軟細(xì)胞，它們都是大豆子葉的主體。在超顯微鏡下可以觀察到子葉細(xì)胞內(nèi)白色的細(xì)小顆粒和黑色團(tuán)塊。白色的細(xì)小顆粒稱為圓球體，直徑為0.2～0.5μm，內(nèi)部蓄積有中性脂肪；黑色團(tuán)塊稱為蛋白體，直徑為2～20μm，其中主要為蛋白質(zhì)。

二、大豆籽粒的組成

大豆籽粒的各個(gè)組成部分由于細(xì)胞組織形態(tài)不同，其構(gòu)成物質(zhì)也有很大差異。大豆種皮除糊粉層以外都含有一定量的蛋白質(zhì)和脂肪，其他部分幾乎都是由纖維素、半纖維素、果膠質(zhì)等物質(zhì)組成，食品加工中一般作為豆渣而除去。而胚根、胚軸、胚芽、子葉則主要以蛋白質(zhì)、脂肪、糖為主，富含異黃酮和皂苷。大豆子葉是由蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等主要成分構(gòu)成。整粒大豆及其各部位的化學(xué)組成情況如表1-1所示。

①粗蛋白含量是以含氮量N×6.25計(jì)。

三、大豆籽粒細(xì)胞結(jié)構(gòu)

大豆油呈黃色或者棕黃色，是一種半干性油。大豆主要用于制取油脂和餅粕，過(guò)去豆粕僅作為副產(chǎn)品，用作飼料或者肥料。近年來(lái)大豆日益成為制取食用蛋白的重要原料，以大豆餅粕為原料，可制取大豆?jié)饪s蛋白、分離蛋白、組織狀蛋白、纖維狀蛋白等多種產(chǎn)品。

大豆油與其他食用油一樣，主要為我們提供能量、必需脂肪酸和脂溶性維生素。除此之外，大豆油脂被廣泛應(yīng)用于各種食品產(chǎn)品中，包括冰淇淋、起酥油、人造奶油、蛋黃醬及生菜調(diào)味醬汁等（李楊，2013）。

對(duì)大豆微觀結(jié)構(gòu)的了解對(duì)于大豆油脂的提取有著重要的意義，大豆是雙子葉植物，大部分的蛋白和油脂儲(chǔ)存在子葉組織中的亞細(xì)胞器中，稱為大豆蛋白質(zhì)體和大豆油體（也稱油體蛋白）。蛋白體占據(jù)了子葉細(xì)胞的大部分空間（Bair C W，1979）。大豆油體的直徑遠(yuǎn)小于蛋白質(zhì)體，位于蛋白質(zhì)體之間的空隙中（Wolf W J，1970）。大豆子葉透射電鏡顯微圖見(jiàn)圖1-3，典型大豆子葉呈現(xiàn)圓柱形，直徑為30μm，長(zhǎng)度有70～80μm，為了充分地破壞子葉細(xì)胞，粉碎的粒度需要小于這個(gè)尺寸才可以有效地破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)（Deak等，2004；齊寶坤，2013）。

植物油料細(xì)胞壁是植物細(xì)胞特有的結(jié)構(gòu)，主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和果膠等物質(zhì)組成，油料細(xì)胞表面堅(jiān)韌的細(xì)胞壁將油脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)包裹在內(nèi)，在細(xì)胞內(nèi)，油脂通常與其他大分子結(jié)合，構(gòu)成脂多糖和脂蛋白等復(fù)合體，油脂及其伴隨物是以極小直徑的球形“油脂體”存在的，每個(gè)油脂體外面都由一層蛋白質(zhì)為主要成分的邊界膜包圍著（譚春蘭，2006），由于油脂被細(xì)胞壁所包圍著，有研究表明（Campbell KA等，2009），細(xì)胞壁是從大豆中提取油脂和蛋白的主要屏障，因此任何物質(zhì)的提取都需要對(duì)細(xì)胞進(jìn)行破碎（Rosenthal A等，1996）。大豆細(xì)胞壁為雙層，大豆的第一層細(xì)胞壁由果膠、半纖維素、交聯(lián)著蛋白的纖維微管束構(gòu)成，這層由果膠構(gòu)成的膜層將子葉細(xì)胞連接在一起（Kasai N等，2003）；第二層細(xì)胞壁是由纖維素、半纖維素構(gòu)成（Dominguez等，1994）。通過(guò)胞間連絲將物質(zhì)越過(guò)細(xì)胞壁屏障發(fā)生傳遞，胞間連絲是細(xì)胞壁中的微小開(kāi)口，直徑為20～80nm（Johnson L A，2008）。

Tzen和Huang（Tzen J T et a.l 1992）于1992年提出的油脂體結(jié)構(gòu)模型，分析了油脂體的分布規(guī)律及其存在狀態(tài)（圖1-4），認(rèn)為油脂體內(nèi)部主要為三酰甘油（TAG）的液態(tài)基質(zhì)［圖1-4（a）］，外部則為磷脂單分子層及嵌入其內(nèi)的油脂體結(jié)合蛋白組成的半單位膜，這個(gè)半單位膜的基本單位是由13個(gè)磷脂分子和1個(gè)油脂體結(jié)合蛋白分子組成［圖1-4（c）］，鑲嵌于半單位膜上的油脂體蛋白分子主要為油素蛋白，其疏水區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)約11nm的柄狀結(jié)構(gòu)［圖1-4（b）］。因此，只有將油料組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和油脂復(fù)合體破壞，才能將有效的成分（油脂、蛋白及功能性成分等）提取出來(lái)。