第二节　大豆的籽粒细胞结构

一、大豆籽粒的结构

大豆的果实为荚果，豆荚内含有1～4粒种子，一般为2～3粒。大豆荚果脱去其果荚后即为大豆籽粒。大豆籽粒有扁圆形、球形、椭圆形和长圆形等几种不同的形状，其结构如图1-2（a）所示，种子的直径在5～5.98mm，由胚和种皮两部分组成，一般胚占种子重的92％左右，种皮占8％左右。正如在大多数其他豆科植物看到的，大豆种子基本没有胚乳，只有种皮和一个大的、发育良好的胚，因此，大豆属于双子叶无胚乳种子，大豆无胚乳子叶是大豆的主要部分，占种子重的90％。子叶有两片，是大豆储藏养分的地方，其中含有丰富的蛋白质和脂肪，子叶的细胞组织内几乎集中了大豆所含的全部油脂［如图1-2（b）所示］。

大豆和其他的有机体一样都是由大量的细胞组织组成，而且相比于棉籽和亚麻籽，其细胞最大，细胞的形状可呈球形、圆柱形、纺锤形、多角形等，一般单个细胞呈球形。

1.种皮

种皮位于大豆籽粒的外层，约占整个大豆籽粒质量的8％，是由胚珠被发育而成的，对种子具有保护作用。大多数大豆品种的种皮表面光滑，有的有蜡粉或泥膜。大豆种皮的色泽因品种而异，通常有黄、青、褐、黑及杂色五种，其上还附有种脐、珠孔和合点等结构。黄色大豆数量最多，且含油量最高，主要用于制油。成熟的大豆种子表面光滑、完整、饱满，有的还具有光泽，光泽好的大豆往往含油量较高。不同品种大豆种脐的形态、颜色、大小略有差别。大豆的种子有扁圆形、球形、椭圆形和长圆形等几种不同的形状。在种脐下部有一凹陷的小点称为合点，是珠柄维管束与种胚连接处的痕迹。脐上端可明显地透视出胚芽和胚根的部位，两者之间有一个小孔眼，种子发芽时，幼小的胚根由此小孔伸出，故称此小孔为种孔或珠孔、发芽孔。

大豆种子的种皮从外向内由4层形状不同的细胞组织构成［如图1-2（b）所示］。最外层为栅状细胞组织，由一层似栅栏状并且排列整齐的长条形细胞组成，细胞长40～60μm，外壁很厚，为外皮层。其最外层为角质层，其中有一条明线贯穿，决定种皮颜色的各种色素就在栅状细胞内。栅状细胞较坚硬并且排列紧密，一般情况下水较易透过，但若栅状细胞间排列过分紧密时，水便无法透过，使大豆籽粒成为“石豆”或“死豆”，这种大豆几乎不能加工利用。靠近栅状细胞的是圆柱状细胞组织，由两头较宽而中间较窄的细胞组成，长30～50μm，细胞间有空隙。当进行泡豆处理时，这些圆柱状细胞膨胀极大，使大豆体积增大。圆柱状细胞组织的再里一层是海绵状组织，由6～8层薄细胞壁的细胞组成，间隙较大，泡豆处理时吸水剧烈膨胀。最里层是糊粉层，由类似长方形细胞组成，壁厚，含有一定的蛋白质、糖、脂肪等成分。对于没有完全成熟的大豆籽粒，其种皮的最里层（糊粉层之下）是一层压缩胚乳细胞。

2.胚

大豆籽粒的胚由胚根、胚轴（茎）、胚芽和两枚子叶4部分组成。胚根、胚轴和胚芽3部分约占整个大豆籽粒质量的2％。大豆子叶是大豆主要的可食部分，其质量约占整个大豆籽粒的90％。子叶的表面是由近似正方形的薄壁细胞组成的表皮，其下面有2～3层稍呈长形的栅状细胞，栅状细胞的下面为柔软细胞，它们都是大豆子叶的主体。在超显微镜下可以观察到子叶细胞内白色的细小颗粒和黑色团块。白色的细小颗粒称为圆球体，直径为0.2～0.5μm，内部蓄积有中性脂肪；黑色团块称为蛋白体，直径为2～20μm，其中主要为蛋白质。

二、大豆籽粒的组成

大豆籽粒的各个组成部分由于细胞组织形态不同，其构成物质也有很大差异。大豆种皮除糊粉层以外都含有一定量的蛋白质和脂肪，其他部分几乎都是由纤维素、半纤维素、果胶质等物质组成，食品加工中一般作为豆渣而除去。而胚根、胚轴、胚芽、子叶则主要以蛋白质、脂肪、糖为主，富含异黄酮和皂苷。大豆子叶是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质和维生素等主要成分构成。整粒大豆及其各部位的化学组成情况如表1-1所示。

①粗蛋白含量是以含氮量N×6.25计。

三、大豆籽粒细胞结构

大豆油呈黄色或者棕黄色，是一种半干性油。大豆主要用于制取油脂和饼粕，过去豆粕仅作为副产品，用作饲料或者肥料。近年来大豆日益成为制取食用蛋白的重要原料，以大豆饼粕为原料，可制取大豆浓缩蛋白、分离蛋白、组织状蛋白、纤维状蛋白等多种产品。

大豆油与其他食用油一样，主要为我们提供能量、必需脂肪酸和脂溶性维生素。除此之外，大豆油脂被广泛应用于各种食品产品中，包括冰淇淋、起酥油、人造奶油、蛋黄酱及生菜调味酱汁等（李杨，2013）。

对大豆微观结构的了解对于大豆油脂的提取有着重要的意义，大豆是双子叶植物，大部分的蛋白和油脂储存在子叶组织中的亚细胞器中，称为大豆蛋白质体和大豆油体（也称油体蛋白）。蛋白体占据了子叶细胞的大部分空间（Bair C W，1979）。大豆油体的直径远小于蛋白质体，位于蛋白质体之间的空隙中（Wolf W J，1970）。大豆子叶透射电镜显微图见图1-3，典型大豆子叶呈现圆柱形，直径为30μm，长度有70～80μm，为了充分地破坏子叶细胞，粉碎的粒度需要小于这个尺寸才可以有效地破坏细胞结构（Deak等，2004；齐宝坤，2013）。

植物油料细胞壁是植物细胞特有的结构，主要由纤维素、半纤维素、木质素和果胶等物质组成，油料细胞表面坚韧的细胞壁将油脂、蛋白质等物质包裹在内，在细胞内，油脂通常与其他大分子结合，构成脂多糖和脂蛋白等复合体，油脂及其伴随物是以极小直径的球形“油脂体”存在的，每个油脂体外面都由一层蛋白质为主要成分的边界膜包围着（谭春兰，2006），由于油脂被细胞壁所包围着，有研究表明（Campbell KA等，2009），细胞壁是从大豆中提取油脂和蛋白的主要屏障，因此任何物质的提取都需要对细胞进行破碎（Rosenthal A等，1996）。大豆细胞壁为双层，大豆的第一层细胞壁由果胶、半纤维素、交联着蛋白的纤维微管束构成，这层由果胶构成的膜层将子叶细胞连接在一起（Kasai N等，2003）；第二层细胞壁是由纤维素、半纤维素构成（Dominguez等，1994）。通过胞间连丝将物质越过细胞壁屏障发生传递，胞间连丝是细胞壁中的微小开口，直径为20～80nm（Johnson L A，2008）。

Tzen和Huang（Tzen J T et a.l 1992）于1992年提出的油脂体结构模型，分析了油脂体的分布规律及其存在状态（图1-4），认为油脂体内部主要为三酰甘油（TAG）的液态基质［图1-4（a）］，外部则为磷脂单分子层及嵌入其内的油脂体结合蛋白组成的半单位膜，这个半单位膜的基本单位是由13个磷脂分子和1个油脂体结合蛋白分子组成［图1-4（c）］，镶嵌于半单位膜上的油脂体蛋白分子主要为油素蛋白，其疏水区域为长约11nm的柄状结构［图1-4（b）］。因此，只有将油料组织的细胞结构和油脂复合体破坏，才能将有效的成分（油脂、蛋白及功能性成分等）提取出来。