单宁的生物降解及单宁在水包油型乳液中的应用

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单宁类化合物是一种独特的酚类次级代谢产物,具有良好的生物活性。在食品加工过程中,单宁类化合物易与生物碱、金属离子、蛋白质、多糖等食品组分发生相互作用,导致混合体系的外观特性(如澄清度)和理化特性(如乳化性、氧化稳定性和消化性)发生改变,进而影响食品品质、营养价值和生物活性等。因此,合理的消除和利用单宁类化合物与食品组分间的相互作用,对食品工业生产具有重要的意义。本文主要研究内容包括:首先,在改善混合体系外观特性方面,利用生物降解技术降解单宁类化合物,减少单宁类化合物与食品组分间的相互作用,从而消除其对混合体系外观特性(如澄清度)的影响;其次,在改善混合体系理化特性方面,选用最具代表性的单宁类化合物—单宁酸(TA)作为研究对象,利用TA与食品组分间的相互作用改善混合体系的理化性质(如:乳化性、氧化稳定性和消化性)。以期为单宁类化合物在食品工业中的综合利用提供理论指导和技术支持。本文主要的研究内容与结论如下:(1)首次通过微生物发酵的方式降解TA来获得3,4,6-没食子酰葡萄糖(TGG),并对其抗氧化性和抑酶活性进行研究。TA经炭黑曲霉发酵后,可从发酵液中分离得到两种主要物质:没食子酸(GA)和3,4,6-没食子酰葡萄糖(TGG)。对两者的抗氧化性和抑酶活性研究发现:与正丁基羟基茴香醚(BHA)相比,GA和TGG具有更强的自由基清除能力和铁还原能力。此外,TGG表现出了对?-淀粉酶和?-葡萄糖苷酶良好的抑制活性。这些结果表明从TA发酵产物中分离得到的TGG是一种良好的抗氧化剂和酶活性抑制剂。(2)采用氨基修饰的Fe3O4-壳聚糖纳米粒子(Fe3O4-CS NPs)通过戊二醛共价固定单宁酶,并对单宁酶固定化的条件和最适反应条件进行优化,进一步将其应用于茶汤澄清研究,探究固定单宁酶对茶汤品质的影响。Fe3O4-CS NPs呈球形或椭球形,平均粒径为5.97±1.25 nm。对比Fe3O4-CS NPs固定的单宁酶和游离单宁酶的最适反应条件发现:固定化单宁酶和游离单宁酶的最适反应温度均为30?C,但是固定化单宁酶有更低的最适反应pH(固定酶pH=4.5,游离酶pH=5.5),且pH稳定性和热稳定性更好。经过8次的重复使用后,固定化单宁酶仍保留了>50%的酶活性。将固定化单宁酶应用于降解茶汤中茶单宁,可有效改善红茶和绿茶茶汤的澄清度和色泽。(3)以TA和β-葡聚糖(BG)为原料,利用TA与BG间相互作用制备得到TA-BG复合物,并将其应用于水包油型乳液递送体系。在非共价相关作用下,TA和BG在溶液中聚集形成了近似球形的纳米颗粒,且TA-BG复合物对pH、温度以及离子强度等环境因素较敏感。将TA-BG复合物应用于水包油型乳液体系,在适当的TA/BG比例和pH值条件下(如pH 5和TA/BG=0.5),TA-BG复合物可以形成稳定且粒径小的乳液,并且此乳液的稳定性及粒径大小均优于仅使用BG制备的乳液。但是乳液形成后,其稳定性还与环境因素相关,TA-BG复合物制备的乳液在pH 5~9、NaCl浓度<100 mM和温度<70?C时是相对稳定的。这些结果表明TA-BG复合物具有一定的乳化性和维持乳液稳定的能力,这将有助于拓展TA和BG在食品中的应用。(4)以TA和豌豆蛋白(PP)为原料,利用TA与PP间的相互作用制备得到TA-PP复合物并将其应用于亚麻籽油乳液的制备,探究了此复合物对亚麻籽油乳液的形成、氧化稳定性和体外消化性能的影响。TA和PP能在水溶液中自发地组装成复合物,且当TA浓度>0.1%,这些复合物会发生热聚集现象。另外,将TA-PP复合物应用于包埋亚麻籽油制备水包油乳液,TA的存在可提高亚麻籽油乳液的物理稳定性和氧化稳定性,但TA用量应根据应用情况进行优化。例如,0.5%TA-PP复合物制备的乳液具有良好的氧化稳定性,但在较高的存储温度下容易发生聚集。此外,TA-PP复合物改变乳液中脂质消化的速度和程度。特别是,0.3%TA-PP复合物可延缓乳液中脂质消化的初始速率,但对脂质的最终消化程度几乎没有影响。这些结果对开发植物性乳液递送体系来包埋和保护多不饱和脂肪酸具有重要意义。(5)以Quillaja皂素(QS)为乳化剂制备亚麻籽油乳液,探究在有无助氧化剂Fe(II)存在下,TA的添加对亚麻籽油乳液氧化稳定性的影响。TA能有效的螯合Fe(II),且在pH 5和7条件下,TA与Fe(II)螯合展现出了明显的颜色变化。TA添加到乳液中可有效抑制因温度和Fe(II)诱导的脂质氧化,并能较好的维持乳液稳定。此外,乳液自身在不同pH条件下存在氧化程度的差异,其氧化程度变化顺序为:pH 3>pH 5>pH 7。在pH 3条件下,乳液氧化速率极快,且TA与Fe(II)在此pH条件螯合能力弱,致使当TA浓度达到0.1%时,才能有效抑制乳液中脂质的氧化。在其他pH条件下,低剂量的TA(0.01%)即可有效抑制脂质氧化。这为TA作为抗氧化剂应用于乳液体系提供理论基础。(6)采用Quillaja皂素(QS)和阿拉伯胶(AG)为乳化剂制备富含β-胡萝卜素(BC)乳液,探究TA的加入对不同植物性乳化剂包埋的BC乳液体外胃肠道消化过程、BC生物可接受率以及储存稳定性的影响。0.1%的TA添加到乳液中会使QS制备的BC乳液在胃液中形成高度聚集的油滴,进而影响此乳液的初始消化速率,但不会影响脂质的最终消化程度。TA的添加对AG制备的BC乳液的消化过程没有明显的影响,且TA的添加对QS和AG制备乳液中的BC生物可接受率也无显著影响。此外,乳液储存实验的结果表明,TA的添加能有效抑制温度诱导的BC降解。这些结果对理解单宁类化合物对乳液中脂质消化的影响和对油溶性生物活性成分的保护具有重要的意义。
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