糖基化乳清分离蛋白纤维的制备、改性及其在Pickering乳液体系中的应用研究

来源 :武汉轻工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:natelie_hu
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随着乳品加工技术的发展,乳清分离蛋白以其良好的蛋白质营养价值而备受关注,逐渐成为功能性食品、营养制品等产品的重要原料和添加成分,广泛应用于食品工业中。然而,乳清分离蛋白在热处理条件下容易发生变性和聚集,从而极大地影响了其在食品乳化体系中的应用。而蛋白纤维状聚集体作为一种潜在的新型功能性食品原料,有望解决蛋白质在加热条件下易聚集的难题。近年来,随着Pickering乳液的深入研究,该体系正在朝向高效、安全和功能化等方向发展,将Pickering乳液应用于食品领域也成为当前学者们研究的热门话题。因此,针对乳清分离蛋白热稳定性的改善以及当前食品工业绿色高效Pickering乳液稳定剂缺乏的现状,本文利用酸热条件下乳清分离蛋白自组装形成纤维聚集体,同时对蛋白纤维进行糖基化修饰制备出酸热稳定的两亲各向异性蛋白纤维,并进一步利用糖基化蛋白纤维在乙醇诱导改性以及与单宁酸的复合作用提高其功能特性,探究糖基化乳清分离蛋白纤维及其改性产物对Pickering乳液体系稳定以及营养物质输送等方面的应用。主要研究结果如下:(1)通过使用葡萄糖、乳糖和麦芽糊精三种不同糖类利用美拉德反应干热法制备糖基化乳清分离蛋白,在p H 2.0和90 oC条件下酸热处理使蛋白自组装以制备两亲性糖基化乳清分离蛋白纤维,接着对糖基化蛋白纤维的理化性质及其稳定的Pickering乳液特性进行深入探究。利用原子力显微镜及透射电镜对纤维形态进行表征,结果表明乳清分离蛋白的糖基化修饰降低了纤维的长度,而对纤维的宽度不产生影响,糖基化蛋白纤维平均长度为1.2μm,宽度约为3-4 nm;糖基化改性增强了蛋白纤维的表明疏水性,使得其稳定的Pickering乳液界面形成了更厚的蛋白吸附层,通过激光共聚焦显微镜观察Pickering乳液界面层的厚度(以液滴外径的百分比表示)由11.75±0.82%增长至33.05±0.66%;改性后,糖基化蛋白纤维形成的Pickering乳液拥有更好的储藏稳定性,p H稳定性和盐离子稳定性;糖基化作用中接枝糖的链长越长,形成Pickering乳液的粘度越大,越有利于乳液体系的稳定;而接枝糖的糖链长度与负载姜黄素的Pickering乳液中的脂质分解程度和姜黄素的生物有效性呈负相关,随着糖链的增长,脂质分解程度由67.62%降低至66.37%,姜黄素的生物有效性由72.00%降至65.57%。(2)考察了乳清分离蛋白以及糖基化乳清分离蛋白-乳糖纤维在p H 2.0和85 oC条件下于不同乙醇浓度的乙醇-水混合溶液中制备乙醇诱导蛋白纤维并稳定Pickering乳液的可行性。首次报道了糖基化乳清分离蛋白在不同乙醇浓度的乙醇-水溶液中发生纤维化聚集而形成高度柔性的蠕虫状蛋白纤维,随着乙醇浓度由0%增加至50%,乳清分离蛋白纤维的高度由3.3±0.2?nm降低至2.0±0.4 nm,糖基化蛋白纤维高度由3.7±0.3?nm降低至2.7±0.2 nm,在相同乙醇水平下,乳清分离蛋白纤维与糖基化蛋白纤维的高度之间没有显著性差异;蛋白纤维的形成增强了原蛋白的抗氧化能力;通过SDS-PAGE分析了纤维化过程中多肽的组成和变化,结果证明了由乙醇诱导形成的糖基化蠕虫状蛋白纤维是由水解多肽构成的,同时随着酸热诱导时间的增长,蛋白分子量逐渐降低;利用Th T荧光光谱实验得出,糖基化蛋白溶液体系中乙醇会破坏糖分子原有的空间排阻效应而打破疏水和静电相互作用的平衡;通过对乙醇诱导改性蛋白纤维进行DPPH自由基清除能力,总抗氧化能力分析以及ABTS自由基清除能力的测试,得出乙醇诱导改性增强了原蛋白纤维的抗氧化能力;此外,由不同的乙醇浓度诱导的糖基化乳清分离蛋白纤维可以有效稳定Pickering乳液,使用50%乙醇浓度诱导的糖基化蛋白纤维在酸性条件下可以显著提高Pickering乳液的热稳定性和抗氧化性。(3)构建了乳清分离蛋白/蛋白纤维以及糖基化乳清分离蛋白/蛋白纤维与单宁酸制备非共价与共价复合物,研究不同复合方式对蛋白/蛋白纤维结构和功能特性的影响,并对其稳定的Pickering乳液特性进行深入探究。基于简单的干热法美拉德反应和碱法成功制备了乳清分离蛋白/蛋白纤维-乳糖-单宁酸三元复合物,Zeta电位数据显示,蛋白纤维复合物相比蛋白复合物Zeta电位的绝对值增大1-3 m V;内源荧光光谱和Th T荧光光谱结果表明蛋白/蛋白纤维与单宁酸的共价相互作用相比于非共价相互作用强,单宁酸的添加对蛋白/蛋白纤维有较强的荧光猝灭效果;傅里叶红外光谱分析结果得出蛋白/蛋白纤维与单宁酸之间的复合作用引起了蛋白质二级结构的变化;蛋白纤维-单宁酸二元复合物中单宁酸的引入使蛋白/蛋白纤维的表面疏水性H0值由9324.0降低至1744.6,而糖基化蛋白纤维-单宁酸三元复合物中单宁酸的引入使糖基化蛋白/蛋白纤维的表面疏水性H0值由28916降低至388.2;乳清分离蛋白的改性及二元、三元复合物的形成使得蛋白热变性温度提高了9-15 oC;同时,相比于蛋白/蛋白纤维与单宁酸非共价复合物,与单宁酸的共价复合作用更加有利于蛋白/蛋白纤维在乳液油水界面的吸附,所稳定的Pickering乳液的粒径更小,Pickering乳液热稳定性,盐离子稳定性以及储藏稳定性得到明显提高;将糖基化蛋白-单宁酸三元复合物用于负载姜黄素Pickering乳液的稳定,在室温下避光贮藏5周后,Pickering乳液中姜黄素的保留率高达95%以上,对油相中姜黄素的降解起到了良好的保护作用。
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