乳铁蛋白、姜黄素、燕麦β-葡聚糖二元及三元复合物的结构特征及自组装机制研究

作     者：邓楚君 

作者单位：河南科技学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李波;杨伟

授予年度：2019年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：乳铁蛋白 姜黄素 燕麦β-葡聚糖 三元复合物 结构表征 结合机理 

摘      要：近年来,功能性食品的市场需求份额逐渐增加,新型功能性食品的开发愈显迫切。姜黄素(Curcumin,Cur)是从姜黄的根茎中提取分离的一种多酚类物质,是植物界稀有的具有二酮结构的色素。姜黄素具有多种生物活性功能,例如抗菌、抗炎、抗氧化和护肝等,因此受到了广泛关注。目前,其能够作为功能性因子用于食品体系。但是,作为一种疏水性多酚,姜黄素水溶性和生物利用率很低,难以在食品体系中直接添加使用。基于此,本论文研究了乳铁蛋白(LF)-姜黄素(Cur)与乳铁蛋白(LF)-燕麦β-葡聚糖(OG)二元复合物和3种不同结构的LF-Cur-OG三元复合物的制备和结构表征,并对其形成机理进行了探讨,对开发新型Cur运载体,扩展其在功能性食品领域的应用提供科学依据和理论基础。(1)研究了OG的流变学特性,选择了合适纯度的OG做为壁材。选取3种纯度分别为70%,80%和95%的OG作为研究对象,分别制备不同浓度的OG水溶液,系统考察了剪切速率、震荡频率和温度等因素对OG溶液流变特性的影响。研究发现,OG样品浓度越低,越接近牛顿流体。OG样品浓度高于6%时,溶液均为假塑性流体,表现出典型的剪切稀化行为。Arrhenius方程拟合表明,样品浓度越高活化能越高,流动性越差。纯度分别为70%,80%和95%的OG形成凝胶的临界浓度分别为6%,6%和5%;熔点分别为72℃,75.5℃,80℃,表明纯度为95%的OG具有较稳定的物理交联网络结构。(2)研究了天然和热变性LF与Cur复合物的结构特性和结合机制。结果表明,LF-Cur复合物的浊度、ζ-电位和粒径与LF结构和Cur浓度密切相关。结果表明,当Cur浓度为14-54μM时,天然LF-Cur复合物为纳米颗粒(13.32-15.18 nm),溶液浊度低,电位也较低;当Cur浓度为54-108μM时,天然LF-Cur复合物为亚微米颗粒(0.14-0.33μm),溶液浊度较大,电位较低。当Cur浓度为14-108μM时,热变性LF-Cur复合物为纳米颗粒(31.77-95.12 nm),溶液浊度较小,电位较高。圆二色光谱分析表明,Cur的添加导致天然和热变性LF的二级结构中α-螺旋含量减小、β-转角含量增加和无规卷曲含量增加。红外光谱分析表明,氢键参与了LF与Cur的结合。荧光光谱结果表明,较之天然LF与Cur,热变性LF与Cur具有更高的结合常数(K)和结合位点数(n)(分别为3.95×10 M和0.86)。热变性能够提高LF对Cur的包埋率。(3)研究了LF和OG在热处理和未加热处理条件下的结构特征和分子相互作用。在25 C和90 C条件下,能够分别形成LF-OG自组装体和热聚集体。荧光光谱分析结果表明,OG的存在能够改变LF结合方式,且与OG浓度和热处理有关。拉曼光谱结果表明,OG能够改变LF的二级结构。经过热处理后,可形成具有“核-壳结构的球形微米颗粒,且粒径约为2.0μm。热力学分析表明,25 C条件下,LF与OG能够自发结合,大约有12个LF分子与一个OG分子相互作用。在80 C条件下,二者由焓变和熵变共同驱动,大约有99个LF分子与一个OG分子相互作用。LF与OG的结合过程涉及多种非共价相互作用。(4)利用构建得到的LF-OG自组装复合物,采用三种添加顺序,结合喷雾干燥技术,用于运载Cur。制备得到三种不同结构的LF-Cur-OG三元复合物,对这些复合物的结构进行表征,并初步探讨了它们的构建机理。结果表明,LF-Cur-OG三元复合物的结构能够通过添加顺序进行调节。通过添加顺序1(OG→LF→Cur),喷雾干燥法制备的三元复合物溶液浊度最低(12.3-26.0 NTU),粒径最小(0.11-0.22μm)。抗氧化结果表明,采用添加顺序3(Cur→OG→LF)制备的三元复合物的抗氧化能力最强,喷雾干燥技术较好保留了三元复合物的抗氧化活性。流变结果表明,喷雾干燥能够提高LF-Cur-OG三元复合物的弹性行为。