麦谷蛋白改性及其构建的橙皮素、橙皮苷运载体系稳定性研究

作     者：姜海花 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张国文

授予年度：2022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] 083201[工学-食品科学] 

主      题：橙皮素和橙皮苷 麦谷蛋白 蛋白改性 理化功能性质 乳液 

摘      要：麦谷蛋白具有来源广泛、低过敏性和良好的生物学价值等优点,可以作为乳制品模拟物、功能性饮料和其他富含蛋白质产品中的主要蛋白,但由于其较差的水溶性和乳化性能,在食品工业中应用受限。因此,需要通过新的策略改善麦谷蛋白的理化和功能特性。改性后的麦谷蛋白与生物活性化合物(如橙皮素、橙皮苷)络合可以被开发为有效且前景明朗的可溶性纳米复合物,以提高橙皮素、橙皮苷在水环境中的分散性和稳定性,为橙皮素(Ht)、橙皮苷(Hd)和麦谷蛋白(Glu)在健康食品中的应用或麦谷蛋白基产品的优化奠定基础。为了改善麦谷蛋白功能和理化性质以及构建橙皮素、橙皮苷的运载体系,本研究以麦谷蛋白为原料,通过pH-漂移联合热处理、纤维化修饰的策略,提高麦谷蛋白的水溶性和乳化性,并探究了改性前后麦谷蛋白与橙皮素、橙皮苷之间的结合机制及功能特性的影响,最后将该纳米复合物应用于乳液中并研究乳液的稳定性。主要结果如下:1.橙皮素、橙皮苷均通过静态过程猝灭麦谷蛋白的荧光,并在一个结合位点形成Ht-Glu和Hd-Glu复合物。麦谷蛋白与橙皮素、橙皮苷之间的结合常数在25C时分别为4.20×10L mol和3.59×10L mol。麦谷蛋白中暴露的疏水基团与橙皮素、橙皮苷中的羟基或糖苷形成氢键和疏水相互作用,显著改变了麦谷蛋白的二级和三级结构。麦谷蛋白β-折叠含量增加,碳链的收缩,而且相对于橙皮素,橙皮苷的加入对麦谷蛋白多肽链的骨架结构的影响更大。橙皮素对接在麦谷蛋白的疏水空腔并与氨基酸残基Gln 739、Pro 734、Gln 520、Gln 744、Trp 518发生相互作用,而橙皮苷以不同的对接姿态与麦谷蛋白关键氨基酸残基Leu 107、Pro 154、Pro 233、Gln 288、Ala 225、Pro 211、Gln 231作用。分子动力学结果表明橙皮素、橙皮苷形成复合物后,均提高了麦谷蛋白的稳定性,Tyr更多地参与橙皮素和麦谷蛋白之间的结合过程,而Trp更多地参与橙皮苷与麦谷蛋白的相互作用。麦谷蛋白与橙皮素、橙皮苷结合后蛋白的溶剂可及表面积分别产生不同程度的降低,且Ht-GluHd-Glu。2.橙皮素、橙皮苷诱导麦谷蛋白的巯基与二硫键发生交换反应,使麦谷蛋白的游离巯基含量增加,橙皮苷的影响弱于橙皮素。橙皮素、橙皮苷改变了麦谷蛋白的构象,暴露了其隐藏的疏水区域,使麦谷蛋白疏水性增加。此外,麦谷蛋白分别与橙皮素、橙皮苷结合后,其表面极性增加,乳化活性得到改善,但乳化稳定性降低。橙皮素、橙皮苷诱导麦谷蛋白刚性簇增加和结构柔韧性降低,使蛋白的热稳定性提高。***-漂移联合加热处理的麦谷蛋白α-螺旋比例呈上升趋势,从4.00±0.51%增加至29.04±0.06%。此外,高分子量麦谷蛋白在高温下部分解聚。pH-漂移和加热联合处理破坏了麦谷蛋白聚集体中的二硫键,诱导了麦谷蛋白的构象变化,从而减小了蛋白质聚集体的大小,形成了较小的方形簇。这些结构变化使麦谷蛋白的溶解度在中性条件下提高至85.00±1.99%,是未修饰麦谷蛋白的21.3倍。修饰后的麦谷蛋白令更多的疏水基团暴露,同时获得了更优的乳化性能。4.麦谷蛋白原纤维形成的滞后期非常短,在加热8 h时进入自组装成熟阶段,形成大量蛋白质原纤维。此外,谷蛋白纤维结构紧凑,α-螺旋比例增加到59.90±0.01%。经纤维化修饰后可以观察到直径约70-100 nm,长度约为5μm的光滑管状麦谷蛋白原纤维。纤维化修饰后麦谷蛋白溶解度提高到14.00±0.32%,是未修饰麦谷蛋的3.5倍。此外,纤维化改性后的麦谷蛋白表现出优异的乳化稳定性(EAI:50.84±0.51 mg)和热稳定性(峰值温度从109.58增加到149.05°C)。5.橙皮素、橙皮苷均通过静态过程猝灭改性后麦谷蛋白的荧光,氢键和疏水作用力是主要驱动力,而经过纤维化修饰后麦谷蛋白与橙皮素、橙皮苷结合氢键力增强。橙皮素、橙皮苷与pH-漂移联合加热处理后的麦谷蛋白形成的复合物结合常数分别为4.24×10L mol和3.19×10L mol,而与纤维化修饰的麦谷蛋白形成的复合物结合常数分别为3.73×10L mol和3.49×10L mol。采用改性后的麦谷蛋白构建运载体系,经过单因素和正交实验优化的最终工艺为︰橙皮素/橙皮苷︰橘皮果胶︰纤维化修饰的麦谷蛋白为5︰2︰40,pH值为6。在纤维化修饰的麦谷蛋白稳定的乳液中,橙皮素、橙皮苷溶解度分别提高到23.12±0.96μg m L和64.84±3.21μg m L(添加400μg m L),通过与橘皮果胶络合后,橙皮素、橙皮苷的溶解度分别提高到102.16±4.82μg m L和220.57±10.82μg m L。纤维化修饰增加了麦谷蛋白分子聚集程度,导致更大的空间阻力,从而提高乳液储存稳定性。