米糠蛋白纳米颗粒的构建及其起泡特性的研究

作     者：刁云春 

作者单位：武汉轻工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张燕鹏

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] 083202[工学-粮食、油脂及植物蛋白工程] 

主      题：米糠蛋白 纳米颗粒 分子结构 界面特性 起泡特性 

摘      要：米糠蛋白(Rice bran protein,RBP)是一种优质的植物蛋白,具有良好的溶解性和起泡特性,可作为起泡剂应用于食品加工中。本课题以RBP为主要研究对象,从构建米糠蛋白纳米颗粒(Rice bran protein nano-particles,RBPNs)出发,研究其泡沫特性和物化特性并系统探讨两者之间的内在关联性,并分别从蛋白质分子结构、界面行为、泡沫微观结构等多角度阐述泡沫宏观特性的相关机理。另外,本课题还研究了米糠蛋白-酪蛋白酸钠复合蛋白体系的泡沫特性及相关机制,主要的研究结果如下:(1)通过不同的加热-酸处理条件制备出RBPNs,并研究了RBP和RBPNs的起泡特性和物化性质。结果显示,RBPNs在p H 2.0下具有较好的起泡能力,在p H7.0下其起泡能力和泡沫稳定能力均得到显著改善,分别提升了130.9%、42.8%。加热-酸处理可导致RBPNs的粒径增大;表面净电荷、表面疏水性和三相接触角降低;微观样貌由RBP的近似球状形成直线状、弯链状和簇状。Pearson相关性的结果显示,RBPNs的表面电荷和接触角与其泡沫特性具有较强的相关性(r0.9)。(2)通过凝胶电泳和光谱学方法研究了RBPNs亚基组成和二、三级结构的变化。结果显示,RBPNs的蛋白亚基分子量更小,主要集中在15 k Da及以下;二级结构中α-螺旋、β-折叠和β-转角的含量减少,无规卷曲含量显著增加(p0.05),增幅可达50%,这表明其分子结构变得更具柔性。内源荧光光谱发生红移和暴露的疏水性基团降低表明其三级结构的展开并导致RBPNs发生相互作用。(3)采用剪切流变、界面流变和激光共聚焦等技术研究了RBP与RBPNs体相、气-液界面及泡沫微观结构之间的关系。结果表明,与RBP相比,RBPNs的稠度系数(K值)降低了45%～60%,表现出较低的剪切黏度并允许在机械搅拌中掺入更多空气,这有助于提升起泡能力。同时能够迅速向气-液界面扩散,表面压力稳定时可达到35 m N/m,在微观结构上呈现出数量更多的小气泡。RBPNs形成的界面薄膜中分子相互作用更强,能够快速对界面变形做出响应,从而维持泡沫体系的稳定性,在微观结构上也观察到泡沫聚结和歧化的速度更缓慢。(4)通过添加酪蛋白酸钠(Sodium caseinate,Na Cas)研究了复合蛋白体系的泡沫特性。结果显示,RBP-Na Cas复合蛋白、RBPNs-Na Cas复合蛋白提升了Na Cas的泡沫稳定性。通过动态光散射、剪切流变、界面流变、激光共聚焦等技术研究了复合蛋白泡沫特性变化的相关机制。结果显示,复合蛋白体系的粒径分布变广,表面电荷增多,剪切黏度降低,表面活性更强,界面薄膜更稳定。