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豌豆蛋白质纤维化加工及其稳定高内相乳液负载叶黄素的研究

豌豆蛋白质纤维化加工及其稳定高内相乳液负载叶黄素的研究

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作者：吴华倩南京农业大学

学位级别：硕士

蛋白质纤维,也称为淀粉样纤维,是线状的高度有序蛋白质聚集体结构。蛋白质纤维的直径通常在2-10 nm之间,长度可以达到数十微米。因此,它们也可以被称为是蛋白质纳米纤维。蛋白质纤维的特征在于含有大量的交叉β-折叠立体结构。食品蛋白... 详细信息

蛋白质纤维,也称为淀粉样纤维,是线状的高度有序蛋白质聚集体结构。蛋白质纤维的直径通常在2-10 nm之间,长度可以达到数十微米。因此,它们也可以被称为是蛋白质纳米纤维。蛋白质纤维的特征在于含有大量的交叉β-折叠立体结构。食品蛋白质在适宜的加工条件下能够通过解折叠、部分水解、再组装形成蛋白质纤维。豌豆蛋白质因其营养价值高、消化率高、致敏性低和无麸质特性而受到青睐。研究发现豌豆蛋白质可以替代大豆蛋白质,同时还具有非转基因的安全性优势。蛋白质的两亲特性使其成为了良好的天然大分子界面稳定剂。高内相乳液(High internal phase emulsion,HIPEs)是一种独特的乳液体系,其内相体积分数超过74%。独特的高内相体积分数赋予了高内相乳液提升脂溶性营养素负载量的巨大潜力。本研究以豌豆蛋白质为植物蛋白质的代表,系统地研究其纤维化加工过程,并且表征形成的豌豆蛋白质纤维的物理化学性质;优化了豌豆蛋白质纤维作为界面稳定剂构建高内相乳液的条件,表征高内相乳液的微观结构;评价了豌豆蛋白质纤维稳定的高内相乳液包埋和保护脂溶性营养素——叶黄素的作用。具体研究结果概述如下。1.豌豆蛋白的纯化及其纤维化加工的表征研究了酸热加工处理诱导豌豆蛋白质纤维化的过程。首先利用了豌豆蛋白在高pH条件下的高溶解度和等电点处的沉淀的特性进行豌豆蛋白纯化,纯度由29.63±0.53%提高至85.62%±0.27%。以纯化豌豆蛋白粉作为原料进行纤维化加工,证明NaCl及高蛋白质浓度促进蛋白质纤维的自组装过程。聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)结果显示纤维化过程中豌豆蛋白水解成分子量15 k Da以下的多肽片段。硫黄素T(Th T)荧光强度的变化表明豌豆蛋白水解肽重新组装成了有序的交叉β-折叠结构。原子力显微镜(AFM)显示纤维化加工而成的豌豆蛋白质纤维具有高度多态性,成型的线性纤维和蠕虫状纤维共存,可以观察到一些蠕虫状纤维作为成型线性纤维的前体以自扭行为逐渐形成线性纤维的过程。圆二色谱(CD)分析结果表明该线性聚集体主要由典型的β-折叠结构(215 nm处的峰)所构成。综合上述结论,可证明豌豆蛋白在纤维化加工过程中经历了部分水解、解折叠和再组装,形成了交叉β-折叠结构特征的蛋白质线状有序聚集体。2.豌豆蛋白质纤维稳定高内相乳液的制备和表征优化了豌豆蛋白质纤维作为界面稳定剂构建高内相乳液的条件,并对高内相乳液的微观结构进行表征。研究了豌豆蛋白质纤维含量、分散速度和内相体积分数等不同参数对乳液样品外观、流变等结构性能的影响。通过激光共聚焦显微镜(CLSM)和冷冻扫描电镜(Cryo-SEM)对不同制备条件形成的高内相乳液的微观结构形态进行了表征。豌豆蛋白质纤维可以有效稳定高内相乳液(HIPEs),其内相体积分数可高达90%。流变结果显示,随着豌豆蛋白质纤维浓度的增加,分散速度的提高,油相体积分数的升高,高内相乳液的凝胶强度增强。CLSM显示高内相乳液典型多面体几何结构更紧密堆积,高浓度蛋白质纤维、高分散速度和高内相体积分数的高内相乳液样品中油滴密度更高。Cryo-SEM结果显示高浓度蛋白质纤维样品中豌豆蛋白质纤维被吸附至油水界面使结构更致密;高分散速度样品中油滴直径明显减小,结构更加紧密。因此,油相体积分数是影响乳液稳定性和凝胶强度的重要因素;分散速度及纤维浓度的提升被证明可以提高乳液的稳定性。3.豌豆蛋白质纤维稳定高内相乳液包埋和稳态化叶黄素的作用研究通过流变仪,CLSM等评价了豌豆蛋白质纤维稳定的高内相乳液包埋和保护脂溶性营养素——叶黄素的作用,并测定包埋叶黄素后高内相乳液的性质。此外,系统地评估了高内相乳液体系中叶黄素对紫外线照射、热处理以及三价铁离子影响下的稳定性。在本研究中,制备的高内相乳液中叶黄素载量可高达0.2 wt%。流变结果显示叶黄素负载量的提升使得高内相乳液体系凝胶强度下降。CLSM观察其微观结构,结果表明包埋叶黄素负载量的提高会破坏高内相乳液多面几何体形态内部结构,削弱凝胶性质。稳定性实验结果表明高内相乳液体系显著地提高了叶黄素在紫外线、热处理和三价离子铁影响下的稳定性。这种保护作用可能是由于可以屏蔽促氧化因子的蛋白质纤维在油水界面形成的保护膜以及紧密堆积的油滴环境共同作用而成的。本研究成果为开发以植物蛋白为基础的天然乳化剂,构建高内相乳液用于包埋和保护脂溶性营养素奠定了基础。

关键词：豌豆蛋白纤维化加工高内相乳液叶黄素稳定性

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