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植物蛋白营养丰富、来源广泛、价格低廉,在人们的膳食组成中占有重要地位。但是由于植物蛋白特殊的复杂结构,导致其生物利用度不高,造成了蛋白资源的浪费。许多研究发现超声预处理后植物蛋白的功能特性得到较大改善,然而关于超声预处理后蛋白生物利用度的研究甚少。另外,蛋白在人体中的消化吸收是复杂的,只有清楚地了解其整个过程,才能设计出更多有营养价值的蛋白产品。因此,本研究以四种常见植物蛋白(大米、燕麦、玉米和大豆)为原料,采用超声波技术对其进行预处理,以体外模拟胃肠消化和Caco-2细胞吸收模型为评价指标,从蛋白结构、分子量分布和基因表达来探究超声预处理对植物蛋白生物利用度的影响及其机制。主要研究结果如下:(1)通过建立体外模拟消化和Caco-2细胞吸收模型,研究四种蛋白的生物利用度。体外模拟胃肠消化模型测得大米、燕麦、玉米和大豆这四种蛋白的体外模拟消化率分别为88.69%、86.58%、84.63%和87.67%。四种蛋白在Caco-2细胞上从AP侧到BL侧的吸收率分别为8.22%、8.73%、10.10%和5.96%,从BL侧到AP侧的外排率分别7.91%、7.51%、4.98%和4.85%。(2)通过逐级优化单因素实验,确定四种蛋白的最佳超声条件:大米蛋白为超声功率密度500 W/L,超声时间5 min,间歇比1 s/2 s;燕麦蛋白为超声功率密度500 W/L,超声时间10 min,间歇比1 s/2 s;玉米蛋白为超声功率密度800W/L,超声时间10 min,间歇比1 s/1 s;大豆蛋白为超声功率密度500 W/L,超声时间20 min,间歇比1 s/1 s。超声预处理后,大米、燕麦、玉米和大豆蛋白的消化率分别提高了9.49%、9.97%、8.19%和9.84%(P<0.01),吸收率分别提高了5.59%、4.16%、8.28%和18.69%(P<0.01)。(3)对四种蛋白超声前后的分子结构、微观形貌和分子量分布进行考察。圆二色谱和荧光光谱的结果表明,超声预处理使蛋白的四种二级结构(α-螺旋、β-折叠、β-转角、无规卷曲)含量发生变化,三级结构变得舒展,更多疏水性残基外露。粒径、原子力显微镜和扫描电镜结果显示,超声使四种蛋白粒径减小,结构变得疏松,从而有利于酶解反应的进行。分子量分布结果表明超声预处理降低了四种蛋白消化产物中大于2000 Da的肽含量,而增加了200~1000 Da的肽含量。这些结果都表明超声预处理可以有效提高四种蛋白的生物利用度。(4)从细胞和分子水平对四种蛋白模拟胃肠消化物的吸收途径和转运调控机制进行初步研究。结果发现,四种蛋白消化物在Caco-2细胞上都是通过细胞旁路进行转运。QPCR结果显示,蛋白消化物转运过程中Occludin的表达量降低(P<0.05),而ZO-1和Claudin的表达量没有显著变化(P>0.05)。将蛋白消化物跨膜后的细胞膜继续用培养基培养12 h后发现Occludin的表达量恢复正常,ZO-1和Claudin的表达量则极显著上升(P<0.01),表明Occludin直接参与调节植物蛋白在Caco-2细胞上的旁路转运,而Caco-2细胞旁路的正常维持需要Occludin、ZO-1和Claudin的共同作用。