玉米醇溶蛋白(zein)是玉米蛋白的主要成分,其含有较高比例(约50%)的疏水氨基酸,不能分散在纯水介质中。而在食品加工过程中所用介质大部分为水,所以其在食品行业的应用受到很大程度的限制。已有文献指出,通过十二烷基磺酸钠(SDS)、碱和热修饰玉米醇溶蛋白的结构,可以提高在水中的分散性和改善其他的理化和功能性质。但是,目前文献中的改性研究主要针对性能结果的提高,缺少改性后玉米醇溶蛋白结构变化与功能性质提升之间关系的探讨,同时,对改性条件研究时也忽略了溶剂自身的影响。因此,本研究在2种极性不同的介质(水和70%乙醇)中利用常规改性方法中碱或SDS对玉米醇溶蛋白以及玉米醇溶蛋白的两种重要组分(α和γ-玉米醇溶蛋白)进行改性,借助透射电镜(TEM)、圆二色谱(CD)、动态光散色(DLS)、高分辨透射电镜等工具,系统地研究了介质极性对玉米醇溶蛋白结构和性质的影响,以及在两种介质中改性后玉米醇溶蛋白的功能性质和结构之间的关系。同时,采用乳清浓缩蛋白纤维核(一种具有高活化能的蛋白质独特聚合形式)与玉米醇溶蛋白复合形成胶体颗粒,研究其结构和性质的独特变化。主要研究结果如下:(1)改性α/γ-玉米醇溶蛋白的微观形态和分散性能介质极性与改性α/γ-玉米醇溶蛋白在水中分散性提高有很大关系,在极性强的介质(水)中,碱或SDS结合加热10 h改性的γ-玉米醇溶蛋白在水中的分散性分别提高了94.50%和95.65%;在弱极性介质(70%乙醇)中,碱或SDS结合加热10 h改性的γ-玉米醇溶蛋白分散性分别提高了50.81%和69.25%。改性后的α-玉米醇溶蛋白的分散性的变化和改性后γ-玉米醇溶蛋白分散性的变化结果相一致。说明极性强的介质有利于碱或SDS改性的α/γ-玉米醇溶蛋白分散性的提高。介质极性也影响着改性后玉米醇溶蛋白的结构形态,在弱极性介质中,α/γ-玉米醇溶蛋白形成了颗粒粒径较大的球状形态聚合物,这种球形结构形态与改性前玉米醇溶蛋白的形态一致,只是粒径大小上存在不同,在极性强的介质中球状结构聚合物被破坏,形成了颗粒较小的无规则聚合物。(2)改性后α/γ-玉米醇溶蛋白的双亲性两种改性方法使玉米醇溶蛋白双亲性发生完全不同的变化,在水介质中碱改性方式明显改善了α/γ-玉米醇溶蛋白的双亲性,而水介质中SDS改性方式没有改善α/γ-玉米醇溶蛋白的双亲性。在介质极性从弱(70%乙醇)到强(25%乙醇)的过程中,在水介质中碱改性的γ-玉米醇溶蛋白均保持着较高的分散性(>95%),聚合物从球状形态变为无规则形态,粒径从353 nm降至237 nm;而SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的分散性随介质改变变化不大,分散性较低(从43.61%到67.89%),其聚合物的形态从大的无规则聚合物变成小的球状颗粒聚合物,粒径从3326 nm降低至295.40 nm。而且2种方式改性的α-玉米醇溶蛋白的变化规律相似。(3)改性α/γ-玉米醇溶蛋白的结构逆转能力利用Wang和Padua提出动力学公式拟合出介质极性变化过程中碱和SDS改性的α/γ-玉米醇溶蛋白聚合物粒径变化和时间的关系模型。利用最小二乘法,计算出了碱和SDS改性后γ-玉米醇溶蛋白的亲水常数(K)分别为1.49×1013和3.22×10-5,表明碱改性后γ-玉米醇溶蛋白的亲水能力比SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的亲水能力要高。碱改性后α-玉米醇溶蛋白的亲水常数(3.07×106)比SDS改性α-玉米醇溶蛋白的亲水常数(1.63×10-7)。2种改性方式修饰的玉米醇溶蛋白产生性能差异与其不同的结构变化有关,碱改性γ-玉米醇溶蛋白具有较强的α-螺旋恢复能力,在水介质中碱改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量仅为8.06%,而当把介质变为70%乙醇后,其α-螺旋恢复至27.06%,这个值接近于在乙醇介质中碱改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量(27.94%)。但是,具有较差亲水能力的SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋恢复能力很差,在水介质中SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的α-螺旋含量为7.97%,而当把介质变为70%乙醇后其α-螺旋含量却降低至2.45%。疏水性更强的较强的α-玉米醇溶蛋白也表现出较强的α-螺旋恢复能力。而且α-螺旋恢复能力赋予了较高的结构逆转能力,从高分辨透射电镜(RH-TEM)结果可以更直观地观察到结构变化情况,在介质从极性较强的水变为弱极性70%乙醇时,碱改性的γ-玉米醇溶蛋白从伸展的波纹状结构恢复至其在若极性介质中的卷曲状结构。但是,在水介质中SDS改性的γ-玉米醇溶蛋白的水波纹状的结构无法恢复至卷曲状态。(4)纤维核-玉米醇溶蛋白胶体颗粒的性质纤维核是乳清浓缩蛋白(WPC)纳米纤维形成过程中的一种独特结构,与玉米醇溶蛋白复合可以制得胶体颗粒。该胶体颗粒中玉米醇溶蛋白仍然保持着球形结构,在水中的分散性却可以达到71.59%,而且该胶体颗粒可以降低玉米醇溶蛋白的成胶浓度,成胶浓度从20%(玉米醇溶蛋白单独成胶浓度)降低至12%。流变学的结果表明纤维核-玉米醇溶蛋白胶体颗粒分散液比WPC-玉米醇溶蛋白胶体颗粒分散液具有更好的表观粘度、较好的乳化性、较高的黏性模量和弹性模量。(5)改性方法——性能——结构之间的关系良好的功能性质需要独特的结构变化,水中良好的分散性要求玉米醇溶蛋白失去原有的球形颗粒结构,形成更小的无规则聚合颗粒,这种形态变化需要蛋白分子中的α-螺旋结构展开;而乙醇中良好分散性要求玉米醇溶蛋白保留球形颗粒结构,这种球形颗粒结构需要α-螺旋结构的存在。不同改性方法赋予玉米醇溶蛋白不同的结构转变能力,水中碱改性的方法使玉米醇溶蛋白分子中的α-螺旋结构可以随着介质极性不同发生可逆性转变,赋予其优良的双亲特性。SDS改性的玉米醇溶蛋白分子中的α-螺旋结构在介质极性变化时不能发生可逆性转变,其双亲性较差。纤维核改性的玉米醇溶蛋白保持着较好的球状结构,而碱改性破坏了玉米醇溶蛋白的球状结构,这种结构的变化带来了功能性质的差异。与碱改性的玉米醇溶蛋白相比较,纤维核改性的玉米醇溶蛋白在较低的浓度(12%)下可以达到较高的表观粘度、黏性模量和弹性模量。纤维核改性的玉米醇溶蛋白的持水性、泡沫稳定性和乳化稳定性分别比碱改性玉米醇溶蛋白的这3个性质高出了65.21%、49.93%和11.61%。综上,采取恰当的改性方法对玉米醇溶蛋白进行结构修饰,可以改善玉米醇溶蛋白的功能性质,进而拓宽玉米醇溶蛋白的应用范围和提高利用价值。