载脂肪酶颗粒的构建及其皮克林乳液界面稳定和催化效能研究

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脂肪酶在食品生产中具有高效转化等优点,被广泛应用于天然香料、营养物质、可生物降解聚酯、结构脂质等的开发中,然而脂肪酶两相界面催化效率偏低也是食品加工中常见问题,目前多数研究仍采用化学修饰改性纳米颗粒构建乳液,通过非共价作用连接颗粒和脂肪酶。而本文构建了高效的食品级颗粒稳定的皮克林(Pickering)乳液,并应用于两相生物转化,促进脂溶性成分高效酶促转化,评估了几种天然乳化剂用于构建载酶颗粒形成食品级乳液的催化效率,为脂肪酶在食品绿色加工中的应用提供新的途径,为研发酶界面微反应器及改善食品风味和营养提供新思路和新方法。本论文的主要研究结果如下。(1)制备了一种以壳聚糖纳米胶为颗粒乳化剂的Pickering乳液催化体系,研究了壳聚糖纳米胶的电位、形貌等胶体性质、表面润湿性界面性质以及颗粒与脂肪酶之间的相互作用,探究了壳聚糖纳米胶稳定的复合Pickering乳液的催化活性、循环利用率、p H稳定性和相反转刺激响应。当p H值为6.5时,壳聚糖纳米胶粒径约60 nm,带正电,通过静电相互作用和氢键等非共价力结合带负电荷的脂肪酶;壳聚糖胶具有较好的亲水性,利于形成水包油型(o/w)Pickering乳液,共价标记的脂肪酶能够有效吸附在乳液油滴表面。对硝基苯棕榈酸酯水解产物对硝基苯酚的比色测定显示,复合Pickering乳液体系能够有效提高脂肪酶的催化活性,在p H值为1.5~7.5范围内体系催化活性表现出强稳定性,13次批次重复实验后,体系催化活性仍可保持初始活性的55%以上。原位相反转应用实验表明脂肪酶催化水解获得的游离脂肪酸对壳聚糖纳米胶具有原位修饰作用,利于实现脂肪酶刺激响应的Pickering乳液相反转。(2)以乳液模板法制备一种疏水改性壳聚糖修饰的载酶明胶微球,并以微球为乳化剂,正己烷为油相、去离子水为水相构建水包油型(o/w)Pickering乳液,研究了运用于Pickering乳液两相界面酶促反应的可能性。未经改性的壳聚糖颗粒(CS_0C),表面润湿性差,经过不同碳链长度脂肪醛(庚醛,壬醛,十一醛)改性后电位未受影响,表面润湿性改善,三相接触角分别为43.35°(未经改性的壳聚糖颗粒CS_0C)、60.7°(庚醛改性的壳聚糖颗粒CS_hep)、65.85°(壬醛改性的壳聚糖颗粒CS_non)和67.35°(十一醛改性的壳聚糖颗粒CS_und);疏水改性后的壳聚糖进一步修饰获得的明胶微球表面润湿性也得到改善,三相接触角分别为22°(未经改性的壳聚糖颗粒修饰的明胶微球CS_0C)、62.15°(庚醛改性的壳聚糖颗粒修饰的明胶微球CS_hep)、68.05°(壬醛改性的壳聚糖颗粒修饰的明胶微球CS_non)和74.02°(十一醛改性的壳聚糖颗粒修饰的明胶微球CS_und),以明胶载酶微球为粒子乳化剂能够较好的稳定Pickering乳液。其中,乳液液滴尺寸约30—150μm之间,乳化层绵密细腻,两相界面反应面积大;采用体外己酸己酯合成反应研究两相界面酶促催化,十一醛改性壳聚糖修饰明胶微球稳定的乳液催化效能高达87.8%;同时,乳液通过离心能够实现产物(上层正己烷层)、底物(明胶层与水层)的有效分离,催化批次实验反映明胶微球固定化酶具有较好的稳定性,8次回收后反应转化率依然保持为初次反应的52%左右,说明明胶微球能够有效保护脂肪酶,免受有机试剂影响,利于回收应用。(3)制备了一种以玉米醇溶蛋白-明胶复合胶体载酶颗粒稳定的食品级Pickering乳液体系,探究了复合胶体颗粒的表面润湿性、界面吸附能力以及Pickering乳液体系的水解反应活性和稳定性。p H值为8.0时,玉米醇溶蛋白颗粒与明胶颗粒1:1复合,以静电相互作用和氢键等非共价方式结合,获得的复合胶体颗粒表面润湿性好,界面吸附能力较强,颗粒稳定的Pickering乳液粒径较小、分布集中,稳定性好;对硝基苯棕榈酸酯水解产物对硝基苯酚的比色测定显示相比游离酶,Pickering乳液油水界面吸附脂肪酶能力强,且酶催化活力高、水解耐高温性强。
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