基于可控酶解制备大豆蛋白纳米颗粒及其对乳液脂质消化的调控研究

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食物蛋白乳液是食品工业中最重要的体系之一,也是脂质在加工食品中存在的主要形式。近年来研究显示通过调控蛋白乳液的消化进程以减少脂质吸收是控制食物热量摄入的有效途径。相较于天然蛋白,由蛋白纳米颗粒稳定的皮克林乳液(Pickering emulsion)在乳液的稳定性以及延缓脂质消化方面具有显著优势,在低热量乳液食品研发上显示出巨大的应用前景。因此,如何以更高效、可持续的方式制备高乳化能力的食物蛋白胶体颗粒以制备皮克林乳液并实现乳脂消化的有效调控已成为现代健康乳液食品领域的研究热点。基于此,本论文以大宗植物蛋白大豆分离蛋白(SPI)为原料,采用可控生物酶解技术成功制备出结构与功能特性可控的大豆蛋白纳米颗粒(Soy protein nanoparticles,SPNP),系统表征和探究了SPNP的结构特性与形成机制;进一步以SPNP为界面稳定剂制备出皮克林乳液,研究了SPNP荷载界面对乳脂消化行为的调控作用及机制。研究内容与结果如下:1.选取8种常用商业蛋白酶分别处理SPI,通过动态光散射技术(DLS)初步探究SPNP的形成;筛选出风味蛋白酶、Alcalase及复合蛋白酶制备水解度(Degree of hydrolysis,DH)为3%、7%和11%的SPI酶解样品,系统探究不同酶及DH对SPNP形成及结构的影响规律。结果显示,不同酶和DH对SPNP的形成具有显著影响,其中风味蛋白酶在三种DH下均可制备出SPNP,而复合蛋白酶只能在3%DH下制备纳米颗粒。所有SPNP均呈规则球形且具有良好的均一性,粒径介于80-170 nm;颗粒结构主要由疏水相互作用力维持,而氢键和二硫键则分别作用于表层和内部结构。SDS-PAGE及二级结构分析表明,大部分SPNP均保留了完整的7S和11S亚基,同时还具有一定比例的α-螺旋/β-折叠(约45%)。此外,表面疏水性的提高以及α′α亚基降解过程中产生的抗氧化肽段还赋予了SPNP较强的抗氧化活性。2.进一步分析SPNP的油-水界面吸附特性与界面润湿性,制备水包油型皮克林乳液,探究SPNP对乳液形成及与稳定性的影响。结果表明,低DH条件下制备的SPNP由于尺寸小、表面疏水性高,能较快地吸附至油-水界面,在界面上发生部分展开。除了亚基降解程度较大的SPNP较亲水(θ=53.45°),其余SPNP的亲水亲油性相当(θ接近90°)。SPNP的尺寸与润湿性都对皮克林乳液的物理稳定性有较大影响:较大尺寸的SPNP可提高乳液界面层厚度而增强乳液贮藏(抗聚结)稳定性与脂质氧化稳定性,同时也引起乳液发生絮凝。较亲水的SPNP乳化活性不高,制备的乳液贮藏稳定性较差;亲水亲油性相当的SPNP则表现出了较高的乳化活性,并增强了乳液的贮藏稳定性以及脂质氧化稳定性。3.以3%DH条件下形成的SPNP为界面稳定剂,研究其对皮克林乳液脂质消化的调控作用及机制。研究发现,SPNP在乳液界面上仍以颗粒的形式存在并且具有良好的抗胆盐吸附/替换能力,表明SPNP稳定的油水界面具有延缓脂质消化进程的潜力。进一步通过胃肠道消化模型进行乳液模拟消化,研究该过程中脂质的消化速率与程度。结果显示:SPNP均在不同程度上降低了皮克林乳液脂质初始消化速率与最终消化程度,其中复合蛋白酶制备的SPNP在油-水界面上容易变形而增大了界面覆盖面积,表现出了最强的控制乳液脂质消化进程的能力,与SPI相比,该皮克林稳定剂降低了乳液脂质73.88%的初始消化速率及15.13%的最终消化率。电泳实验与CLSM观察结果显示,该SPNP在乳液界面上具有良好的抵抗胃蛋白酶降解的能力,同时所制备的皮克林乳液在胃肠消化过程中还具有较好的抗聚结稳定性。
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